[发明专利]含水抛光组合物及化学机械抛光具有图案化或未图案化低K电介质层的基材的方法

说明书

本发明涉及特别适于将具有图案化或未图案化低k或超低k电介质层的基材抛光的新型含水抛光组合物。

此外，本发明涉及将具有图案化或未图案化低k或超低k电介质层的基材化学机械抛光的新方法。

引用文献

本申请中引用的文献全部引入供参考。

发明背景

化学机械平坦化或抛光(CMP)是实现集成电路(IC)器件的局部和全域平坦化的主要方法。该技术通常在负载下将含有研磨剂和其它添加剂的CMP组合物或淤浆作为活性化学品应用于旋转基材表面与抛光垫之间。因此，CMP方法将物理方法如研磨与化学方法如氧化或螯合相结合。不理想的是基材的脱除或抛光由纯物理或纯化学作用组成，而是二者的协同作用以实现快速均匀的脱除。

这样，将基材除去直至实现想要的平坦化或暴露屏障下层或停蚀层。最终得到平坦的无缺陷表面，其能通过随后的光刻、图案化、蚀刻和薄膜加工适当地制造多层IC器件。

具有大规模集成化(LSI)或非常大规模集成化(VLSI)的集成电路(IC)器件中电路元件的特性尺寸的渐次降低惊人地提高通过CMP将构成IC的各薄膜层全表面平坦化的需要。通常CMP涉及材料薄膜的脱除，例如：

-用于导电线路的铜，

-用作扩散屏障以防止铜扩散至电介质材料中的一氮化钽、钽/一氮化钽或钛，和

-二氧化硅用作导电线路之间的绝缘电介质材料。

因此，需要能够以所需速率将不同的层抛光以得到所需无缺陷表面，例如如美国专利申请US2005/0076578A1(US7,153,335B2)和US2009/0311864A1所述。因此，用于阻挡层CMP的典型CMP淤浆需要不同的组分以增强和抑制脱除速率(MRR)以实现所需选择性要求。

因此一氮化钽MRR可通过氧化剂如过氧化氢和一氮化钽增强剂如丙二酸调整，其为中断氧化钽形成的成膜剂。

二氧化硅，特别是TEOS的MRR可通过选择性吸收于富羟基表面上的多元醇抑制。

铜的MRR可通过组合使用增强剂如L-组氨酸和钝化剂如苯并三唑(BTA)调整。

半导体工业中特别好地开发了用于硅基金属间介电层的CMP淤浆，并很合理地理解硅基电介质的抛光和磨损的机械性能。然而，硅基电介质材料的一个问题是它们的介电常数相对高，取决于因素如残余水分含量为约3.9或更高。因此，导电层之间的电容也相对高，这又限制IC可操作的速度或频率。开发以降低电容的策略包括：(1)掺入具有较低电阻值的金属(例如铜)，和(2)用具有比二氧化硅更低的介电常数的绝缘材料，即低k和超低k电介质材料提供电绝缘。

这类低k和超低k电介质材料包括有机聚合材料、无机和有机多孔电介质材料，和混合或复合有机和无机材料，所述材料可以为多孔或无孔的，例如碳掺杂二氧化硅材料。非常理想的是将这类低k和超低k电介质材料掺入IC结构中，同时仍能够在半导体晶片加工期间使用常规CMP淤浆将电介质材料的表面抛光。特别地，非常理想的是实现相对于低k和超低k材料如碳掺杂二氧化硅材料，二氧化硅，特别是TEOS的高选择性。这类高选择性对保持超低k完整性，特别是对45nm节点和以下，以及对新互补金属氧化物半导体(CMOS)产生而言非常重要。

美国专利申请US2003/0228762A1公开了用于将包含低k电介质层的基材抛光的CMP淤浆，所述CMP淤浆含有：

-选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、氧化锗、氧化镁及其共形成产物的磨料颗粒；和

-具有至少一个疏水头基团和至少一个亲水尾基团的两亲性非离子表面活性剂。

根据US2003/0228762A1，合适的头基团包含聚硅氧烷、四-C_1-4烷基硅炔、饱和或部分不饱和C_6-30烷基、聚氧化丙烯基团、C_6-12烷基苯基或烷基环己基和聚乙烯基团。合适尾基团包含聚氧化乙烯基团。因此，两性阴离子表面活性剂可选自聚氧化乙烯烷基醚或酯。然而，根据US2003/0228762A1的实施例，由所公开两亲性非离子表面活性剂导致的低k电介质MRR下降不超过75%，一氮化钽的低k电介质选择性和PETEOS的低k电介质选择性不超过3。

欧洲专利申请EP1150341A1公开了用于将金属层抛光的CMP淤浆，所述淤浆包含非离子聚氧化乙烯-聚氧化丙烯烷基醚表面活性剂。然而，既没有精确地描述烷基中碳原子的数目，也没有精确描述氧化乙烯和氧化丙烯单体单元的分布。此外，该欧洲专利申请没有记载将低k和超低k材料用含有这类表面活性剂的CMP淤浆CMP。