1 引言
日益复杂和密集的半导体结构在生产中保持可平面化的能力是评论其先进性的必要条件之一，如果没有可平面化的能力，在半导体晶圆片上创建复杂和密集的结构是非常有限的，化学机械平面化（CMP）在这一领域是一种最有效的技术，并已证实它是半导体结构上表面薄膜平面化最有效的方法，铜CMP通常使用两步抛光工艺，在第一步当中，当需要在整个晶圆片上保持良好平面化的时候，铜浆料是用来去除大多数铜薄层和任何残余的铜残渣；第二步是当需要保持进一步改进平面化的时候，用来阻碍某些薄膜的去除，例如，钽（Ta）或氮化钽（TaN）。

在低k电介质的情况下，阻挡层和低k介质层之间可能有一层、两层或三盖层，顶部盖层可用于形貌修正而低下盖层被用来作为抛光终止层来保护下面的介质层免受来自化学和机械的损伤，另一附加层可以被设计用于特殊的综合目的，顶层紧接着下面的一层阻挡膜可以是氮化硅（SiN）或TEOS SiO2（TEOS）而低层紧接在介质层之上可以是TEOS，碳化硅（SiC）氮碳化硅（SiCN）或SiN，低k介质层本身，通常，CDO（carbon doped oxide）也能被用来作为终止层。

因此，除了去除阻挡薄膜以外，去除顶部薄膜和在设计为终止层的一种阻碍浆料是需要的，只去除阻挡薄膜面不去除其他任何薄膜的浆料也是需要的。从一种综合设计到另一种综合设计，对于每个盖层薄膜的去除薄率不同也是必需的，直到满足这些不同设计需求，如果没有其他去除率的不利影响，一种强阻挡浆料将能够改变或调整每种膜的去除率。

Rohm和Hass电子材料已经开发出一系列的浆料能够有效地去除TaN，TEOS，SiN，CDO和/或者SiCN，或它们的任何化合物，或者依赖于特殊浆料的设计，TEOS，SiN，CDO，SiCN和SiN的一种或两种薄膜表面终止，去除率的控制是用一种或两种添加剂来达到的，为了满足多种工业需求，大多数浆料具有较低的研磨剂含量，在低向下压力和任何一种高pH或低pH值的状况下都具有良好的去除率。从应用的观点看，大多数浆料是可调的，用一种或两种添加剂来控制薄膜的去除率。浆料的调整原理在研究开发时已经进行过描述和讨论。

2 实验

材料：从制造厂商购买得大多数化学药品无需进一步净化即可使用，除了稳定性实验外，在实验前一天或几天调制的浆料一周之内是可以使用的，所有的实验都是在室温下进行，使用的晶片直径是φ200mm、TEOS、SiO2和铜覆盖的晶片是从Silyb购得，氮化钽晶片是从Wafernet and Coral，CDO（carbon doped oxide）购得，低k介质晶片是从ATDF购得。

抛光和测量：抛光时用Strasbaugh 6EC或Applied Materials Mirr抛光机和IC1010TM或PolitexTM抛光衬垫，除特殊需要以外向下压力为6.90×10-3-13.80×10-3Mpa，压盘和载片盘两者的速度大约为100r/min，浆料的流速是200ml/min。抛光前和抛光后不同膜厚的去除率需要通过计算来确定，TEOS和Coral晶片的49点映象是用一个称为Therma-wave Opti-Probe2600来传导，铜和氮化钽覆盖晶片的91点直径扫描是用称为CDE168来传导的，所有报告的去除率都是以nm/min为单位，典型的整个抛光时间为60s，为了提高精确性对于低去除率晶片整个抛光时间是120s。

3 结果

栅和其他盖层去除后CDO层的保护是非常重要的，图1示出了用添加剂D抑制CDO去除率，在6.90×10-3Mpa的压力下的抛光结果，表1记录的添加剂D的质量数为1×10-6，当所有其他去除率在很有程度上未受影响时，可以看到的是添加剂增加百万分之几，CDO的速率下降从120-7nm/min，由于添加剂D的增加浆料成为稳定的胶质状态，因此，在抑制CDO速率时增加添加剂是有效的。

在某些案例中，为了得到较好的形貌结果，TEOS可以用来做第一盖层（例如SiZN）之上的第二盖层材料，在这一案例中，TEOS的去除是必需的并且浆料需在SiCN层终止，图2示出当保护SiCN终止层时用添加剂C能够提高TEOS去除的抛光结果。对所有的浆料TaN的速率是140nm/min或更高，可见，在保护SiCN时，尽管Cu的速率显示出一些变化，添加剂C还是能有效的提高TEOS的去除。

为了控制TEOS和SiCN速率的退耦，在图3中提出另外一种添加剂P，当其他所有薄膜的抛光速率几乎无效时，添加剂P能够有效地抑制SiCN，因此，当它用于终止层时，这种添加剂能够被用来保护SiCN膜。

第一或第二盖层SiN同样是一个可能的选择，因而，对于SiN去除和保护的任一方面都是需要的，图4示出了SiN去除率与添加剂A的的作用一样，当添加剂A在0.2%时，低质量分数的SiN去除率是没有效果的，正如终止层一样，SiN膜被完全保护，正如图4所示的那样添加剂A的增加也能够保护SiCN薄膜。

图5示出了添加剂B能够对CDO和SiCN两种薄膜进行保护，当CDO或SiCN的任一种被用作终止层时添加剂B都是可以使用的。

在一些案例中，当在CDO或TEOS表面终止时，去除SiN可能是必须的。探测各种磨料（浆料）TEOS和CDO具有低速率而SiCN和SiN具有高速率，图6示出这一抛光结果。

同时要具备，去除TaN不去除其他任何膜的一种磨料（浆料），图7示出了4种仅去除TaN的高选择性磨料（浆料）。

对于某一个确定的应用增加CDO速率可能是适合人们意愿的。图8示出了用添加剂F来增加CDO速率的结果。可见TEOS和TaN仍然是添加剂F中出现加高的比率，尽管铜的比率也在增加。

在防止铜伸出之前，铜的去除率也需要多种多样，图9示出了通过增加添G来增加铜比率的结果，添加剂G能够增加铜比率对其他的比率几乎没有影响。

虽然对选择性阻挡浆料有高和低去除率的要求，但是，我们认为这个例子说明了盖层上最常需求的去除化合物。

4 论述

也许有许多控制浆料化学活性的机械装置，例如表面能、表面疏水性、氢键结合，电荷交互作用

（浆料的pH值和离子强度有关系）van der Waal sinteractions、强/弱酸基理论、亲质子和亲电子的行为反应和表面氧化还原反应。

亲电子行为和表面氧化还原反应，表1示出了一些硅圆片的表面特性，包括在水中表面的零电位pH值，Hamaker常数（一种对van der Waals交互作用的指示），表面水接触角度和表面自由能。

表面疏水性能够作为一个例子来举例说明浆料添加剂的选择原理，用不同添加剂同碳原子数的不同比率直到比碳带有更多负电荷的（X）原子的总数为止的一系列实验，依据表2列出的添加剂可以得到表面的成功保护，术语"保护表面"意味着添加剂的存在可简要地说明薄膜的去除率在减小，可见表面保护强有力的涉及添加剂的疏水性（在最后的柱状表中，可简要说明依据碳原子的比率到其他带有更多负电荷的原子），第一号添加剂（#1）比其他所有添加剂的疏水性小，因此，它只保护最具有疏水性特征的CDO表面，最后一种添加剂（#8）在表中所列所有添加剂中具有最大的疏水性，它保护了几乎全部的表面包括疏水性最小的TEOS表面。

X立足于O，N，P，S，等元素，具有比碳原子更高的负电荷。

从表2可看出添加剂与晶圆表面的交互作用是大自然中主要疏水性作用，当CDO具有最大的疏水特性时TEOS具有最小的疏水性，此外，我们可以推断晶圆表面的疏水特性遵循规则TEOS<SiN<SiCN<CDO。每一表面与水的接触角度指示了表面的疏水性，也将遵循同样的规则，通过表1中的标准接触角度来校核，这是除了电势以外的一般规则，在一些特殊交互作用的地方，例如，氢键结合，电荷交互作用，同等物的键合，范德瓦尔斯交互作用等是包括在内的。

5 简明摘要

以多种硅圆片表面和添加剂之间交互作用为基础来理解，当按设计要求有计划地施加选择性浆料，Rohm和Haas电子材料是能够控制这些薄膜的去除率的，通过选择适当的添加剂是能够做到： 选择性地只去除TaN而不去除其他薄膜，去除TaN和TEOS并在SiCN，CDO和SiN薄膜上终止，去除TaN和SiN并在SiCN，CDO和TEOS的单体或化合物上终止，去除TaN和TEOS，SiN并在CDO或SiCN薄膜上终止。

进一步提高TEOS，TaN，CDO或Cu薄膜的去除率，用化学方法并独立地使用一种添加剂来控制每一种薄膜的去除率。

大多数添加剂在6.90×10-3MPa或13.80×10-3MPa的向下压力，酸性和碱性pH值下起作用的，浆料具有低研磨剂含量（例如2%-4%）并具有稳定的胶质。