用于抛光铝半导体基材的组合物及方法

用于抛光铝半导体基材的组合物及方法
【专利摘要】本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含经包覆的α-氧化铝颗粒、有机羧酸、及水。本发明还提供一种化学机械抛光组合物，其包含在抛光组合物中具有负的ζ电位的研磨剂、有机羧酸、至少一种烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂、及水，其中该抛光组合物不进一步包含杂环化合物。该研磨剂在抛光组合物中是胶体稳定的。本发明进一步提供使用前述抛光组合物抛光基材的方法。
【专利说明】用于抛光铝半导体基材的组合物及方法
【背景技术】
[0001]集成电路由数百万个形成于基材诸如硅晶片之中或之上的有源器件组成。在一种制造工艺中，通过常规的干法蚀刻工艺将介电基材图案化以形成用于竖直和水平互连的孔和沟槽。然后，任选地用扩散阻挡层和/或粘着促进层涂覆经图案化的表面，接着沉积金属层以填充所述沟槽和孔。采用化学机械抛光(CMP)来减小所述金属层的厚度以及所述扩散阻挡层和/或粘着促进层的厚度，直到暴露出下伏介电层，从而形成电路器件。
[0002]在二氧化硅基材上制造平面金属电路迹线的一种方法称作镶嵌工艺(damasceneprocess)。根据该工艺，通过如下将任选地具有沉积于其上的氮化硅层的二氧化硅介电表面图案化:涂布光刻胶，使光刻胶暴露于穿过用以限定沟槽和/或通孔的图案的辐射，然后使用常规的干法蚀刻工艺形成用于竖直和水平互连的孔和沟槽。所述氮化硅起到“硬掩模”的作用以保护不是沟槽和/或通孔的一部分的二氧化硅表面在蚀刻期间免遭损坏。经图案化的表面涂覆有粘着促进层(诸如钛或钽)和/或扩散阻挡层(诸如氮化钛或氮化钽)。然后用金属层外覆(over-coat)粘着促进层和/或扩散阻挡层。采用化学机械抛光以减小所述金属外覆层的厚度以及任何粘着促进层和/或扩散阻挡层的厚度，直到获得暴露出高出的氧化硅表面部分的平坦表面。通孔和沟槽仍然填充有形成电路互连的导电金属。
[0003]钨和铜最经常地用作导电金属。然而，已经越来越多地考虑将已用于早先的生产工艺中以经由消去工艺(subtractive process)例如蚀刻技术来制造电路互连的招用于镶嵌工艺中。铝和钛的组合潜在地提供比其它金属/阻挡层组合低的电阻率，以及电路性能方面的相应的潜在改善。
[0004]已经描述了用于铝镶嵌结构的抛光组合物，其含有使用含有磺酸酯的聚合物或共聚物处理过的氧化铝研磨剂。虽然含有磺酸酯的聚合物或共聚物旨在用于赋予氧化铝研磨剂以胶体稳定性，但是，其它抛光组分例如络合剂、形貌控制剂及表面处理聚合物的存在可导致所述含有磺酸酯的聚合物或共聚物从氧化招研磨剂颗粒移位(displacement),结果是抛光组合物的胶体稳定性受损。导致大颗粒的颗粒间附聚可在正在抛光的基材上产生刮痕及其它表面缺陷。因此，本领域中仍然需要抛光含铝基材的改善的方法。

【发明内容】

[0005]本发明提供一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括:(i)提供包含至少一个铝层的基材；(ii)提供抛光垫；(iii)提供抛光组合物，其包含:(a)用共聚物包覆的α -氧化招颗粒，该共聚物包含至少一种磺酸根(磺酸类，sulfonate)单体以及选自羧酸根(羧酸类，carboxylate)单体、膦酸根(膦酸类，phosphonate)单体及磷酸根(磷酸类，phosphate)单体的至少一种单体，(b)用于招的络合剂及(C)水；(iv)将该基材的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触；以及(V)磨除该基材的所述表面的至少一部分，以自该基材的所述表面除去至少一些铝和抛光该基材的所述表面，其中该抛光组合物的PH值为I至6，且其中所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的。
[0006]本发明还提供一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括:(i)提供包含至少一个铝层的基材；(ii)提供抛光垫；(iii)提供抛光组合物，其包含:(a)研磨剂，其中该研磨剂包含在该抛光组合物中具有负的?电位的颗粒，(b)用于铝的络合剂，(C)至少一种烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂及(C)水；(iv)将该基材的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触；以及(V)磨除该基材的所述表面的至少一部分，以自该基材的所述表面除去至少一些铝和抛光该基材的所述表面，其中该抛光组合物的PH值为I至6，且其中所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的。
[0007]本发明进一步提供一种化学机械抛光组合物，其包含:(a)用共聚物包覆的α -氧化铝颗粒，该共聚物基本上由至少一种磺酸根单体及至少一种丙烯酸根单体组成；(b)有机羧酸；及(C)水，其中该抛光组合物的pH值为I至6，且其中所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的。
[0008]本发明另外提供一种化学机械抛光组合物，其包含:(a)研磨剂，其中该研磨剂包含在该抛光组合物中具有负的?电位的颗粒；(b)有机羧酸；(c)至少一种烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂；及(d)水，其中该抛光组合物的pH值为I至6，其中该研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的，且其中该抛光组合物不包含式(X2)n-L的化合物，其中X2代表四唑、I, 2，4-三唑、I, 2，3-三唑、或苯并三唑，且其中L代表连接基团。
【具体实施方式】
[0009]本发明提供一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括:(?)提供包含至少一个铝层的基材；(ii)提供抛光垫；(iii)提供抛光组合物；(iv)将该基材的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触；以及(V)磨除该基材的所述表面的至少一部分，以自该基材的所述表面除去至少一些铝和抛光该基材的所述表面。该抛光组合物包含:(a)用共聚物包覆的α -氧化铝颗粒，该共聚物包含至少一种磺酸根单体以及选自羧酸根单体、膦酸根单体及磷酸根单体的至少一种单体；(b)用于铝的络合剂；及(C)水。或者，该抛光组合物包含:(a)研磨剂，其中该研磨剂包含在该抛光组合物中具有负的?电位的颗粒；(b)用于铝的络合剂；(C)至少一种烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂 '及(C)水。在这两种情况中，抛光组合物的PH值为I至6，且所述研磨剂在抛光组合物中是胶体稳定的。
[0010]该研磨剂可为任何合适的研磨剂，例如，该研磨剂可为天然的或合成的，且可包含金属氧化物、碳化物、氮化物、金刚砂等。该研磨剂还可为聚合物颗粒或者经包覆的颗粒。合乎期望地，该研磨剂包含金属氧化物、基本上由金属氧化物组成、或者由金属氧化物组成。在优选实施方案中，该金属氧化物为氧化铝。该氧化铝可包含任何合适相态的氧化铝、基本上由任何合适相态的氧化铝组成、或者由任何合适相态的氧化铝组成，所述任何合适相态的氧化铝例如α-氧化铝、Y-氧化铝、δ -氧化铝、热解氧化铝以及它们的组合。最优选地，该金属氧化物包含α-氧化铝、基本上由α-氧化铝组成、或者由α-氧化铝组成。当该研磨剂包含α-氧化铝时，该研磨剂还可包含其它形式的氧化铝，例如热解氧化铝。在一些实施方案中，该研磨剂由α-氧化铝组成。
[0011]该研磨剂可具有任何合适的平均粒度(即，平均粒径)。特别地，且尤其是，当该研磨剂为氧化铝时，该研磨剂的平均粒度(例如，平均粒径)可为15纳米或更大(例如，20纳米或更大、30纳米或更大、或40纳米或更大、或50纳米或更大、或75纳米或更大)。替代地或额外地，该研磨剂的平均粒度可为250纳米或更小(例如，200纳米或更小、或150纳米或更小、或125纳米或更小、或100纳米或更小)。因此，该研磨剂可具有由以上端点中的任意两个所界定的平均粒度。例如，该研磨剂的平均粒度可为15纳米至250纳米、20纳米至200纳米、30纳米至200纳米、30纳米至150纳米、40纳米至250纳米、40纳米至200纳米、40纳米至150纳米、50纳米至250纳米、50纳米至200纳米、或50纳米至150纳米。在这方面，粒度是指包围该颗粒的最小球的直径。
[0012]在实施方案中，研磨剂颗粒经共聚物处理，该共聚物包含至少一种磺酸根单体以及选自羧酸根单体、膦酸根单体及磷酸根单体的至少一种单体。在优选实施方案中，该共聚物包含至少一种磺酸根单体与至少一种羧酸根单体的组合。优选地，该磺酸根单体选自:乙烯基磺酸、2_(甲基丙烯酰氧基)乙磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(2-acryIamido-2-methylpropane sulfonic acid)。优选地,另一种单体选自:丙烯酸、甲基丙烯酸、亚甲基丁二酸、顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、乙烯基膦酸、2-(甲基丙烯酰氧基)乙基磷酸酯、及其组合。更优选地，所述另一种单体包含至少一种羧酸根单体，且最优选包含至少一种丙烯酸根单体。在具体实施方案中，该共聚物选自:聚丙烯酸-共聚-聚丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、聚丙烯酸-共聚-聚苯乙烯磺酸、和聚乙烯基膦酸-共聚-聚芳基酰氨基-2-甲基丙磺酸。
[0013]在另一实施方案中，研磨剂颗粒经带负电的聚合物或共聚物处理。该带负电的聚合物或共聚物可为任何合适的聚合物或共聚物。该带负电的聚合物或共聚物优选包含至少一种磺酸根单体，其与包含至少一种磺酸根单体以及选自羧酸根单体、膦酸根单体及磷酸根单体的至少一种单体的共聚物不同。优选地，该带负电的聚合物或共聚物包含选自如下的重复单元:乙烯基磺酸、2-(甲基丙烯酰氧基)乙磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、及其组合。最优选地，该带负电的聚合物或共聚物选自聚(2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸)及聚苯乙烯磺酸。
[0014]研磨剂颗粒可在加入到抛光组合物中之前单独地以聚合物或共聚物处理。可使用任何合适的方法来使用聚合物或共聚物处理研磨剂颗粒。例如，可使用例如韦林氏共混机(Waring blender)在高剪力条件下以聚合物或共聚物处理研磨剂颗粒。在其它实施方案中，可在制备抛光组合物的过程中以聚合物或共聚物原位处理研磨剂颗粒。所述聚合物或共聚物可在制备抛光组合物的过程中的任何时候加入，在加入研磨剂颗粒之前、与研磨剂颗粒同时、或者在加入研磨剂颗粒之后，其中抛光组合物的一种或多种其它组分在任何合适的时候加入或存在。
[0015]合乎期望地，研磨剂包含在该抛光组合物的pH值下具有负的ζ电位的研磨剂颗粒、基本上由在该抛光组合物的pH值下具有负的ζ电位的研磨剂颗粒组成、或者由在该抛光组合物的pH值下具有负的ζ电位的研磨剂颗粒组成。在一些实施方案中，当未经处理时，研磨剂颗粒在该抛光组合物的PH值下可具有正的ζ电位，但是，在使用如本文所述的聚合物或共聚物进行处理时，研磨剂颗粒在该抛光组合物的PH值下可具有负的ζ电位。在其它实施方案中，研磨剂可为在该抛光组合物的PH值下具有负的ζ电位的未经处理的研磨剂。包含在该抛光组合物的PH值下具有负的ζ电位的颗粒的研磨剂的非限制性实例包括湿法二氧化硅及热解二氧化硅。颗粒的ζ电位是指围绕该颗粒的离子的电荷与本体溶液(例如，液体载体及其它任何溶解于其中的组分)的电荷之间的差值。
[0016]该抛光组合物包含用于铝的络合剂。所述用于铝的络合剂可为任何合适的络合齐?。优选地，所述用于铝的络合剂为有机羧酸。更优选地，所述用于铝的络合剂选自:丙二酸、邻苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、顺丁烯二酸、及其组合。
[0017]该抛光组合物可包含任何合适量的用于铝的络合剂。该抛光组合物可包含0.1重量％或更多，例如，0.2重量％或更多、0.3重量％或更多、0.4重量％或更多、或0.5重量％或更多的用于铝的络合剂。替代地或额外地，该抛光组合物可包含3重量％或更少，例如，
2.5重量％或更少、2重量％或更少、1.5重量％或更少、或I重量％或更少的用于铝的络合剂。因此，该抛光组合物可包含由针对所述研磨剂颗粒所列举的上述端点中的任意两个所界定的量的用于铝的络合剂。例如，该抛光组合物可包含0.1重量％至3重量％、0.1重量％至2.5重量％、0.1重量％至2重量％、0.3重量％至3重量％、0.3重量％至2.5重量％、
0.3重量％至2重量％、0.5重量％至3重量％、0.5重量％至2.5重量％、或0.5重量％至2重量％的用于铝的络合剂。
[0018]合乎期望地，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中。当研磨剂悬浮于抛光组合物中时，研磨剂优选是胶体稳定的。术语“胶体”是指研磨剂颗粒在水中的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下文中，若出现如下情形便认为研磨剂是胶体稳定的:当将研磨剂在水中或在抛光组合物中的悬浮液放置在100毫升量筒中且使其无搅动地静置2小时时间(例如，4小时时间、或8小时时间、或24小时时间、或一周时间、或四周时间、或16周时间)时，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为单位)与量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差值除以研磨剂组合物中的颗粒初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C] <0.5)。合乎期望地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且优选小于或等于 0.1。
[0019]抛光组合物任选地进一步包含对铝进行氧化的试剂。所述对铝进行氧化的试剂可为任何在抛光组合物的PH值下具有合适的氧化电位的试剂。合适的氧化试剂的非限制性实例包括选自如下的氧化剂:过氧化氢、有机过氧酸、过硫酸盐、硝酸盐、高碘酸盐、过溴酸盐、溴酸盐、铁盐、及其组合。
[0020]该抛光组合物可以包含任何合适的量的对铝进行氧化的试剂。该抛光组合物可包含0.1重量％或更多，例如，0.25重量％或更多、0.5重量％或更多、0.75重量％或更多、或I重量％或更多的对铝进行氧化的试剂。替代地或额外地，该抛光组合物可包含5重量％或更少(例如4重量％或更少、3重量％或更少、2重量％或更少、或I重量％或更少)的对铝进行氧化的试剂。因此，该抛光组合物可包含由针对所述研磨剂颗粒所列举的上述端点中的任意两个所界定的量的对铝进行氧化的试剂。例如，该抛光组合物可包含0.1重量％至5重量％、0.25重量％至4重量％、0.5重量％至3重量％、0.75重量％至2重量％、I重量％至3重量％、或I重量％至2重量％的对铝进行氧化的试剂。
[0021]该抛光组合物任选地进一步包含表面活性剂。所述表面活性剂可为阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、或两性离子型表面活性剂。有利地，表面活性剂在抛光组合物中的存在改善了抛光组合物的胶体稳定性、稳定了研磨剂颗粒的粒度、和/或改善了使用抛光组合物抛光的半导体晶片的形貌。合适的表面活性剂的非限制性实例包括:聚磺酸酯；聚羧酸酯；聚膦酸酯；聚醇(例如，聚乙烯醇)；包含选自磺酸酯、羧酸酯、膦酸酯、醇、及其组合的单体的共聚物。[0022]在优选实施方案中,所述表面活性剂是烷基二苯醚磺酸盐表面活性剂。典型地,所
述烷基二苯醚磺酸盐表面活性剂具有如下结构:
[0023]
SO3-X+ SO3-X+
[0024]其中R为C1-C3tl、优选C6-C3tl、更优选C6-C22的直链或支链、饱和或不饱和的烷基，其中所述烷基任选地包含选自O和N的一个或多个杂原子，且其中X+为氢或阳离子，例如，碱金属阳离子或碱土金属阳离子(例如，钠、钾、锂、钙、镁等)。合适的烷基二苯醚磺酸盐表面活性剂的实例包括可以商品名Dowfax?2Al、Dowfax?3B2、Dowfax?8390、Dowfax?C6L、Dowfax?C10L 和 Dowfax?30599 购自 Dow Chemical Company (Midland, MI)的表面活性剂。
[0025]该抛光组合物可包含任何合适量的表面活性剂。因此，该抛光组合物可包含0.001重量％或更多，例如，0.005重量％或更多、0.01重量％或更多、0.05重量％或更多、0.1重量％或更多、0.2重量％或更多、0.3重量％或更多、0.4重量％或更多、或0.5重量％或更多的表面活性剂。替代地或额外地，该抛光组合物可包含2重量％或更少，例如，1.8重量％或更少、1.6重量％或更少、1.4重量％或更少、1.2重量％或更少、或I重量％或更少的表面活性剂。因此，该抛光组合物可包含由针对表面活性剂所列举的上述端点中的任意两个所界定的量的表面活性剂。例如，该抛光组合物可包含0.001重量％至2重量％、0.05重量％至
1.8重量％、0.1重量％至1.6重量％、0.2重量％至1.4重量％、0.3重量％至1.2重量％、0.4重量％至1.2重量％、或0.5重量％至I重量％的表面活性剂。
[0026]合乎期望地，该抛光组合物不包含式(X2)n-L的化合物，其中X2代表四唑、1，2，4-三唑、I, 2，3-三唑、或苯并三唑，其中L代表连接基团，例如，其中L代表具有2或更高化合价的连接基团，其包含选自脲基、硫脲基、酰胺基、酯基、磺酰胺基、磺脲基、羟基、氨基甲酸酯基团、醚基、氨基、羧基、磺酸基及杂环基团的至少一种基团，且η为2或更大的整数。
[0027]合乎期望地，该抛光组合物的pH值为I或更高(例如，2或更高)。优选地，该抛光组合物的PH值为5或更低(例如，4或更低、或3或更低)。更优选地，该抛光组合物的pH值为2至4(例如，2至3)。
[0028]可通过任何合适的手段实现和/或维持抛光组合物的pH值。更具体而言，抛光组合物可进一步包含pH值调节剂、pH值缓冲剂、或其组合。pH值调节剂可为任何合适的pH值调节化合物。例如，PH值调节剂可为硝酸、氢氧化钾、氢氧化铵、或其组合。pH值缓冲剂可为任何合适的缓冲剂，例如，磷酸盐、硫酸盐、醋酸盐、硼酸盐、铵盐等。抛光组合物可包含任何合适量的PH值调节剂和/或pH值缓冲剂，条件是使用合适量的缓冲剂来实现和/或维持抛光组合物的PH值在本文所述范围内。
[0029]该抛光组合物任选地包含成膜剂(即，腐蚀抑制剂)。所述成膜剂可为用于基材的任意组分(成分)的任何合适的成膜剂。优选地，所述成膜剂为铜腐蚀抑制剂或钨腐蚀抑制剂。出于本发明的目的，成膜剂为促进在正在抛光的表面的至少一部分上形成钝化层(即，溶解抑制层)的任何化合物、或者化合物的混合物。可用的成膜剂包括，例如，含氮的杂环化合物。该成膜剂合乎期望地包含一个或多个五元或六元的杂环型含氮环。优选的成膜剂包括1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯并三唑、苯并咪唑、苯并噻唑、及其衍生物，例如，其经羟基、氨基、亚氨基、羧基、巯基、硝基、脲、硫脲、或烷基取代的衍生物。最优选地，所述成膜剂选自苯并三唑、I, 2，4-三唑、及其混合物。
[0030]该抛光组合物可包含任何合适量的成膜剂。因此，该抛光组合物可包含0.0001重量％或更多，例如，0.0005重量％或更多、0.001重量％或更多、0.005重量％或更多、0.01重量％或更多、或0.1重量％或更多的成膜剂。替代地或额外地，该抛光组合物可包含2重量％或更少，例如，1.8重量％或更少、1.6重量％或更少、1.4重量％或更少、1.2重量％或更少、或I重量％或更少的成膜剂。因此，该抛光组合物可包含由针对成膜剂所列举的上述端点中的任意两个所界定的量的成膜剂。例如，该抛光组合物可包含0.0001重量％至2重量％、0.005重量％至1.8重量％、0.01重量％至1.6重量％、或0.1重量％至I重量％的成膜剂。
[0031]该抛光组合物任选地进一步包含杀生物剂。所述杀生物剂可为任何合适的杀生物剂,例如,异噻唑啉酮杀生物剂。在抛光组合物中所用的杀生物剂的量典型地为Ippm至500ppm,且优选为 IOppm 至 200ppm。
[0032]可通过任何合适的技术来制备抛光组合物，其中的许多是本领域技术人员已知的。可以分批法或连续法制备抛光组合物。一般而言，抛光组合物可通过将其各组分以任何顺序组合来制备。本文所用的术语“组分”包括单独成分(例如，研磨剂、用于铝的络合剂、对铝进行氧化的试剂、表面活性剂、任选的成膜剂、任选的杀生物剂等)以及各成分(例如，研磨剂、用于铝的络合剂、对铝进行氧化的试剂、表面活性剂、任选的成膜剂、任选的杀生物剂等)的任何组合。
[0033]例如，可将研磨剂分散于水中。然后，可加入用于铝的络合剂、任选的表面活性剂、任选的成膜剂和任选的杀生物剂，并通过能够将各组分引入到抛光组合物中的任意方法而混合。如果使用了对铝进行氧化的试剂，则可在制备抛光组合物的过程中的任何时刻将其加入。抛光组合物可在使用之前制备，其中刚好在使用之前(例如，在使用前I分钟内、或在使用前I小时内、或在使用前7天内)将一种或多种组分(例如对铝进行氧化的试剂)加入到抛光组合物中。抛光组合物还可通过在抛光操作的过程中在基材表面处混合各组分而制备。
[0034]抛光组合物可作为包含研磨剂、用于铝的络合剂、对铝进行氧化的试剂、表面活性齐U、任选的成膜剂、任选的杀生物剂及水的单包装体系提供。或者，研磨剂可作为在水中的分散体提供到第一容器中，而且，用于铝的络合剂、表面活性剂、任选的成膜剂及任选的杀生物剂可以干燥形式、或者作为在水中的溶液或分散体提供到第二容器中。合乎期望地，将对铝进行氧化的试剂与抛光组合物的其它组分分开提供，且例如由最终使用者在使用前不久(例如，使用前I周或更短时间、使用前I天或更短时间、使用前I小时或更短时间、使用前10分钟或更短时间、或者使用前I分钟或更短时间)与抛光组合物的其它组分组合。第一或第二容器中的组分可为干燥形式，而其它容器中的组分可为含水分散体形式。而且，适宜的是，第一和第二容器中的各组分具有不同的PH值、或者具有基本上相似或甚至相等的PH值。抛光组合物的各组分的其它的两个容器组合、或者三个或更多个容器组合在本领域普通技术人员的知识范围内。
[0035]本发明的抛光组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物意图在使用之前用适量的水稀释。在这样的实施方案中，抛光组合物浓缩物可包含研磨剂、用于铝的络合剂、表面活性剂、任选的成膜剂、任选的杀生物剂及水、具有或不具有任选的对铝进行氧化的试剂，其量使得在用适量的水以及任选的对铝进行氧化的试剂(如果尚未以适当的量存在的话)稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在上面针对各组分所列举的合适范围内的量存在于抛光组合物中。例如，研磨剂、用于铝的络合剂、表面活性剂、任选的成膜剂及任选的杀生物剂各自可以上面针对各组分所列举的浓度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)大的量的浓度存在，使得当用等体积的(例如，分别用2倍等体积的水、3倍等体积的水、或4倍等体积的水)以及适当量的所述任选的对铝进行氧化的试剂稀释浓缩物时，各组分将以在上面针对各组分所述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，浓缩物可包含适当分数的存在于最终抛光组合物中的水，以确保其它组分至少部分或全部地溶解于该浓缩物中。
[0036]实施例
[0037]以下实施例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
[0038]在以下实施例中，使用三压板式Mirra抛光机(Applied Materials ；SantaClara, CA)进行抛光实验。抛光参数如下:使用DlOO抛光垫(Cabot MicroelectronicsCorporation, Aurora, IL),在压板I上以两个阶段进行抛光:阶段1-在24.2千帕的下压力下，阶段2-在13.8千帕的下压力下。压板2用于磨光清洁(buff cleaning)。基材由外覆有招的有钛衬里的图案化 的二氧化娃覆盖的娃晶片(titanium-lined patterned silicondioxide-coated silicon wafers overcoated with aluminum)组成。该基材含有这样的图案，所述图案包含由10微米间隔分隔的10微米线路。
[0039]实施例1
[0040]本实施例表明了当用于抛光含有沉积在介电层上的有钛衬里的特征上的铝的基材时，由本发明抛光组合物能实现的在缺陷(defectivity)方面的改善。
[0041]使用两种不同的抛光组合物(组合物IA及组合物1B)分别抛光两个基材。每种抛光组合物包含在水中的1.5重量％乳酸及3重量％过氧化氢，pH值为3.4。组合物IA (对比)进一步包含0.5重量％的以1150ppm聚丙烯酰基氨基-2-甲基丙磺酸处理的α -氧化招。组合物IB (本发明)进一步包含0.5重量％的以1150ppm聚丙烯酸-共聚-聚丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸处理的α-氧化铝。组合物IC(对比)进一步包含0.5重量％的以1150ppm聚丙烯酸处理的α-氧化铝。组合物IC不是胶体稳定的，因此未用于抛光基材。
[0042]在抛光之后，对基材进行清洁，并通过AIT晶片检测系统(KLA-Tencor ；Milpitas, CA)检测缺陷。归一化(normalized)的总缺陷数是作为扫描图像与图像总数之比乘以缺陷计数(the ratio of scanned images to total number of images multipliedby the defect count)确定的。结果示于表1中。
[0043]表1
[0044]
I磺酸根单体(摩尔％ )~I聚合物或共聚物的分子量~I归一化的总缺陷数 IA(对比)10020000100
【权利要求】
1.一种化学机械抛光基材的方法,该方法包括: (i)提供包含至少一个铝层的基材； (ii)提供抛光垫； (iii)提供抛光组合物，其包含: (a)用共聚物包覆的α-氧化铝颗粒，该共聚物包含至少一种磺酸根单体以及选自羧酸根单体、膦酸根单体及磷酸根单体的至少一种单体； (b)用于铝的络合剂'及 (C)水； (iv)将该基材的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触；以及 (V)磨除该基材的所述表面的至少一部分，以自该基材的所述表面除去至少一些铝和抛光该基材的所述表面， 其中该抛光组合物的PH值为I至6，且其中所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的。
2.权利要求1的方法，其中该共聚物包含至少一种磺酸根单体与至少一种羧酸根单体的组合。
3.权利要求2的方法，其中至少一种羧酸根单体包含至少一种丙烯酸根单体。
4.权利要求1的方法，其中该用于铝的络合剂包括有机羧酸。
5.权利要求4的方法，其中该有机羧酸选自:丙二酸、邻苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、顺丁烯二酸、及其组合。
6.权利要求1的方法，其中该抛光组合物进一步包含对铝进行氧化的试剂。
7.权利要求6的方法，其中该对铝进行氧化的试剂选自:过氧化氢、有机过氧酸、过硫酸盐、硝酸盐、高碘酸盐、过溴酸盐、溴酸盐、铁盐、及其组合。
8.权利要求1的方法，其中该抛光组合物进一步包含表面活性剂。
9.权利要求8的方法，其中该表面活性剂是烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂。
10.权利要求1的方法，其中该基材进一步包含至少一个选自如下的层:钨、钛、氮化钛、钽、及氮化钽。
11.一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括: (i)提供包含至少一个铝层的基材； (ii)提供抛光垫； (iii)提供抛光组合物，其包含: (a)研磨剂，其中该研磨剂包含在该抛光组合物中具有负的ζ电位的颗粒； (b)用于铝的络合剂； (c)至少一种烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂'及 (C)水； (iv)将该基材的表面与该抛光垫及该抛光组合物接触；以及 (V)磨除该基材的所述表面的至少一部分，以自该基材的所述表面除去至少一些铝和抛光该基材的所述表面， 其中该抛光组合物的PH值为I至6，且其中所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的。
12.权利要求11的方法，其中该研磨剂选自:湿法二氧化硅、热解二氧化硅、及经表面包覆的α -氧化铝。
13.权利要求11的方法，其中该用于铝的络合剂包括有机羧酸。
14.权利要求13的方法，其中该有机羧酸选自:丙二酸、邻苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、顺丁烯二酸、及其组合。
15.权利要求11的方法，其中该抛光组合物进一步包含对铝进行氧化的试剂。
16.权利要求15的方法，其中该对铝进行氧化的试剂选自:过氧化氢、有机过氧酸、过硫酸盐、硝酸盐、高碘酸盐、过溴酸盐、溴酸盐、铁盐、及其组合。
17.一种化学机械抛光组合物，其包含: (a)用共聚物包覆的α-氧化铝颗粒，该共聚物基本上由至少一种磺酸根单体及至少一种丙烯酸根单体组成； (b)有机羧酸；及 (C)水； 其中该抛光组合物的PH值为I至6，且其中所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的。
18.权利要求17的组合物，其中该共聚物包含50摩尔％至90摩尔％的所述丙烯酸根单体及10摩尔％至50摩尔％的所述磺酸根单体。
19.权利要求17的组合物，其中该组合物进一步包含对金属进行氧化的试剂。
20.权利要求17的组合物，其中该组合物进一步包含表面活性剂。
21.权利要求20的组合物，其中该表面活性剂是烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂。
22.一种化学机械抛光组合物，其包含: (a)研磨剂，其中该研磨剂包含在该抛光组合物中具有负的ζ电位的颗粒； (b)有机羧酸； (c)至少一种烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂；及 (d)水； 其中，该抛光组合物的PH值为I至6，所述研磨剂在该抛光组合物中是胶体稳定的，且该抛光组合物不包含式(X2)n-L的化合物，其中X2代表四唑、1，2，4-三唑、1，2，3-三唑、或苯并三唑，且其中L代表连接基团。
23.权利要求22的方法，其中该研磨剂是未经改性的湿法二氧化硅、或者使用阴离子官能团改性的湿法二氧化硅。
24.权利要求22的方法，其中该研磨剂包含用共聚物包覆的α-氧化铝颗粒，该共聚物基本上由至少一种磺酸根单体及至少一种丙烯酸根单体组成。
25.权利要求22的方法，其中该用于铝的络合剂包含有机羧酸。
26.权利要求25的方法，其中该有机羧酸选自:丙二酸、邻苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸、乙醇酸、顺丁烯二酸、及其组合。
27.权利要求22的方法，其中该抛光组合物进一步包含对铝进行氧化的试剂。
【文档编号】H01L21/304GK103946958SQ201280056948
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年9月20日
【发明者】崔骥, S.格拉宾, G.怀特纳, 林致安 申请人:嘉柏微电子材料股份公司