专利名称：化学机械抛光组合物及使用其的方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光组合物及使用其抛光基材的方法。
背景技术：
在集成电路及其它电子装置的制造中，多层的导电材料、半导体材料及绝缘材料沉积在基材表面上或自基材表面移除。导电材料、半导体材料及绝缘材料的薄层可通过各种沉积技术沉积在基材表面上。现代微电子加工通常的沉积技术包括物理气相沉积法(PVD)(也被称为喷溅)、化学气相沉积法(CVD)、等离子态-增强化学气相沉积法(PECVD)及电化学镀法(ECP)。
当材料层按序沉积在基材上及自基材移除时，基材的最上表面会变成非平面并需要平面化。将表面平面化或″抛光″表面为一种方法，其中将材料自基材表面移除以形成大体均匀的平坦表面。平面化可用于移除不需要的表面形貌及表面缺陷，如粗糙表面、聚集材料、晶格损伤、刮痕及污染层或材料。平面化还可用于通过移除用以填充特征(feature)和提供用于后续金属化与加工的准位(level)的均匀表面的沉积材料而在基材上形成特征。
化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)为一种用以平面化基材的通常技术。CMP使用化学组合物，通常为浆料或其它流体介质，用于选择性自基材移除材料。在传统CMP技术中，基材载体或抛光头安装在载体组件上并定位与CMP装置中的抛光垫接触。载体组件对基材提供可控制压力，迫使基材靠着抛光垫。此垫通过外部驱动力相对基材移动。垫与基材的相对移动用以磨蚀基材表面以自基材表面移除一部份材料，由此抛光基材。通过垫与基材的相对移动的抛光基材通常进一步由抛光组合物的化学活性和/或悬浮于抛光组合物内的研磨剂的机械活性辅助。
由于对可储存大量信息的小型储存装置的需求增加，电子厂商开始使用特殊材料(exotic material)增加地制造复杂集成电路。例如，在DRAM(动态随机存取存储器)及FeRAM(铁电随机存取存贮器)内使用贵金属变成日益普遍。虽然贵金属的使用可在该装置内提供增加的性能，但贵金属的使用可-并且经常-带来独特制造挑战性。明确而言，贵金属在机械上刚硬的及在化学上有抗性。事实上，采用术语贵金属说明金属对腐蚀及氧化的优异抗性。此机械刚硬性及相对化学抗性使贵金属更难以使用传统化学机械抛光组合物及技术有效地抛光。
尽管由贵金属的化学机械抛光带来的困难，其潜在益处以导致其用于集成电路的制造，且已提出若干尝试以开发针对辅助其整合成集成电路制造以及实现可由其用途产生的完全潜力的化学机械抛光组合物及技术。例如，美国专利5,691,219公开了一种据称可用于贵金属抛光的包含卤素化合物的抛光组合物。同样，美国专利6,290,736公开了一种用于贵金属的包含在碱性水溶液中的研磨剂及卤素的化学活性抛光组合物。WO 01/44396 A1公开了一种贵金属用的抛光组合物，其包括含硫化合物、研磨颗粒及据称改善研磨颗粒的分散并增强金属移除速率及选择率的水溶性有机添加剂。
虽然上述各化学机械抛光组合物可比传统化学机械抛光组合物能更有效地抛光贵金属，但组合物还可在基材表面上产生缺陷，其可负面冲击任何由基材随后制造的集成电路的性能。此外，用于上述抛光组合物的含卤素及硫的化合物具有高度毒性(其可通过需要特殊操作设备和/或程序使抛光过程更复杂)、制造昂贵、和/或根据环保规定适当处理昂贵。
因此，仍需要一种化学机械抛光组合物，其比传统化学机械抛光组合物能更有效地抛光含贵金属的基材而不需要使用特殊氧化剂或化学蚀刻剂。本发明提供该化学机械抛光组合物及使用其抛光基材的相关方法。本发明的这些及其它优点以及附加本发明特征由这里提供的本发明说明当可更加明晰。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)包含α-氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至50毫摩尔/千克(mmol/kg)的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。
本发明还提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。
本发明还提供一种抛光基材的方法，其包括以下步骤(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)包含α-氧化铝的研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至50毫摩尔/千克(mmol/kg)的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光基材。
本发明另外提供一种抛光基材的方法，其包括以下步骤(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的至少一种研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光基材。
具体实施例方式
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂，(b)选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。在一个实施方式中，化学机械抛光组合物包含(a)包含α-氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至50mmol/kg的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。在另一实施方式中，化学机械抛光组合物包含(a)包含α-氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。在另一实施方式中，化学机械抛光组合物包含(a)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。除了存在于本发明的化学机械抛光组合物的实施方式中的研磨剂和金属离子的本性(identity)和浓度以外，其它本发明的化学机械抛光组合物的特征(例如，研磨剂的量、液态载体、pH及其它适当添加剂)可相同。
抛光组合物包含研磨剂，且在特定实施方式中，研磨剂包含α-氧化铝。如本领域技术人员已知的，氧化铝(即，氧化铝)以几种不同晶相存在，其包括α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、κ-氧化铝、η-氧化铝、χ-氧化铝及ρ-氧化铝。α-氧化铝，当存在于研磨剂内时，可以任何适当形式存在。更具体地说，α-氧化铝可以基本上由或由α-氧化铝所组成的独特研磨颗粒的形式存在，或α-氧化铝可存在于包含α-氧化铝及其它适当研磨剂成分(例如，金属氧化物如热解氧化铝(fumed alumina))的研磨颗粒中。当研磨剂包含α-氧化铝时，以研磨剂的总重量计，研磨剂优选包含10重量％或更多，更优选为20重量％或更多，仍更优选为30重量％或更多，又更优选为40重量％或更多，最优选为50重量％或更多(例如，55重量％或更多，或60重量％或更多)的α-氧化铝。
如上所述，本发明还提供一种化学机械抛光组合物，其包含选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂。在该实施方式中，研磨剂优选选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、氮化钛及其混合物。更优选，研磨剂选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硅及其混合物。最优选，研磨剂选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝及其混合物。
除了上述研磨剂成分以外，抛光组合物的研磨剂可进一步包含其它适当研磨剂成分。适当附加研磨剂成分包括但不限于金属氧化物研磨剂如其它形式的氧化铝(例如，热解氧化铝)、氧化硅(例如，胶态分散缩聚的氧化硅、热解或煅制氧化硅及沉淀氧化硅)、氧化铈、氧化钛、氧化锆、氧化铬、氧化铁、氧化锗、氧化镁、其共形成产物及其组合。
研磨剂可以任何适当量存在于抛光组合物内。通常，以抛光组合物的总重量计，在抛光组合物中研磨剂的存在量为0.01重量％或更多，优选为0.05重量％或更多，更优选为0.1重量％或更多，仍更优选为0.5重量％或更多，最优选为1重量％或更多。通常，以抛光组合物的总重量计，在抛光组合物中研磨剂的存在量为25重量％或更少，优选为20重量％或更少，更优选为15重量％或更少，仍更优选为10重量％或更少，最优选为5重量％或更少。
在一个实施方式中，抛光组合物包含选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子。在第二实施方式中，抛光组合物包含选自镁、锌及其混合物的至少一种金属离子。在第三实施方式中，抛光组合物包含选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子。包含于抛光组合物内的金属离子可来源于任何适当源。优选，包含于抛光组合物内的金属离子来源于至少一种水溶性金属盐。
金属离子可以任何适当量存在于抛光组合物内。通常，以抛光组合物的总重量计，在抛光组合物中金属离子的存在量为0.05毫摩尔/千克(mmol/kg)或更多，优选为0.06mmol/kg或更多，更优选为0.07mmol/kg或更多，最优选为1mmol/kg或更多。通常，以抛光组合物的总重量计，在抛光组合物中金属离子的存在量为50mmol/kg或更少，优选为40mmol/kg或更少，更优选为30mmol/kg或更少，最优选为20mmol/kg或更少(例如，10mmol/kg或更少，5mmol/kg或更少，或3.5mmol/kg或更少)。在特定实施方式中，例如，当抛光组合物包含选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子时，以抛光组合物的总重量计，在抛光组合物中金属离子的存在量优选为0.05至50毫摩尔/千克(mmol/kg)，更优选为0.05至40mmol/kg(例如，0.05至30mmol/kg，0.05至25mmol/kg，0.05至20mmol/kg，或0.05至15mmol/kg)，还更优选为0.05至10mmol/kg，最优选为0.05至5mmol/kg。当抛光组合物包含选自镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，或抛光组合物包含选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂时，以抛光组合物的总重量计，在抛光组合物中金属离子的存在量优选为0.05至3.5毫摩尔/千克(mmol/kg)，更优选为0.05至3.4mmol/kg(例如，0.05至3.3mmol/kg，0.05至3.25mmol/kg，0.05至3.2mmol/kg，或0.05至3.1mmol/kg)，最优选为0.05至3mmol/kg。
使用液态载体有利于将研磨剂、金属离子、及任何其它添加剂涂覆到欲抛光或平面化的适当基材表面。液态载体可为任何适当液态载体。如上所述，液态载体包含水。优选水是去离子水。液态载体可进一步包含适当水溶性溶剂。然而，在特定优选实施方式中，液态载体基本上由或由水，更优选去离子水组成。
抛光组合物可具有任何适当的pH(例如1至13)。优选的是，抛光组合物具有pH为1至7，更优选为2至5。化学机械抛光系统的pH可通过任何适当的方式达到和/或保持。更具体地说，抛光组合物可进一步包含pH调节剂、pH缓冲剂或其组合。pH调节剂可为任何适当pH调节化合物。例如，pH调节剂可为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵或其组合。pH缓冲剂可为任何适当缓冲剂，例如，磷酸盐、醋酸盐、硼酸盐、铵盐等。化学机械抛光系统可包含任何适当量的pH调节剂及/或pH缓冲剂，只要该量足以达到/或保持抛光系统的pH在本文所述范围内。
抛光组合物可进一步包含酸。酸可为任何适当酸如无机酸或有机酸或其组合。例如，抛光组合物可包含选自硝酸、磷酸、硫酸、其盐及其组合的无机酸。抛光组合物可包含(交替地或除了无机酸以外又)选自草酸、苹果酸、丙二酸、酒石酸、醋酸、乳酸、丙酸、酞酸、苯甲酸、柠檬酸、琥珀酸、其盐及其组合的有机酸。当存在时，酸可以任何适当量存在于抛光组合物内。
抛光组合物还可包含腐蚀抑制剂(即，成膜剂)。腐蚀抑制剂可为任何适当腐蚀抑制剂。通常，腐蚀抑制剂为含有杂原子官能基的有机化合物。例如，腐蚀抑制剂可为具有至少一个5-或6-元杂环作为活性官能基的杂环有机化合物，其中杂环含有至少一个氮原子，例如，唑化合物。优选，腐蚀抑制剂含有至少一个唑基。更优选，腐蚀抑制剂选自1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯并三唑、苯并咪唑、苯并噻唑及其混合物。用于抛光系统的腐蚀抑制剂的量通常以抛光组合物的总重量计为0.0001重量％至3重量％(优选为0.001重量％至2重量％)。
抛光组合物任选地进一步包含螯合剂或络合剂。络合剂为任何适当化学添加剂，其可增强欲移除基材层的移除速率。适当螯合或络合剂可包括，例如，羰基化合物(例如，乙酰丙酮化物等)、简单羧酸酯(例如，醋酸酯、芳基羧酸酯等)、含有一个或多个羟基的羧酸酯(例如，甘醇酸酯、乳酸酯、葡萄糖酸酯、五倍子酸及其盐等)、二-、三-及多羧酸酯(例如，草酸酯、酞酸酯、柠檬酸酯、琥珀酸酯、酒石酸酯、苹果酸酯、乙二胺四乙酸盐(例如，二钾EDTA)、其混合物等)、含有一个或多个磺酸及/或膦酸基的羧酸酯等。适当螯合剂或络合剂还可包括，例如，二-、三-或多元醇(例如，乙二醇、焦儿茶酚、焦棓酚、丹宁酸等)及含胺化合物(例如，氨、氨基酸、氨基醇、二-、三-及多胺等)。螯合或络合剂的选择取决于欲移除基材层的类型。
应当理解上述许多化合物可以盐(例如，金属盐、铵盐等)、酸的形式，或作为部分盐存在。例如，柠檬酸酯包括柠檬酸及其单-、二-及三-盐；酞酸酯包括酞酸以及单-盐(例如，酞酸氢钾)及其二-盐；高氯酸酯包括对应的酸(即，高氯酸)及其盐。此外，特定化合物或试剂还可执行超过一个功能。例如，一些化合物可起到螯合剂与氧化剂两者的作用(例如，特定硝酸铁等)。
抛光组合物可进一步包含表面活性剂。适当表面活性剂可包括，例如，阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、其混合物等。优选，抛光组合物包含非离子表面活性剂。适当非离子表面活性剂的例为乙二胺聚氧化乙烯表面活性剂。表面活性剂的量，以抛光组合物的总重量计，通常为0.0001重量％至1重量％(优选为0.001重量％至0.1重量％，更优选为0.005重量％至0.05重量％)。
抛光组合物可进一步包含消泡剂。消泡剂可为任何适当消泡剂。适当消泡剂包括但不限于基于硅及基于乙炔二醇的消泡剂。在抛光组合物内的消泡剂的存在量通常为10ppm至140ppm。
抛光组合物还可包含杀生物剂。杀生物剂可为任何适当杀生物剂，例如，异噻唑啉酮杀生物剂。用于抛光组合物内的杀生物剂的量通常为1至50ppm，优选为10至20ppm。
抛光组合物优选为胶态稳定的。术语胶态意指研磨剂(例如，研磨颗粒)在液态载体内的悬浮体。胶态稳定性意指该悬浮体经过时间的保持性。如果当抛光组合物放入100毫升量筒内并且不搅拌静置2小时时，在量筒的底部50毫升的研磨剂(例如，研磨颗粒)的浓度([B]，以g/ml为单位)与在量筒的顶部50毫升的研磨剂(例如，研磨颗粒)的浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差除以在抛光组合物的研磨剂(例如，研磨颗粒)的初始浓度([C]，以g/ml为单位)低于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)时，抛光组合物被视为胶态稳定的。优选，[B]-[T]/[C]的值低于或等于0.3，更优选低于或等于0.1，仍更优选低于或等于0.05，最优选低于或等于0.01。
抛光组合物的平均粒径在整个抛光组合物的使用期限中优选基本上保持不变。特别地，抛光组合物的平均粒径在整个抛光组合物的使用期限(例如，90日或更多，180日或更多，或365日或更多)中优选增加低于40％(例如，低于35％，低于30％，低于25％，低于20％，低于15％，或低于10％)。
本发明进一步提供用本文所述抛光组合物抛光基材的方法。该方法通常包括以下步骤(i)提供基材，(ii)提供本文所述的抛光组合物，(iii)将抛光组合物涂覆至一部份基材上及(iv)研磨一部份基材以抛光基材。
在该方法的一个实施方式中，抛光基材的方法包括以下步骤(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)包含α-氧化铝的研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至50毫摩尔/千克(mmol/kg)的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光基材。
用于本发明的该方法实施方式的抛光组合物包含(a)包含α-氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至50毫摩尔/千克(mmol/kg)的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。用于本发明的该方法实施方式的化学机械抛光组合物的其它特征(例如，研磨剂的量、液态载体、pH及其它适当添加剂)可与上述对本发明化学机械抛光组合物的相同。
在另一实施方式中，抛光基材的方法包括以下步骤为(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)包含α-氧化铝的研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5毫摩尔/千克(mmol/kg)的选自镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光基材。
用于本发明的该方法实施方式的抛光组合物包含(a)包含α-氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。用于本发明的该方法实施方式的化学机械抛光组合物的其它特征(例如，研磨剂的量、液态载体、pH及其它适当添加剂)可与上述对本发明化学机械抛光组合物的相同。
在第三实施方式中，抛光基材的方法包括以下步骤(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光基材。
用于本发明的该方法实施方式的抛光组合物包含(a)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。用于本发明的该方法实施方式的化学机械抛光组合物的其它特征(例如，研磨剂的量、液态载体、pH及其它适当添加剂)可与上述对本发明化学机械抛光组合物相同。
使用本发明方法抛光的基材可为任何适当基材。适当基材包括但不限于集成电路、存储或硬磁盘、金属、层间绝缘(ILD)器件、半导体、微电子机械系统、铁电体及磁头。金属层可包含任何适当金属。例如，金属层可包含铜、钽(例如，氮化钽)、钛、铝、镍、铂、钌、铱或铑。基材可进一步包含至少一个绝缘层。绝缘层可为金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化有机聚合物、或任何适当高或低-κ绝缘层。优选，基材包含贵金属，且至少一部分贵金属用抛光组合物研磨以抛光基材。适当贵金属包括但不限于铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合。优选，基材包含铂，且至少一部份铂用抛光组合物研磨以抛光基材。
本发明的抛光法特别适合与化学机械抛光(CMP)装置结合使用。通常，该装置包含台板(platen)(当使用时，其运动并具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度)、与台板接触且当移动时与台板一起移动的抛光垫以及通过相对抛光垫的表面接触并移动而保持欲抛光的基材的托架。基材的抛光通过基材接触抛光垫与本发明的抛光组合物，然后抛光垫相对基材移动，以研磨至少一部份基材以抛光基材而进行。
期望地，CMP装置进一步包含原位抛光终点检测系统，其许多为本领域已知的。通过分析从基材表面反射的光或其它辐射检查及监控抛光过程的技术为本领域已知的。期望地，对抛光基材的抛光过程进展的检查或监控能够测定抛光终点，即，确定终止对特定基材的抛光过程的时间。
CMP装置可进一步包含用于氧化基材的手段。在电化学抛光系统中，用于氧化基材的手段优选包括向基材施加随时间改变的电位(例如，阳极电位)的装置(例如，电子恒电位器)。用于向基材施加随时间改变的电位的装置可为任何适当的这种装置。用于氧化基材的手段优选包括在抛光初始阶段时施加第一电位(例如，较高氧化的电位)及在抛光的后面阶段时施加第二电位(例如，较低氧化电位)的装置，或在抛光的中间阶段时将第一电位改变至第二电位的装置，例如，在中间阶段时连续降低电位或在第一较高氧化电位的预定间隔后，自第一较高氧化电位迅速降低电位至第二较低氧化电位。例如，在抛光的初始阶段时，相对高的氧化电位施加至基材以促进相对高的基材的氧化/分解/移除的速率。当抛光在后面阶段时，例如，当接近在下的阻挡层时，施加的电位降低至这样的水平，其产生实质上较低或可忽略的基材的氧化/分解/移除的速率，由此消除或实质上降低凹陷、侵蚀及磨蚀。随时间改变的电化学电位优选使用可控制可变DC电源，例如，电子恒电位器施加。美国专利6,379,223进一步描述了通过施加电位氧化基材的手段。
以下实施例进一步例示本发明，但不应视为限制其范围。
实施例1此实施例证实由本发明的抛光组合物显示的增强的抛光速率。使用四种不同抛光组合物(抛光组合物1A、1B、1C及1D)抛光含铂的类似基材。抛光组合物1A(对比)不包含明显量的金属离子。抛光组合物1B(本发明)包含0.38mmol/kg(约15ppm)钙(作为氯化钙)。抛光组合物1C(本发明)包含0.38mmol/kg(约33ppm)锶(作为氯化锶)。抛光组合物1D(本发明)包含0.37mmol/kg(约51ppm)钡(作为氯化钡)。上述抛光组合物还各包含3重量％研磨剂并具有pH为3，以研磨剂的总重量计，该研磨剂包含约60重量％α-氧化铝及约40重量％热解氧化铝。对各抛光组合物测定铂移除速率的值(埃/分钟)。其结果总结于表1。
表1铂移除速率
这些结果证实本发明的抛光组合物与不包含明显量金属离子的类似抛光组合物相比显示高铂移除速率。特别地，抛光组合物1B-1D(本发明)，其包含约0.37至0.38mmol/kg的选自钙、锶及钡的金属离子，各自显示出比不含明显量钙、锶或钡的离子的抛光组合物1A(对比)的铂移除速率高约200％或更多的铂移除速率。
实施例2该实施例证实由本发明的抛光组合物显示的增强的抛光速率。使用三种不同抛光组合物(抛光组合物2A、2B及2C)抛光含铂的类似基材。抛光组合物2A(对比)不包含明显量的金属离子。抛光组合物2B(本发明)包含0.4mmol/kg(约9 ppm)镁(作为氯化镁)。抛光组合物2C(本发明)包含0.74mmol/kg(约18ppm)镁(作为氯化镁)。上述抛光组合物还各包含3重量％研磨剂并具有pH为3，以研磨剂的总重量计，该研磨剂包含约60重量％α-氧化铝及约40重量％热解氧化铝。对各抛光组合物测定铂移除速率的值(埃/分钟)。其结果总结于表2。
表2铂移除速率
这些结果证实本发明的抛光组合物与不包含明显量金属离子的类似抛光组合物相比显示高铂移除速率。特别地，抛光组合物2B-2C(本发明)，其包含约0.4和0.74mmol/kg的镁离子，各自显示出比不含明显量镁离子的抛光组合物2A(对比)的铂移除速率分别高约30％及75％的铂移除速率。
实施例3该实施例证实由本发明的抛光组合物显示的增强的抛光速率。使用六种不同抛光组合物(抛光组合物3A、3B、3C、3D、3E及3F)抛光含铂的类似基材。抛光组合物3A(对比)不包含明显量的金属离子。抛光组合物3B(对比)包含0.74mmol/kg铝(作为硝酸铝)。抛光组合物3C(对比)包含3.0mmol/kg铝(作为硝酸铝)。抛光组合物3D(本发明)包含0.74mmol/kg(约18ppm)镁(作为氯化镁)。抛光组合物3E(本发明)包含0.75mmol/kg(约49ppm)锌(作为氯化锌)。抛光组合物3F(本发明)包含1.5mmol/kg(约96ppm)锌(作为氯化锌)。上述抛光组合物还各包含3重量％研磨剂并具有pH为3，以研磨剂的总重量计，该研磨剂包含约60重量％α-氧化铝及约40重量％热解氧化铝。对各抛光组合物测定铂移除速率的值(埃/分钟)。其结果总结于表3。
表3铂移除速率
这些结果证实本发明的抛光组合物与不包含明显量金属离子或类似量的不同金属离子的类似抛光组合物相比显示高铂移除速率。特别地，抛光组合物3D-3F(本发明)，其包含约0.74至1.5mmol/kg选自镁及锌的金属离子，各自显示出比不含明显量的镁及锌离子的抛光组合物3A-3C(对比)的铂移除速率高约80％或更多的铂移除速率。
实施例4此实施例证实由本发明的抛光组合物显示的增强的抛光速率。使用七种不同抛光组合物(抛光组合物4A、4B、4C、4D、4E、4F及4G)抛光含铂的类似基材(不同于实施例1，2，3及5所用的批次)。抛光组合物4A(对比)不包含明显量的金属离子。抛光组合物4B(对比)包含0.74mmol/kg(约29ppm)钾(作为氯化钾)。抛光组合物4C(对比)包含0.74mmol/kg(约29ppm)钾(作为硫酸钾)。抛光组合物4D(本发明)包含0.74mmol/kg(约18ppm)镁(作为氯化镁)。抛光组合物4E(本发明)包含1.5mmol/kg(约36ppm)镁(作为氯化镁)。抛光组合物4F(本发明)包含3.0mmol/kg(约72ppm)镁(作为氯化镁)。抛光组合物4G(本发明)包含5.9mmol/kg(约144ppm)镁(作为氯化镁)。上述抛光组合物还各包含3重量％研磨剂并具有pH为3，以研磨剂的总重量计，该研磨剂包含约60重量％α-氧化铝及约40重量％热解氧化铝。对各抛光组合物测定铂移除速率的值(埃/分钟)。其结果总结于表4。
表4铂移除速率
这些结果证实本发明的抛光组合物与不包含明显量金属离子或类似量的不同金属离子的类似抛光组合物相比显示高铂移除速率。特别地，抛光组合物4D-4G(本发明)，其包含约0.74至5.9mmol/kg镁，各自显示大于或等于4000埃/分钟的铂移除速率。该移除速率显著大于对不含明显量的镁的抛光组合物4A-4C(对比)所观察的移除速率。各抛光组合物4D-4G(本发明)的铂移除速率仅可报道作为最低值，因为在各基材上的铂层的整个4000埃厚度在1分钟抛光运行内移除。
实施例5此实施例证实由本发明的抛光组合物显示的增强的抛光速率。使用四种不同抛光组合物(抛光组合物5A、5B、5C及5D)抛光含铂的类似基材。抛光组合物5A(对比)不包含明显量的金属离子。抛光组合物5B(本发明)包含0.19mmol/kg(约26ppm)钡(作为氯化钡)。抛光组合物5C(本发明)包含0.37mmol/kg(约51ppm)钡(作为氯化钡)。抛光组合物5D(本发明)包含0.743mmol/kg(约102ppm)钡(作为氯化钡)。上述各抛光组合物还各包含3重量％研磨剂并具有pH为3，以研磨剂的总重量计，该研磨剂包含约60重量％α-氧化铝及约40重量％热解氧化铝。对各抛光组合物测定铂移除速率的值(埃/分钟)。其结果总结于表5。
表5铂移除速率
这些结果证实本发明的抛光组合物与不包含明显量金属离子的类似抛光组合物相比显示高铂移除速率。特别地，抛光组合物5B-5D(本发明)，其包含约0.19至0.743mmol/kg钡离子，各自显示出不含明显量钡离子的抛光组合物1A(对比)的铂移除速率高约240％或更多的铂移除速率。
权利要求
1.一种化学机械抛光组合物，其包含(a)包含α-氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至50mmol/kg的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。
2.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中该金属离子以0.05至10mmol/kg的量存在。
3.权利要求2的化学机械抛光组合物，其中该金属离子以0.05至5mmol/kg的量存在。
4.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中该研磨剂进一步包含热解氧化铝。
5.权利要求4的化学机械抛光组合物，其中该研磨剂包含10重量％或更多的α-氧化铝。
6.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以0.1至10重量％的量存在于该抛光组合物内。
7.权利要求6的化学机械抛光组合物，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以1至5重量％的量存在于该抛光组合物内。
8.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物具有pH为1至7。
9.权利要求8的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物具有pH为2至5。
10.一种化学机械抛光组合物，其包含(a)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。
11.权利要求10的化学机械抛光组合物，其中该研磨剂进一步包含热解氧化铝。
12.权利要求11的化学机械抛光组合物，其中该研磨剂包含10重量％或更多的α-氧化铝。
13.权利要求10的化学机械抛光组合物，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以0.1至10重量％的量存在于该抛光组合物内。
14.权利要求13的化学机械抛光组合物，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以1至5重量％的量存在于该抛光组合物内。
15.权利要求10的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物具有pH为1至7。
16.权利要求15的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物具有pH为2至5。
17.一种抛光基材的方法，其包括以下步骤(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)包含α-氧化铝的研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至50mmol/kg的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将该化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用该抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光该基材。
18.权利要求17的方法，其中该金属离子以0.05至10mmol/kg的量存在于该化学机械抛光组合物内。
19.权利要求18的方法，其中该金属离子以0.05至5mmol/kg的量存在于该化学机械抛光组合物内。
20.权利要求17的方法，其中该基材包含选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其结合的贵金属，且至少一部份该贵金属用该抛光组合物研磨以抛光该基材。
21.权利要求20的方法，其中该基材包含铂，且至少一部份铂用该抛光组合物研磨以抛光该基材。
22.权利要求17的方法，其中该研磨剂进一步包含热解氧化铝。
23.权利要求22的方法，其中该研磨剂包含10重量％或更多的α-氧化铝。
24.权利要求17的方法，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以0.1至10重量％的量存在于该抛光组合物内。
25.权利要求24的方法，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以1至5重量％的量存在于该抛光组合物内。
26.权利要求17的方法，其中该抛光组合物具有pH为1至7。
27.权利要求26的方法，其中该抛光组合物具有pH为2至5。
28.一种抛光基材的方法，其包括以下步骤(a)提供基材，(b)提供化学机械抛光组合物，其包含(i)选自α-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(ii)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(iii)包含水的液态载体，(c)将该化学机械抛光组合物涂覆到至少一部分基材上，及(d)用该抛光组合物研磨至少一部分基材以抛光该基材。
29.权利要求28的方法，其中该基材包含选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合的贵金属，且至少一部份该贵金属用该抛光组合物研磨以抛光该基材。
30.权利要求29的方法，其中该基材包含铂，且至少一部份铂用该抛光组合物研磨以抛光该基材。
31.权利要求28的方法，其中该研磨剂进一步包含热解氧化铝。
32.权利要求31的方法，其中该研磨剂包含10重量％或更多的α-氧化铝。
33.权利要求28的方法，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以0.1至10重量％的量存在于该抛光组合物内。
34.权利要求33的方法，其中以抛光组合物的总重量计，该研磨剂以1至5重量％的量存在于该抛光组合物内。
35.权利要求28的方法，其中该抛光组合物具有pH为1至7。
36.权利要求35的方法，其中该抛光组合物具有pH为2至5。
全文摘要
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)包含α－氧化铝的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至50mmol/kg的选自钙、锶、钡及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。本发明还提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)选自α－氧化铝、γ－氧化铝、δ－氧化铝、θ－氧化铝、钻石、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化钛及其混合物的研磨剂，(b)以抛光组合物的总重量计，0.05至3.5mmol/kg的选自钙、锶、钡、镁、锌及其混合物的至少一种金属离子，及(c)包含水的液态载体。本发明进一步提供一种使用上述各化学机械抛光组合物抛光基材的方法。
文档编号H01L21/321GK1938392SQ200580009637
公开日2007年3月28日 申请日期2005年3月14日 优先权日2004年3月24日
发明者弗朗西斯科·德里格思索罗, 凯文·莫根伯格, 维拉斯塔·布鲁西克, 本杰明·拜尔 申请人:卡伯特微电子公司