[发明专利]聚合物阻隔移除抛光浆料

说明书

发明背景

当超大规模集成电路(ULSI)技术移植于更小的线宽度时，给传统的化学机械抛光(CMP)工艺的整合带来了新的挑战。此外，由于膜的低机械强度以及与相邻层的弱的界面结合力，引入低k及超低k介电膜需要使用更加温和的CMP工艺。另外，不断紧缩的缺陷规格对低k薄膜用的抛光浆料提出了额外需要。

各种低k薄膜与USLI的集成同样会需要多种额外的步骤和诸如超临界清洗，电介质及金属帽(cap)，阻隔物和铜的保形沉积(conformal deposition)，具有低向下力的化学机械平坦化和无磨料浆料等新技术的整合。除了这些技术上的选项，ULSI制作者必须考虑和解决相对于产量、可靠性、机械强度和性能的工艺复杂性，即来自电阻-电容(RC)滞后的动力损耗。

与实现低k材料相关的复杂性已经给阻隔CMP工艺(barrier CMP process)带来了更大的挑战，该CMP工艺需要控制复杂输入变量和获得恒定高产率的能力。调整工艺变量会减少低k膜上的抛光变化。但是大多数期望的阻隔CMP浆料将引入低k介电特性，表面活化剂，所述表面活化剂具有可调整性能的能力。例如，Thomas等人在美国专利公开号2007/0051917中公开了一种调整聚乙烯吡咯烷酮和磷酸盐的用量来控制氮化钽，铜和掺碳氧化物(CDO)移除速率的浆料。调整聚乙烯吡咯烷酮和二氧化硅的用量可以控制获得的浆料中氮化钽(阻隔(barrier))和掺碳氧化物(超低k介电质)的比例。不幸的，这些浆料在一些应用中不具有足够的阻隔移除率。

人们对于能实现没有过多铜移除率的超低k介电阻隔剂的模块(modular)移除的抛光浆料有一定的需求。此外，对于能够移除控制低k介电质刻蚀的阻隔剂的浆料有一定需求。

发明内容

本发明一方面提供一种用于化学机械抛光半导体基板的水性浆料，该基板具有铜互连，所述浆料包含(以重量百分数计)0-25氧化剂，0.1-50研磨颗粒，0.001-10用于减少铜互连静态(static)蚀刻的抑制剂，0.001-5具有下列结构式的聚(甲基乙烯基醚)：

并且聚(甲基乙烯基醚)是水溶性的，n值至少为5，0.005-1的氨基丁酸，0.01-5的含磷化合物，0-10的铜络合剂和余量的水。

本发明的另一个方面提供一种用于化学机械抛光半导体基板的水性浆料，该基板具有铜互连，所述浆料包含(以重量百分数计)0-20氧化剂，0.5-50研磨颗粒，0.005-10用于减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0.005-5具有下列结构式的聚(甲基乙烯基醚)：

并且聚(甲基乙烯基醚)是水溶性的，n值至少为10，0.01-0.75的氨基丁酸，0.02-3的含磷化合物，0-10的铜络合剂和余量的水；且该水性浆料的pH值至少为8。

本发明的另一个方面提供一种抛光半导体基板的方法，所述半导体基板具有铜层，TEOS层和低k介电层，该方法包含以下步骤：在抛光板上引入抛光浆料，所述抛光浆料含有如下组合物，所述组合物包括(按质量百分数计)0-25的氧化剂，0.1-50的研磨颗粒，0.001-10用于减少铜互连的静态蚀刻的抑制剂，0.001-5具有下列结构式的聚(甲基乙烯基醚)：

并且聚(甲基乙烯基醚)是水溶性的，n值至少为5，0.005-1的氨基丁酸，0.01-5的含磷化合物，0-10的铜络合剂和余量的水；将半导体基板压向抛光板；在半导体基板与抛光板(pad)之间建立运动，以在与掺碳氧化物层至少为1∶1的除去速率之比的选择性条件下除去阻隔层，移除速率以埃每分钟计算。

附图说明

图1为对比的不含氨基丁酸“ABA”的聚(甲基乙烯基醚)浆料的移除速率图；

图2是含有0.15wt％(中空型)和0.25wt％(实心型)氨基丁酸的本发明的聚(甲基乙烯基醚)浆料的移除速率图。

具体实施方式

已经发现将聚(甲基乙烯基醚)加入到铜阻隔浆料能够降低碳掺杂氧化物的移除速率，而对半导体基材的铜移除速率没有不利影响。基于本申请的目的，半导体基材包括具有金属导电互连和介电材料的晶片，所述介电材料以能产生特定电子信号的方式由绝缘体层分开。此外，这些浆料使得磨料含量上升从而进一步提高阻隔移除速率，且对低k或铜移除速率没有负面影响。最后，这些浆料提供一个平台(platform)，以调整阻隔剂、铜和介电移除速率，满足各种半导体应用的需要。