专利名称：用于抛光贵金属的具有聚合物添加剂的化学机械抛光组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光含贵金属的基板的方法。
背景技术：
平面化或抛光基板表面的组合物及方法在本领域公知的。抛光组合物(亦称为抛光浆料)典型上含有在水溶液中的研磨材料，且通过将表面与浸透有该浆料组合的抛光垫接触而施用至该表面。典型的研磨材料包括二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。例如，美国专利5,527,423描述了通过将表面与包含高纯度细金属氧化物颗粒在水性介质中的抛光浆料接触而化学机械抛光金属层的方法。或者，可以将该研磨材料并入该抛光垫内。美国专利5,489,233公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，美国专利5,958,794公开了一种固定的研磨抛光垫。
在平面化半导体晶圆时，常规的抛光系统及抛光方法有时候并不能令人满意。特别地，抛光组合物及抛光垫可具有低于期望的抛光率，且其用于半导体表面的化学机械抛光可将缺陷引入所得集成电路中。因为半导体晶圆的产率与在制造期间平面化各层而不产生表面缺陷的能力有关，因此使用有效及效率高的抛光系统是重要的。
集成电路晶圆的制造方法依赖在添加其它层前去除材料和平坦化该晶圆的抛光步骤。产生用于半导体晶圆的有效抛光系统的困难在于该半导体晶圆的复杂性。经加工的半导体晶圆典型地包括与用以互联半导体器件的复合(有时候称为多金属)导体图案一起在多层上形成的多个晶体管或其它半导体器件。因此，必须对呈现由不同材料形成的图案的表面应用抛光步骤。
已经使用各种金属和金属合金以在器件之间形成电连接，包括钛、氮化钛、铝-铜、铝-硅、铜、钨、铂、铂-钨、铂-锡、钌及其组合。由于其期望的性质(诸如惰性)，贵金属(包括钌、铱及铂)在存储器件及金属栅方面的应用愈来愈多。然而，在抛光步骤时，责金属提出特殊的加工难题。它们比许多其它集成电路导体金属更具有机械硬性及化学抗性。由于贵金属经常用于具有其它较软及较容易磨耗的材料(包括介电质材料诸如二氧化硅)的图案中，所以必需处理贵金属的抛光相对介电质材料的过度抛光的选择性的问题。
开发用于贵金属抛光的浆料的成果反映在专利文献中。例如，美国专利5,691,219涉及具有贵金属导电层的半导体存储器件及用于抛光贵金属的含卤素化合物的抛光组合物。美国专利6,290,736公开了一种用于贵金属的化学活性抛光组合物，包含在碱性水溶液中的研磨剂及卤素。国际申请公开WO 00/77107A1公开了一种用于贵金属(例如Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)的抛光组合物，包含研磨剂、液体载体、氧化剂及抛光添加剂，该抛光添加剂可包括EDTA、含氮大环(例如，四氮杂环十四烷)、冠醚、卤化物、氰化物、柠檬酸、膦及膦酸酯。对于用于抛光其它导体图案(例如，钽)提出的抛光浆料，国际申请公开WO 03/072683A1涉及具有由吸附添加剂形成的壳包围的颗粒的化学机械抛光浆料。
仍然需要可呈现期望平面化效率、材料选择性及缺陷消除的改善的、节省成本的抛光系统及抛光方法。本发明提供这种方法。自文中提供的本发明的描述很容易了解本发明这些及其它优点以及另外的发明特征。
发明内容
本发明提供一种抛光基板的方法，包括(i)将在基板表面上包括贵金属的基板与包含(a)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分、(b)选自溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐、有机-卤素-氧基化合物、稀土盐及其组合的氧化剂、(c)含环氧乙烷的聚合物及(d)液体载体的化学机械抛光系统接触，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
具体实施例方式
本发明提供一种抛光在基板表面上包括贵金属的基板的方法。该抛光方法包括(i)将在基板表面上包括贵金属的基板与包含抛光成分、氧化剂、含环氧乙烷的聚合物及液体载体的化学机械抛光系统接触，及(ii)用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
该抛光系统包括选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分。这里描述的抛光系统期望包括研磨剂和抛光垫。该研磨剂可以呈任何合适形式(例如，研磨颗粒)。该研磨剂可以呈微粒形式并悬浮在该液体载体内和/或可以固定在该抛光垫上。该抛光垫可以是任何合适的抛光垫。该研磨剂(当悬浮在该液体载体内时)、氧化剂及含环氧乙烷的聚合物以及悬浮在该液体载体内的任何其它成分形成该化学机械抛光(例如，CMP)系统的抛光组合物。
当研磨剂存在时且期望地悬浮在该抛光组合物的液体载体内时，该研磨剂可以是任何合适研磨剂，许多合适的研磨剂在本领域公知的。例如，该研磨剂可以为天然的或合成的，且可包含某些硬性聚合物(例如，聚碳酸酯)、钻石(例如，多晶钻石)、石榴石、玻璃、金刚砂、金属氧化物、碳化物、氮化物等。该研磨剂优选包含金属氧化物或钻石。合适的金属氧化物包括选自氧化铝、硅石、铈土、锆氧土、二氧化钛、氧化锗、其共形成产物、及其组合的金属氧化物。优选，该金属氧化物为硅石或氧化铝掺杂的硅石。
该硅石可以是任何合适形式的硅石。合适形式的硅石包括热解硅石及胶态硅石。热解硅石典型地通过热解法制备，其中在高温下使合适的前体(诸如，四氯化硅)进行气相水解。在本发明范围内有用的胶态硅石包括湿法型硅石颗粒(例如，缩聚硅石颗粒)。缩聚硅石颗粒典型地通过缩合Si(OH)4以形成胶态颗粒而制得，其中胶态定义为具有平均粒度为1nm-1000nm。这种研磨剂颗粒可根据美国专利5,230,833制备或可以任何各种市售产品获得，诸如Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品及Nalco 1050、2327及2329产品，以及得自Dupont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical、和Clariant的其它类似产品。
另一种优选研磨剂为掺杂的硅石，例如，氧化铝掺杂的硅石。氧化铝掺杂的硅石典型地通过共热解(co fume)方法制备，其中使四氯化硅及氯化铝的混合物进行气相水解。氧化铝掺杂的硅石的例子为得自Degussa的MOX 80及MOX 170产品(都包含1％氧化铝)。
当研磨剂存在于该抛光组合物时，该研磨剂颗粒的平均粒度(例如，平均颗粒直径)典型地为20nm至500nm。优选，该研磨剂颗粒的平均粒度为70nm至300nm(例如，100nm至200nm)。
该研磨剂可以以任何合适的量存在。典型地，0.001重量％或更多的研磨剂(例如，0.01重量％或更多)可存在于该抛光组合物内。该抛光组合物内研磨剂的量优选不超过20重量％，且更优选不超过10重量％(例如，不超过5重量％)。还更优选，该研磨剂的量为该抛光组合物的0.01重量％至5重量％。
该研磨剂期望悬浮在该抛光组合物内，更具体地，在该抛光组合物的液体载体内。当该研磨剂悬浮在该抛光组合物中时，该研磨剂优选为胶态稳定的。术语″胶体″是指研磨颗粒在该液体载体内的悬浮液。胶态稳定性是指该悬浮液随时间维持。在本发明范围内，如果当将该研磨剂放在100毫升量筒内并不搅拌静置2小时时，在该量管底部50毫升中的颗粒浓度(以克/毫升表示的[B])与在该量筒顶部50毫升中的颗粒浓度(以克/毫升表示的[T])的差除以颗粒在该研磨组合物内的初始浓度(以克/毫升表示的[C])小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，则该研磨剂被认为是胶态稳定的。{[B]-[T]}/[C]的值期望小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
该氧化剂优选选自溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐、单过氧硫酸盐、有机-卤素-氧基化合物、稀土盐及其组合。这里使用的术语″有机-卤素-氧基化合物″是指含有至少一个有机官能团、至少一个卤原子及至少一个氧原子的氧化剂。该有机-卤素-氧基化合物的有机官能团、卤原子及氧原子可以以任何合适方式排列，但是符合以下三种通式中的一种Ra-X-Ob、Ra-Ob-X或Ob-Ra-X，其中R代表有机官能团，X代表卤原子，且a及b为大于或等于1的整数。合适的有机-卤素-氧基化合物包括，但不限于N-氯代琥珀酰亚胺、N-溴代琥珀酰亚胺、N-溴代乙酰胺、N-溴代二苯甲酮亚胺、三醋酸碘、三(三氟醋酸)碘、二醋酸碘苯、二(三氟醋酸)五氟碘苯、亚碘酰苯、碘酰苯、碘酰苯甲酸(例如，间-碘酰苯甲酸)、其盐、及其组合。更优选地，该氧化剂为溴酸钾或过一硫酸氢钾硫酸盐(potassium hydrogen peroxymonosulfate sulfate)(其可以商品名Oxone得自DuPont)。
该抛光组合物可包含任何合适量的氧化剂。典型地，基于液体载体及溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，该抛光组合物包含0.1重量％或更多(例如，0.2重量％或更多，或0.5重量％或更多，或1重量％或更多)的氧化剂。基于液体载体及溶解或悬浮于其中的任何组份的重量，该抛光组合物优选包含20重量％或更少(例如，15重量％或更少，或10重量％或更少)的氧化剂。还更优选地，该抛光组合物包含0.1重量％至10重量％的氧化剂。
该抛光组合物包括含环氧乙烷的聚合物。该含环氧乙烷聚合物的目的为减少非贵金属的该基板部分的抛光速率。典型地，非贵金属的基板部分在机械性质上比贵金属软，且通过适于抛光贵金属的抛光组合物经受过度的机械磨耗。不想受限于任何特定理论，据信将含环氧乙烷的聚合物吸附到非贵金属的该基板表面的部分商，由此形成润滑膜。
该抛光系统内存在该聚合物的典型缺点为该贵金属的移除速率降低。该聚合物吸附到该金属表面上的作用为减少该抛光系统的氧化剂、研磨颗粒及其它组分与金属表面的接触，因此可减少该移除速率(经常在有用的速率以下)，这限制聚合物在用于贵金属的抛光组合物内的实用性。然而，在本发明抛光组合物中含环氧乙烷聚合物的存在有利地容许用于该贵金属的有用的移除速率，同时减少该基板其余部分的移除速率。
该含环氧乙烷的聚合物期望可以与该抛光组合物的其它组分(例如，氧化剂、pH条件剂等)相容。
该含环氧乙烷的聚合物可以是含环氧乙烷单元的任何合适的聚合物。当该含环氧乙烷的聚合物基本上由环氧乙烷重复单元组成时，该含环氧乙烷的聚合物典型地包括结构R(CH2CH2O)nR′，其中R可以是OH、OR″或R″，其中R″为H或低级烷基，R′可以是H或R″，且n可以是150至250的整数。R′优选为H。更优选，R为OH，且R′为H。合适的含环氧乙烷的聚合物包括聚乙二醇。优选，聚乙二醇的分子量为7,500道尔顿(Dalton)至10,000道尔顿。若聚乙二醇的分子量太小，则使用该聚乙二醇不能获得优点。若聚乙二醇的分子量太大，则贵金属的移除速率降低至不实用地低程度。
该含环氧乙烷的聚合物可以是含二烷基硅氧烷嵌段和聚环氧乙烷嵌段的任何合适的嵌段共聚物。该二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物可以是AB二嵌段或ABA三嵌段共聚物。该二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物还可以是接枝共聚物。典型地，该二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物包含50％或更多(例如，60％或更多，或70％或更多)的聚环氧乙烷嵌段。二烷基硅氧烷嵌段的烷基可为任意合适的烷基。优选，二烷基硅氧烷嵌段的烷基为甲基。期望地，该二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物具有至少一个端基(例如，在聚合物链的末端上的官能团)，该端基为OH。
该抛光组合物可包含任何合适量的含环氧乙烷的聚合物。基于液体载体和溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，该含环氧乙烷的聚合物的量典型地为0.01重量％或更多(例如，0.05重量％或更多，或0.1重量％或更多)。基于液体载体及溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，该含环氧乙烷的聚合物的量优选为10重量％或更少(例如，5重量％或更少，或2.5重量％或更少)。
该基板可包含任何合适的贵金属。合适的贵金属包括，但不限于钌、铱、铂、钯、锇、铼、银、金、其氮化物、其氧化物、其合金、及其组合。该贵金属优选包括钌。
该基板可进一步包含任何合适的材料。合适的材料包括氧化硅；粘合促进层诸如钛或钽；和/或扩散阻挡层诸如氮化钛或氮化钽；或其它高-或低-κ介电材料。该基板优选包括氧化硅。
该化学机械抛光系统可具有任何合适的pH。典型地，该抛光系统的pH为1或更高(例如，2或更高)。优选，该抛光系统的pH为6或更低(例如，5或更低，或4或更低)。更优选，该抛光系统的pH为1至4。
可通过任何合适的方法达到和/或维持该抛光系统的pH。更具体地说，该抛光组合物可进一步包含pH调节剂、pH缓冲剂或其组合。该pH调节剂可以是任何合适的pH调节化合物。例如，该pH调节剂可以是硝酸、氢氧化钾或其组合。该pH缓冲剂可以是任何合适的缓冲剂，例如，磷酸盐、硫酸盐、酞酸氢盐(hydrogen phthalate)等。该抛光组合物可包含任何合适量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，例如以达到和/或维持该抛光系统的pH在上述范围内。
使用液体载体以便于该抛光组合物的组分涂覆至待抛光的合适基板的表面上。该液体载体可以是任何合适的液体载体。典型地，该液体载体为水、水及合适的水溶性溶剂的混合物、或乳液。该液体载体优选包括水，基本上由水构成，或由水构成，更优选去离子水。
该抛光组合物任选地进一步包含络合剂。该络合剂为增强待移除基板层的移除速率的任何合适的化学添加剂。合适的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)、简单羧酸盐(例如，醋酸盐、芳基羧酸盐等)、含一或多个羟基的羧酸盐(例如，羟基乙酸盐、乳酸盐、葡萄糖酸盐、五倍子酸及其盐等)、二-三-及多-羧酸盐(例如，草酸盐、酞酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、乙二胺四乙酸盐(例如，EDTA二钾)、其混合物等)、含一或多个磺酸和/或膦酸基团的羧酸盐等。合适的螫合或络合剂还可包括，例如，二-、三-或多元醇(例如，乙二醇、邻苯二酚、邻苯三酚、鞣酸等)及含胺的化合物(例如，氨、氨基酸、氨基醇、二-、三-及多胺等)。偶酰，该络合剂选自乙二胺四乙酸、含氮冠醚、柠檬酸、氯化物配位体、溴化物配位体、氰化物配位体及膦配位体。该螯合或络合剂的选用取决于待移除的基板类型。
该抛光组合物任选地进一步包含消泡剂。该消泡剂可以是任何合适的消泡剂，且可以任何合适的量存在于该抛光组合物内。合适的消泡剂包括，但不限于，基于硅的及基于炔系二醇的消泡剂。该抛光组合物内的消泡剂存在量典型地为40ppm至140ppm。
该抛光组合物任选地进一步包含杀生物剂。该杀生物剂可以是任何合适的杀生物剂，且可以任何合适的量存在于该抛光组合物内。合适的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。该抛光组合物内的杀生物剂使用量典型地为1至50ppm，优选为10至20ppm。
基板可用这里所述的抛光组合物和/或根据这里所述的本发明方法通过任何合适的技术而平面化或抛光。本发明的抛光方法特别适于与化学机械抛光(CMP)装置一起使用。典型地，该装置包括压板(platen)，其当使用时运转，且具有得自轨道运动、直线运动或圆周运动的速度；抛光垫，其与该压板接触，且当运转时会随该压板移动；及托架(carrier)，其可通过接触该抛光垫的表面并相对其移动而支撑待抛光的基板。通过基板接触抛光垫及本发明的抛光组合物，然后使该抛光垫相对于该基板移动以研磨至少一部分该基板而进行该基板的抛光。
可通过任何合适的技术(许多技术为本领域技术人员已知的)制造该抛光组合物。可以间歇或连续法制备该抛光组合物。通常，通过将该抛光组合物的组分组合而制得该抛光组合物。这里使用的术语″组分″包括单独的成分(例如，研磨剂、酸、氧化剂、含环氧乙烷的聚合物等)以及这些成分(例如，研磨剂、氧化剂等)的任何组合。
例如，可通过以下步骤而制得该抛光组合物(i)提供全部或一部分液体载体，(ii)使用任何合适的方法将该氧化剂及含环氧乙烷的聚合物及任选的研磨剂分散，用于制备这种分散液，(iii)适当地调整该分散液的pH，及(iv)任选地添加合适量的络合剂、其它任选的组分、或其组合至该混合物内。
可以含研磨剂、氧化剂、含环氧乙烷的聚合物、及液体载体的单包装系统(one-package system)供应该抛光组合物。或者，可以在第一容器内以在液体载体内的分散液供应该研磨剂，在第二容器内以干形式或在液体载体内的溶液或分散液供应氧化剂及含环氧乙烷聚合物。可以将任选的组分(诸如，络合剂)放在第一和/或第二或第三容器内。而且，该第一或第二容器内的组分可以为干形式，而该对应容器内的组分可以呈水分散液的形式。此外，对于第一或第二容器内的组分适当的是具有不同pH值或具有基本上类似或甚至相同的pH值。若任选的组分(诸如，络合剂)为固体，其可以干形式提供或以在液体载体内的混合物提供。期望与该抛光组合物的其它组分分开地供应氧化剂，且在使用前不久(例如，使用前一星期或更短、使用前一天或更短、使用前一小时或更短、使用前10分钟或更短或使用前一分钟或更短)，例如通过终端使用者将该氧化剂与该抛光组合物的其它组分组合。其它双容器或三或多容器、该抛光组合物的组分的组合在本领域技术人员知识的范围内。
在特定的实施方式中，该抛光系统的pH优选低于4。对于含硅石且pH小于4的抛光系统，硅石及含环氧乙烷的聚合物可随着时间的过去形成附聚物。在该情况下，优选提供作为双组分系统的该抛光组合物，其中一个组分在pH 4或更高下包含硅石及含环氧乙烷聚合物的混合物，而第二组分在pH 4或更低下包含氧化剂。任选的成分(诸如，络合剂)可以存在于该第一或第二组分内或甚至在这两种组分内。然后优选在使用前不久(例如，使用前一天，或使用前12小时，或使用前6小时或，或甚至使用前数分钟)或在使用点(point-of-use)将这两种组分混合以得到具有pH 4或更低的抛光系统。
这里使用的术语″使用点″系指该抛光组合物涂覆至基板表面(例如，该抛光垫或基板表面本身)的点。当采用使用点混合制备该抛光组合物时，可以将该抛光组合物的组分分别贮存在2个或多个贮存装置内。
为了在使用点或接近使用点混合贮存装置内所含的组分以制备该抛光组合物，该贮存装置典型地具有一条或多条自各贮存装置通往该抛光组合物的使用点(例如，压板、抛光垫或基板表面)的流线。术语″流线″是指自各贮存容器流至其中贮存组分的使用点的通道。该一条或多条流线可各自直接通往该使用点，或在使用超过一条流线的情况下，可以在任何点将2条或多条流线合并成通往该使用点的单一流线。此外，在抵达组分的使用点前，该一条或多条流线中的任一条(例如，单独流线或合并的流线)可先通往一个或多个其它装置(例如，泵送装置、计量装置、混合装置等)。
可独立地将该抛光组合物的组分传送至该使用点(例如，将各组分传送到基板表面，由此在该抛光过程中，将各组分混合)，或可以在传送至使用点前立即将各组分组合。如果组分在抵达该使用点前的少于10秒内组合，优选在抵达该使用点前的少于5秒内组合，更优选在抵达该使用点前的少于1秒内组合或甚至在组分传送至该使用点的同时组合(例如，在分配器处组合组分)，″在传送至该使用点前立即″组合组分。如果组分在该使用点的5米内，诸如，该使用点的1米内或甚至该使用点的10厘米内(例如，该使用点的1厘米内)组合，则也是″传送至该使用点前立即″组合组分。
当在抵达该使用点前，该抛光组合物的2种或多种组分组合时，组分可以在流线内组合并传送至该使用点，而不需要使用混合装置。或者，一条或多条流线可通往混合装置内以促进2种或多种组分的组合。可以使用任何合适的混合装置。例如，该混合装置可以是喷嘴或喷射口(例如，高压喷嘴或喷射口)，该2种或多种组分流动通过该喷嘴或喷射口。或者，该混合装置可以是含一或多个入口(该抛光浆料的2种或多种组分可经由该入口导入该混合器内)及至少一个出口(该混合的组分可通过该出口离开该混合机，以直接或经由该装置的其他组件(例如，经由一或多条流线)传送至该使用点)的容器型混合装置。此外，该混合装置可包含超过一个室，各室具有至少一个入口及至少一个出口，其中在各室内组合2种或多种组分。若使用容器型混合装置，该混合装置优选包含混合机构以进一步促进组分的组合。混合机构在本领域公知的，且其包括搅拌器、混合器、搅动器、桨式挡板、气体喷雾器系统、振动器等。
可以使用抛光组合物和任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)使基板平面化或抛光。合适的抛光垫包括，例如，织造及非织造抛光垫。而且，合适的抛光垫可包括具有各种密度、硬度、厚度、压缩性、压缩时可再弹回的性质及压缩模量的任何合适聚合物。合适聚合物包括，例如，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、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。
期望地，该CMP装置进一步包括原位抛光终点检测系统，其许多是本领域中已知的。通过分析自该部件的表面反射的光或其它辐射而检验及监测该抛光方法的技术是本领域中已知的。此等方法描述在，例如，美国专利第5,196,353号、第5,433,651号、第5,609,511号、第5,643,046号、第5,658,183号、第5,730,642号、第5,838,447号、第5,872,633号、第5,893,796号、第5,949,927号及第5,964,643号。期望地，检验或监测对于抛光工件的抛光过程的进行使得能够确定该抛光终点，即，确定什么时候终止对于特定工件的抛光过程。
实施例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对本发明的限制。
在这些实施例的每个中，抛光实验通常包括使用配备有在副垫上的同心槽垫的市售抛光装置。除了实施例4外，抛光参数通常包括该基板对抛光垫的向下(downforce)压力为20.7千帕(3psi)、压板速度为126rpm、托架速度为121rpm，及抛光组合物流速为150毫升/分钟。实施例4中，抛光组合物通过两个(而非一个)流动流以其中所述的流速传送。在这些实施例中，名词氧化物与二氧化硅同义。
实施例1本实施例说明添加聚乙二醇至含氧化铝掺杂的硅石研磨剂的抛光组合物中对含钌基板的抛光的影响。
用不同抛光组合物(抛光组合物1A及1B)化学机械抛光两种含钌及二氧化硅的类似基板。在该抛光实验前1至4小时制备各抛光组合物作为分批混合物1。抛光组合物1A(比较)含有1％Degussa MOX-80研磨颗粒(1％氧化铝掺杂的硅石)及5％的溴酸钾在水中的溶液，用硝酸调节至pH 2。除了还含有0.25重量％的分子量为8000道尔顿的聚乙二醇外，抛光组合物1B(本发明)与抛光组合物1A相同。
使用抛光组合物后，测定这两种化学机械抛光组合物的钌移除速率(RuRR)及二氧化硅移除速率(氧化物RR)。结果总结在表1中。
表1聚丙二醇在含氧化铝掺杂的硅石的抛光组合物中的影响
自表1中所述的结果可知，0.25重量％的具有分子量为8000道尔顿的聚乙二醇的存在导致该钌移除速率稍微增加。然而，氧化物移除速率降低超过10倍。通过该钌移除速率对氧化物移除速率的比测定的钌抛光对氧化物抛光的选择率增加约14倍。
实施例2本实施例说明使用本发明该抛光方法观察到的不同抛光添加剂对钌移除速率及氧化物移除速率的影响。用不同的抛光组合物抛光含钌及二氧化硅的类似基板。使用7种不同抛光组合物(组合物2A、2B、2C、2D、2E、2F及2G)化学机械抛光基板。各组合物包含1重量％热解硅石及5重量％溴化钾，且用硝酸调整至pH 2。组合物2A(对照)不含任何其它组分。组合物2B(本发明)另外含有0.025重量％的DBE-821(二甲基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物)。组合物2C(本发明)另外含有0.25重量％的DBE-821。组合物2D(比较)另外含有0.010重量％的聚乙烯基硫酸钾。组合物2E(比较)另外含有0.10重量％的聚丙烯酸。组合物2F(比较)另外含有0.10重量％的十二烷基硫酸钠。组合物2G(比较)另外含有0.005重量％的鲸蜡基三甲基溴化铵。
使用抛光组合物后，测定各化学机械抛光组合物的钌移除速率(Ru RR)及二氧化硅移除速率(氧化物RR)。结果如表2所示。
表2各种聚合物对钌及氧化物抛光的影响
自表2中所述的结果可知，与该对照比较，添加0.025重量％的DBE-821(二甲基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物)至抛光组合物(抛光组合物2B)中导致氧化物移除速率降低约2倍及钌移除速率降低约8％。增加该抛光组合物(抛光组合物2C)内DBE-821的量至0.25重量％导致钌移除速率降低约44％及氧化物移除速率降低约17倍，对应于钌/氧移除速率的比为243。相反，该比较的抛光组合物(抛光组合物2D、2E、2F及2G)的钌/氧化物移除速率的比并不大于12。
实施例3本实施例说明聚乙二醇的分子量对于该钌移除速率的影响及增加该抛光系统内的聚乙二醇浓度的影响。用不同的抛光组合物抛光含钌及二氧化硅的类似基板。使用7种不同抛光组合物(组合物3A、3B、3C、3D、3E、3F及3G)化学机械抛光基板。各组合物含有1重量％Degussa MOX-80研磨颗粒(1％铝掺杂的硅石)及4重量％溴酸钾，且用硝酸调整至pH 2。抛光组合物3A(对照)不含任何其它组分。抛光组合物3B至3G(本发明)另外含有如表3所示的分子量及浓度的聚乙二醇。
使用抛光组合物后，测定各该化学机械抛光组合物的钌移除速率(RuRR)及二氧化硅移除速率(氧化物RR)。结果如表3所示。
表3聚乙二醇的分子量及浓度对钌与氧化物抛光的影响
自表3中所述的结果可知，将聚乙二醇的分子量自1000增至8000道尔顿导致钌移除速率降低，但是相对于钌，氧化物移除速率降低更多。使用具有分子量为8000道尔顿(抛光组合物3E)的聚乙二醇观察到钌对氧化物移除速率的最高比34。然而，使用具有分子量为8000道尔顿的聚乙二醇，钌移除速率比对照的钌移除速率低约30％。这些结果暗示用于本发明方法中的聚乙二醇的分子量可有上限。
此外，对使用浓度自0.15重量％增至0.35重量％的具有分子量为3400道尔顿的聚乙二醇的抛光组合物(抛光组合物3F及3G)观察到的钌移除速率比该对照抛光组合物的钌移除速率低约5％。然而，在该浓度范围上钌对氧化物移除速率的比增加至比对于对照抛光组合物观察到的比高约233％。
实施例4本实施例比较通过本发明的抛光法及使用含聚乙烯醇的抛光组合物或对照抛光组合物的抛光方法可获得的钌移除速率及氧化物移除速率。
用不同的抛光组合物抛光含钌及二氧化硅的类似基板。使用5种不同抛光组合物(抛光组合物4A、4B、4C、4D及4E)化学机械抛光基板。通过传送两个分离的流动流至基板在该基板处混合各抛光组合物。第一流动流由5％的Degussa MOX-80研磨颗粒(1％氧化铝掺杂的硅石)在pH 4下分散在水中的溶液构成，且以50毫升/分钟的流率传送。该第二流动流由6.25重量％的KBrO3在pH 2下在水中的溶液组成，且以150毫升/分钟的流率传送。抛光组合物4A(对照)不含任何其它组分。其余抛光组合物另外含有通过该第一流动流传送的添加剂(例如，聚乙二醇或聚乙烯醇)。比较抛光组合物另外含有具有分子量范围为9000至10000道尔顿的不同量的聚乙烯醇。抛光组合物4B(比较)另外含有0.15重量％聚乙烯醇。抛光组合物4B、4C及4D(比较)分别另外含有0.5重量％、1.25重量％及2.5重量％的聚乙烯醇。抛光组合物4E(本发明)含有1.25重量％的分子量为8000的聚乙二醇。
使用抛光组合物后，测定所有化学机械抛光组合物的钌移除速率(RuRR)及二氧化硅移除速率(氧化物RR)。结果总结在表4中。
表4聚乙二醇及聚乙烯醇作为抛光添加剂的比较
自表4中所述的结果可知，含聚乙烯醇的抛光组合物显示出钌及氧化物的移除速率大大降低，且在最低聚乙烯醇填充量下钌对氧化物移除速率的比仅改善约1.7倍。通过对比，含有含环氧乙烷聚合物的抛光组合物显示钌移除率速降低约22％，但是钌对氧化物移除速率的比增加约4.3倍。
(按照条约第19条的修改)1.一种抛光基板的方法，其包括(i)使在基板表面上包括贵金属的基板与包括以下的化学机械抛光系统接触(a)选自研磨剂、抛光垫、及其组合的抛光成分，(b)选自溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐、单过氧硫酸盐、有机-卤素-氧基化合物、稀土盐、及其组合的氧化剂，(c)含环氧乙烷的聚合物，及(d)液体载体，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
2.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统的pH为4或更低。
3.权利要求2的方法，其中该化学机械抛光系统的pH为1至4。
4.权利要求1的方法，其中该贵金属选自钌、铱、铂、钯、锇、铼、银、金、其氮化物、其氧化物、其合金、及其组合。
5.权利要求4的方法，其中基于液体载体及溶于或悬浮于其中的任何组分的重量，该化学机械抛光系统包括0.1重量％至10重量％的氧化剂。
6.权利要求1的方法，其中该氧化剂为溴酸盐。
7.权利要求1的方法，其中该氧化剂为过一硫酸氢钾硫酸盐。
8.权利要求1的方法，其中该含环氧乙烷的聚合物为聚乙二醇。
9.权利要求8的方法，其中该聚乙二醇的分子量为7500至10000道尔顿。
10.权利要求1的方法，其中该含环氧乙烷的聚合物为二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物。
11.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统包含悬浮在液体载体中的研磨剂，且该研磨剂选自氧化铝、硅石、铈土、锆氧土、二氧化钛、氧化锗、钻石、及其组合。
12.权利要求11的方法，其中该研磨剂包含氧化铝掺杂的硅石。
13.权利要求1的方法，其中该基板包含氧化硅。
14.权利要求1的方法，其中该贵金属为钌。
15.权利要求1的方法，其中该液体载体包括水。
16.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统进一步包括附着在抛光垫上的研磨剂。
17.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统进一步包括络合剂。
18.权利要求17的方法，其中该络合剂选自乙二胺四乙酸、含氮的冠醚、柠檬酸、氯化物配位体、溴化物配位体、氰化物配位体、及膦配位体。
19.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统进一步包括pH缓冲剂。
20.一种抛光基板的方法，包括(i)使在基板的表面上包括贵金属的基板与包括以下的化学机械抛光系统接触(a)抛光垫，(b)液体载体，(c)悬浮在该液体载体中的研磨剂，(d)基于该液体载体及溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，以0.1重量％至10重量％存在于该液体载体内的溴酸钾，(e)存在于该液体载体内的具有分子量为7500至10000道尔顿的含环氧乙烷的聚合物，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
21.一种抛光基板的方法，包括(i)使在基板的表面上包括贵金属的基板与包括以下的化学机械抛光系统接触(a)抛光垫，(b)液体载体，(c)悬浮在该液体载体中的研磨剂，(d)在该液体载体内的氧化剂，(e)在该液体载体内的二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
权利要求
1.一种抛光基板的方法，其包括(i)使在基板表面上包括贵金属的基板与包括以下的化学机械抛光系统接触(a)选自研磨剂、抛光垫、及其组合的抛光成分，(b)选自溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐、单过氧硫酸盐、有机-卤素-氧基化合物、稀土盐、及其组合的氧化剂，(c)含环氧乙烷的聚合物，及(d)液体载体，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
2.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统的pH为4或更低。
3.权利要求2的方法，其中该化学机械抛光系统的pH为1至4。
4.权利要求1的方法，其中该贵金属选自钌、铱、铂、钯、锇、铼、银、金、其氮化物、其氧化物、其合金、及其组合。
5.权利要求4的方法，其中基于液体载体及溶于或悬浮于其中的任何组分的重量，该化学机械抛光系统包括0.1重量％至10重量％的氧化剂。
6.权利要求1的方法，其中该氧化剂为溴酸盐。
7.权利要求1的方法，其中该氧化剂为过一硫酸氢钾硫酸盐。
8.权利要求1的方法，其中该含环氧乙烷的聚合物为聚乙二醇。
9.权利要求8的方法，其中该聚乙二醇的分子量为7500至10000道尔顿。
10.权利要求1的方法，其中该含环氧乙烷的聚合物为二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物。
11.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统包含悬浮在液体载体中的研磨剂，且该研磨剂选自氧化铝、硅石、铈土、锆氧土、二氧化钛、氧化锗、钻石、及其组合。
12.权利要求11的方法，其中该研磨剂包含氧化铝掺杂的硅石。
13.权利要求1的方法，其中该基板包含氧化硅。
14.权利要求1的方法，其中该贵金属为钌。
15.权利要求1的方法，其中该液体载体包括水。
16.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统进一步包括附着在抛光垫上的研磨剂。
17.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统进一步包括络合剂。
18.权利要求17的方法，其中该络合剂选自乙二胺四乙酸、含氮的冠醚、柠檬酸、氯化物配位体、溴化物配位体、氰化物配位体、及膦配位体。
19.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光系统进一步包括pH缓冲剂。
20.一种抛光基板的方法，包括(i)使在基板的表面上包括贵金属的基板与包括以下的化学机械抛光系统接触(a)抛光垫，(b)液体载体，(c)悬浮在该液体载体中的研磨剂，(d)基于该液体载体及溶解或悬浮于其中的任何组分的重量，以0.1重量％至10重量％存在于该液体载体内的溴酸钾，(e)存在于该液体载体内的具有分子量为7500至10000道尔顿的含环氧乙烷的聚合物含环氧乙烷的聚合物，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
21.一种抛光基板的方法，包括(i)使在基板的表面上包括贵金属的基板与包括以下的化学机械抛光系统接触(a)抛光垫，(b)液体载体，(c)悬浮在该液体载体中的研磨剂，(d)在该液体载体内的氧化剂，(e)在该液体载体内的二烷基硅氧烷-环氧乙烷嵌段共聚物，及(ii)使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
全文摘要
本发明提供一种抛光基板的方法，包括使包含(a)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分、(b)氧化剂、(c)含环氧乙烷的聚合物及(d)液体载体的化学机械抛光系统与在基板表面上包括贵金属的基板，并使用该化学机械抛光系统研磨至少一部分该贵金属以抛光该基板。
文档编号H01L21/321GK101040021SQ200580034854
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月11日 优先权日2004年10月12日
发明者弗朗西斯科·德雷吉西索罗, 本杰明·拜尔 申请人:卡伯特微电子公司