[发明专利]含水抛光剂和接枝共聚物及其在抛光图案化和未结构化的金属表面的方法中的用途

说明书

发明领域

本发明涉及一种新型含水抛光剂和接枝共聚物以及在新型抛光图案化和未结构化的金属表面的方法中的用途，尤其是在化学机械抛光(CMP)中的用途。

引用文献

本申请中所引用的文献通过引用全文并入本文中。

发明背景

集成电路(IC)由结构化的半导电、非导电和导电薄层构成。这些图案化的层通常通过例如气相沉积施加层状材料并通过微光刻法使其图案化而制备。借助各种半导电、非导电和导电层状材料的组合，制造电子电路元件如晶体管、电容器、电阻器和布线。

IC的质量及其功能尤其取决于各层材料可施加和图案化的精度。

然而，随着层数的增多，层的平面度显著降低。在达到特定层数后，这导致IC的一个或多个功能元件失效，因此导致整个IC失效。

层平面度的降低是由于新层在已图案化的层上堆积所导致的。通过图案化，产生的高度差可累积至0.6μm每层。这些高度差逐层累积并导致随后的下一层无法再施加至平面状表面上，而只能施加至不平整表面上。第一个结果是随后所施加的层具有不规整厚度。在极端情况下，导致电子功能元件中产生瑕疵、缺陷并缺乏电连接。此外，不平整表面导致发生图案化问题。为了能形成足够小的图案，在微光刻工艺步骤中必须具有足够精确的焦深。然而，这些图案仅在平坦表面上才能锐利地成像。区域偏离平面度越大，成像就变得越模糊。

为了解决该问题，实施所谓的化学机械抛光(CMP)。CMP通过除去层的突出结构(feature)直至获得平坦层而使图案化的表面全局平面化。出于该原因，随后可在不具有高度差的平坦表面上进行堆叠，且保持图案化精度和IC元件的功能。

全局平面化的典型实例为介电CMP、磷化镍CMP和硅或聚硅CMP。

除了用于全局平面化以克服光刻困难之外，CMP还具有其他两个重要用途。一个是制造微结构。该应用的典型实例是铜CMP、钨CMP或浅沟槽隔离(STI)CMP，尤其是下文所述的镶嵌(Damascene)法。另一应用是修正或消除缺陷，例如蓝宝石CMP。

CMP工艺步骤借助特种抛光机、抛光垫和抛光剂(在本领域也称为抛光淤浆或CMP淤浆)实施。CMP淤浆是一种组合物，其与抛光垫的组合导致待抛光材料的去除。

在对具有半导体层的晶片进行抛光时，工艺步骤的精度要求且因此对CMP淤浆的要求特别严格。

使用一系列参数评价CMP淤浆的效率并表征其活性。材料去除速率(MRR，即待抛光材料的去除速率)、选择性(即待抛光材料的去除速率与所存在的其他材料的去除速率之比)、晶片内的去除均匀性(WIWNU；晶片内的非均匀性)和晶片间的去除均匀性(WTWNU；晶片间的非均匀性)均属于这些参数。

铜镶嵌法持续用于制造IC(例如参见欧洲专利申请EP 1306415A2第2页第[0012]段)。为了制造铜电路，在本领域也称为“铜CMP法”的方法中必须借助CMP淤浆化学机械去除铜层。完成的铜电路包埋于电介质中。通常在铜和电介质之间置有阻挡层。

通常用于这些CMP方法中的CMP试剂或淤浆包含分散的胶态无机颗粒如二氧化硅颗粒作为磨料物质(例如参见US4,954,142、US5,958,288、US5,980,775、US6,015,506、US6,068,787、US6,083,419和US6,136,711)。

然而，使用无机颗粒存在若干缺点。首先，必须在独立的分散步骤中将它们分散于水相中。其次，由于它们的高密度，它们往往从其含水分散体中沉降出来。因此，相应的CMP试剂或淤浆可能是不稳定的。第三，这些CMP试剂不能充分控制表面凹陷、侵蚀、腐蚀、表面缺陷、抛光速率和表面上不同材料间的选择性。无机颗粒及其聚集体经常在抛光表面上导致划痕。然而，出于明显的理由，必须避免这类划痕。当金属布线或互连结构包埋于容易被硬质无机磨料颗粒所破坏的较软和海绵状超低k介电材料中时，划痕问题势必特别严重。

通过使用有机颗粒作为研磨材料，已在一定程度上改善了这些问题。

例如，欧洲专利申请EP 0919602A1公开了一种CMP淤浆，其包含通过不具有可与待抛光表面的金属反应的官能团的乙烯基化合物(如苯乙烯和二乙烯基苯)的乳液聚合而制备的交联聚合物颗粒。任选可额外使用具有官能团如胺基、羟基、甲氧基或缩水甘油基的乙烯基单体、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体。由聚合获得的分散体可直接用作CMP淤浆。然而，由于不含金属反应性官能团或者其浓度低，必须使用络合剂以获得高除去速率MRR。