专利名称：含钨基材的抛光方法
技术领域：
本发明涉及含钨基材的化学-机械抛光。本发明进一步提供一种抛光组合物，该组合物包含铁离子、聚合物、二氧化硅、丙二酸、及水。
背景技术：
集成电路是由形成在基材上或基材内的数百万个有源器件构成，该基材例如硅晶片。这种有源器件以化学方式和物理方式连接至基材且通过使用多层互连而互联形成功能电路。典型的多层互连包含第一金属层、层间介电层、及某些情况下的第三及后续的金属层。诸如掺杂及非掺杂的二氧化硅(SiO2)及/或低介电常数(k)介电质的层间介电质，用以电性隔离不同的金属层。形成每一层时，通常使该层平面化以使后续各层形成在该新形成的层上。
钨正在愈来愈多地用作导电材料以形成集成电路器件内的互连。一种在二氧化硅基材上制作平坦钨电路迹线(circuit trace)的方式称作金属镶嵌工艺。根据该工艺，通过常规的干式蚀刻法，使二氧化硅介电表面图案化，以形成用于垂直及水平互连的孔及沟槽。由例如钛或钽的粘合促进层及/或例如氮化钛或氮化钽的扩散阻挡层涂覆该图案化的表面。接着由钨层外涂覆该粘合促进层及/或该扩散阻挡层。应用化学-机械抛光减少该钨外涂层的厚度，并减少任何粘合促进层及/或扩散阻挡层的厚度，直至获得暴露出二氧化硅表面的高部分(elevated portion)的平坦表面。这种通孔与沟槽仍以形成电路互连的导电钨填充。
通常地，用于抛光含钨基材的化学-机械抛光组合物包含可蚀刻钨的化合物。这种可蚀刻钨的化合物、或蚀刻剂，用以将钨转化为可通过机械研磨可控移除的软的氧化膜。通过使用悬浮在液体载体中以形成抛光浆液的研磨剂结合抛光垫或结合固定到抛光垫的研磨剂进行研磨，其中使抛光浆液位于抛光垫和基材(即，半导体晶片)之间，相对于基材，移动抛光垫以对软的氧化膜进行机械移除。然而，该蚀刻剂常可将钨金属或其氧化物直接转化为钨的可溶解的形态。在抛光步骤中，移除外涂覆的钨层以暴露出氧化层并获得基材的平坦性。在暴露出氧化层之后及抛光过程完成之前，通过静态蚀刻的组合及研磨剂的机械作用可使沟槽内的钨不期望地被侵蚀，从而导致出现凹陷及侵蚀(erosion)。凹陷可损害电路完整性并导致表面非平坦性，此可使在该器件之后续各层上的金属层沉积变复杂。钨蚀刻的抑制剂已加至化学-机械抛光组合物中。举例而言，美国专利第6,273,786号公开了一种包含钨腐蚀抑制剂(corrosion inhibitor)的化学-机械抛光方法，该钨腐蚀抑制剂选自磷酸盐、多磷酸盐、硅酸盐及其混合物。美国专利第6,083,419号公开了一种包含钨蚀刻抑制剂的化学-机械抛光组合物，该钨蚀刻抑制剂是选自无氮-氢键的含氮杂环化合物、硫化物及唑烷(oxazolidine)的化合物。
然而，对防止沟槽内的钨侵蚀而言，这种抑制剂并非总是有效。另外，使用高含量的这种钨蚀刻抑制剂可使含钨基材的抛光速率降低至不能接受的低水平。侵蚀不仅是钨蚀刻的作用而且是研磨过程的作用。因此，在现有技术中仍需要可提供钨侵蚀降低且仍保持有用的钨移除速率的用于含钨基材的化学-机械平坦化的组合物及方法。本发明提供这种化学-机械抛光组合物与方法。本发明的这些及其它优势、及其它发明特征，在本发明所提供的说明书中是显而易见的。
发明内容
本发明提供一种含钨基材的化学-机械抛光方法，该方法包括(i)使含钨基材与抛光垫及化学-机械抛光组合物接触，该组合物包含(a)钨蚀刻剂，(b)钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂以1ppm至1000ppm的量存在，及(c)水；(ii)相对于该基材，移动具有位于该基材和抛光垫之间的该抛光组合物的该抛光垫；及(iii)研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。该钨蚀刻抑制剂是包含至少一个重复基团的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，该重复基团包含至少一个含氮杂环、或者叔或季氮原子。本发明进一步提供一种抛光组合物，其包含(a)铁离子，(b)钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂以1ppm至1000ppm的量存在，(c)二氧化硅，(d)丙二酸，及(e)水，其中该钨蚀刻抑制剂是如上述的钨蚀刻抑制剂。
具体实施例方式
本发明涉及一种抛光含钨基材的方法。该方法包括(i)使含钨基材与抛光垫及化学-机械抛光组合物接触，该组合物包含(a)钨蚀刻剂，(b)钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂以1ppm至1000ppm的量存在，及(c)水；(ii)相对于该基材，移动具有位于该基材和抛光垫之间的该抛光组合物的该抛光垫；及(iii)研磨基材的至少一部分以抛光基材。钨抛光抑制剂是包含至少一个重复基团的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，该重复基团包含至少一个含氮杂环、或者叔或季氮原子。本发明进一步提供一种抛光组合物，其包含(a)铁离子，(b)钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂如上所述，(c)二氧化硅，(d)丙二酸，及(e)水。
本发明的方法可用于抛光任何适宜的含钨基材，例如半导体基材。一般而言，该创造性方法用以抛光基材的钨层。举例而言，本发明的方法可用以抛光与基材结合的至少一个钨金属层，该基材选自硅基材、TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)玻璃基材、GaAs基材、及其它与集成电路、薄膜、多层半导体、晶片等相结合的基材。
该化学机械抛光组合物包含钨蚀刻剂。该钨蚀刻剂可为任何适宜的蚀刻钨的化合物或离子物质。本文所用的术语″蚀刻钨的化合物或离子物质″是指通过将固态钨金属转化为可溶性钨腐蚀产物而腐蚀(corrode)钨的化合物或离子物质。蚀刻钨的化合物或离子物质可包含一种或多种可与钨金属或其氧化物反应以生成可溶性钨腐蚀产物的组分。一般而言，该腐蚀过程是氧化过程，该过程中电子自固体钨金属转移至蚀刻钨的化合物或离子物质，以生成较固体钨或其氧化物而言具有更高氧化态的含钨物质。
蚀刻钨的化合物的实例包括(但不限于)氧化剂、含氟试剂、及有机酸(例如草酸及丙二酸)。蚀刻钨的化合物期望地包含至少一种具适宜氧化电位的金属离子。优选地，蚀刻剂为铁离子，其可由任何含铁离子的适宜化合物提供，例如，在水中解离以生成铁离子的化合物，例如硝酸铁。
期望地，蚀刻剂(例如铁离子)以0.0002M或更高的浓度(诸如，0.001M或更高、或0.005M或更高、或0.01M或更高)存在于化学-机械抛光组合物中。优选地，蚀刻剂(例如铁离子)以0.4M或更低的浓度(例如，0.2M或更低、或0.1M或更低)存在。
该化学-机械抛光组合物包含钨蚀刻抑制剂。该钨蚀刻抑制剂是抑制固体钨金属或其氧化物转化至可溶性钨化合物同时允许该组合物将钨转化为可通过研磨可控地移除的软的氧化膜的化合物。本发明说明书中可用作钨蚀刻抑制剂的化合物种类包括包含含有至少一个含氮杂环的重复基团的聚合物、及包含含有至少一个叔或季氮原子的重复基团的聚合物。包含至少一个含氮杂环的聚合物的优选实例包括包含咪唑环的聚合物。包含叔或季氮原子的聚合物的优选实例包括烷基化胺单体与非离子性单体的共聚物。
本发明所用术语″咪唑″是指具有两个氮原子与三个碳原子的五元环状结构，其中氮原子位于环的1-及3-位，且碳原子位于环的2-、4-、及5-位。
钨蚀刻抑制剂可为任何包含含氮原子杂环的聚合物。在第一实施方案中，钨蚀刻抑制剂是包含咪唑环的聚合物。该聚合物可为仅包含含咪唑重复单元的聚合物或共聚物，或可为含一种或多种与其它重复单元结合的含咪唑重复单元的共聚物，这种其它重复单元包括(但不限于)乙烯、丙烯、环氧乙烷、环氧丙烷、苯乙烯、表氯醇、及其混合物。该共聚物可为无规共聚物、交替共聚物、周期性共聚物(periodic copolymer)、嵌段共聚物(诸如，AB、ABA、ABC等)、接枝共聚物、或梳状共聚物。
这种咪唑环可于咪唑环的1-、2-、或4-位进行连接。现有技术中已非常了解，当该咪唑环在2-或4-位连接至该聚合物时，两个环氮原子中的一个氮原子可带有氢原子或另一官能基，例如，烷基或芳基。当该咪唑环视情况在环氮原子上以烷基进行取代时，该咪唑环可进一步季铵化，即，经烷基取代的环氮原子可键接至四个碳原子并带正电荷。此外，这种咪唑环可在任何开放位置(open position)进一步经其它的官能基取代或增环(annelate)至第二环，例如在苯并咪唑中。在优选的实施方案中，该包含咪唑环的聚合物是衍生自1-乙烯基咪唑的聚合作用的聚合物，例如，聚(1-乙烯基咪唑)。
在第二实施方案中，钨蚀刻抑制剂包含含有叔或季氮原子的聚合物。该聚合物可由包含叔或季氮原子的单一重复基团组成，或可为包含一种或多种这种重复单元结合以其它重复单元的共聚物，这种其它重复单元包括(但不限于)乙烯、丙烯、环氧乙烷、环氧丙烷、苯乙烯、表氯醇、2，2′-二氯乙醚、及其混合物。由包含叔或季氮原子的重复基团组成的聚合物的期望的实例是二烯丙基二烷基胺盐的聚合物。优选地，钨蚀刻抑制剂包含含有一种或多种重复基团(其含有叔或季氮原子)与一种或多种非离子单体的共聚物。该共聚物可为无规共聚物、交替共聚物、周期性共聚物、嵌段共聚物(诸如，AB、ABA、ABC等)、接枝共聚物、或梳状共聚物。钨蚀刻抑制剂可为二烷基胺-表氯醇共聚物。二烷基胺-表氯醇共聚物的优选实例是聚(二甲胺-共-表氯醇)。包含叔或季氮原子的聚合物还可为2，2′-二氯二乙醚与双[Ω-(N，N-二烷基)烷基]脲的共聚物。包含一种或多种含叔或季氮原子的重复基团与一种或多种非离子性单体的优选共聚物是聚[双(2-氯乙基)醚-交替(alt)-1，3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲]。
钨蚀刻抑制剂可包含本发明的一种或多种钨蚀刻抑制剂的聚合物共混物。在现有技术中，已知多种聚合物共混的方法。一种适宜的方法是共挤出两种或多种聚合物。其它方法包括聚合物的分批混合。可使用任何适宜的方法生产作为聚合物共混物的钨蚀刻抑制剂。
钨蚀刻抑制剂期望地在使用点(point-of-use)时以1ppm或更多(诸如，5ppm或更多，或10ppm或更多、或50ppm或更多)的量存在于化学-机械抛光组合物中。钨蚀刻抑制剂期望地在使用点时以1000ppm或更少(诸如，800ppm或更少、或600ppm或更少、或400ppm或更少)的量存在于抛光组合物中。如本说明书中所用的术语″使用点″是指将抛光组合物应用于基材表面(例如，抛光垫或基材表面自身)的点。
虽然不希望受限于任何特定理论，但相信，该聚合性的钨蚀刻抑制剂是以允许钨金属转化为软的氧化膜并同时抑制钨或其氧化物的直接溶解的方式与钨金属表面相互反应，且进一步用于减少或实质上减少因钨金属自身的机械研磨引起的侵蚀。该聚合性的钨蚀刻抑制剂可作为钨金属表面上的保护膜，其调节在化学-机械抛光基材过程中在基材上的钨的机械侵蚀。
该化学-机械抛光组合物视情况包含研磨剂。该研磨剂可为任何适宜的研磨剂，其中的多种研磨剂在现有技术中已为人所熟知。期望的研磨剂是金属氧化物研磨剂。优选地，该研磨剂选自氧化铝、氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、及其混合物。更优选地，该研磨剂是二氧化硅。二氧化硅可为任何适宜的二氧化硅的形态。有用的二氧化硅的形态包括(但不限于)热解二氧化硅、沉淀、及缩合-聚合的二氧化硅。本发明有用的研磨剂颗粒期望地具有20纳米至500纳米之间的平均粒度(例如，平均颗粒直径)。优选地，研磨剂颗粒具有70纳米至300纳米之间(例如，100纳米至200纳米之间)的平均粒度。
当研磨剂存在于该化学-机械抛光组合物中且悬浮于水中时，任何适宜的量的研磨剂可存在于抛光组合物中。通常0.1重量％或更多(例如，0.2重量％或更多、或0.3重量％或更多)的研磨剂将存在于抛光组合物中。该抛光组合物中研磨剂的量通常将为10重量％或更少，且更通常地为5重量％或更少(例如，3重量％或更少)。
研磨剂颗粒优选是胶体稳定的。术语″胶体″是指研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间的保持性。本发明说明书中，当将研磨剂置于100毫升量筒中并使其无搅拌静置2小时时，若通过以量筒底部50毫升的颗粒浓度([B]，以克/毫升计)与量筒上部50毫升的颗粒浓度([T]，以克/毫升计)间的差额除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以克/毫升计)所得的结果小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，则认为研磨剂是胶体稳定。更优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且最优选地小于或等于0.1。
该化学-机械抛光组合物视情况包含过氧化物。过氧化物(如Hawley′sCondensed Chemical Dictionary所定义)是包含至少一个过氧基(--O--O--)的化合物或包含在最高氧化态的元素的化合物。包含至少一个过氧基的化合物包括(但不限于)过氧化氢及其加合物(例如脲过氧化氢及过碳酸盐)、有机过氧化物(例如过氧化苯甲酰、过醋酸、过氧化二叔丁基(di-/er/-butyl peroxide))、单过硫酸盐(SO52-)、二过硫酸盐(S2O82-)、及过氧化钠。优选地，过氧化物是过氧化氢。
当过氧化物存在于该化学-机械抛光组合物中时，该过氧化物可以任何适宜的量存在。该过氧化物优选地以10重量％或更少(例如，8重量％或更少、或6重量％或更少)的量包含在该组合物中。
该化学-机械抛光组合物的pH值期望地为9或更低(诸如，8或更低、或6或更低、或4或更低)。优选地，该抛光组合物的pH值为1或更低。甚至更优选地，抛光组合物的pH值为1至4。该抛光组合物视情况包含pH调节剂，例如硝酸或氢氧化钾。该抛光组合物视情况包含pH缓冲体系，例如邻苯二甲酸氢钾。现有技术中这种pH缓冲体系已为本领域技术人员所公知。
该化学-机械抛光组合物视情况包含稳定剂。本领域技术人员公知，当存在大量金属离子而不使用稳定剂时，过氧化氢与其它过氧化物是不稳定的。无稳定剂存在时，金属离子与过氧化物可以一种使该过氧化物随时间降解的方式发生反应。稳定剂还可与本发明组合物中蚀刻钨的化合物相互反应并降低蚀刻剂的效能。因此，稳定剂候选物及其用量的选择可能重要且可能影响抛光组合物的效能。
有用的稳定剂包括(但不限于)磷酸、有机酸类(诸如，丙二酸、柠檬酸、己二酸、草酸、邻苯二甲酸、及乙二胺四乙酸)、腈类、及其它可与金属离子结合且降低这种金属离子对过氧化物的反应性的配体。应了解，上述各酸可以盐(例如，金属盐、铵盐等)、酸、或以其部分盐的形式存在。举例而言，丙二酸盐类包括丙二酸，还包括其单盐及其二盐类。优选的稳定剂选自丙二酸、柠檬酸、己二酸、草酸、及其混合物。尤其优选的稳定剂为丙二酸。
该稳定剂可以任何适宜的量存在于该化学-机械抛光组合物中。期望地，稳定剂的量是基于该组合物中存在的钨蚀刻剂的量。优选地，稳定剂的量为1摩尔当量或更多(例如，2摩尔当量或更多)。通常稳定剂的量小于5摩尔当量。
该化学-机械抛光组合物视情况进一步包括一种或多种其它添加剂。这种添加剂包括任何适宜的表面活性剂及/或流变控制剂(包括粘性增强剂及絮凝剂(例如，聚合流变控制剂，如氨基甲酸酯聚合物))、包含一种或多种丙烯酸类亚单元(subunit)的丙烯酸酯(例如，丙烯酸乙烯酯及丙烯酸苯乙烯酯)及其聚合物、共聚物及低聚物、及其盐。适宜的表面活性剂包括，诸如，阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、阴离子性聚电解质、阳离子性聚电解质、非离子性表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂、其混合物等。
可通过任何适宜的技术生产该化学-机械抛光组合物，本领域技术人员已知其中很多技术。例如，可在抛光组合物应用在含钨基材之前将钨蚀刻剂与钨蚀刻抑制剂在水中组合，或可在基材抛光之前或抛光过程中将二者分别应用于抛光垫或应用于基材。通常，可通过以任何次序组合各成分来制备抛光组合物的组分。此处所用的术语″组分″包括单独的成分(例如，酸、碱等)，以及任何成分的组合(诸如，酸、碱、表面活性剂等)。
举例而言，该钨蚀刻剂与该钨蚀刻抑制剂可以预定的浓度在水中组合并进行混合直至这些组分完全溶解。接着可加入研磨剂(若使用)的浓分散液，并稀释该混合物以提供研磨剂在最终抛光组合物中的所要浓度。视情况地，可在抛光组合物制备中的任何时间(例如，在加入钨蚀刻剂与钨蚀刻抑制剂之前或之后，及加入研磨剂之前或之后(若需要研磨剂))在抛光组合物中加入过氧化物、稳定剂、及其它添加剂，并将其以能够将这些添加剂加入抛光组合物中的任何方法混合。使用前可过滤该混合物(若需要)以去除大颗粒污染物，例如灰尘或包装材料。
该抛光组合物可在使用之前由一种或多种组分(如过氧化物)制备，在使用之前(诸如，使用前1分钟内、或使用前5分钟内、或使用前1小时内、或使用前24小时内、或使用前7天内)加至该抛光组合物。举例而言，在钨蚀刻剂存在条件下或在过氧化物存在条件下钨蚀刻抑制剂可能分解。在此情况下，钨蚀刻抑制剂可在使用之前(诸如，使用前1分钟内、或使用前5分钟内、或使用前1小时内、或使用前24小时内、或使用前7天内)直接加至该抛光组合物。
该化学-机械抛光组合物可以作为包含钨蚀刻剂及钨蚀刻抑制剂的一元配方系统(one package system)给料。例如研磨剂及/或过氧化物的可选组分可置于第二或第三容器内。此外，第一或第二容器内的组分可为干的形式而相应的容器内的组分可为水性分散液的形式。若过氧化物为固体，则其可以干的形式或作为水性混合物给料。过氧化物可与抛光组合物的其它组分分开给料。本领域技术人员应了解抛光组合物组分的其它两个容器、或三个或更多容器的组合。
该化学-机械抛光组合物优选地包含0.4M或更少的硝酸铁或铁离子、1000ppm或更低的聚合物(该聚合物选自聚乙烯基咪唑、二甲胺-表氯醇共聚物、及聚[双(2-氯乙基)醚-交替-1，3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲]、过氧化氢、二氧化硅、及水，其中pH值为1至6。更优选地，该化学-机械抛光组合物包含0.2mM至0.4M的铁离子、1ppm至1000ppm的聚合物(该聚合物选自聚乙烯基咪唑、二甲胺-表氯醇共聚物、及聚[双(2-氯乙基)醚-交替-1，3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲]、0.2重量％至3重量％的二氧化硅、0.1重量％至10重量％的过氧化氢、及水。特定组分的浓度的描述参见使用点的浓度。
在该含钨基材(例如，半导体晶片)的化学-机械抛光方法中，通常在抛光组合物存在条件下，在受控的化学、压力、速度及温度的条件下将基材压在抛光垫上。基材与抛光垫的相对运动可为圆形、椭圆形或线形。通常，基材与抛光垫的相对运动为圆形。
本发明的方法可使用任何适宜的抛光垫。适宜的抛光垫包括，例如，编织与非编织抛光垫。此外，适宜的抛光垫可包括任何适宜的聚合物，这种聚合物具有变化的密度、硬度、厚度、可压缩性、对压缩的反弹能力、及抗压模量。举例而言，适宜的聚合物包括聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成(coformed)的产物、及其混合物。
本发明还提供包含铁离子、钨蚀刻抑制剂、二氧化硅、丙二酸、及水的抛光组合物，其中该钨蚀刻抑制剂是包含至少一个重复基团的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，该重复基团包含至少一个含氮杂环、或者叔或季氮原子，其中该钨蚀刻抑制剂在使用点时以1ppm至1000ppm的量存在。该抛光组合物的其它特征(诸如，铁离子的量、二氧化硅的量、丙二酸的量、pH值、及其它适宜的添加剂)与前述已阐明在本发明的方法中有用的化学-机械抛光组合物相同。
该抛光组合物可用以抛光任何适宜的基材，例如，该抛光过程包括(a)使基材与化学-机械抛光组合物及抛光垫相接触，(b)相对于该基材，移动具有位于该基材和抛光垫之间的该化学-机械抛光组合物的该抛光垫，及(c)研磨该基材的至少一部分以抛光基材。该化学-机械抛光组合物在前述本发明的方法中尤其有用。
以下实施例进一步阐明本发明，但是，当然不应理解为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1本实施例对于当本发明方法中有用的抛光组合物、包含咪唑的组合物、及对照组合物暴露于含钨基材时的静态蚀刻速率进行了比较。
使相似的平坦钨晶片暴露于六种不同的组合物(组合物1A、1B、1C、1D、1E、及1F)。每一组合物均包含0.5重量％的二氧化硅、0.4143重量％的10重量％的硝酸铁水溶液(即，0.0017M的硝酸铁)、及320ppm的丙二酸水溶液，且pH值为2.3。组合物1A(对照)不包含任何其它组分。组合物1B、1C、及1D(比较)分别还包含100ppm、500ppm及1000ppm的咪唑。比较而言，组合物1E与1F(发明)分别包含100ppm与125ppm的聚乙烯基咪唑。
将该平面钨晶片在43.3℃下在各组合物中浸渍5分钟，且通过量测晶片厚度的改变并将该厚度改变量除以5来测定各组合物的钨静态蚀刻速率(以埃/分钟计)。结果概括在表1中。
表1钨蚀刻速率
自表1中所列的数据显而易见，分别包含100ppm与125ppm的聚乙烯基咪唑的组合物1E与1F，相对于对照组合物(即，组合物1A)分别显示出静态蚀刻速率的37％与46％的减少。分别包含100ppm、500ppm及1000ppm的咪唑的组合物1B、1C、及1D，相对于对照组合物(即，组合物1A)分别显示出静态蚀刻速率的25％、21％与22％的减少。这种结果说明根据本发明的包含钨蚀刻抑制剂的抛光组合物与包含咪唑的组合物及对照组合物相比较显示出显著较少的静态蚀刻。
实施例2本实施例证明根据本发明由在抛光组合物中加入钨蚀刻抑制剂所产生的对图案化含钨晶片的侵蚀效果。
将覆盖在以Ti/TiN阻挡层涂覆的图案化二氧化硅之上的类似含钨基材用作试验基材。图案内的沟槽宽度为2微米，沟槽间的二氧化硅的宽度为2微米，且图案密度为50％。使用市售抛光工具抛光带有这种组合物的这种基材。抛光参数如下21.5kPa(3.125psi)的抛光副载体(sub-carrier)压力、21.5kPa(3.125psi)的背压、100rpm的工作台转速、55rpm的载体速度、19.0kPa(2.77psi)的环压、150ml/min的抛光组合物给料速率、及使用IC 1000K-grooved/Suba IV抛光垫的外部(ex-situ)垫调节。
将6种不同的组合物用于化学-机械抛光基材(组合物2A、2B、2C、2D、2E及2F)。每一种组合物均包含0.5重量％的二氧化硅、0.4143重量％的10重量％的硝酸铁水溶液(即，0.0017M的硝酸铁)、及320ppm的丙二酸水溶液，且pH值为2.3。组合物2A(对照)不包含任何其它组分。组合物2B(对照)还包含100ppm的咪唑。组合物2C(发明)还包含100ppm的聚(1-乙烯基咪唑)。组合物2D(发明)另外包含70ppm的聚(二甲胺-共-表氯醇)。组合物2E(发明)另外包含100ppm的聚[双(2-氯乙基)醚-交替-1，3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲]。组合物2F(发明)另外包含100ppm的聚氯化(二烯丙基二甲基铵)。
以在终点附加20％过度抛光的方式抛光基材。通过图案内的氧化物高度与图案外的氧化物高度的差(使用平行于基材表面的平面为参照)测定侵蚀。结果概括在表2中。
表2侵蚀量
自表2中所列的数据显而易见，与对照组合物(即，组合物2A)相比较，组合物2B(比较)呈现出接近36％的侵蚀增长。组合物2C(发明)呈现出基本上无侵蚀。与对照组合物(即，组合物2A)相比较，组合物2D、2E及2F(发明)分别呈现出接近87％、67％、及82％的侵蚀降低。这些结果说明通过使用本发明的抛光组合物可实质上减少含钨层的侵蚀。
权利要求
1.一种对含钨基材进行化学-机械抛光的方法，该方法包括(a)使基材与抛光垫及化学-机械抛光组合物相接触，该化学-机械抛光组合物包含(i)钨蚀刻剂，(ii)钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂为包含至少一个重复基团的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，该重复基团包含至少一个含氮杂环、或者叔或季氮原子，其中该钨蚀刻抑制剂以1ppm至1000ppm的量存在，及(iii)水，(b)相对于该基材，移动具有位于该基材和抛光垫之间的该抛光组合物的该抛光垫，及(c)研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。
2.如权利要求1的方法，其中该钨蚀刻剂是铁离子。
3.如权利要求2的方法，其中硝酸铁是该铁离子的来源。
4.如权利要求2的方法，其中铁离子以0.0002M至0.4M的浓度存在。
5.如权利要求1的方法，其中该钨蚀刻抑制剂是聚乙烯基咪唑。
6.如权利要求5的方法，其中该钨蚀刻抑制剂是聚(1-乙烯基咪唑)。
7.如权利要求1的方法，其中该钨蚀刻抑制剂是二烷基胺-表氯醇共聚物。
8.如权利要求1的方法，其中该钨蚀刻抑制剂是2，2′-二氯二乙醚与双[Ω-(N，N-二烷基)烷基]脲的共聚物。
9.如权利要求1之的方法，其中该抛光组合物进一步包含选自氧化铝、氧化铈、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、及其混合物的金属氧化物研磨剂。
10.如权利要求9的方法，其中该金属氧化物研磨剂是二氧化硅。
11.如权利要求1的方法，其中该抛光组合物进一步包含过氧化物。
12.如权利要求11的方法，其中该过氧化物是过氧化氢。
13.如权利要求12的方法，其中过氧化氢以0.1重量％至10重量％的量存在于该抛光组合物中。
14.如权利要求1的方法，其中该抛光组合物的pH值为1至9。
15.如权利要求14的方法，其中该抛光组合物的pH值为1至6。
16.如权利要求15的方法，其中该抛光组合物的pH值为1至4。
17.如权利要求1的方法，其中该抛光组合物进一步包含稳定剂。
18.如权利要求17的方法，其中该稳定剂包含有机酸。
19.如权利要求18的方法，其中该有机酸选自丙二酸、柠檬酸、己二酸、草酸、及其混合物。
20.如权利要求1的方法，其中该化学-机械抛光组合物包含(a)0.0002M至0.4M的硝酸铁，(b)1ppm至1000ppm的聚合物，该聚合物选自聚乙烯基咪唑、二甲胺-表氯醇共聚物、及聚[双(2-氯乙基)醚-交替-1，3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲]，(c)过氧化氢，(d)二氧化硅，及(e)水，其中pH值为1至6。
21.一种化学-机械抛光组合物，其包含(a)铁离子，(b)钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂为包含至少一个重复基团的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，该重复基团包含至少一个含氮杂环、或者叔或季氮原子，其中，该钨蚀刻抑制剂以1ppm至1000ppm的量存在，(c)二氧化硅，(d)丙二酸，及(e)水。
22.如权利要求21的化学-机械抛光组合物，其中该钨蚀刻抑制剂是聚乙烯基咪唑。
23.如权利要求22的化学-机械抛光组合物，其中该钨蚀刻抑制剂是聚(1-乙烯基咪唑)。
24.如权利要求21的化学-机械抛光组合物，其中该钨蚀刻抑制剂是二烷基胺-表氯醇共聚物。
25.如权利要求24的化学-机械抛光组合物，其中该钨蚀刻抑制剂是2，2′-二氯二乙醚与双[(-(N，N-二烷基)烷基]脲的共聚物。
26.如请求项权利要求21的化学-机械抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含过氧化物。
27.如权利要求26的化学-机械抛光组合物，其中该过氧化物是过氧化氢。
全文摘要
本发明提供一种通过使用包含钨蚀刻剂、钨蚀刻抑制剂及水的组合物来化学－机械抛光含钨基材的方法，其中该钨抛光抑制剂为包含至少一个重复基团的聚合物、共聚物或聚合物共混物，该重复基团包含至少一个含氮杂环、或者叔或季氮原子。本发明进一步提供在含钨基材的抛光中尤其有用的化学－机械抛光组合物。
文档编号C23F3/06GK1969024SQ200580019842
公开日2007年5月23日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月16日
发明者罗伯特·瓦卡西, 丹希·卡恩纳, 亚历山大·辛普森 申请人:卡伯特微电子公司