[发明专利]低污染抛光组合物

说明书

技术领域

本发明涉及半导体晶片材料的化学机械抛光(CMP)，更具体来说涉及 用来在介电材料或阻挡层材料的存在下对半导体晶片上的金属互连元件进 行抛光的CMP组合物和方法。

背景技术

通常半导体晶片是具有介电层的硅晶片，所述介电层包括多个沟槽， 这些沟槽在介电层内设置形成用于电路互连的图案。所述图案设置通常具 有波纹结构或双重波纹结构。阻挡层覆盖着所述图案化的介电层，金属层 覆盖着所述阻挡层。所述金属层的厚度至少足以填充所述图案化的沟槽， 形成电路互连。

CMP工艺经常包括多个抛光步骤。例如，第一步以初始高速率除去过 量的互连金属，例如铜。第一步去除之后，可以通过第二步抛光除去残留 在阻挡层之上、金属互连以外的金属。随后的抛光从半导体晶片的下面的 介电层除去阻挡层，在介电层和金属互连上提供平坦的抛光表面。

半导体基片上的沟槽或凹槽中的金属提供形成金属电路的金属线。一 个有待克服的问题是，所述抛光操作会从各个沟槽或凹槽除去金属，导致 这些金属的凹陷。凹陷是不希望出现的，因为这会导致金属电路临界尺寸 的变化。为了减少凹陷现象，人们在较低的抛光压力下进行抛光。但是， 如果仅仅减小抛光压力，将会使得抛光需要持续更长的时间。但是，在整 个延长的抛光过程中会持续产生凹陷，从而对性能的增益极少。

美国专利第7,086,935号(Wang)描述了将包含以下组分的无磨料铜配 剂用于图案化的晶片：甲基纤维素，丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物，苯并三唑 (BTA)以及可混溶的溶剂。所述配剂能够除去铜并对铜进行清洁，同时产生 很低的铜凹陷，但是在迅速的抛光过程中，会在抛光垫和晶片上沉淀绿色 的Cu-BTA化合物。由于这些沉淀物的出现，需要对抛光垫进行抛光后清 洁，以免由于这种胶状沉淀物导致抛光去除速率的降低；需要对晶片进行 抛光后清洁以免产生缺陷。这些清洁步骤需要强效而昂贵的清洗溶液，而 且会因为延迟了晶片产出而导致“拥有成本”。

人们需要一种能够清洁铜，同时具有低缺陷率，低的铜凹陷，低腐蚀， 而且不会造成Cu-BTA沉淀物的沉淀的抛光组合物。另外，人们需要用低 划伤配剂得到这些抛光特性。

发明内容

本发明的一个方面提供一种可用来对含铜互连金属的图案化半导体晶 片进行化学机械抛光的水性组合物，该组合物包含：氧化剂，用于所述铜互 连金属的抑制剂，0.001-15重量％的水溶性改性纤维素，非糖类水溶性聚合 物，0-15重量％的用于铜互连金属的络合剂，0-15重量％的磷化合物， 0.05-20重量％的下式所示的酸化合物，以及水：

式中R是氢或含碳化合物，所述酸化合物能够与铜离子络合；所述溶 液具有酸性的pH值。

本发明的另一个方面提供了一种可以用来对包含铜互连金属的图案化 半导体晶片进行化学机械抛光的水性组合物，所述组合物包含：0.5-25重 量％的氧化剂，0.01-15重量％的用于铜互连金属的抑制剂，0.005-5重量％ 的水溶性改性纤维素，0.005-5重量％的非糖类水溶性聚合物，0.05-10重量 ％的磷化合物，0.01-15重量％的用于铜互连金属的络合剂，0-3重量％的磨 料，0.1-10重量的下式所示的酸化合物，以及水：

式中R是氢或含碳化合物，所述酸化合物能够与铜离子络合；所述溶 液具有酸性的pH值。

本发明的另一个方面提供一种用来对含金属的半导体晶片进行化学机 械抛光的方法，所述方法包括：a)使所述晶片与抛光组合物接触，该抛光组 合物包含：氧化剂，用于铜互连金属的抑制剂，0.001-15重量％的水溶性改 性纤维素，非糖类水溶性聚合物，0-15重量％的用于铜互连金属的络合剂， 0-15重量％的磷化合物，0.05-10重量％的下式所示的酸化合物，以及水：

式中R是氢或含碳化合物，所述酸化合物能够与铜离子络合；所述溶 液具有酸性的pH值；以及b)用抛光垫对所述晶片进行抛光。

发明详述