[发明专利]氧化稳定的化学机械抛光组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及抛光组合物及使用该抛光组合物抛光基板的方法。更具体地 说，本发明涉及含有胺及形成自由基的氧化剂的稳定的化学机械抛光组合 物、组合物及利用该组合物的化学机械抛光方法。

背景技术

用于化学机械抛光(CMP)基板表面的组合物及方法在本领域中是公知 的。用于半导体基板(例如集成电路)的含金属的表面的CMP的抛光组合物 (也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)通常含有氧化剂、各种添加剂 化合物、研磨剂及其类似物。

在常规CMP技术中，在CMP装置中，将基板载体或抛光头安装在载体 组件上，且将其定位成与抛光垫接触。该载体组件提供对基板的可控制的压 力，迫使基板抵靠在抛光垫上。通过外部驱动力使该垫相对于基板运动。该 垫与基板之间的相对运动用于磨除该基板表面，以便从该基板表面移除一部 分材料，从而抛光该基板。通常进一步通过抛光组合物的化学活性(例如， 通过存在于CMP组合物中的氧化剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的 机械活性来协助由该垫与基板之间的相对运动而导致的基板抛光。

通过使表面与抛光垫相接触且相对于该表面移动抛光垫，同时在该垫与 表面之间保持CMP浆料来研磨基板的表面以便抛光该表面。典型的研磨材 料包括二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。

例如，Neville等人的美国专利No.5527423描述了一种通过将金属层的 表面与抛光浆料接触而对金属层进行化学机械抛光的方法，该抛光浆料包含 悬浮在含水介质中的高纯度金属氧化物细颗粒。或者，可将研磨材料结合到 抛光垫中。Cook等人的美国专利No.5489233公开了具有表面纹理或图案的 抛光垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利No.5958794公开了一种固定研 磨剂抛光垫。

许多集成电路将金属用于电路的不同部分之间的电连接。集成电路互连 通常由被绝缘材料包围的具有亚微米横截面的三维金属线组成。通常，选择 用作电路互连的金属包括用于水平互连的铝及铜，及用于垂直(层间)连接的 钨及铜。另外，经常将钽及各种钽化合物(例如，氮化钽)用作阻挡层，以防 止铜迁移至下面的硅中。集成电路互连可由若干1微米厚的层组成。用于抛 光含金属的表面的化学机械抛光组合物通常包括各种其他组分(例如，氧化 剂、研磨剂和氨基型腐蚀抑制剂(诸如，苯并三唑及其类似物))，以帮助移除 过量的金属、阻挡层、多晶硅及其类似物。

由于形成自由基的氧化剂经常氧化胺，因而，含有胺化合物(例如，苯 并三唑)及形成自由基的氧化剂(例如，过氧化氢)的常规抛光组合物的贮存期 通常不能完全令人满意。胺的氧化通常降低了胺实现其预期目的(例如，腐 蚀抑制)的效率。

因此，仍然需要开发含有胺和形成自由基的氧化剂且与常规化学机械抛 光组合物相比具有改善的贮存期的新型化学机械抛光组合物。本发明提供这 种经改良的化学机械抛光组合物。本发明的这些以及其他优点，以及另外的 发明特征自本文中所提供的本发明的描述可变得明晰。

发明内容

本发明提供一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含氨基化合物、形成 自由基的氧化剂、能抑制该氨基化合物的自由基诱导氧化的自由基捕集剂、 及为此的含水载体。自由基捕集剂包含经羟基取代的多元不饱和环状化合 物、含氮化合物、或其组合。任选地，该组合物包含金属氧化物研磨剂(例 如，二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、或前述研磨剂中的 两种或多种的组合)、以及其他化学机械抛光添加剂。

在一些实施方式中，自由基捕集剂为含氮化合物，该含氮化合物选自： 芳族硝基化合物、杂芳族硝基化合物、脂族硝基化合物、亚硝基化合物、氮 自由基型化合物、N-氧化物化合物、N-羟基-亚胺化合物、经酰氨基取代的 芳族化合物、N-酰基-烯胺化合物、及前述含氮化合物中的两种或多种的组 合。

在其他实施方式中，自由基捕集剂为经羟基取代的多元不饱和环状化合 物。适合的经羟基取代的多元不饱和环状化合物的非限制性实例包括氢醌型 化合物、经羟基取代的醌化合物、经羟基取代的香豆素化合物、经羟基取代 的萘化合物、经烷氧基取代的酚化合物、经烷基取代的酚化合物、经羟基取 代的杂芳族化合物、经磺酸取代的酚类化合物、其盐、及前述化合物中的两 种或多种的组合。