专利名称：利用含胺聚合物的cmp系统和方法
技术领域：
本发明关于包含含胺聚合物的化学-机械抛光组合物。
背景技术：
集成电路是由数百万个由于其中或在基底(如硅晶圆)上形成的有源装置制成。有源装置化学地及物理地连接至基底中且使用多层互连接互连而形成功能电路。典型的多层互连接包含第一金属层、层间介电层、有时及第三与后续金属层。层间介电层，如掺杂与未掺杂二氧化硅(SiO2)及/或低K介电体，用以电隔离不同的金属层。
不同互连层次间的电连接系使用金属导孔完成。例如，美国专利5,741,626叙述一种制备介电TaN层的方法。此外，美国专利4,789,648叙述一种在绝缘膜制备多重金属化层与金属化导孔的方法。以类似的方式，使用金属接点在井区中形成互连接层与装置间的电连接。金属导孔与接点可充填各种金属与合金，例如，钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝铜(Al-Cu)、铝硅(Al-Si)、铜(Cu)、钨(W)、铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、及其组合(以下称为“导孔金属”)。
导孔金属通常使用黏附层(即，屏障膜)，如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钨(W)、或氮化钨(WN)屏障膜将导孔黏附于SiO2基底。在接点层，屏障膜作为扩散屏障以防止导孔金属与SiO2反应。
在一种半导体制造方法中，金属导孔及/或接点系通过全面性金属沉积继而化学-机械抛光(CMP)步骤而形成。在典型的方法中，蚀刻通过层间介电体(ILD)至互连接线或至半导体基底的导孔洞。其次，在ILD上形成屏障膜且导引至蚀刻的导孔洞中。然后将导孔金属全面性沉积在屏障膜上及导孔洞中。持续沉积直到导孔洞充满全面性沉积金属。最后，通过CMP法移除过量金属以形成金属导孔。导孔的制造及/或CMP方法揭示于美国专利4,671,851、4,910,155与4,944,836。
典型金属CMP系统含悬浮在氧化水溶液中的磨料，如硅胶或氧化铝。例如，美国专利5,244,534揭示一种含氧化铝、过氧化氢、及氢氧化钾或铵的系统，其可用于移除钨且移除极少的底下绝缘层。美国专利5,209,816揭示一种可用于将铝抛光的系统，其包含高氯酸、过氧化氢、及在水溶性介质中的固态磨料。美国专利5,340,370揭示一种钨抛光系统，其包含铁氰化钾、乙酸钾、乙酸、与硅胶。美国专利5,391,258与5,476,606揭示将金属与硅胶的复合物抛光的系统，其包括水溶性介质、磨料颗粒、与控制硅胶移除速率的阴离子。美国专利5,770,095揭示一种抛光系统，其包含氧化剂、化学剂、及选自氨基乙酸与酰胺硫酸的蚀刻剂。美国专利6,290,736揭示一种将贵重金属表面抛光的抛光组合物，其包含磨料、卤素化合物、与碱性水溶液。其它用于CMP方法的抛光系统叙述于美国专利4,956,313、5,137,544、5,157,876、5,354,490、与5,527,423。
钛、氮化钛、类似金属(如钨)的屏障膜具有类似导孔金属的化学活性。结果，可使用单一系统有效地将Ti/TiN屏障膜与导孔金属以类似的速率抛光。然而，Ta与TaN屏障膜显著地与Ti、TiN、及类似屏障膜不同。Ta与TaN的化学本性与Ti与TiN比较为相当惰性。因此，上述系统将钽层抛光显著地不如将钛层抛光有效(例如，钽移除速率显著地比钛移除速率低)。虽然导孔金属与屏障金属由于其类似的高移除速率而传统上以单一系统抛光，使用传统抛光系统将导孔金属及钽与类似材料共同抛光造成令人不满意的作用，如氧化物腐蚀及导孔金属凹状扭曲。
在使用贵重金属作为导孔金属时观察到氧化物腐蚀的类似问题。贵重金属具有显著较低的化学活性，而且被传统CMP组合物不当地抛光。贵重金属的有效平面化经常需要具碱性pH的CMP组合物，造成令人不满意的较高氧化物层移除速率。
结果，仍有以下需要以使得第一金属层的平面化效率、均匀性、及移除速率最大且第二层的平面化最小，因而使令人不满意的作用(如第一金属层凹状扭曲、表面不完美、及损坏底下形貌)最小的方式，将包含第一金属层与第二层的基底抛光的系统、组合物、及/或方法。本发明提供此系统、组合物及方法。本发明的这些及其它特征与优点由在此提供的发明说明而显而易知。
发明内容
本发明提供一种化学-机械抛光系统，其包含液态载剂、抛光垫及/或磨料、及至少一种含胺聚合物，其具有5个或更多个分离氨基官能团的氮原子的连续原子。本发明亦提供一种化学-机械抛光系统，其包含液态载剂、抛光垫及/或磨料、及至少一种含胺嵌段共聚物，其具有至少一个包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段与至少一个不含任何胺官能团的聚合物嵌段。本发明进一步提供一种化学-机械抛光方法，其利用本发明的CMP系统将基底抛光。
发明详述本发明的化学-机械抛光系统包含液态载剂、抛光垫及/或磨料、及至少一种含胺聚合物。含胺聚合物可为(1)具有5或更多个分离氨基官能团的氮原子的连续原子的含胺聚合物及/或(2)含胺嵌段共聚物，其具有至少一个包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段与至少一个不含任何胺官能团的聚合物嵌段。
液态载剂、磨料(在存在时悬浮在液态载剂中)与含胺聚合物、及悬浮在液态载剂中中的任何其它成分，形成CMP系统的抛光组合物。
此化学-机械抛光系统包含磨料、抛光垫、或两者。优选为，CMP系统包含磨料与抛光垫。磨料可固定在抛光垫上及/或可为粒状形式且悬浮在液态载剂中。抛光垫可为任何适合的抛光垫。
磨料可为任何适合的磨料，其中许多在本领域为已知的。例如，磨料可为天然或合成且可包含钻石(例如，多晶钻石)、宝石、玻璃、金刚砂、金属氧化物、氮化物(例如，氮化硅)、碳化物(例如，碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化钨)、聚合物、复合物(例如，聚合物复合物或聚合物/金属氧化物复合物)、涂覆颗粒磨料等。磨料的选择可视所抛光基底的特定本性而定。磨料优选为包含金属氧化物、钻石、碳化硅、氮化硅、氮化硼、或其组合。金属氧化物希望选自氧化铝、硅胶、氧化钛、氧化铈、氧化锆、氧化锗、氧化镁、其共同形成产物、及其组合。更优选为，磨料为以氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、或氮化硅。
在磨料存在于CMP系统中且悬浮在液态载剂中时(即，在磨料为抛光组合物的成分时)，任何适合量的磨料可存在于抛光组合物中。一般而言，0.1重量％或更多(例如，0.5重量％或更多)的磨料存在于抛光组合物中。更常为，1重量％或更多的磨料存在于抛光组合物中。抛光组合物中的磨料量一般不超过30重量％，更常为不超过20重量％(例如，不超过10重量％)。
使用液态载剂以利于将磨料(在存在时)、含胺聚合物、及任何其它添加剂涂布于所抛光或平面化的适当基底的表面。液态载剂可为任何适合的液态载剂。一般而言，液态载剂为水、水与适当与水互溶溶剂的混合物、或乳液。优选为，液态载剂包含、本质上包括、或包括水，更优选为去离子水。
在第一具体实施例中，含胺聚合物优选为具有5或更多个分离氨基官能团的氮原子的连续原子。例如，含胺聚合物可具有7或更多个(例如，10或更多个)分离氨基官能团的氮原子的连续原子。因此，如聚乙烯胺与聚氮丙啶(各具有3个分离氨基官能团的氮原子的连续原子)的含胺聚合物作为含胺聚合物并不合格。含胺聚合物可为包含含氨基官能团的重复单元的缩合聚合物(例如，聚氨基酰胺)。此缩合聚合物可通过多胺单体与二酸单体的反应制备。优选为，缩合共聚物为二亚乙基三胺/己二酸缩合共聚物。此含胺聚合物亦可为聚氯化二烯丙基二甲基铵，或包含含一或更多个胺官能团的重复单元及选自由酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇、环氧乙烷、与环氧丙烷组成的群组的重复单元的共聚物。例如，此含胺聚合物可为乙烯胺与乙烯醇的共聚物。
在第二具体实施例中，含胺聚合物为嵌段共聚物，其具有至少一个包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段与至少一个不含任何胺官能团的聚合物嵌段。此含胺嵌段共聚物可为AB二嵌段、ABA三嵌段、或ABC三嵌段共聚物。此含胺嵌段共聚物亦可为接枝共聚物。一般而言，包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段为含胺嵌段共聚物的10重量％或更多。优选为，包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段为含胺嵌段共聚物的20重量％或更多(例如，40％或更多)。含胺嵌段可为任何含胺聚合物嵌段且可具有3或更多个(例如，5或更多个)分离氨基官能团的氮原子的连续原子。
第一及第二具体实施例的含胺聚合物意图作为减缓通过化学-机械抛光移除位于基底层底下的基底层(例如，金属或基于硅的绝缘层)移除的“中止化合物”。此聚合物经胺官能团黏附于底下基底层的表面。在胺官能团之间引入间隔原子或重复单元意图改良聚合物的“中止”性质。虽然不希望受任何特定理论限制，据信具此额外“空间”的含胺聚合物在底下(例如，氧化物绝缘)层的表面上产生较厚的聚合物膜，因此进一步降低此底下层的移除速率而不影响其它(例如，金属)层的移除速率。此额外的空间引入到各胺官能团之间(依照第一具体实施例)、胺官能团的嵌段间(依照第二具体实施例)、或两者。
此化学-机械抛光组合物视情况地进一步包含氧化剂。氧化剂希望为碘酸盐或过态型(per-type)氧化剂，其包括无机或有机过氧化合物。过氧化合物(如《海氏简明化学词典》(Hawley’s Condensed Chemical Dictionary)所定义)为含至少一个过氧基(-O-O-)的化合物、或含在其最高氧化状态的元素的化合物。含至少一个过氧基的化合物的实例包括但不限于过氧化氢及其加成物(如尿素过氧化氢与过氧碳酸盐)、有机过氧化物(如过氧化苯甲酰基、过氧乙酸、与过氧化二叔丁基)、过单硫酸盐(SO52-)、过二硫酸盐(S2O82-)、及过氧化钠。含在其最高氧化状态的元素的化合物的实例包括但不限于高碘酸、高碘酸盐、过溴酸、过溴酸盐、高氯酸、高氯酸盐、过硼酸、过硼酸盐、及高锰酸盐。优选为，过态型氧化剂选自过氧化物、过硫酸盐、高碘酸盐、与高锰酸盐。过态型氧化剂可结合任何其它的氧化剂使用，其包括金属化合物(例如，铁盐)。
此化学-机械抛光组合物视情况地进一步包含螯合或配合剂。配合剂为增强所移除基底层的移除速率的任何适合化学添加剂。例如，适合的螯合或配合剂包括羰基化合物(例如，乙酰丙酮酸盐等)、简单羧化物(例如，乙酸盐、芳基羧化物等)、含一或更多个羟基的羧化物(例如，羟乙酸盐、乳酸盐、葡萄庚酸盐、五倍子酸与其盐等)、二-、三-与多-羧化物(例如，草酸盐、邻苯二甲酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、依地酸盐(例如，EDTA二钾)、其混合物等)、含一或更多个磺酸及/或磷酸基的羧化物等。适合的螯合或配合剂亦包括，例如，二-、三-或多醇(例如，乙二醇、儿茶酚、五倍子酚、单宁酸)及含胺化合物(例如，氨、氨基酸、氨基醇、二-、三-与多胺等)。优选为，配合剂为羧酸盐，更优选为草酸盐。螯合或配合剂的选择视移除的基底层型式而定。
应了解，许多上述化合物可以盐(例如，金属盐、铵盐等)、酸、或部份盐的形式存在。例如，柠檬酸盐包括柠檬酸及其单、二、与三盐；邻苯二甲酸盐包括邻苯二甲酸及其单盐(例如，邻苯二甲酸氢钾)与二盐；高氯酸盐包括对应的酸(即，高氯酸)及其盐。此外，特定的化合物或试剂可表现超过一种功能。例如，一些化合物可作为螯合剂与氧化剂(例如，特定的硝酸铁等)。
此化学-机械抛光系统试情况地进一步包含表面活性剂。适合的表面活性剂包括，例如，阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、两性表面活性剂、其混合物等。优选的表面活性剂为Triton DF-16。
此化学-机械抛光系统可具有任何适合其意图最终用途的pH。视所抛光基底的型式而定，希望此CMP系统具有2至12范围的pH。此CMP系统可具有小于7的pH(例如，小于6、2至5、或3至4.5)或大于7的pH(例如，8至14、9至13、或10至12)。在使用此CMP系统将含铜基底抛光时，pH优选为4至8。在使用此CMP系统将含钽基底抛光时，pH优选为8至11。在钽抛光用CMP系统进一步包含氧化剂时，pH优选为4至7。在使用此CMP系统将含钨的基底层抛光时，pH优选为1.5至5。在使用此CMP系统将含铂基底抛光时，pH优选为2至7。在使用此CMP系统将含钌基底抛光时，pH优选为5或更高(例如，7至11)。在使用此CMP系统将含铱基底抛光时，pH优选为5至12(例如，7至9)。
希望此CMP系统用于将包含至少一个金属层与第二(例如，绝缘或金属)层的基底抛光的方法，其中第一及第二层不相同。使基底与化学-机械抛光系统接触，及磨擦至少一部份基底(优选为基底的金属层)使得基底被抛光。基底可为任何适当的基底(例如，集成电路、内存或硬盘、金属、ILD层、半导体、微电机械系统、铁电体、磁头、聚合膜、及低或高介电膜)，而且可含任何适当的金属或金属合金(例如，金属导电层)。例如，金属可为铜、钽、钨、钛、铝、或镍。CMP系统特别适合将含贵重金属基底抛光，特别是用于电子工业者。基底优选为包含选自由铼、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、与金组成的群组的贵重金属。在更优选具体实施例中，贵重金属为铂、钌或铱。贵重金属层趋于机械上硬及化学上耐受性，而且在移除贵重金属所需的条件下，底下(例如，绝缘层，如氧化物)的移除速率经常为高。希望CMP系统的含胺聚合物保护含贵重金属基底的底下(例如，绝缘层，如氧化物)层，同时维持相对贵重金属层的高移除速率。例如，使用本发明的CMP系统可得到相对底下氧化物移除的良好铂移除选择性(大于10∶1)。在非贵重金属的情形，金属层对底下基底层的选择性可为30∶1或更高(或甚至50∶1或更高)。
具体实施例方式
本实施例进一步描述本发明，但是当然绝不应视为限制其范围。此实施例证明CMP系统的含胺聚合物对于金属对氧化物移除速率的选择性的效果。
以七种不同化学机械抛光系统将包含铂与氧化硅层的类似基底抛光，系统各包含相同的抛光垫结合不同的抛光组合物(抛光组合物1A-1G)。抛光组合物1A(对照)包含8重量％氧化铝磨料与1重量％过氧化氢而无含胺聚合物。抛光组合物1B-1G相同，除了其进一步包含含胺聚合物。抛光组合物1B与1C(比较性)各包含1重量％聚氮丙啶(MW＝20,000)与聚氮丙啶(MW＝80,000)。抛光组合物1C(本发明)包含1重量％聚(氯化二烯丙基二甲基铵)。抛光组合物相容译本(购自Edge Biosystems)，其中感兴趣的cDNA在人EF1α启动子的控制下表达。pEAK12d按以下方法产生用限制酶HindIII和NotI消化pEAK12，用克列诺(New England Biolabs)平端，并用牛小肠碱性磷酸盐(Roche)脱磷酸。在脱磷酸作用之后，使载体与含有ccdB基因旁侧的AttR重组位点和氯霉素抗性的平端Gateway读框盒C(Gateway载体转化系统，Invitrogen cat no.11828-019)连接，再转化到大肠杆菌DB3.1细胞(可使含ccdB基因的载体增殖)中。用Wizard Plus SV Minipreps试剂盒(Promega)使小量制备DNA从几个所得集落中分离出来，以AseI/EcoRI消化鉴定集落，得到670bp片段，这表示读框盒以正确方向插入。得到的质粒命名为pEAK12d(图6)。
3.含有IPAAA44548的cDNA文库的鉴定在文库3、8和12(分别是推定、大脑皮层和胎儿肾)中鉴定用CP1和CP2获得，并以正确大小(264bp)迁移的PCR产物。
表I 人cDNA文库
在此叙述本发明的优选具体实施例，其包括完成本发明的发明人已知的最佳模式。这些优选具体实施例的变化对本领域普通技术人员在阅读以上说明后为显而易知的。本发明人预期本领域技术人员适当地使用此变化，及本发明人认为本发明可按在此特定地叙述以外而实行。因此，本发明包括所述申请专利范围所列对象的所有修改及等同物，如适用的法律所许可。此外，本发明包含上述组件于其所有可能变化的任何组合，除非在此另有指示或在内文中明确地否认。
权利要求
1.一种化学-机械抛光系统，其包含(a)液态载剂；(b)抛光垫及/或磨料；及(c)至少一种含胺聚合物，其具有5或更多个分离氨基官能团中氮原子的连续原子。
2.根据权利要求1的系统，其中至少一种含胺聚合物为包含含氨基官能团的重复单元的缩合聚合物。
3.根据权利要求2的系统，其中缩合聚合物为聚氨基酰胺。
4.根据权利要求3的系统，其中缩合聚合物为二亚乙基三胺/己二酸缩合聚合物。
5.根据权利要求1的系统，其中至少一种含胺聚合物为聚氯化二烯丙基二甲基铵。
6.根据权利要求1的系统，其中至少一种含胺聚合物为包含含胺官能团的重复单元与选自酰胺、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、与环氧丙烷的重复单元的共聚物。
7.根据权利要求1的系统，其中至少一种含胺聚合物具有7或更多个分离氨基官能团中氮原子的连续原子。
8.根据权利要求1的系统，其中至少一种含胺聚合物具有10或更多个分离氨基官能团中氮原子的连续原子。
9.根据权利要求1的系统，其进一步包含过态型氧化剂。
10.根据权利要求9的系统，其中过态型氧化剂选自过氧化物、过硫酸盐、高碘酸盐、与高锰酸盐。
11.根据权利要求1的系统，其进一步包含配合剂。
12.一种化学-机械抛光系统，其包含(a)液态载剂；(b)抛光垫及/或磨料；及(c)至少一种含胺嵌段共聚物，其具有至少一个包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段与至少一个不含任何胺官能团的聚合物嵌段。
13.根据权利要求12的系统，其中至少一种含胺嵌段共聚物为AB二嵌段、ABA三嵌段、或ABC三嵌段共聚物。
14.根据权利要求12的系统，其中包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段为含胺嵌段共聚物的10重量％或更多。
15.根据权利要求14的系统，其中包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段为含胺嵌段共聚物的20重量％或更多。
16.根据权利要求12的系统，其中包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段为含胺嵌段共聚物的40重量％或更多。
17.根据权利要求12的系统，其中至少一个含胺嵌段具有5或更多个分离氨基官能团中氮原子的连续原子。
18.一种抛光多层基底中一或更多层的方法，其包含(i)提供包含第一含金属层与第二层的基底，其中第一与第二层不相同，(ii)提供一种化学-机械抛光系统，其包含(a)液态载剂；(b)抛光垫及/或磨料；及(c)至少一种含胺聚合物，其为(1)具有5或更多个分离氨基官能团中氮原子的连续原子的含胺聚合物，或(2)具有至少一个包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段与至少一个不含任何胺官能团的聚合物嵌段的含胺嵌段共聚物；(iii)使基底与化学-机械抛光系统接触；及(iv)研磨至少一部份基底以抛光基底。
19.根据权利要求18的方法，其中第一含金属层包含铜、钽、钛、或钨。
20.根据权利要求18的方法，其中第一含金属层包含选自铂、铱、铼、钌、铑、钯、银、锇、与金的贵重金属。
21.根据权利要求20的方法，其中贵重金属为铂。
22.根据权利要求20的方法，其中贵重金属为铱。
23.根据权利要求20的方法，其中贵重金属为钌。
24.根据权利要求18的方法，其中第二层包含金属氧化物。
全文摘要
本发明提供一种化学－机械抛光系统及方法，其包含液态载剂、抛光垫和/或磨料、及至少一种含胺聚合物，其中含胺聚合物具有5或更多个分离氨基官能团中氮原子的连续原子，或为嵌段共聚物，其具有至少一个包含一或更多个胺官能团的聚合物嵌段与至少一个不含任何胺官能团的聚合物嵌段。
文档编号H01L21/304GK1620488SQ03802445
公开日2005年5月25日 申请日期2003年1月13日 优先权日2002年1月18日
发明者凯文·J·莫根伯格, 艾萨克·K·切里安, 弗拉斯塔·布鲁西克 申请人:卡伯特微电子公司