[发明专利]铜钝化化学机械抛光组合物和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于抛光含铜基材的抛光组合物和方法。更具体而言，本发明涉及利用铜络合剂和铜钝化剂的用于抛光含铜基材的化学机械抛光组合物和方法。

背景技术

本领域中已知许多用于对基材表面进行化学机械抛光(CMP)的组合物和方法。用于抛光半导体基材(例如，集成电路)的含有金属的表面的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料和CMP组合物)通常含有研磨剂、各种添加剂化合物等并且通常与氧化剂组合使用。这样的CMP组合物通常被设计用于移除特定的基材材料例如金属(例如，钨或铜)、绝缘体(例如，二氧化硅，诸如经等离子体增强的得自原硅酸四乙酯(PETEOS)的二氧化硅)、以及半导体材料(例如，硅或砷化镓)。

在常规的CMP技术中，将基材夹持器(抛光头)安装在夹持器组件上并将其定位成与CMP装置中的抛光垫接触。夹持器组件提供可控制的压力(向下力)以促使基材抵靠着抛光垫。使垫与附着有基材的夹持器相对于彼此移动。垫与基材的相对移动用于研磨基材的表面以从基材表面移除一部分材料，由此抛光该基材。通常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进一步促进基材表面的抛光。典型的研磨剂材料包括例如二氧化硅(硅石)、二氧化铈(铈土)、氧化铝(矾土)、氧化锆(锆氧土)、二氧化钛(钛白)和氧化锡。

研磨剂合意地作为胶态分散体悬浮于CMP组合物中，该胶态分散体优选是胶体稳定的。术语“胶体”是指研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。“胶体稳定性”是指该悬浮液在选定的时段期间在沉降最少的情况下的保持性。在本发明的范围内，如果在将悬浮液置于100mL量筒中且让其在没有搅动的情况下静置2小时时，在该量筒底部50mL中的颗粒浓度([B]，以g/mL为单位)与悬浮于该量筒顶部50mL中的颗粒浓度([T]，以g/mL为单位)之间的差除以悬浮于研磨剂组合物中的颗粒的初始浓度([C]，以g/mL为单位)所得的值小于或等于0.5(即，([B]-[T])/[C]≤0.5)，则认为该研磨剂悬浮液是胶体稳定的。([B]-[T])/[C]的值合意地小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。

例如，Neville等人的美国专利No.5,527,423描述了通过用抛光浆料接触金属层的表面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，研磨剂材料可并入抛光垫中。Cook等人的美国专利No.5,489,233公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，Bruxvoort等人的美国专利No.5,958,794公开了一种固定研磨剂抛光垫。

对于铜CMP应用，通常合意的是使用相对低的固含量的分散体(即，具有1重量％或更小的基于总的悬浮固体物(TSS)水平的研磨剂浓度)，其对铜具有化学反应性。化学反应性可通过使用氧化剂、螯合剂、腐蚀抑制剂、pH、离子强度等进行调整。使CMP浆料的化学反应性与机械研磨性质相平衡可为复杂的。许多商业铜CMP浆料具有高度的化学反应性并呈现出远高于100埃/分钟的高的铜静态蚀刻速率(SER)，可通过有机腐蚀抑制剂例如苯并三唑(BTA)、三唑和咪唑至少部分地控制所述铜静态蚀刻速率。然而，这样的组合物通常不具良好的抛光后腐蚀控制。常见的商业铜CMP浆料还通常具有如下缺点：表面凹陷(dishing)-侵蚀、缺陷(defectivity)以及表面形貌问题。

不断地需要开发新的铜CMP组合物和方法，其利用相对低的固含量的CMP浆料，与常规的CMP浆料相比，其具有降低的表面凹陷-侵蚀和缺陷水平、相对高的铜移除速率、以及较好的防腐蚀性和表面抑制性。从本文中提供的对本发明的描述，本发明的这些和其它优势以及额外的发明特征将变得明晰。

发明内容

本发明提供用于抛光含铜基材的化学机械抛光(CMP)组合物和方法。本发明的方法涉及使用本发明的CMP组合物研磨含铜基材的表面，该研磨优选在氧化剂(例如，过氧化氢)的存在下进行。与常规的铜CMP浆料相比，本发明的组合物和方法可提供相对高的铜移除速率以及良好的铜钝化。

本发明的CMP组合物包含粒状研磨剂、铜络合剂、铜钝化剂、以及含水载体。铜钝化剂包含酸性OH基团和另外的具有氧原子的含氧取代基，该氧原子与所述酸性OH基团的氧原子以1，6关系排列。本发明的优选组合物包含分散和/或悬浮于含水载体中的0.01～1重量％的粒状研磨剂、0.1～1重量％的铜络合剂、10～1000ppm的铜钝化剂。