用于化学机械抛光含有钌和铜的衬底的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于化学机械抛光包含钉和铜的衬底的方法。更确切地说，本发 明设及一种用于化学机械抛光包含钉和铜的半导体衬底的方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体衬底中的线宽和层厚度持续减小，钉在各种集成方案中逐渐替代铜晶 种层的使用。此外，对于高密度集成电路日益增加的需求使得装置设计合并金属互连结构 的多个上覆层。为了促进所述多层装置设计，使每一装置层平面化至关重要。半导体制造 商依赖于化学机械抛光作为用W提供平坦衬底表面的经济方法。
[0003] 因为不同半导体制造商所用的集成方案不同，所W在化学机械抛光步骤中经抛光 的各种装置层所需的速率选择性也不同。另外，在用于给定装置配置的给定抛光操作期间 出现的化学机械抛光副产物可能不同。举例来说，针对钉抛光设计的常规抛光组合物典型 地含有强氧化剂、具有低抑或具有低抑与强氧化剂两者。所述配制品可W提供适用的钉 去除速率；然而，其还提供形成四氧化钉的潜能。四氧化钉是高毒性气体，其在化学机械抛 光操作期间需要特殊的预防措施。
[0004] 另外，铜在暴露于含有强氧化剂的抛光组合物时极其快速地氧化。鉴于钉和铜的 还原潜能差异，在使用常规钉抛光组合物抛光某些装置配置时，铜可能经受由钉造成的电 流侵蚀。运可能在抛光时导致不同的铜和钉去除速率，从而导致不当的不均匀性。
[0005] 一种用于抛光含有钉和铜的衬底层的所声明的解决方案由李化i)等人在美国专 利申请公开案第2009/0124173号中公开。李等人公开一种化学机械抛光组合物，其包含： (a)研磨剂，化）水性载剂，（C)氧化剂，其具有相对于标准氨电极大于0.7V并且低于1.3V 的标准还原潜能，W及（d)任选的棚酸根阴离子源，其条件是当氧化剂包含除过棚酸盐、过 碳酸盐或过憐酸盐W外的过氧化物时，化学机械抛光组合物进一步包含棚酸根阴离子源， 其中化学机械抛光组合物的抑在约7与约12之间。
[0006] 尽管如此，仍然存在对新的化学机械抛光浆料组合物和用于具有钉和铜表面特征 的抛光衬底的方法的需求。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种用于化学机械抛光衬底的方法，其包含：提供抛光机；提供衬底， 其中所述衬底包含钉和铜；提供化学机械抛光浆料组合物，其包含W下各者作为初始组分： 水、0.Iwt%到25wt%研磨剂、0. 05wt%到Iwt%次氯酸钢或次氯酸钟、0.OOlwt%到Iwt% 丙締酸与甲基丙締酸的共聚物、0. 〇〇5wt%到Iwt%铜腐蚀抑制剂（优选是BTA)、0wt%到 0. 0Iwt%聚甲基乙締基酸（PMVE)、Owt%到0.Iwt%非离子表面活性剂，其中化学机械抛光 浆料组合物具有8到12的pH;提供化学机械抛光垫；将化学机械抛光垫和衬底安设在化学 机械抛光机中；W0. 69kPa到34. 5kPa的下压力产生在化学机械抛光垫与衬底之间的动态 接触；接近于化学机械抛光垫与衬底之间的界面分配化学机械抛光浆料组合物；其中化学 机械抛光浆料组合物与衬底的钉和铜接触；其中衬底被抛光；并且其中一部分钉被从衬底 去除。
[0008]本发明提供一种用于化学机械抛光衬底的方法，其包含：提供抛光机；提供衬底， 其中所述衬底包含钉和铜；提供化学机械抛光浆料组合物，其包含W下各者作为初始组分： 水；5wt%到15wt%研磨剂，其中所述研磨剂是平均粒径为Inm到lOOnm的胶态二氧化娃研 磨剂；0. 05wt%到Iwt%次氯酸钢；0.0 Olwt%到Iwt%丙締酸与甲基丙締酸的共聚物，其中 所述丙締酸与甲基丙締酸的共聚物的丙締酸与甲基丙締酸比率为1 : 5到5 : 1并且重量 平均分子量为10, OOOg/mol到50, OOOg/mol ;0. 005wt%到Iwt%铜腐蚀抑制剂，其中所述铜 腐蚀抑制剂是苯并Ξ挫；0.0005wt%到0.005wt%聚（甲基乙締基酸），其中所述聚（甲基 乙締基酸）的重量平均分子量为10, OOOg/mol到50, OOOg/mol ;0. 005wt%到0. 05wt%非 离子表面活性剂，其中所述非离子表面活性剂是聚乙二醇脱水山梨糖醇单月桂酸醋；其中 化学机械抛光浆料组合物具有9到11的pH;提供化学机械抛光垫；将化学机械抛光垫和衬 底安设在化学机械抛光机中；W 0. 69kPa到34. 5kPa的下压力产生在化学机械抛光垫与衬 底之间的动态接触；接近于化学机械抛光垫与衬底之间的界面分配化学机械抛光浆料组合 物；其中化学机械抛光浆料组合物与衬底的钉和铜接触；其中衬底被抛光；并且其中一部 分钉被从衬底去除。
[0009]本发明提供一种用于化学机械抛光衬底的方法，其包含：提供抛光机；提供衬底， 其中所述衬底包含钉和铜；提供化学机械抛光浆料组合物，其包含W下各者作为初始组分： 水；5wt%到15wt%研磨剂，其中所述研磨剂是平均粒径为25nm到85nm的胶态二氧化娃研 磨剂；0. 05wt%到Iwt%次氯酸钢；0.0 Olwt%到Iwt%丙締酸与甲基丙締酸的共聚物，其中 所述丙締酸与甲基丙締酸的共聚物的丙締酸与甲基丙締酸比率为1 : 5到5 : 1并且重量 平均分子量为20, OOOg/mol到25, OOOg/mol ;0. 005wt%到Iwt%铜腐蚀抑制剂，其中所述铜 腐蚀抑制剂是苯并Ξ挫；0.0005wt%到0.005wt%聚（甲基乙締基酸），其中所述聚（甲基 乙締基酸）的重量平均分子量为25, OOOg/mol到40, OOOg/mol ;0. 005wt%到0. 05wt%非 离子表面活性剂，其中所述非离子表面活性剂是聚乙二醇脱水山梨糖醇单月桂酸醋；其中 化学机械抛光浆料组合物具有9到11的pH;提供化学机械抛光垫；将化学机械抛光垫和衬 底安设在化学机械抛光机中；W 0. 69kPa到34. 5kPa的下压力产生在化学机械抛光垫与衬 底之间的动态接触；接近于化学机械抛光垫与衬底之间的界面分配化学机械抛光浆料组合 物；其中化学机械抛光浆料组合物与衬底的钉和铜接触；其中衬底被抛光；并且其中一部 分钉被从衬底去除。
[0010] 本发明提供一种用于化学机械抛光衬底的方法，其包含：提供抛光机；提供衬底， 其中所述衬底包含钉和铜；提供化学机械抛光浆料组合物，其包含W下各者作为初始组分： 水；7wt%到12wt%胶态二氧化娃研磨剂，其中所述胶态二氧化娃研磨剂具有25皿到85皿 的平均粒径；0. 07wt%到Iwt%次氯酸钢；0.0 lwt%到0.1 wt%丙締酸与甲基丙締酸的共聚 物，其中所述丙締酸与甲基丙締酸的共聚物的丙締酸与甲基丙締酸比率为1 : 5到5 : 1 并且重量平均分子量为15,000g/mol至IJ 30,000g/mol ;0. 03wt%到0. 05wt%苯并Ξ挫； O.OOlwt%到0.0025wt%聚（甲基乙締基酸），其中所述聚（甲基乙締基酸）的重量平均分 子量为25, OOOg/mol到40, OOOg/mol ;0. 0075wt%到0. 015wt%非离子表面活性剂，其中所 述非离子表面活性剂是聚乙二醇脱水山梨糖醇单月桂酸醋；其中化学机械抛光浆料组合物 具有10到11的抑；提供化学机械抛光垫；将化学机械抛光垫和衬底安设在化学机械抛光 机中；W0. 69kPa到34. 5kPa的下压力产生在化学机械抛光垫与衬底之间的动态接触；接 近于化学机械抛光垫与衬底之间的界面分配化学机械抛光浆料组合物；其中化学机械抛光 浆料组合物与衬底的钉和铜接触；其中衬底被抛光；并且其中一部分钉被从衬底去除。
[0011] 本发明提供一种用于化学机械抛光衬底的方法，其包含：提供抛光机；提供衬底， 其中所述衬底包含钉和铜；提供化学机械抛光浆料组合物，其包含W下各者作为初始组分： 水；7wt%到12wt%胶态二氧化娃研磨剂，其中所述胶态二氧化娃研磨剂具有25皿到85皿 的平均粒径；0. 075wt%到0. 5wt%次氯酸钢；0. 05wt%到0. 075wt%丙締酸与甲基丙締酸 的共聚物，其中所述共聚物的丙締酸与甲基丙締酸比率为2 : 3并且重量平均分子量为 20,OOOg/mol到 25,OOOg/mol;0. 03wt% 到 0. 05wt% 苯并Ξ挫；0.OOlwt% 到 0. 0025wt% 聚（甲基乙締基酸），其中所述聚（甲基乙締基酸）的重量平均分子量为25,000g/mol到 40,OOOg/mol;0. 0075wt%到0. 015wt%非离子表面活性剂，其中所述非离子表面活性剂是 聚乙二醇脱水山梨糖醇单月桂酸醋；其中化学机械抛光浆料组合物具有10到11的抑； 提供化学机械抛光垫；将化学机械抛光垫和衬底安设在化学机械抛光机中；W0. 69kPa到 34. 5kPa的下压力产生在化学机械抛光垫与衬底之间的动态接触；接近于化学机械抛光垫 与衬底之间的界面分配化学机械抛光浆料组合物；其中化学机械抛光浆料组合物与衬底的 钉和铜接触；其中衬底被抛光；并且其中一部分钉被从衬底去除。
【具体实施方式】
[0012] 许多如由覆盖层抛光实验所证明的展现所需钉去除速率和钉对铜选择性的有希 望的化学机械抛光组合物未能对于由各种图案化衬底（即，具有钉与铜表面特征两者的衬 底）所展现的不同装置配置展现稳固的抛光性能。据相信，在化学机械抛光包含钉和铜的 衬底期间所产生的副产物包括铜离子。进一步相信，运些铜离子导致次氯酸钢氧化剂分解。 已经出人意料地发现，用于本发明方法的含有次氯酸钢氧化剂的化学机械抛光浆料组合物 在多种具有钉与铜表面特征两者的不同装置配置上展现稳固的抛光性质。
[0013] 本发明的用于化学机械抛光衬底的方法适用于化学机械抛光包含钉和铜的衬底 的表面。本发明的用于化学机械抛光衬底表面的方法尤其适用于化学机械抛光具有钉和铜 表面特征的半导体晶片的表面，其中化学机械抛光浆料组合物与表面特征的钉和铜接触； 并且一部分钉被从衬底去除。
[0014]