[發明專利]銅鈍化化學機械拋光組合物和方法

有效

• 申請號: 200880117903.0
• 申請日: 2008-11-20
• 公開（公告）號: CN101874093A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 丹妮拉·懷特;賈森·凱萊赫;約翰·帕克
• 申請（專利權）人: 卡伯特微電子公司
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 宋莉

技術領域

本發明涉及用于拋光含銅基材的拋光組合物和方法。更具體而言，本發明涉及利用銅絡合劑和銅鈍化劑的用于拋光含銅基材的化學機械拋光組合物和方法。

背景技術

本領域中已知許多用于對基材表面進行化學機械拋光(CMP)的組合物和方法。用于拋光半導體基材(例如，集成電路)的含有金屬的表面的拋光組合物(也稱為拋光漿料、CMP漿料和CMP組合物)通常含有研磨劑、各種添加劑化合物等并且通常與氧化劑組合使用。這樣的CMP組合物通常被設計用于移除特定的基材材料例如金屬(例如，鎢或銅)、絕緣體(例如，二氧化硅，諸如經等離子體增強的得自原硅酸四乙酯(PETEOS)的二氧化硅)、以及半導體材料(例如，硅或砷化鎵)。

在常規的CMP技術中，將基材夾持器(拋光頭)安裝在夾持器組件上并將其定位成與CMP裝置中的拋光墊接觸。夾持器組件提供可控制的壓力(向下力)以促使基材抵靠著拋光墊。使墊與附著有基材的夾持器相對于彼此移動。墊與基材的相對移動用于研磨基材的表面以從基材表面移除一部分材料，由此拋光該基材。通常通過拋光組合物的化學活性(例如，通過存在于CMP組合物中的氧化劑)和/或懸浮于拋光組合物中的研磨劑的機械活性進一步促進基材表面的拋光。典型的研磨劑材料包括例如二氧化硅(硅石)、二氧化鈰(鈰土)、氧化鋁(礬土)、氧化鋯(鋯氧土)、二氧化鈦(鈦白)和氧化錫。

研磨劑合意地作為膠態分散體懸浮于CMP組合物中，該膠態分散體優選是膠體穩定的。術語“膠體”是指研磨劑顆粒在液體載體中的懸浮液。“膠體穩定性”是指該懸浮液在選定的時段期間在沉降最少的情況下的保持性。在本發明的范圍內，如果在將懸浮液置于100mL量筒中且讓其在沒有攪動的情況下靜置2小時時，在該量筒底部50mL中的顆粒濃度([B]，以g/mL為單位)與懸浮于該量筒頂部50mL中的顆粒濃度([T]，以g/mL為單位)之間的差除以懸浮于研磨劑組合物中的顆粒的初始濃度([C]，以g/mL為單位)所得的值小于或等于0.5(即，([B]-[T])/[C]≤0.5)，則認為該研磨劑懸浮液是膠體穩定的。([B]-[T])/[C]的值合意地小于或等于0.3，且優選小于或等于0.1。

例如，Neville等人的美國專利No.5,527,423描述了通過用拋光漿料接觸金屬層的表面而對金屬層進行化學機械拋光的方法，該拋光漿料包含懸浮在含水介質中的高純度金屬氧化物細顆粒。或者，研磨劑材料可并入拋光墊中。Cook等人的美國專利No.5,489,233公開了具有表面紋理或圖案的拋光墊的用途，Bruxvoort等人的美國專利No.5,958,794公開了一種固定研磨劑拋光墊。

對于銅CMP應用，通常合意的是使用相對低的固含量的分散體(即，具有1重量％或更小的基于總的懸浮固體物(TSS)水平的研磨劑濃度)，其對銅具有化學反應性。化學反應性可通過使用氧化劑、螯合劑、腐蝕抑制劑、pH、離子強度等進行調整。使CMP漿料的化學反應性與機械研磨性質相平衡可為復雜的。許多商業銅CMP漿料具有高度的化學反應性并呈現出遠高于100埃/分鐘的高的銅靜態蝕刻速率(SER)，可通過有機腐蝕抑制劑例如苯并三唑(BTA)、三唑和咪唑至少部分地控制所述銅靜態蝕刻速率。然而，這樣的組合物通常不具良好的拋光后腐蝕控制。常見的商業銅CMP漿料還通常具有如下缺點：表面凹陷(dishing)-侵蝕、缺陷(defectivity)以及表面形貌問題。

不斷地需要開發新的銅CMP組合物和方法，其利用相對低的固含量的CMP漿料，與常規的CMP漿料相比，其具有降低的表面凹陷-侵蝕和缺陷水平、相對高的銅移除速率、以及較好的防腐蝕性和表面抑制性。從本文中提供的對本發明的描述，本發明的這些和其它優勢以及額外的發明特征將變得明晰。

發明內容

本發明提供用于拋光含銅基材的化學機械拋光(CMP)組合物和方法。本發明的方法涉及使用本發明的CMP組合物研磨含銅基材的表面，該研磨優選在氧化劑(例如，過氧化氫)的存在下進行。與常規的銅CMP漿料相比，本發明的組合物和方法可提供相對高的銅移除速率以及良好的銅鈍化。

本發明的CMP組合物包含粒狀研磨劑、銅絡合劑、銅鈍化劑、以及含水載體。銅鈍化劑包含酸性OH基團和另外的具有氧原子的含氧取代基，該氧原子與所述酸性OH基團的氧原子以1，6關系排列。本發明的優選組合物包含分散和/或懸浮于含水載體中的0.01～1重量％的粒狀研磨劑、0.1～1重量％的銅絡合劑、10～1000ppm的銅鈍化劑。