[发明专利]包含非离子表面活性剂和碳酸盐的化学机械抛光组合物

说明书

发明领域

本发明基本上涉及包含非离子表面活性剂和碳酸盐或碳酸氢盐的化学机械抛光(下文简写为CMP)CMP组合物。

现有技术描述

在半导体工业中，化学机械抛光为用于制造先进的光学、微电子机械和微电子材料和装置，例如半导体晶片的熟知技术。

在制造用于半导体工业的材料和装置的过程中，CMP用于使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学与机械作用的相互作用实现待抛光表面的平坦化。化学作用由也称作CMP组合物或CMP浆料的化学组合物提供。机械作用通常由典型地压在待抛光表面上且安放在移动压板上的抛光垫进行。压板的移动通常为线性、旋转或轨道式。

在典型CMP工艺步骤中，旋转晶片夹持具使待抛光晶片与抛光垫接触。一般将CMP组合物应用于待抛光晶片和抛光垫之间。

在本领域现状中，包含表面活性剂和/或碳酸盐的CMP组合物已知和描述于例如以下文献中。

JP 2003-100671 A公开了一种抛光半导体晶片的方法，所述方法在抛光液体中使用与表面活性剂混合的碱水溶液，其中可将NaHCO₃和KHCO₃加入所述溶液中。表面活性剂可为非离子表面活性剂。

US 2009/0298290 A1公开了一种用于化学机械抛光至少含有(i)包含多晶硅或改性多晶硅的第一层和(ii)包含选自氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、氧碳化硅和氧氮化硅中的至少一种的第二层的物体的抛光液体，其中抛光液体的pH为1.5-7.0，包含(1)胶态二氧化硅颗粒、(2)有机酸和(3)阴离子表面活性剂，且相对于第一层可选择性地抛光第二层。为了调节抛光液体的pH，可使用碱/酸或缓冲剂。缓冲剂的实例尤其包括碳酸盐如碳酸钠。

US 2009/311864 A1公开了一种用于化学机械抛光半导体集成电路中的阻隔层和中间层介电膜的抛光浆料，其中抛光浆料包含：研磨剂；氧化剂；防蚀剂；酸；表面活性剂和包合物，其中抛光浆料的pH小于5。可将碱/酸或缓冲剂用于调节pH。缓冲剂的实例尤其包括碳酸盐如碳酸钠。

本发明目的

本发明的一个目的在于提供适于化学机械抛光用于半导体工业的基底的CMP组合物和CMP方法，特别地基底包括：

(1)铜，和/或

(2)钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌、钴或其合金，

且表现出改善的抛光性能，尤其是：

(i)待优选抛光的基底如氮化钽的高材料除去速率(MRR)，

(ii)非待优选抛光的基底如铜和/或低k材料的低材料除去速率(MRR)，

(iii)安全处理和将有毒副产物降低至最少，或

(iv)(i)、(ii)和(iii)的组合。

此外，CMP组合物应是其中不会发生相分离的稳定配制剂或分散体。此外，寻找容易应用和需要尽可能少的步骤的CMP方法。

只要阻隔层和低k或超低k材料存在于所用半导体基底中，本发明CMP组合物应优选除去阻隔层和保持低k和超低k材料的整体性，即就MRR对阻隔层应具有比低k或超低k材料特别高的选择性。具体地，只要铜层、阻隔层和低k或超低k材料存在于待抛光的基底中，本发明CMP组合物应表现出尽可能多的以下性能的组合：(a)阻隔层的高MRR，(b)铜层的低MRR，(c)低k或超低k材料的低MRR，(d)就MRR对阻隔层比铜层的高选择性，(e)就MRR对阻隔层比低k和超低k材料的高选择性。最具体地，只要铜层、钽或氮化钽层和低k或超低k材料存在于待抛光的基底中，本发明CMP组合物应表现出尽可能多的以下性能的组合：(a')钽或氮化钽的高MRR，(b')铜层的低MRR，(c')低k或超低k材料的低MRR，(d')就MRR对钽或氮化钽比铜的高选择性，和(e')就MRR对氮化钽比低k或超低k材料的高选择性。此外，本发明CMP组合物应表现出长贮存期，同时保持阻隔层的高MRR。

发明概述

相应地，发现一种化学机械抛光(CMP)组合物(Q)，包含：

(A)无机颗粒、有机颗粒或其混合物或复合物，其中所述颗粒为茧状，

(B)非离子表面活性剂，

(C)碳酸盐或碳酸氢盐，

(D)醇，和

(M)含水介质。

此外，发现制备半导体器件的方法，包括在CMP组合物(Q)存在下化学机械抛光基底，所述方法实现了本发明目的。

此外，发现CMP组合物(Q)在抛光用于半导体工业的基底中的用途，所述用途实现了本发明目的。