專利名稱：銅鈍化化學機械拋光組合物和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于拋光含銅基材的拋光組合物和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及利 用銅絡合劑和銅鈍化劑的用于拋光含銅基材的化學機械拋光組合物和方法。
背景技術：
本領域中已知許多用于對基材表面進行化學機械拋光(CMP)的組合物和方法。用 于拋光半導體基材(例如，集成電路)的含有金屬的表面的拋光組合物(也稱為拋光漿料、 CMP漿料和CMP組合物)通常含有研磨劑、各種添加劑化合物等并且通常與氧化劑組合使 用。這樣的CMP組合物通常被設計用于移除特定的基材材料例如金屬(例如，鎢或銅)、絕 緣體(例如，二氧化硅，諸如經等離子體增強的得自原硅酸四乙酯(PETEOS)的二氧化硅)、 以及半導體材料(例如，硅或砷化鎵)。在常規(guī)的CMP技術中，將基材夾持器(拋光頭)安裝在夾持器組件上并將其定位 成與CMP裝置中的拋光墊接觸。夾持器組件提供可控制的壓力(向下力)以促使基材抵靠 著拋光墊。使墊與附著有基材的夾持器相對于彼此移動。墊與基材的相對移動用于研磨基 材的表面以從基材表面移除一部分材料，由此拋光該基材。通常通過拋光組合物的化學活 性(例如，通過存在于CMP組合物中的氧化劑)和/或懸浮于拋光組合物中的研磨劑的機 械活性進一步促進基材表面的拋光。典型的研磨劑材料包括例如二氧化硅(硅石)、二氧化 鈰(鈰土)、氧化鋁(礬土)、氧化鋯(鋯氧土)、二氧化鈦(鈦白)和氧化錫。研磨劑合意地作為膠態(tài)分散體懸浮于CMP組合物中，該膠態(tài)分散體優(yōu)選是膠體穩(wěn) 定的。術語“膠體”是指研磨劑顆粒在液體載體中的懸浮液。“膠體穩(wěn)定性”是指該懸浮液在 選定的時段期間在沉降最少的情況下的保持性。在本發(fā)明的范圍內，如果在將懸浮液置于 IOOmL量筒中且讓其在沒有攪動的情況下靜置2小時時，在該量筒底部50mL中的顆粒濃度 ([B]，以g/mL為單位)與懸浮于該量筒頂部50mL中的顆粒濃度([T]，以g/mL為單位)之 間的差除以懸浮于研磨劑組合物中的顆粒的初始濃度([C]，以g/mL為單位)所得的值小于 或等于0. 5 (即，([B]-[T])/[C] ^ 0. 5)，則認為該研磨劑懸浮液是膠體穩(wěn)定的。([B]-[T])/ [C]的值合意地小于或等于0. 3，且優(yōu)選小于或等于0. 1。例如，Neville等人的美國專利No. 5，527，423描述了通過用拋光漿料接觸金 屬層的表面而對金屬層進行化學機械拋光的方法，該拋光漿料包含懸浮在含水介質中的 高純度金屬氧化物細顆粒?；蛘撸心┎牧峡刹⑷霋伖鈮|中。Cook等人的美國專利 No. 5，489，233公開了具有表面紋理或圖案的拋光墊的用途，Bruxvoort等人的美國專利 No. 5，958，794公開了一種固定研磨劑拋光墊。對于銅CMP應用，通常合意的是使用相對低的固含量的分散體(即，具有1重量％ 或更小的基于總的懸浮固體物(TSS)水平的研磨劑濃度)，其對銅具有化學反應性?；瘜W反 應性可通過使用氧化劑、螯合劑、腐蝕抑制劑、PH、離子強度等進行調整。使CMP漿料的化學 反應性與機械研磨性質相平衡可為復雜的。許多商業(yè)銅CMP漿料具有高度的化學反應性并 呈現(xiàn)出遠高于100埃/分鐘(人/min)的高的銅靜態(tài)蝕刻速率(SER)，可通過有機腐蝕抑制劑例如苯并三唑(BTA)、三唑和咪唑至少部分地控制所述銅靜態(tài)蝕刻速率。然而，這樣的組合 物通常不具良好的拋光后腐蝕控制。常見的商業(yè)銅CMP漿料還通常具有如下缺點表面凹 陷(dishing)-侵蝕、缺陷(defectivity)以及表面形貌問題。不斷地需要開發(fā)新的銅CMP組合物和方法，其利用相對低的固含量的CMP漿料，與 常規(guī)的CMP漿料相比，其具有降低的表面凹陷_侵蝕和缺陷水平、相對高的銅移除速率、以 及較好的防腐蝕性和表面抑制性。從本文中提供的對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的這些和其它 優(yōu)勢以及額外的發(fā)明特征將變得明晰。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供用于拋光含銅基材的化學機械拋光(CMP)組合物和方法。本發(fā)明的方 法涉及使用本發(fā)明的CMP組合物研磨含銅基材的表面，該研磨優(yōu)選在氧化劑(例如，過氧化 氫)的存在下進行。與常規(guī)的銅CMP漿料相比，本發(fā)明的組合物和方法可提供相對高的銅 移除速率以及良好的銅鈍化。本發(fā)明的CMP組合物包含粒狀研磨劑、銅絡合劑、銅鈍化劑、以及含水載體。銅鈍 化劑包含酸性OH基團和另外的具有氧原子的含氧取代基，該氧原子與所述酸性OH基團的 氧原子以1，6關系排列。本發(fā)明的優(yōu)選組合物包含分散和/或懸浮于含水載體中的0. 01 1重量％的粒狀研磨劑、0. 1 1重量％的銅絡合劑、10 IOOOppm的銅鈍化劑。優(yōu)選的銅鈍化劑為具有通式(I) =A-X-Y-OH的化合物以及式⑴的鹽、和式⑴的 部分中和的形式。在式(I)中，A為-N(R1)-(^ = O)-R2或-C( = 0)-NH-0H;和X為-C(R3) (R4)-且Y為-C ( = 0)-，或者X和Y —起形成芳基部分，在該芳基部分中，式(I)的A和OH 基團以彼此呈鄰位關系排列。優(yōu)選地，由X和Y形成的芳基部分為苯基或萘基，其最優(yōu)選為 苯基。R1為H、經取代WC1-C4烷基、或未經取代WC1-C4烷基。R2為經取代的C8-C2tl烷基或 未經取代的C8-C2tl烷基。R3和R4各自獨立地為H、經取代的C1-C4烷基、或未經取代的C1-C4 烷基。式⑴的化合物的非限制性實例包括N-?；拾彼峄衔?例如，N-酰基肌氨酸， 諸如N-月桂?；“彼?、以及鄰-羥基芳基異羥肟酸(例如，水楊基異羥肟酸等)。銅鈍 化劑的優(yōu)選的鹽形式為堿金屬鹽(例如，鈉鹽和鉀鹽)。優(yōu)選的銅絡合劑的非限制性實例包括草酸、經氨基取代的羧酸(例如，α-氨基酸 (諸如甘氨酸)、或氨基多元羧酸(諸如亞氨基二乙酸)等)、經羥基取代的羧酸(例如，檸 檬酸等)、以及這些絡合劑的鹽(例如，堿金屬鹽)。


圖1顯示選定的可用在本發(fā)明的組合物和方法中的銅鈍化劑的化學結構。圖2顯示與用對照組合物所獲得的結果相比的通過利用本發(fā)明的組合物拋光銅 晶片所獲得的銅移除速率(Cu RR)對向下力(DF)的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的CMP組合物包含粒狀研磨劑、銅絡合劑、銅鈍化劑、以及為此的含水載 體，當用于拋光含銅基材時，本發(fā)明的CMP組合物提供相對高的銅移除速率、相對低的缺 陷、以及良好的表面鈍化。
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可用于本發(fā)明的CMP組合物和方法中的粒狀研磨劑包括適合用于半導體材料的 CMP中的任何研磨劑材料。合適的研磨劑材料的非限制性實例包括CMP領域中公知的二氧 化硅(例如，熱解二氧化硅和/或膠態(tài)二氧化硅)、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋯、或 前述研磨劑中的兩種或更多種的組合。優(yōu)選的研磨劑包括二氧化硅(尤其是膠態(tài)二氧化 硅)、以及二氧化鈦。研磨劑材料優(yōu)選以不超過1重量％ (10, OOOppm)的濃度存在于CMP漿 料中。在一些優(yōu)選實施方式中，研磨劑材料以0. 1 1重量％、更優(yōu)選0. 1 0.5重量％的 濃度存在于CMP組合物中。優(yōu)選的研磨劑具有IOOnm或更小的平均粒度，其通過本領域中 公知的激光光散射技術測定?？捎糜诒景l(fā)明的組合物和方法中的銅絡合劑優(yōu)選為羧酸鹽物質。如在文中和在所 附權利要求中所使用的，術語“羧酸鹽”、“羧酸”以及任何類似的相關術語包括帶有羧酸基 團(S卩，-C( = 0)0H基團)的化合物的酸形式、鹽形式、以及部分中和的形式。因此，在本 發(fā)明的上下文中所有提到銅絡合劑之處都應解釋為提到該試劑的任何和所有形式，即酸形 式、鹽形式、以及部分中和的形式，這些形式在功能上可彼此互換。用于本發(fā)明中的銅絡合劑的非限制性實例包括草酸、經氨基取代的羧酸(例如， 氨基多元羧酸鹽(諸如，亞氨基二乙酸(IDA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、亞氨基二琥珀酸 (IDS)、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基三乙酸(NTA))、以及α -氨基酸(諸如甘氨酸)、β -氨 基酸等)、經羥基取代的羧酸(例如，乙醇酸和乳酸、以及羥基多元羧酸(諸如蘋果酸、檸檬 酸、酒石酸)等)、膦?；人?、氨基膦酸、前述物質中的任何物質的鹽、前述物質中的兩種 或更多種的組合等。銅絡合劑的優(yōu)選的鹽包括水溶性的鹽，諸如堿金屬鹽(例如，鋰鹽、鈉 鹽、以及鉀鹽)。優(yōu)選地，銅絡合劑選自草酸、經氨基取代的羧酸、經羥基取代的羧酸、其鹽、以及前 述物質中的兩種或更多種的組合，它們全部都共享如下共同特征具有至少一個羧酸基團 并具有第二極性官能團(例如，羥基、氨基、或另外的羧酸基團)，所述羧酸基團和所述第二 極性官能團可一起協(xié)同地與銅離子相互作用并與銅離子結合。銅絡合劑優(yōu)選以0. 1 1. 5 重量％的濃度存在于組合物中?？捎糜诒景l(fā)明的組合物和方法中的銅鈍化劑為包含至少一個酸性OH基團(例如， 芳環(huán)上的OH取代基、異羥肟酸取代基、或羧酸取代基)和至少一個另外的具有氧原子的含 氧取代基的化合物，該氧原子與所述酸性OH基團的氧以1，6關系排列。在本發(fā)明的上下文 中所有提到銅鈍化劑之處均應解釋為提到該試劑的任何和所有形式，即酸形式、鹽形式、以 及部分中和的形式，這些形式在功能上可彼此互換。優(yōu)選的銅鈍化劑為具有通式(I) =A-X-Y-OH的化合物、以及式(I)的鹽、和式(I) 的酸形式與鹽形式的組合，其中A為-N(R1) -C ( = 0) -R2或-C ( = 0) -NH-OH ；和X為-C (R3) (R4)-且Y為-C ( = 0)-，或者X和Y —起形成芳基，在該芳基中，式⑴中的A和OH基團以 彼此呈1，2或“鄰位”關系定位。在式⑴中，R1為H、經取代WC1-C4烷基、或未經取代的 C1-C4烷基；R2為經取代的C8-C2tl烷基或未經取代的C8-C2tl烷基；以及R3和R4各自獨立地為 H、經取代WC1-C4烷基、或未經取代WC1-C4烷基。式(I)的化合物包括N-?；拾彼峄?物(例如，N-月桂?；拾彼岷蚇-月桂?；“彼?、鄰_羥基芳基異羥肟酸化合物(例 如，水楊基異羥肟酸(salicylhydroxamicacid))、鄰-羥基_N_?；桨坊衔铩⒁约氨?單異羥肟酸(malonomonohydroxamic acid)。式(I)的優(yōu)選化合物為鄰-羥基芳基異羥肟酸(諸如水楊基異羥肟酸)、以及N-?；“彼峄衔?諸如N-月桂酰基肌氨酸)、以及 其鹽和其部分中和的形式。銅鈍化劑的優(yōu)選的鹽形式為堿金屬鹽(例如，鋰鹽、鈉鹽、以及 鉀鹽)。銅鈍化劑優(yōu)選以10 1，OOOppm、更優(yōu)選以50 500ppm的濃度存在于組合物中。式(I)中的可選擇的“A”部分為N-酰氨基和異羥肟酸基團，它們共享如下共同特 征均為既包含氮原子又包含至少一個緊鄰氮的氧原子(即，N-酰基的氧和氮被單個碳原 子隔開，而在異羥肟酸中存在兩個氧原子一個氧原子緊挨著氮，另一個氧原子與氮被一個 碳原子隔開)的極性取代基。類似地，式(I)的“X”部分和“Y”部分共享下列共同特征(1) 它們各自賦予OH基團以酸性特征(例如，通過與OH鍵合的不飽和碳原子)，以及(2)它們 共同在OH基團的氧與“A”基團的氧原子之間提供1，6間隔。式⑴的化合物中的A、X、Y 和OH官能團一起以促進與銅結合的方式排列。在使用期間，所述化合物吸附到基材表面上 并在銅表面上提供鈍化層。圖1提供選定的可用在本發(fā)明的組合物和方法中的銅鈍化劑的結構式，例如 式(I)，包括N-?；拾彼岷图“彼峄衔?、水楊基異羥肟酸、丙二單異羥肟酸、N-酰 基-鄰_羥基苯胺化合物等。圖1也說明鈍化劑中的酸性OH與另外的含氧取代基之間的 1，6關系。本發(fā)明的CMP組合物優(yōu)選具有5 10的pH。CMP組合物可任選地包含一種或多 種PH緩沖物質，例如，乙酸銨、檸檬酸二鈉等。許多這樣的PH緩沖物質是本領域中公知的。用于本發(fā)明的組合物的含水載體優(yōu)選為水(例如去離子水)并且可以任選地含有 一種或多種可與水混溶的有機溶劑，諸如醇。本發(fā)明的CMP組合物還可以任選地包含一種或多種添加劑，諸如表面活性劑、流 變控制劑(例如，粘度增強劑或促凝劑)、殺生物劑、腐蝕抑制劑、氧化劑等，其中的許多是 CMP領域中所公知的。本發(fā)明的CMP組合物可通過任何合適的技術制備，其中的許多是本領域技術人員 已知的。該CMP組合物可以間歇或連續(xù)方法制備。通常，該CMP組合物可通過以任意次序組 合其各組分而制備。本文中所使用的術語“組分”包括單獨的成分(例如，研磨劑、絡合劑、 鈍化劑、酸、含水載體等)以及各成分的任意組合。例如，可將研磨劑分散于水中，并可加入 銅鈍化劑和銅絡合劑，且通過任何能夠將各組分并入到CMP組合物中的方法進行混合。通 常，可恰好在開始拋光之前加入氧化劑?？稍谌魏魏线m的時間調節(jié)PH。本發(fā)明的CMP組合物還可作為濃縮物提供，該濃縮物意圖在使用之前用適量的水 或其它含水載體進行稀釋。在這樣的實施方式中，CMP組合物濃縮物可包括以這樣的量分 散或溶解于含水載體中的各種組分，所述量使得在用適量的含水載體稀釋該濃縮物時，該 拋光組合物的各組分將以在適于使用的范圍內的量存在于該CMP組合物中。本發(fā)明的CMP組合物可用于拋光任何合適的基材，尤其是可用于拋光包含銅的基 材。在另一方面中，本發(fā)明提供通過用本發(fā)明的CMP組合物研磨基材的表面而拋光含 銅基材的方法。優(yōu)選地，利用CMP組合物在氧化劑，例如，0. 1 5重量％的氧化劑的存在下 拋光基材?？捎玫难趸瘎┑姆窍拗菩詫嵗ㄟ^氧化氫、無機和有機過氧化合物、溴酸鹽、 硝酸鹽、氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、鐵氰化鉀、重鉻酸鉀、碘酸等。含有至少一個過氧基的化合 物的非限制性實例包括過氧化氫、氫過氧化脲、過碳酸鹽、過氧化苯甲酰、過乙酸、過氧化二
7叔丁基、單過硫酸鹽(monopersulfate，S052—)、以及二過硫酸鹽(dipersulfate，S2082—)。其 它的含有處于其最高氧化態(tài)的元素的氧化劑的非限制性實例包括高碘酸、高碘酸鹽、高溴 酸、高溴酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、過硼酸、過硼酸鹽、以及高錳酸鹽。本發(fā)明的CMP方法特別適于與化學機械拋光裝置結合使用。通常，該CMP裝置包 括壓板(platen)，其在使用時處于運動中且具有由軌道、線性和/或圓周運動導致的速度。 拋光墊安裝在壓板上并且與壓板一起移動。拋光頭夾持待拋光的基材使之與拋光墊接觸并 相對于拋光墊的表面移動，同時以選定的壓力(向下力)促使基材抵靠著拋光墊以促進拋 光過程。基材的拋光通過移動著的拋光墊和存在于拋光墊上的本發(fā)明的CMP組合物的組合 研磨作用實現(xiàn)，其磨除基材的至少一部分表面。拋光也可由CMP組合物的化學活性(S卩，氧 化、絡合、鈍化等)輔助。本發(fā)明的方法可利用任何合適的拋光墊(例如，拋光表面)。合適的拋光墊的非限 制性實例包括編織和非編織拋光墊，如果需要，其可包含固定研磨劑。而且，拋光墊可包含 具有合適的密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮后的回彈能力、壓縮模量、化學相容性等的任 何聚合物。合適的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、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(coformed)產 物、及其混合物。合意的是，CMP裝置進一步包括原位拋光終點檢測系統(tǒng)，其中的許多是本領域中已 知的。通過分析從工件表面反射的光或其它輻射來檢測和監(jiān)控拋光過程的技術是本領域中 已知的。這樣的方法描述于例如，Sandhu等人的美國專利5，196，353、Lustig等人的美國 專利5，433，65UTang的美國專利5，949，927及Birang等人的美國專利5，964，643中。合 意的是，對正在被拋光的工件的拋光過程進度的檢測或監(jiān)控使得可以確定拋光終點，即，確 定何時終止對特定工件的拋光過程。下列非限制性實施例進一步說明本發(fā)明的各種方面。實施例1 包含水楊基異羥肟酸(SHA)和絡合劑的CMP組合物的評價利用本發(fā)明的具有5 7的pH并且含有50 500ppm的水楊基異羥肟酸(SHA ； 銅鈍化劑)、1重量％的亞氨基二乙酸(IDA;銅絡合劑)和0. 1 1重量％的膠態(tài)二氧化 硅(平均粒度為80nm)的CMP組合物在0. 8重量％的過氧化氫的存在下拋光直徑為4英寸 的銅毯覆式晶片(blanket wafer) 0各組合物的SHA、研磨劑的量及pH提供在表1中。在 Logitech Model II CDP 拋光機(Logitech Ltd.，Glasgow, UK)上在下列操作條件下拋光 晶片D100拋光墊、85轉/分鐘(rpm)的壓板速度、93rpm的夾持器速度、1磅/平方英寸 (psi)或3psi的向下力、以及120毫升/分鐘(mL/min)的漿料流速。用各組合物在1和3psi向下力下所得到的觀察到的銅移除速率(Cu RR,以人/min 為表示)也顯示在表1中。表1中的數據表明，不管研磨劑含量或向下力如何，與在較低 SHA含量下所得到的移除速率相比，在相對高的SHA含量和中性pH(即，500ppm，pH為7) 下，鈍化都使觀察到的銅移除速率大幅降低。相反，在PH為5時，500ppm的SHA含量仍提 供1000 4000人/min的銅移除速率。令人驚奇地，與包含ι重量％研磨劑的組合物(在 Ipsi下為l082A/min,在3psi下為i847A/min)相比，0.1重量％的研磨劑提供更高的移 除速率(即，在Ipsi下為2825人/min，在3psi下為3974 A/min)。包含1重量％二氧化硅 和50ppm SHA的組合物所獲得的銅移除速率稍高于包含0. 1重量％二氧化硅和50ppm SHA
8的組合物所提供的移除速率，而不管PH如何(即，將實施例IC與IE進行比較以及將實施 例ID與IH進行比較)。令人驚奇地，包含50ppm SHA的組合物在pH 7下呈現(xiàn)出比在pH 5 下略高的銅移除速率，而不管研磨劑的含量如何(將實施例ID與IE進行比較以及將實施 例IH與IC進行比較)。這與具有更高SHA含量(500ppm)的組合物是相反的，如上所述， 所述具有更高SHA含量(500ppm)的組合物在pH 5下、而非在pH 7下呈現(xiàn)出更高的移除速 率。在各實施例中，移除速率隨著向下力的增大而增大。通過SHA進行的鈍化也以電化學 方式(即，通過Tafel圖)證實。表 1 在單獨的實驗中，測定pH為6的、含有0. 8重量％過氧化氫的、包含在水中的0. 5 重量％膠態(tài)二氧化硅、1重量％甘氨酸和250ppm(0. 025%) SHA的組合物的銅靜態(tài)蝕刻速率 (SER)。通過將1英寸正方形銅晶片浸在200克CMP組合物中10 30分鐘而測量SER。測 量浸漬前后的銅層的厚度。通過下式計算SER(以A/min表示)=SER=(銅厚度的變化量 (以A表示))/(試驗持續(xù)時間(以min表示))。觀察到的SER為17 A/min,表明良好的鈍 化。不具有SHA的對照組合物具有1342 A/min的SER。實施例2 包含N-月桂酰基肌氨酸(NLS)和亞氨基二乙酸(IDA)的CMP組合物的 評價利用本發(fā)明的CMP組合物拋光直徑為4英寸的銅毯覆式晶片。所述組合物包含 0. 1重量％的膠態(tài)二氧化硅研磨劑(平均粒度為80nm)、100ppm或IOOOppm的N-月桂?；?肌氨酸(NLS)以及 1 重量％&IDA。在 Logitech ModelII CDP 拋光機(Logitech Ltd., Glasgow, UK)上在下列操作條件下在為7的pH下在0. 8重量％過氧化氫的存在下拋光晶 片D100拋光墊、85rpm的壓板速度、93rpm的夾持器速度、1或3psi的向下力、以及120mL/ min的漿料流速。還測定各組合物的SER。含有IOOppm NLS的組合物呈現(xiàn)出34 A/min的銅靜態(tài)蝕刻速率(SER)，而含有 IOOOppm NLS的組合物具有5 A/min的SER。與在Ipsi和3psi這兩種水平的向下力下都 提供非常低的銅移除速率(< 50 A/min )的含有IOOOppm NLS的組合物相比，含有IOOppmNLS的組合物還呈現(xiàn)出相對高的銅移除速率(在Ipsi和3psi的向下力下分別為3220和 4400人/minh這樣的結果表明，在較高的NLS含量(IOOOppm)下，NLS提供相對高的鈍化水平。實施例3 向下力對移除速率的影響在Logitech拋光機上在下列條件下利用本發(fā)明的pH為6的包含在水中的0. 5重 量％膠態(tài)二氧化硅、1重量％甘氨酸、以及250ppm(0. 025% ) SHA的組合物(實施例3A)在 0. 8重量％過氧化氫的存在下拋光直徑為4英寸的銅毯覆式晶片D100拋光墊、85rpm的壓 板速度、93rpm的夾持器速度、0或3psi的向下力、以及120mL/min的漿料流速。為了進行 比較，還利用pH為6的包含在水中的0. 5重量％膠態(tài)二氧化硅和1重量％甘氨酸的模型 (model) CMP漿料(實施例3B)在0. 8重量％過氧化氫的存在下在相同的拋光條件下拋光晶 片。各組合物的銅移除速率對向下力的圖提供在圖2中。在圖2中容易看出，與不包含SHA 的模型組合物(實施例3B)相比，本發(fā)明的組合物(實施例3A)提供對向下力變化的令人 驚奇的更為線性的(Prestonian)響應。對向下力變化的非線性響應可在拋光過程期間導 致產品的可變性，而這是不合乎需要的。本發(fā)明的組合物在銅CMP期間有利地提供移除速 率與向下力之間的合意的線性關系。
權利要求
對含銅基材進行化學機械拋光(CMP)的方法，該方法包括用CMP組合物研磨含銅基材的表面，其中該CMP組合物包含(a)粒狀研磨劑；(b)銅絡合劑；(c)銅鈍化劑，其包含酸性OH基團和另外的帶有氧原子的取代基，該氧原子與所述酸性OH基團的氧原子以1，6關系排列；和(d)為此的含水載體。
2.權利要求1的方法，其中所述銅鈍化劑為具有通式(I)的化合物、其鹽、或其部分中 和的形式(I)A-X-Y-OH其中 A 為-N (R1) -C ( = 0) -R2 或-C ( = 0) -NH-OH ；和 X 為-C (R3) (R4)-且 Y 為-C (= 0)-，或者X和Y—起形成芳基，在該芳基中，式(I)中的A和OH基團以彼此呈鄰位關系排 列；和其中R1為H、經取代的C1-C4烷基、或未經取代的C1-C4烷基；R2為經取代的C8-C2tl烷 基或未經取代的C8-C2tl烷基；以及R3和R4各自獨立地為H、經取代的C1-C4烷基、或未經取 代的C1-C4烷基。
3.權利要求1的方法，其中所述銅鈍化劑為N-?；拾彼峄衔铩⑵潲}、或其部分中和 的形式。
4.權利要求3的方法，其中所述N-酰基甘氨酸化合物為N-?；“彼峄衔?。
5.權利要求1的方法，其中所述銅鈍化劑為鄰-羥基芳基異羥肟酸、其鹽、或其部分中 和的形式。
6.權利要求1的方法，其中所述銅絡合劑選自草酸、經氨基取代的羧酸、經羥基取代的 羧酸、其鹽、其部分中和的形式、以及前述材料中的兩種或更多種的組合。
7.權利要求1的方法，其中所述粒狀研磨劑以0.01 1重量％的濃度存在于所述組合 物中。
8.權利要求1的方法，其中所述粒狀研磨劑包括二氧化硅。
9.權利要求1的方法，其中所述銅絡合劑以0.1 1. 5重量％的濃度存在于所述組合 物中。
10.權利要求1的方法，其中所述銅鈍化劑以10 1，OOOppm的濃度存在于所述組合物中。
11.權利要求1的方法，其中在0.1 5重量％的氧化劑的存在下研磨所述基材的表面。
12.用于拋光含銅基材的化學機械拋光(CMP)組合物，所述組合物包含(a)0. 01 1重量％的粒狀研磨劑；(b)0.1 1重量％的銅絡合劑；(c)10 IOOOppm的銅鈍化劑，其包含酸性OH基團和另外的帶有氧原子的取代基，該氧 原子與所述酸性OH基團的氧原子以1，6關系排列；和(d)為此的含水載體。
13.權利要求12的組合物，其中所述銅鈍化劑為具有通式(I)的化合物、其鹽、或其部 分中和的形式(I)A-X-Y-OH其中 A 為-N (R1) -C ( = 0) -R2 或-C ( = 0) -NH-OH ；和 X 為 _C (R3) (R4)-且 Y 為 _C (= 0)-，或者X和Y—起形成芳基，在該芳基中，式(I)中的A和0H基團以彼此呈鄰位關系排 列；和其中R1為H、經取代的Q-C；烷基、或未經取代的Q-C；烷基；R2為經取代的C8-C2(l烷 基或未經取代的C8-C2(1烷基；以及R3和R4各自獨立地為H、經取代的C「C4烷基、或未經取 代的Q-Q烷基。
14.權利要求12的組合物，其中所述銅鈍化劑為N-酰基甘氨酸化合物、其鹽、或其部分 中和的形式。
15.權利要求12的組合物，其中所述銅鈍化劑為N-?；“彼峄衔铩⑵潲}、或其部分 中和的形式。
16.權利要求15的組合物，其中所述N-?；“彼峄衔餅镹-月桂?；“彼?、其 鹽、或其部分中和的形式。
17.權利要求12的組合物，其中所述銅鈍化劑為鄰_羥基芳基異羥肟酸化合物、其鹽、 或其部分中和的形式。
18.權利要求17的組合物，其中所述鄰-羥基芳基異羥肟酸化合物為水楊基異羥肟酸、 其鹽、或其部分中和的形式。
19.權利要求12的組合物，其中所述銅絡合劑選自草酸、經氨基取代的羧酸、經羥基取 代的羧酸、其鹽、其部分中和的形式、以及前述材料中的兩種或更多種的組合。
20.權利要求12的組合物，其中所述銅絡合劑包括經氨基取代的羧酸、其鹽、或其部分 中和的形式。
21.權利要求12的組合物，其中所述銅絡合劑包括經羥基取代的羧酸、其鹽、或其部分 中和的形式。
22.權利要求12的組合物，其中所述粒狀研磨劑包括二氧化硅。
23.權利要求12的組合物，其中所述粒狀研磨劑具有不超過lOOnm的平均粒度。
24.權利要求12的組合物，其進一步包含0.1 5重量％的氧化劑。
25.權利要求24的組合物，其中所述氧化劑為過氧化氫。
全文摘要
本發(fā)明提供用于拋光含銅基材的化學機械拋光(CMP)方法和組合物。本發(fā)明的方法涉及用本發(fā)明的CMP組合物研磨含銅基材的表面，優(yōu)選該研磨在氧化劑(例如，過氧化氫)的存在下進行。本發(fā)明的CMP組合物包含粒狀研磨劑、銅絡合劑、銅鈍化劑和含水載體，所述銅鈍化劑帶有酸性OH基團和另外的與所述酸性OH基團呈1，6關系的氧取代基。本發(fā)明的優(yōu)選組合物包含0.01～1重量％的粒狀研磨劑、0.1～1重量％的銅絡合劑、10～1000ppm的銅鈍化劑。
文檔編號C09K3/14GK101874093SQ200880117903
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權日2007年11月27日
發(fā)明者丹妮拉·懷特, 約翰·帕克, 賈森·凱萊赫 申請人:卡伯特微電子公司