含铜基底的化学机械抛光方法

专利名称：：含铜基底的化学机械抛光方法
技术领域：
：本发明涉及化学机械抛光组合物及方法。
背景技术：
：下一代半导体器件的开发强调使用电阻率值比前一代金属(例如铝)低的金属(例如铜)，以降低器件上导电层之间的电容并增加电路可工作的频率。已证明现有技术方法(例如沉积及蚀刻方法)由于在蚀刻铜方面的困难而无法开发了使用铜制造互连的新方法。一种这样的方法称为大马士革工艺。根据该工艺，通常包含掺杂二氧化硅、未掺杂二氧化硅或低K电介质的介电材料表面通过常规的干蚀刻方法来图案化，以形成用于垂直及水平互连的孔及沟槽。该图案化的表面涂覆有扩散阻挡层，例如钽、氮化钽、钛或氮化钛。然后用铜层涂覆该扩散阻挡层。釆用化学机械抛光减小铜覆盖层的厚度、以及任何粘附促进层和/或扩散阻挡层的厚度，直至获得暴露出二氧化硅表面的高出部分的平坦表面。通孔及沟槽保持填充有形成电路互连的导电铜。由于铜具有扩散到周围介电材料中的趋势，因而必须在铜与介电材料之间提供扩散阻挡层。在该行业内已广泛接受钽及氮化钽作为阻挡层材料并通常在沉积铜之前通过物理气相沉积(PVD)将其涂覆在基底上。因此基底的平坦化要求移除铜且随后移除扩散阻挡物以暴露出下面的电介质并完成电路的生产。钽及氮化钽的性质不同于铜的性质，其明显更具化学惰性，使得适合用于铜的抛光的抛光组合物通常不适合用于移除下面的钽及氮化钽。因此，通常用两步法抛光铜-钽基底，其中第一步采用第一抛光组合物移除大部分的铜，第二步采用第二抛光组合物移除剩余的铜及阻挡膜(例如钽)。通常，钽抛光组合物配制为具有9或更高的高;威性pH值。该;威性抛光组合物往往还对下面的电介质层表现出高的移除速率，这可以导致基底的侵5蚀并导致基底的非平面性。近来，已开发出pH值小于4的酸性钽抛光组合物。尽管这样的酸性抛光组合物对钽的选择性优于对电介质层的选择性，但在这样低的pH值下铜形貌往往会造成凹痕缺陷。此外，钽抛光组合物通常含有氧化剂以移除从铜移除步骤剩余的残留铜。然而，氧化剂提高由钽抛光组合物所表现出的铜移除速率，使得在钽的移除过程期间可同时移除留在沟槽内的铜。这种在沟槽内的铜的移除在较宽线路中尤其成问题并称作"凹陷"。凹陷导致抛光表面的非平面性以及对铜线路的潜在破坏。为此，已设计了欲用于含铜基底的抛光组合物，该抛光组合物包含铜过抛光抑制剂，其通过用氧化剂及抛光组合物的其它组分减少沟槽内的铜蚀刻来起作用。通常，这样的抑制剂包括含氮化合物，例如胺及小分子量含氮杂环化合物(例如苯并三唑、1,2,3-三唑及1,2,4-三唑)。例如，美国专利第6,585,568号描述了用于抛光在绝缘膜上形成的基于铜的金属膜的CMP抛光浆料，其包含抛光材料、氧化剂及水、以及苯并三唑化合物及三唑化合物，其中三唑化合物与苯并三唑化合物之比为5至70。美国专利第6,375,693号公开了用于抛光在基于铜的冶金(metallurgy)中所用的基于钽的阻挡层的浆料，其由用来氧化铜的过氧化氢、铜氧化抑制剂、调节铜与氧化抑制剂之间的络合的硫酸化脂肪酸表面活性剂、以及胶态二氧化硅组成，其中该氧化抑制剂选自l-H苯并三唑、1-羟基苯并三唑、1-甲基苯并三唑、5-曱基苯并三唑、苯并咪唑、2-曱基苯并咪唑及5-氯苯并三唑。及侵蚀方面获得改善，但仍存在凹痕及凹陷问题，尤其是在低的pH值下。物，因而这些基底的平坦化需要两步法。因此，本领域中仍需要用于对包含铜及钽层的基底进行化学机械平坦化的改善的抛光系统及方法。
发明内容本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含下列物质、基本上由下列物质组成、或者由下列物质组成(a)研磨剂；(b)0.5mM至100mM具有以下通式结构的苯并三唑化合物，其中R!选自H、-OH、隱CHO、-CN及画NC，n为0至6的整数，且R2选自H、C广C6烷基、F、Cl及Br，条件为当R！为H且n=0时，则112不能为H;(c)选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂；及(d)水，其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，且其中该抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的^5克酸烷基酯。本发明还提供一种化学机械抛光基底的方法，该方法包括(i)提供基底，(ii)使该基底与抛光垫及化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含下列物质、基本上由下列物质组成、或者由下列物质组成(a)研磨剂；(b)0.5mM至100mM具有以下通式结构的苯并三唑化合物，其中R,选自H、-OH、-CHO、-CN及-NC,n为0至6的整数，且R2选自H、C广C6烷基、F、Cl及Br，条件为当&为H且n二O时，则112不能为H;(c)选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂；及(d)水，其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，且其中该抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的^5克酸烷基酯，(ii)相对于该基底移动该抛光垫，该抛光垫与该基底之间有该化学机械抛光组合物，以及(iii)磨除该基底的至少一部分以抛光该基底。图1为用包含苯并三唑的化学机械抛光组合物抛光后的铜毯覆(blanket)晶片表面的SEM图像。图2为用包含5-曱基苯并三唑的化学机械抛光组合物抛光后的铜毯覆晶片表面的SEM图像。图3为用包含苯并三唑的化学机械抛光组合物抛光后的铜图案晶片的SEM图像。图4为用包含5-曱基苯并三唑的化学机械抛光组合物抛光后的铜图案晶片的SEM图像。具体实施例方式本发明提供一种包含下列物质、基本上由下列物质组成、或者由下列物质组成的化学才几械抛光组合物(a)研磨剂，(b)0.5mM至100mM具有以下通式结构苯并三唑化合物，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中R!选自H、-OH、-CHO、-CN及-NC，n为0至6的整数，且R2选自H、C广C6烷基、F、Cl及Br，条件为当R,为H且『0时，则112不能为H;(c)选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂；及(d)水，其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机欺酸，并且其中该抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的硫酸烷基酯。研磨剂可为任何合适的研磨剂，例如，研磨剂可以为天然或合成研磨剂，并可以包括金属氧化物、碳化物、氮化物、金刚砂等。研磨剂还可以为聚合物颗粒或经涂覆的颗粒。合意的是，研磨剂包含金属氧化物。优选地，金属氧化物选自氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、其共形成产物、及其组合。更优选地，金属氧化物为二氧化硅。二氧化硅可以为任何合适形式的二氧化硅。二氧化硅的可用形式包括，但不限于，热解二氧化硅、沉淀二氧化硅及缩聚二氧化硅。更优选地，二氧化硅为缩聚二氧化硅。缩聚二氧化硅颗粒通常通过将Si(0H)4缩合形成胶体颗粒来制备。前体Si(OH)4可通过例如水解高纯度的烷氧基硅烷或通过酸化硅酸盐水溶液而获得。这样的研磨剂颗粒可以根据美国专利第5,230,833号制备或者可以作为任何的各种市售产品而获得，所述市售产品例如FusoPL-1、PL-2及PL-3产品(FusoChemicalCompany，Ltd.,日本)及Nalco1050、2327及2329产品(NalcoChemicalCompany,Naperville,IL)以及可得自DuPont、Bayer、AppliedResearch、NissanChemical及Clariant台々其它类4以产品。研磨剂还可以为氧化铝掺杂的二氧化硅。合适的氧化铝掺杂的二氧化硅的实例为Nalco1034A产品(NalcoChemicalCompany)。本领域公知，许多研磨剂颗粒(例如金属氧化物颗粒)包含最低结构层次的初级颗粒。初级颗粒通过构成颗粒的原子之间的共价键形成，并且在几乎最苛刻的条件下都是稳定的。在下一层次的结构中，初级颗粒结合成二级颗粒，通常称为聚集体。聚集体颗粒包含初级颗粒并通过共价键键合在一起且通常对由例如机械能量输入(例如高剪切混合)引起的降解具有耐受性。在下一层次的结构中，聚集体更松散地结合成团聚体。通常，团聚体可以经由机械能量输入而离解成构成其的聚集体。取决于特定组合物及制备方法，初级颗粒及二级颗粒(例如聚集体)可以具有球形到椭圆形范围内的形状，且一些聚集体可以具有伸展的链状结构。例如，火成或热解二氧化硅通常以具有链状结构的聚集体形式存在。沉淀二氧化硅(例如通过硅酸钠的中和制备的二氧化硅)具有聚集体结构，其中近似球形的初级颗粒结合成类似"葡萄串"的聚集体。初级研磨剂颗粒及聚集的初级颗粒(例如二级颗粒)二者皆可以平均粒径表征。在这点上，粒径指包围该颗粒的最小球体的直径。研磨剂通常具有5纳米或更大(例如10纳米或更大、或15纳米或更大、或20纳米或更大)的平均初级粒径。优选地，研磨剂的平均初级粒径为150纳米或更小(例如100纳米或更小、或75纳米或更小、或50纳米或更小、或甚至30纳米或更小)。更优选地，研磨剂具有5纳米至50纳米、或10纳米至40纳米、或15纳米至35纳米、或20纳米至30纳米的平均初级粒径。当研磨剂包含初级颗粒的聚集体时，研磨剂通常具有20纳米或更大(例如30纳米或更大、或40纳米或更大、或50纳米或更大)的聚集体粒径。优选地，研磨剂具有250纳米或更小(例如200纳米或更小、或150纳米或更小、或100纳米或更小、或甚至75纳米或更小)的聚集体粒径。更优选地，研磨剂具有20纳米至125纳米、或30納米至100纳米的聚集体粒径。合意的是，研磨剂悬浮于抛光组合物中，更具体而言，悬浮于抛光组合物的水之中。抛光组合物优选是胶体稳定的。术语胶体指研磨剂颗粒在水中的悬浮液。胶体稳定性指该悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下文中，若当将研磨剂组合物置于100毫升量筒内并且无扰动地放置2小时的时间后，量筒底部50毫升中的颗粒浓度([B]，单位为克/毫升)与量筒顶部50毫升中的颗粒浓度([T]，单位为克/毫升)之间的差值除以研磨剂组合物中的初始颗粒浓度([C]，单位为克/毫升)所得到的值小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]<0.5)时，则认为该研磨剂具有胶体稳定性。合意的是，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且优选小于或等于O.l。9任何合适的量的研磨剂皆可以存在于抛光组合物中。通常，抛光组合物中可以存在0.01重量％或更多的研磨剂(例如0.05重量％或更多、或0.1重量%或更多)。抛光组合物中研磨剂的量优选不超过10重量％,且更优选不超过5重量％(例如不超过2.5重量％或不超过1重量％)。甚至更优选地，研磨剂占抛光组合物的0.05重量％至2.5重量％(例如0.1重量％至1重量％)。抛光组合物包含具有以下通式结构的苯并三唑化合物，其中R!选自H、-OH、-CHO、-CN及-NC，n为0至6的整数(即，0、1、2、3、4、5或6)，且R2选自H、C广Q烷基、F、Cl及Br,条件为当R,为H且n-O时，则R2不能为H。优选地，n为0至3的整数(即，0、1或2),且R2选自H、C广C3烷基(即，-CHr、-CH2CH2画或-CH2CH2CH2画)、F、Cl及Br，条件为当R！为H且n=0时，则R2不能为H。更优选地，该苯并三唑选自4-曱基苯并三唑、5-曱基苯并三唑、lH-苯并三唑-l-曱醛、l-(异氰基曱基)-lH-苯并三唑、lH-苯并三唑-l-乙腈、lH-苯并三唑-l-曱醇、及其组合。抛光组合物可以包含任何合适浓度的苯并三唑化合物。通常，抛光组合物中苯并三唑化合物的浓度为0.5mM或更高(例如lmM或更高、或2mM或更高、或5mM或更高)。优选地，抛光组合物中苯并三唑化合物的浓度为100mM或更低(例如75mM或更〗氐、或50mM或更低)。更优选地，抛光组合物中苯并三唑化合物的浓度为0.5mM至75mM(例如lmM至50mM、或2mM至20mM、或甚至5mM至20mM)。可通过任何合适的方法获得苯并三唑化合物的所需浓度，例如通过在抛光组合物的制备中使用0.006重量°/。至1.2重量％的苯并三唑化合物(以水及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量计)来获得。抛光组合物包含选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂。碘酸盐化合物可以为任何包含碘酸根阴离子即KV的合适化合物。合适的碘酸盐化合物的实例包括，但不限于，硪酸钾、碘酸铵及珙酸四烷基铵。当抛光组合物包含碘酸盐化合物时，通常抛光组合物中碘酸盐化合物的浓度为O.lmM或更高(例如0.2mM或更高、或0.5mM或更高、或lmM或更高)。优选地，抛光组合物中碘酸盐化合物的浓度为1M或更小(例如0.75M或更小、或0.5M或更小、或0.25M或更小)。更优选地，抛光组合物中^典酸盐化合物的浓度为0.5mM至100mM(例如lmM至75mM,或5mM至50mM)。有机氧化剂可任何合适的其中有机氧化剂具有氧化形式及还原形式的有机氧化剂。有机氧化剂的氧化形式具有大于-0.7伏的标准还原电位。有机氧化剂的氧化形式还包含至少一个芳环，该芳环与至少一个另外的不饱和部分共轭。有机氧化剂的氧化形式与还原形式相关，因为在这两种形式中，有机氧化剂的碳骨架框架，即限定有机氧化剂结构的碳碳键连接均相同。尽管有机氧化剂的氧化及还原形式通常包含由于官能团可经由氧化及还原过程彼此间相互转化而相关的不同的官能团，但是对于这两种形式而言，有机氧化剂总的大体结构均是相同的。通常，有机氧化剂氧化形式与还原形式相差两个电子，尽管合适的是氧化形式与还原形式相差一个(未配对)电子，且因此一种形式作为自由基存在。合意的是，有机氧化剂是水溶性的或者水可乳化的。本文所用术语"水溶性"指有机氧化剂在25。C的水中具有至少0.1毫克/毫升(例如至少1毫克/毫升)的溶解度。本文所用术语"水可乳化"指有机氧化剂在25。C下可形成稳定的水包油乳液。当在标准的浓度及温度条件下相对于标准氢电极测量时，有机氧化剂的氧化形式优选具有大于-0.7伏(例如大于-0.6伏、或大于-0.5伏、或甚至大于-0.4伏)的标准还原电位。标准的浓度及温度条件在所有溶解的材料为1质量摩尔浓度、全部气体为1大气压(101.33Kpa)及系统温度为25。C下测量。有机氧化剂可以在任何可用位置用任何合适的取代基或取代基的组合取代。优选的取代基包括赋予有机氧化剂在抛光组合物的液体载体中的溶解性或乳化性的基团。合适的取代基包括，但不限于，羟基、氨基、单烷基氨基、二烷基氨基、磺酸、膦酸、其盐、及其组合。优选地，有机氧化剂用一个或多个磺酸基团(-S03H)取代。应理解，这些酸性取代基能够形成盐，在这点上，具有酸性取代基的有机氧化剂可作为酸、盐、或者当被双取代或多取代时作为偏盐(例如二磺酸的单盐)存在。可以提供具有酸性取代基的有机氧化剂，从而以酸或盐形式用于本发明的抛光组合物中。当有机氧化剂包含盐形式的酸性取代基时，平衡离子可以为任何合适的平衡阳离子。例如，平4軒阳离子可以为铵、烷基铵、二、三及四烷基铵、铯、钾、钠等。对平衡阳离子的选择取决于被抛光的基底的类型，并且取决于特定的盐在液体载体中的溶解性或乳化性。在优选实施方式中，有机氧化剂为至少一种蒽醌化合物。蒽醌化合物可以为由该术语体现的基本结构的任何衍生物。优选的蒽醌化合物选自蒽醌-2,6-二磺酸、蒽醌-2-磺酸、蒽醌-l,8-二磺酸、蒽醌-l，5-二磺酸、酸性蓝45、其盐、及其组合。当抛光组合物包含有机氧化剂时，通常抛光组合物中有机氧化剂的浓度为O.lmM或更高(例如0.2mM或更高、或0.5mM或更高、或lmM或更高)。优选地，抛光组合物中有机氧化剂的浓度为1OmM或更低(例如8mM或更低，或6mM或更低)。更优选地，抛光组合物中有机氧化剂的浓度为0.2mM至10mM(例如0.5mM至8mM)。有机氧化剂的所需浓度可以通过任何合适的方法获得，例如通过在抛光组合物的制备中使用0.003重量％至0.3重量°/。的有机氧化剂(以水及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量计)获得。抛光组合物包含水。合意的是，水为抛光组合物的其它组分的液体载体，即抛光组合物的其它组分溶解或悬浮于水中。水优选作为去离子水加入以形成抛光组合物。抛光组合物可具有任何合适的pH。通常，抛光组合物的pH为1或更高(例如2或更高)。优选地，抛光组合物的pH为13或更小(例如12或更小)。在一个优选实施方式中，抛光组合物的pH为1至7(例如2至5、或2至4、或甚至2至3)。抛光组合物可进一步包含pH调节剂、pH緩冲剂、或其组合。pH调节剂可以为任何合适的pH调节化合物。例如，pH调节剂可以为硝酸、氢氧化铵、氢氧化钾、碳酸钾、或其组合。pH緩沖剂可以为任何合适的緩冲剂，例如，磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐、铵盐等。抛光组合物可以包含任何合适的量的pH调节剂和/或pH緩沖剂，只要使用合适的量以获得和/或维持本文所列范围内的抛光组合物pH。本领域公知，当铜表面与氧化剂接触时，在铜表面上形成氧化铜层。为促进氧化铜溶解成可溶形式的铜(II)离子并由此提高铜可以从被抛光的基底光。具体而言，有机羧酸、二羟基苯化合物及三羟基苯化合物已用于铜抛光组合物中以提高铜层的抛光速率。在一些实施方式中，相对于钽抛光而言，本发明的抛光组合物对铜抛光具有选择性。在其它实施方式中，相对于铜抛光而言，本发明的抛光组合物对钽抛光具有选择性。有利地，在铜与钽之间对铜表现出选择性的本发明抛光组合物的实施方式提供令人满意的铜移除速率而不必引入铜速率提高化合物。此外，在本发明抛光组合物的钽选择性实施方式中，提高铜速率的化性。因此，合意的是，抛光组合物除任何用于调节抛光组合物pH的无机酸和/或緩冲剂外基本上不包含溶解(即用于溶解)氧化铜的组分。具体而言，合意的是，抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，且优选不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸。有机羧酸为具有一个或多个由-COOH表示的羧酸官能团的化合物。还期望抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的二羟基苯或三羟基苯化合物，例如邻苯二酚或连苯三酚。不排除分子量为500道尔顿或更高且具有多个羧酸结构基团的聚合物化合物(例如聚丙烯酸酯、乙烯基丙烯酸酯及苯乙烯丙烯酸酯)存在于抛光组合物中。在一些实施方式中，抛光组合物不包含任何具有任何数目的羧酸官能团的化合物。抛光组合物任选地进一步包含一种或多种其它添加剂。这样的添加剂包括任何合适的表面活性剂和/或流变控制剂，包括增粘剂及促凝剂(例如，聚合物流变控制剂如氨基曱酸酯聚合物)、包含一个或多个丙烯酸类亚单元的丙烯酸酯(例如乙烯基丙烯酸酯及苯乙烯丙晞酸酯)、以及它们的聚合物、共聚物、及其低聚物、及其盐。合适的表面活性剂包括例如阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂、其混合物等。抛光组合物还任选地包含杀生物剂，例如异嗥唑啉酮杀生物剂。合意的是，抛光组合物不包含与苯并三唑化合物竟争被抛光的铜表面上的反应位点的组分。具体而言，合意的是，抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的烷基。优选地，抛光组合物不包含分子量小于iooo道尔顿c例如小于10,000道尔顿)的硫酸烷基酯。硫酸烷基酯由式R0S03M表示，其中R代表烷基或烷芳基，且M为氢、铵、四烷基铵或金属阳离子(例如钠)。抛光组合物可以通过任何合适的技术制备，其中的许多是本领域技术人员已知的。抛光組合物可以间歇或连续工艺制备。通常，抛光组合物可以通过以任何次序组合各组分来制备。本文所用术语"组分"包括单独成分(例如研磨剂、苯并三唑化合物、氧化剂、pH调节剂等)以及各成分(例如研磨剂、苯并三唑化合物、氧化剂、pH调节剂等)的任何组合。例如，可将研磨剂分散于水中。然后可以加入苯并三唑化合物，并且通过任何能够将各组分？1入到抛光组合物中的方法使其与研磨剂及水混合。氧化剂可以在抛光组合物的制备期间的任何时间添加。抛光组合物可以在使用前制备，其中一种或多种组分(例如氧化剂)刚好在使用前(例如在使用前1分钟内、或在使用前1小时内、或在使用前7天内)加至抛光组合物中。抛光组合物还可以通过在抛光操作期间在基底表面混合各组分来制备。抛光组合物可作为包含研磨剂、苯并三唑化合物、氧化剂及水的单包装体系提供。或者，研磨剂可以作为在水中的分散体提供在第一容器中，并且氧化剂可以干燥形式或者作为在水中的溶液或分散体提供在第二容器中，其中苯并三唑化合物提供在第一或第二容器中、或在第三容器中。任选组分如pH调节剂可以置于第一和/或第二容器或第三容器中。此外，第一或第二容器中的组分可以为干燥形式，同时其余容器中的组分可以为含水分散体形式。而且，在第一、第二或第三容器中的组分适于具有不同的pH值，或者可选地具有基本上类似或甚至相等的pH值。若任选组分如pH调节剂或緩冲剂为固体，则其可以干燥形式或作为在水中的混合物提供。氧化剂可以与抛光组合物的其它组分分开提供且可以由例如最终使用者在使用前不久(例如，使用前1周或更短、使用前1天或更短、使用前1小时或更短、使用前IO分钟或更短、或使用前1分钟或更短)与抛光组合物的其它组分组合。抛光组合物的各组分的其它两个容器、三个容器或更多容器的组合是本领域技术人员已知的。本发明的抛光组合物还可以作为浓缩物提供，该浓缩物往往在使用前用适量水稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可以包含研磨剂、苯并三唑化合物、氧化剂及水，它们的量使得在用适量的水稀释浓缩物后，抛光组合物的各组分将以在各组分的前述适当范围内的量存在于抛光组合物中。例如，研磨剂、苯并三唑化合物及氧化剂可以各自以为上述各组分浓度的2倍(例如3倍、4倍或5倍)的量存在，使得当用等体积的水(例如，分别用2份等体积的水、3份等体积的水或4份等体积的水)稀释该浓缩物时，各14组分将以在各组分的前述范围内的量存在于抛光组合物中。此外，本领域技术人员应理解，该浓缩物可以含有存在于最终抛光组合物中的适当分数的水，以确保研磨剂、苯并三唑化合物、氧化剂及其它合适的添加剂至少部分或完全溶于该浓缩物中。抛光组合物还适于以两种或更多种浓缩物的形式提供，各浓缩物单独地含有少于抛光组合物的全部组分的组分，其中在组合浓缩物并用适量水稀释该组合后，抛光组合物的各组分将以在各组分的前述适当范围内的量存在于抛光组合物中。本发明还提供一种用本文所述的抛光组合物抛光基底的方法。该抛光基底的方法包括(i)使基底与上述抛光组合物接触，以及(ii)磨除或移除基底的至少一部分以抛光该基底。具体而言，本发明提供一种化学机械抛光基底的方法，其包括(i)提供基底，(ii)使该基底与抛光垫及包含下列物质、基本上由下列物质组成、或由下列物质组成的化学机械抛光组合物接触(a)研磨剂；(b)0.5mM至100mM具有以下通式结构的苯并三唑，其中Ri选自H、-OH、-CHO、-CN及-NC，n为0至6的整数，且R2选自H、d-C6烷基、F、Cl及Br，条件为当R,为H且n二O时，则112不能为H;(c)选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂；及(d)水，其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，并且其中该抛光组合物不包含石克酸烷基酯，(ii)相对于该基底移动该抛光垫，该抛光垫与该基底之间有该化学机械抛光组合物，及(iii)磨除该基底的至少一部分以抛光该基底。尽管本发明的抛光组合物可用于抛光任何基底，但该抛光组合物尤其可用于抛光包含至少一层含铜金属层的基底。基底可为任何合适的基底(例如集成电路、金属、ILD层、半导体及薄膜)且优选进一步包含至少一层含钽金属层(例如阻挡层)。钽可以为钽金属、其合金、其氧化物、其氮化物、及其组合的形式。基底通常进一步包含合适的绝缘层。绝缘层可以为金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化有机聚合物、或任何其它合适的高或低k绝缘层。绝缘层优选为基于硅的金属氧化物、碳掺杂二氧化硅或有(CH2)w15才几改性的》圭玻璃。本发明的抛光组合物能够以合意的平坦化效率、均匀性、移除速率及低的缺陷率来平坦化或抛光基底的含铜金属层。铜移除速率可以通过选择待？1入到抛光组合物中的苯并三唑化合物的量来控制。在低含量的苯并三唑化合物的情况下，由本发明的抛光组合物所表现出的铜移除速率可相对高，从而允许使用该抛光组合物快速抛光铜层且使铜层的凹痕最少。在较高含量的苯并三唑化合物的情况下，由本发明的抛光组合物所表现出的铜移除速率可以接近于0，从而允许在移除图案化基底上的阻挡层(例如钽层)时使用本发明的抛光组合物，同时减少基底上铜线路的凹陷。在某些情况下，合意的是，例如，抛光过程期间原位将本发明的抛光组合物从铜选择性抛光组合物转变成钽选择性抛光组合物。这可以通过在抛光过程期间调节苯并三唑化合物浓度而实现。例如，在钽层上包含铜层的基底可以用包含一定浓度的苯并三唑化合物的抛光组合物抛光，其中该抛光组合物表现出比钽移除速率快的铜移除速率。在抛光过程期间的合适时间点，例如，当基本上或几乎所有需要移除的铜已被抛光组合物移除时，可以增加抛光组合物中苯并三唑化合物的浓度以使该抛光组合物表现出比钽移除速率慢的铜移除速率。光。合适的抛光垫包括，例如，编织及无纺抛光垫。此外，合适的抛光垫可以包含具有不同密度、硬度、厚度、压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨基曱酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。合意的是，CMP装置进一步包含原位抛光终点检测系统，其中的许多是本领域中已知的。通过分析从工件表面反射的光或其它辐射来检查及监控抛光过程的技术是本领域中已知的。这样的方法描述于例如美国专利第5,196,353号、美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专利第5,643,046号、美国专利第5,658,183号、美国专利第5,730,642号、美国专利第5,838,447号、美国专利第5,872,633号、美国专利第5,893,796号、美国专利第5，949，927号及美国专利第5,964,643号中。合意的是，对正在抛光的工件的抛光过程进度的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时结束特定工件的抛光过程。以下实施例进一步说明本发明，但是，当然无论如何不应解释为以任何方式限制本发明的范围。实施例1的影响。用抛光组合物在相同抛光条件下对包含铜毯覆层的类似基底进行抛光，所述抛光组合物以2.2的pH包含在水中的1重量％的初级粒径为25纳米的铝掺杂二氧化硅(Nalco1034A)及0.2重量。/。(9mM)的碘酸钾。组合物1A(对比)进一步包含10mM苯并三哇。组合物1B(本发明)进一步包含10mM5-曱基苯并三^k。抛光后，使用扫描电子显微镜(SEM)使基底表面成像。用组合物1A抛光的表面的SEM图像示于图1中，用组合物1B抛光的表面的SEM图像示于图2中。由目测图1及2所示的铜表面可明显看出，本发明的抛光组合物允许形成铜表面与用对照抛光组合物所观察到的相比具有显著减少的凹痕。实施例2该实施例表明由本发明的抛光组合物所表现出的对铜图案晶片的铜腐蚀的影响。用抛光组合物在相同抛光条件下对包含铜图案晶片的类似基底进行抛光，所述抛光组合物以2.2的pH包含在水中的1重量％的初级粒径为25纳米的铝掺杂二氧化硅(Nalco1034A)及0.2重量％(9mM)的碘酸钾。组合物2A(对比)进一步包含10mM苯并三唑。组合物2B(本发明)进一步包含10mM5-曱基苯并三唑。抛光后，使用扫描电子显微镜(SEM)使基底表面成像。用组合物2A抛光的表面的SEM图像示于图3中，用组合物2B抛光的表面的SEM图像示于图4中。图4中所示SEM图像的放大倍率是图3的10倍。在用对比抛光组合物抛光后，在图3所示的铜图案线路上观察到腐蚀区域(IO)。对比而言，在用本发明的抛光组合物抛光后，图4中所示的放大倍率为图3中的IO倍的铜图案线路未显示腐蚀迹象。实施例3该实施例表明对本发明的抛光组合物观察到的苯并三唑化合物的浓度对铜及钽层移除速率的影响。光。各组合物以2.2的pH包含在水中的0.5重量°/。的初级粒径为25纳米的缩聚二氧化硅及0.2重量。/。(9mM)的碘酸钾。组合物3A(对照)不含有其它成分(即，无苯并三唑或苯并三唑化合物)。组合物3B(对比)另外含有浓度为lmM的苯并三唑。组合物3C(对比)另外含有浓度为50mM的苯并三唑。组合物3D(本发明)另外含有浓度为lmM的5-曱基苯并三唑。组合物3E(本发明)另外含有浓度为50mM的5-曱基苯并三唑。组合物3F(本发明)另外含有浓度为lmM的lH-苯并三唑-l-基曱基异氰化物。组合物3G(本发明)另外含有浓度为50mM的lH-苯并三唑-l-基甲基异氰化物。组合物3H(本发明)另外含有浓度为lmM的lH-苯并三唑-l-曱醛。组合物31(本发明)另外含有浓度为50mM的lH-苯并三唑-l-曱醛。抛光参数如下基底对抛光垫的下压力为10KPa(1.5psi)、压板转速为110rpm、载体转速为102rpm、抛光组合物流速为150mL/min，并使用PolitexCMP垫。使用抛光组合物后，测定铜及钽移除速率(分别为"CuRR"及"TaRR"),并计算定义为铜与钽移除速率的比的选择性。结果列于表l中。表l:苯并三唑化合物对铜及钽移除速率的影响抛光组合物苯并三唑化合物浓度(mM)CuRR(A/min)TaRR(A/min)选择性(CuRR7TaRR)3A(对照)无(对照)032006005.333B(对比)苯并三唑131306205.053C(对比)苯并三唑509904802.063D(本发明)5-曱基苯并三唑133905955.703E(本发明)5-曱基苯并三唑50157800.023F(本发明)l-(异氰基甲基)-lH-苯并三唑1365024015.2118<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>从表1中所列结果可明显看出，含有浓度为lmM的苯并三唑化合物的所有本发明的抛光组合物(即组合物3D、3F及3H)所表现出的铜移除速率均为对照组合物3A所表现出的铜移除速率的1.03至1.14倍，且均为对含有浓度为lmM的未经取代的苯并三唑的对比组合物3B所观察到的铜移除速率的1.05至1.17倍。含有lmM苯并三唑化合物的组合物3D、3F及3H所表现出的选择性为对照组合物的1.07至2.85倍，且为含有lmM苯并三唑的组合物3B的1.13至3.01倍。含有50mM苯并三唑化合物的组合物3E、3G及31表现出的铜移除速率接近0,而含有50mM苯并三唑的对比组合物3C表现出的铜移除速率为990A/min。与对比组合物3C相比，组合物3E及31进一步表现出增加的钽移除速率，而组合物3F表现出降低但可观的钽移除速率。实施例4光。各组合物以2.2的pH包含在水中的0.5重量％的初级粒径为25纳米的缩聚二氧化硅及0.2重量。/。(9mM)的碘酸钾。组合物4A(对比)另外含有浓度为10mM的苯并三唑。组合物4B(本发明)进一步含有浓度为10mM的5-曱基苯并三唑。抛光参数如下基底对抛光垫的下压力为10KPa(1.5psi)、压板转速为103rpm、载体转速为97rpm、抛光组合物流速为200mL/min，并4吏用PolitexCMP垫。使用抛光组合物后，用去离子水漂洗这些层，并测定铜及钽移除速率(分别为"CuRR，，及"TaRR")。结果列于表2中。表2:苯并三唑化合物对铜及钽移除速率的影响<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>从表2中所列结果可明显看出，含有浓度为10mM的5-曱基苯并三唑的组合物4B所表现出的铜移除速率为对含有浓度为10mM的苯并三唑的组合物4A所观察到的铜移除速率的0.032倍。另外，由组合物4B所表现出的钽移除速率为对对比组合物4A所观察到的钽移除速率的1.12倍。权利要求1.一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂，(b)0.5mM至100mM的具有以下通式结构的苯并三唑化合物其中R1选自H、-OH、-CHO、-CN及-NC，n为0至6的整数，且R2选自H、C1-C6烷基、F、Cl及Br，条件为当R1为H且n＝0时，则R2不能为H，(c)选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂，及(d)水，其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，并且其中该抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的硫酸烷基酯。2.权利要求l的抛光组合物，其中该研磨剂为缩聚二氧化硅。3.权利要求2的抛光组合物，其中该缩聚二氧化珪以0.1重量％至10重量％的量存在。4.权利要求1的抛光组合物，其中该苯并三唑化合物选自4-曱基苯并三唑、5-曱基苯并三唑、lH-苯并三唑-l-甲醛、l-(异氰基曱基)-lH-苯并三峻、lH-苯并三。坐-l-乙腈、lH-苯并二。坐-l-曱醇、及其组合。5.权利要求l的抛光组合物，其中该氧化剂为碘酸盐化合物。6.权利要求5的抛光组合物，其中该石典酸盐化合物以O.lmM至1M的浓度存在。7.权利要求l的抛光组合物，其中该氧化剂为有机氧化剂。8.权利要求7的抛光组合物，其中该有机氧化剂选自蒽醌类、靛类、及其组合。9.权利要求8的抛光组合物，其中该有机氧化剂选自蒽醌-2，6-二磺酸、蒽醌-2-磺酸、蒽醌-l，8-二磺酸、蒽醌-l,5-二磺酸、酸性蓝45、其盐、(CH2)nR,及其组合。10.权利要求7的抛光组合物，其中该有机氧化剂以O.lmM至10mM的浓度存在。11.一种对基底进行化学机械抛光的方法，该方法包括(i)提供基底，(a)研磨剂，(b)0.5mM至100mM具有以下通式结构的苯并三唑化合物，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中R！选自H、-OH、-CHO、-CN及-NC，n为0至6的整数，并且R2选自H、C「C6烷基、F、Cl及Br，条件为当R,为H且n=0时，则R2不能为H，(c)选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂，及其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，并且其中该抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的硫酸烷基酯，(ii)相对于该基底移动该抛光垫，该抛光垫与该基底之间有该化学机械抛光组合物，和(iii)磨除该基底的至少一部分以抛光该基底。12.权利要求11的方法，其中该研磨剂为缩聚二氧化硅。13.权利要求12的方法，其中该缩聚二氧化硅以0.1重量％至10重量％的量存在。14.权利要求11的方法，其中该苯并三唑化合物选自4-曱基苯并三唑、5-曱基苯并三唑、lH-苯并三唑-l-曱醛、l-(异氰基曱基)-lH-苯并三唑、lH-苯并三唑-l-乙腈、lH-苯并三唑-l-曱醇、及其组合。15.权利要求ll的方法，其中该氧化剂为碘酸盐化合物。16.权利要求15的方法，其中该碘酸盐化合物以O.lmM至1M的浓度存在。17.权利要求ll的方法，其中该氧化剂为有机氧化剂。18.权利要求17的方法，其中该有机氧化剂选自蒽醌类、靛类、及其组合。19.权利要求18的方法，其中该有机氧化剂选自蒽醌-2，6-二磺酸、蒽醌-2-磺酸、蒽醌-l,8-二磺酸、蒽醌-l，5-二磺酸、酸性蓝45、其盐、及其组合。20.权利要求17的方法，其中该有机氧化剂以O.lmM至10mM的浓度存在。21.权利要求11的方法，其中该基底包含铜。22.权利要求21的方法，其中该基底进一步包含含有钽的阻挡层。23.权利要求22的方法，其中该基底进一步包含介电层。24.权利要求23的方法，其中该介电层选自二氧化硅、碳掺杂二氧化硅、以及有机改性的硅玻璃。全文摘要本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含研磨剂，苯并三唑衍生物，选自碘酸盐化合物、有机氧化剂、及其混合物的氧化剂，以及水，其中该抛光组合物基本上不包含分子量小于500道尔顿的有机羧酸，并且其中该抛光组合物不包含分子量小于500道尔顿的硫酸烷基酯。本发明进一步提供一种用上述抛光组合物对基底进行化学机械抛光的方法。文档编号C09K3/14GK101437919SQ200780016655公开日2009年5月20日申请日期2007年3月22日优先权日2006年4月21日发明者剑张,李守田,菲利普·卡特申请人:卡伯特微电子公司