專利名稱：用于替換介質(zhì)內(nèi)容物的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用含有兩親性非離子表面活性劑的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物化學(xué)-機(jī)械拋光基材，特別是有含銅金屬層的基材的方法。
背景技術(shù)：
用于平面化(planarizing)或拋光基材表面的組合物及方法，特別是用于化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)的組合物及方法是本領(lǐng)域公知的。拋光組合物(已知為拋光淤漿)通常含有在水溶液中的研磨物質(zhì)，并且通過拋光組合物飽和的拋光墊與表面接觸將其施加在表面上。典型的研磨物質(zhì)包括二氧化硅、二氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯及氧化錫。例如，美國專利5,527,423號描述了一種通過將水性介質(zhì)中包含高純度精細(xì)金屬氧化物顆粒的拋光淤漿與表面接觸，用于化學(xué)-機(jī)械拋光金屬層的方法。所述拋光淤漿一般與拋光墊(例如拋光布或碟)一起使用。在美國專利6,062,968、6,117,000及6,126,532中描述了適當(dāng)?shù)膾伖鈮|，這些專利披露了具有開放巢室多孔網(wǎng)絡(luò)(open-celledporous network)的燒結(jié)聚氨酯拋光墊的用途，及在美國專利5,489,233中也描述了適當(dāng)?shù)膾伖鈮|，該專利披露了具有表面紋理或圖形的固體拋光墊的用途?；蛘撸蓪⒀心ノ镔|(zhì)加入此拋光墊中。美國專利5,958,794披露了一種固定研磨劑的拋光墊。
硅基內(nèi)金屬(inter-metal)介電層的拋光組合物在半導(dǎo)體工業(yè)中已得到了特別好的發(fā)展，并且硅基介電質(zhì)的拋光及磨損的化學(xué)和機(jī)械特性已得到了相當(dāng)好的了解。然而，硅基介電物質(zhì)的一個問題是其介電常數(shù)相當(dāng)高，取決于一些因素如殘余濕氣含量，其為大約3.9或更高。結(jié)果，在導(dǎo)電層之間的電容也相當(dāng)高，這本身又限制了電路可操作點的速度(頻率)。已發(fā)展了減少電容的策略，包括(1)加入有較低電阻值的金屬(例如銅)，及(2)用相對于二氧化硅具有更低介電常數(shù)的絕緣物質(zhì)提供電絕緣(isolation)。
一種在二氧化硅基材上制造平面銅電路圖形(traces)的方式(means)被稱為嵌入式(damascene)工藝。根據(jù)該工藝，用傳統(tǒng)的干蝕刻法(dry etch process)將二氧化硅介電表面圖形化，以形成用于縱橫互連的孔和槽。將圖形化的表面用如鈦或鉭的黏著-促進(jìn)層和/或如氮化鈦或氮化鉭的擴(kuò)散阻障層(diffusion barrier layer)涂覆。然后用銅層表面涂覆(over-coated)黏著-促進(jìn)層和/或擴(kuò)散阻障層。使用化學(xué)-機(jī)械拋光以減少銅表層(over-layer)的厚度，及任何黏著-促進(jìn)層和/或擴(kuò)散阻障層的厚度，直到獲得了曝露于二氧化硅表面的高出部分的平坦表面。使通孔(via)和預(yù)刻槽(trench)保持填充有導(dǎo)電的銅，形成互連電路。
以前認(rèn)為，當(dāng)曝露二氧化硅的高出部分時，銅和黏著-促進(jìn)層和/或擴(kuò)散阻障層的移除速率兩者必須大大超過二氧化硅的移除速率，使得拋光被有效停止。銅移除速率對二氧化鈦基質(zhì)移除速率的比率被稱為“選擇性”。最小選擇性50對此化學(xué)-機(jī)械拋光是理想的。然而，當(dāng)使用高選擇性的銅淤漿時，銅層容易被過度拋光，在銅通孔及預(yù)刻槽中產(chǎn)生下凹或“碟形下陷(dishing)”效應(yīng)。由于半導(dǎo)體制造中平版印刷及其它限制的緣故，此特征變形是不能接受的。不適于半導(dǎo)體制造的另一個特征變形稱為“侵蝕(erosion)”。侵蝕是二氧化硅場和銅通孔或預(yù)刻槽的密集陣列(array)之間的分布狀況(topography)的差異。在化學(xué)-機(jī)械拋光中，以比二氧化硅環(huán)繞場(surrounding field)更快的速率移除或侵蝕在密集陣列中的物質(zhì)。這導(dǎo)致二氧化硅場及密集銅陣列之間的分布狀況的差異。侵蝕的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般低于500埃。
已經(jīng)披露了許多用于銅的化學(xué)-機(jī)械拋光的系統(tǒng)。庫瑪(Kumar)等人在標(biāo)題為“在甘油基淤漿中的銅化學(xué)-機(jī)械拋光(Chemical-Mechanical Polishing ofCopper in Glycerol Based Slurries)”(物質(zhì)研究學(xué)會研討會會議紀(jì)錄(MaterialsResearch Society Symposium Proceedings)，1996)的文章中，披露了一種包含甘油及研磨氧化鋁顆粒的淤漿。古特曼(Gutmann)等人在標(biāo)題為“具有氧化物及聚合物中間介電質(zhì)的銅的化學(xué)-機(jī)械拋光(Chemical-MechanicalPolishing of Copper with Oxide and Polymer Interlevel Dielectrics)”(固體薄膜(Thin Solid Films)，1995年)的文章中，披露了以氫氧化銨或硝酸為基礎(chǔ)的淤漿，其可包含苯并三唑(BTA)作為銅溶解的抑制劑。羅(Luo)等人在標(biāo)題為“用于銅化學(xué)-機(jī)械拋光的氧化鋁淤漿的穩(wěn)定(Stabilization of Alumina Slurry forChemical-Mechanical Polishing of Copper)”(蘭格繆爾(Langmuir)，1996年)的文章中，披露了包含聚合表面活性劑及BTA的氧化鋁-硝酸鐵淤漿。卡皮歐(Carpio)等人在標(biāo)題為“銅CMP淤漿化學(xué)的起始研究(Initial Study onCopper CMP Slurry Chemistries)”(固體薄膜(Thin Solid Films)，1995年)的文章中，披露了包含氧化鋁或二氧化硅顆粒、硝酸或氫氧化鋁的淤漿，該淤漿中含有過氧化氫或過錳酸鉀作為氧化劑。雖然目前化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)能夠從二氧化鈦基材移除銅表層，但該系統(tǒng)不能完全滿足半導(dǎo)體工業(yè)的苛刻要求。這些要求可歸納如下。首先，需要高的銅移除速率，以滿足生產(chǎn)量的需求。其次，必須在基材上有良好的分布狀況均勻性。最后，該CMP方法必須將局部碟形下陷及侵蝕效應(yīng)減至最少，以滿足不斷增加的平版印刷的需求。
已經(jīng)披露了在銅拋光的研磨組合物中表面活性劑的使用。例如美國專利6,270,393披露了一種包含氧化鋁、無機(jī)鹽、水溶性螯合劑，及據(jù)稱是用作據(jù)研磨劑分散劑的表面活性劑的研磨淤漿。該’393專利披露了該表面活性劑可為具有10或更大的親水性-親脂性平衡(HLB)值的非離子表面活性劑。美國專利6,348,076披露了用于金屬層CMP的包含表面活性劑，特別是陰離子表面活性劑的拋光組合物。美國專利6,375,545披露了一種拋光組合物，該組合物包含聚合物顆粒研磨劑，結(jié)合有無機(jī)研磨劑、氧化劑和有機(jī)酸。美國專利6,375,693披露了一種包含氧化劑、抗蝕劑和陰離子表面活性劑(例如脂肪酸磺酸酯表面活性劑)的拋光組合物。美國專利6,383,240披露了一種用于CMP的水性分散物，包含研磨劑顆粒及HLB值為6或更低的兩親性表面活性劑。美國公開專利申請2001/0008828 A1披露了一種用于銅及阻障膜拋光(barrier film polishing)的水性拋光組合物，包含研磨劑、有機(jī)酸、雜環(huán)化合物、氧化劑和任選的表面活性劑。美國公開專利申請2002/0023389披露了一種表面活性劑的應(yīng)用，使得基材表面層的侵蝕及刮擦減至最小，該表面活性劑可為陰離子、陽離子或非離子表面活性劑。美國公開專利申請2002/0037642披露了一種用于銅拋光的拋光組合物，包含氧化劑、羧酸及主要含有聚集的θ-氧化鋁顆粒的研磨劑，該氧化鋁顆粒的平均粒徑為50至500納米?？墒褂帽砻婊钚苑稚┓稚⒀心╊w粒，該表面活性劑選自陰離子、陽離子、兩性或非離子表面活性劑。WO 01/32794 A1披露了一種包含有機(jī)添加劑的CMP淤漿，用來拋光含有鉭阻障層的基材，該添加劑可為各種任意的表面活性劑，據(jù)稱其與硅或銅基材的表面成鍵，并且抑制了二氧化硅沉淀和銅垢的形成。WO 02/04573 A2披露了一種包含過氧化氫的拋光組合物，其在二氧化硅研磨劑的存在下得到穩(wěn)定，還包含有機(jī)酸、苯并三唑和表面活性劑。EP 1 150 341 A1披露了一種拋光組合物，包含具有粒徑低于100納米的研磨劑、氧化劑、有機(jī)酸、苯并三唑和表面活性劑。
盡管披露了大量的CMP組合物及方法，仍需要用于拋光含金屬層，特別是含銅的金屬層基材的CMP組合物及方法。本發(fā)明提供這樣的CMP方法，特別是，該方法提供了基材層移除的良好的選擇性及減少的碟形下陷和侵蝕。本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點、以及另外的創(chuàng)造性特征將在此處提供的本發(fā)明的描述中變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種拋光含金屬層的基材的方法，包含(i)將包含至少一含銅金屬層的基材與化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(a)研磨劑、(b)具有HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑、(c)氧化含銅金屬層的方式、(d)有機(jī)酸、(e)抗蝕劑和(f)液態(tài)載體；以及(ii)研磨至少一部分的含銅金屬層以拋光該基材。在一個具體實施方案中，研磨劑的平均初級粒子尺寸為100納米或更大。在第二個具體實施方案中，研磨劑選自二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、其共同形成的顆粒、聚合物顆粒、其經(jīng)聚合物涂覆的顆粒、經(jīng)聚合物涂覆的氧化鋁及其組合。
本發(fā)明還提供一種拋光基材的方法，包含(i)將至少包含第一金屬層及不同的第二金屬層的基材與第一化學(xué)-械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)適于移除第一金屬層，并且研磨至少一部分第一金屬層以拋光基材，其中第一化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)包含研磨劑及液態(tài)載體，并且接著，(ii)將基材與第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)適于移除第二金屬層并且研磨至少一部分第二金屬層以拋光基材，其中第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)包含(a)研磨劑、拋光墊，或其組合，(b)兩親性非離子表面活性劑，包含頭基團(tuán)及尾基團(tuán)，并且HLB值大于6，及(c)液態(tài)載體；其中第一及第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)是不同的。


圖1是顯示在在90％銅線密度(E90)及50％銅線密度(E50)的區(qū)域，并且在120微米線(D120)、100微米線(D100)、50微米線(D50)及10微米線(D10)的銅碟形下陷區(qū)域，CMP系統(tǒng)中表面活性劑的HLB值與銅侵蝕之間的關(guān)系的曲線圖，該銅侵蝕是由于在含銅的基材上使用CMP系統(tǒng)造成的。
圖2是顯示在CMP系統(tǒng)中表面活性劑的HLB值與銅碟形下陷改善(correction)％之間的關(guān)系的曲線圖，該銅碟形下陷改善％是由于在50微米線區(qū)域、在含銅基材上使用CMP系統(tǒng)造成的。
圖3是顯示在CMP系統(tǒng)中表面活性劑濃度與銅碟形下陷改善％之間的關(guān)系的曲線圖，該銅碟形下陷改善％是由于在50微米線區(qū)域、在含銅基材上使用CMP系統(tǒng)造成的。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及拋光含金屬層(例如至少一種金屬層)的基材的方法。該方法包括(i)將基材與化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)接觸及(ii)研磨至少一部分的基材以拋光該基材。在第一及第二具體實施方案中，基材的金屬層包含銅。第一及第二個具體實施方案的CMP系統(tǒng)包含(a)研磨劑、(b)兩親性非離子表面活性劑、(c)氧化含銅金屬層的方式、(d)有機(jī)酸、(e)抗蝕劑，及(f)液態(tài)載體。
在第三具體實施方案中，該基材包含第一金屬層及第二金屬層，并且該方法為兩步法，包含將第一金屬層與第一CMP系統(tǒng)接觸，并且接著將第二金屬層與第二CMP系統(tǒng)接觸。第一CMP系統(tǒng)至少包含研磨劑及液態(tài)載體。第二CMP系統(tǒng)包含(a)研磨劑、(b)兩親性非離子表面活性劑，及(c)液態(tài)載體。第一及第二CMP系統(tǒng)任選還包含氧化金屬層的方式、有機(jī)酸或抗蝕劑。優(yōu)選第二CMP系統(tǒng)包含氧化金屬層的方式。第一及第二CMP系統(tǒng)可為關(guān)于第一及第二個具體實施方案所述的CMP系統(tǒng)。第一CMP系統(tǒng)及第二CMP系統(tǒng)是不同的。
在此描述的CMP系統(tǒng)包含研磨劑及任選的拋光墊。優(yōu)選該CMP系統(tǒng)包含研磨劑及拋光墊兩者。研磨劑可為任何適當(dāng)?shù)男问?例如研磨劑顆粒)?？蓪⒀心┕潭ㄔ趻伖鈮|上和/或可為顆粒形式并懸浮在液態(tài)載體中。拋光墊可為任何適當(dāng)?shù)膾伖鈮|。研磨劑(當(dāng)懸浮在液態(tài)載體中時)與任何其它懸浮在液態(tài)載體中的組份形成CMP系統(tǒng)的拋光組合物。
在第一具體實施方案中，研磨劑的平均初級粒子尺寸為100納米或更大(例如105納米或更大、110納米或更大、或甚至為120納米或更大)。一般，研磨劑的平均初級粒子尺寸為500納米或更小(例如250納米或更小、或甚至為200納米或更小)。優(yōu)選研磨劑的平均初級粒子尺寸為100納米至250納米(例如105納米至180納米)。研磨劑可為基本上無聚集的研磨顆粒的，使得平均粒徑與平均初級粒子尺寸相同。研磨劑可為任何適當(dāng)?shù)难心鐭o機(jī)金屬氧化物研磨劑，選自氧化鋁(例如α-氧化鋁、γ-氧化鋁、δ-氧化鋁及熱解(fumed)氧化鋁)、二氧化硅(例如膠體分散的縮聚二氧化硅、沉淀二氧化鈦、熱解二氧化硅)、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鍺、氧化鎂、其共同形成的產(chǎn)物，及其組合。金屬氧化物研磨劑可以用相反電荷的聚合物電解質(zhì)進(jìn)行靜電涂覆。研磨劑也可包含交聯(lián)的聚合物研磨劑。優(yōu)選研磨劑是二氧化硅研磨劑或經(jīng)聚合物電解質(zhì)涂覆的氧化鋁研磨劑(例如經(jīng)聚苯乙烯磺酸涂覆的氧化鋁研磨劑)。
在第二具體實施方案中，研磨劑可具有任何適當(dāng)?shù)牧剑⑶疫x自二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、其共同形成的顆粒、聚合物顆粒、其經(jīng)聚合物涂覆的顆粒、經(jīng)聚合物涂覆的氧化鋁、及其組合。優(yōu)選該研磨劑為二氧化硅研磨劑、或經(jīng)聚合物電解質(zhì)涂覆的氧化鋁研磨劑(例如經(jīng)聚苯乙烯磺酸涂覆的氧化鋁研磨劑)。當(dāng)拋光如銅的軟金屬層時，二氧化硅研磨劑及經(jīng)聚合物涂覆的氧化鋁研磨劑是特別理想的，該軟金屬層容易被如氧化鋁研磨劑的硬研磨劑刮擦。一般研磨劑的平均初級粒子尺寸為20納米或更大(例如30納米或更大、或甚至為50納米或更大)。平均初級粒子尺寸優(yōu)選為1微米或更小(例如500納米或更小)。在第二具體實施方案中，研磨劑還可具有第一具體實施方案中的研磨劑的特性，且反之亦然。
在第三具體實施方案中，第一及第二CMP系統(tǒng)的研磨劑可為任何適當(dāng)?shù)难心?。一般，研磨劑選自氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、其共同形成的顆粒、聚合物顆粒、其經(jīng)聚合物涂覆的顆粒，及其組合。一般該研磨劑的平均初級粒子尺寸為20納米或更大(例如30納米或更大、或甚至50納米或更大)。平均初級粒子尺寸優(yōu)選為1微米或更小(例如500納米或更小)。優(yōu)選第一CMP系統(tǒng)的研磨劑是聚合物涂覆的氧化鋁(例如經(jīng)聚苯乙烯磺酸涂覆的氧化鋁研磨劑)。優(yōu)選第二CMP系統(tǒng)的研磨劑是平均初級粒子尺寸為80納米或更大(例如100納米或更大)、且為250納米或更小(例如200納米或更小)的二氧化硅。
在此描述的任何具體實施方案的研磨劑可為膠體穩(wěn)定的。膠體是指在液態(tài)載體中研磨顆粒的懸浮物。膠體穩(wěn)定性是指懸浮液隨時間的保持性。在本發(fā)明的內(nèi)容中，當(dāng)將研磨劑置于100毫升量筒中并且使其未經(jīng)攪拌靜置2小時時，如果在量筒下部50毫升中的顆粒濃度[(B)，以克/毫升計]與在量筒上部50毫升中的顆粒濃度[(T)，以克/毫升計]之間的差別除以在研磨劑組合物中顆粒的起始濃度[(C)，以克/毫升計]小于或等于0.8(即{[B]-[T]}/[C]＝0.8)，則認(rèn)為研磨劑是膠體穩(wěn)定的。
以液態(tài)載體及其中溶解或懸浮的任何組份的重量為基準(zhǔn)，拋光系統(tǒng)一般包含0.1重量％至20重量％(例如0.5重量％至15重量％，或1重量％至10重量％)的研磨劑。
兩親性非離子表面活性劑是具有親水部分及疏水部分的表面活性劑。對本發(fā)明的目的而言，兩親性非離子表面活性劑被定義為具有頭基團(tuán)及尾基團(tuán)。頭基團(tuán)為表面活性劑的疏水部分，而尾基團(tuán)為表面活性劑的親水部分?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)念^基團(tuán)及任何適當(dāng)?shù)奈不鶊F(tuán)。兩親性非離子表面活性劑可包含頭基團(tuán)及尾基團(tuán)的任何適當(dāng)?shù)慕M合。例如兩親性非離子表面活性劑可包含只有一個頭基團(tuán)與一個尾基團(tuán)的組合，或在一些具體實施方案中，可包含多重(例如2或更多個)頭基團(tuán)和/或多重(例如2或更多個)尾基團(tuán)。優(yōu)選該兩親性非離子表面活性劑為水溶性的。
該頭基團(tuán)可為基本上是疏水性的任何適當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)。例如適當(dāng)?shù)念^基團(tuán)包括聚硅氧烷、四-C1-4-烷基癸炔、飽和或部分不飽和的C6-30烷基、聚氧丙烯、C6-12烷基苯基或環(huán)己基，聚乙烯，或其混合物。該飽和或部分不飽和的C6-30烷基任選可以由官能團(tuán)取代，例如短鏈(C1-5)烷基、C6-30芳基、短鏈(C1-5)氟烷、羥基、鹵基團(tuán)、羧酸、酯、胺、酰胺、二醇等等。當(dāng)頭基團(tuán)是飽和或部分不飽和的C6-30烷基時，優(yōu)選親水基團(tuán)取代的程度很低(例如少于3，或少于2個親水基團(tuán))。更優(yōu)選頭基團(tuán)不用親水基團(tuán)(例如羥基及羧酸基)取代。
尾基團(tuán)可為基本上是親水性的任何適當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)。例如適當(dāng)?shù)奈不鶊F(tuán)包括優(yōu)選具有4個或更多個(例如8個或更多個、或甚至為10個或更多個)環(huán)氧乙烷重復(fù)單元的聚氧乙烯基團(tuán)、脫水山梨糖醇基團(tuán)、高度取代的飽和或部分不飽和的C6-30烷基、聚氧乙烯脫水山梨糖醇基團(tuán)，或其混合物。高度取代的飽和或部分不飽和的C6-30烷基優(yōu)選用親水性官能團(tuán)(例如羥基及羧酸基)取代。
兩親性非離子表面活性劑可為包含四烷基癸炔頭基團(tuán)及氧乙烯尾基團(tuán)的炔二醇表面活性劑，如2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇乙氧基化表面活性劑。兩親性非離子表面活性劑也可選自聚氧乙烯烷基醚及聚氧乙烯烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，其能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。例如兩親性非離子表面活性劑可為聚氧乙烯十二烷基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油烯基醚、聚氧乙烯單十二烷酸酯、聚氧乙烯單硬脂酸酯、聚氧乙烯二硬脂酸酯、或聚氧乙烯單油酸酯。類似地，兩親性非離子表面活性劑可為聚氧乙烯烷基苯基醚或聚氧乙烯烷基環(huán)己基醚，其中烷基為C6-30烷基，能夠是飽和或部分不飽和的，并且可任選有分支的，如聚氧乙烯辛基苯基醚或聚氧乙烯壬基苯基醚。
兩親性非離子表面活性劑可為脫水山梨糖醇烷基酸酯或聚氧乙烯脫水山梨糖醇烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。此類表面活性劑的實施例包括脫水山梨糖醇單十二烷酸酯、脫水山梨糖醇單油酸酯、脫水山梨糖醇單十六烷酸酯、脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、脫水山梨糖醇倍半油酸酯、脫水山梨糖醇三油酸酯、或脫水山梨糖醇三硬脂酸酯、及聚氧乙烯脫水山梨糖醇單十二烷酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單十六烷酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯、或聚氧乙烯脫水山梨糖醇四油酸酯。當(dāng)兩親性非離子表面活性劑為脫水山梨糖醇烷基酸酯時，優(yōu)選脫水山梨糖醇單十二烷酸酯及脫水山梨糖醇單十六烷酸酯。
兩親性非離子表面活性劑可為包含聚二甲基硅氧烷及聚氧乙烯、聚氧乙烯及聚氧丙烯、或聚氧乙烯及聚乙烯的嵌段或接枝共聚物。兩親性非離子表面活性劑也可為聚氧乙烯烷基胺(例如聚氧乙烯十二烷基胺、聚氧乙烯硬脂基胺、聚氧乙烯油烯基胺)、乙氧基化酰胺、乙氧基化烷基烷醇酰胺、烷基縮合葡萄糖、或乙氧基化酯或烷基縮合葡萄糖的二酯(例如甲基葡萄糖二油酸酯PEG-120等)。
優(yōu)選兩親性非離子表面活性劑包括聚氧乙烯脫水山梨糖醇烷基酸酯(例如聚氧乙烯脫水山梨糖醇單十二烷酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單十六烷酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇倍半油酸酯、及聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯)、烷基苯基聚氧乙烯、及乙炔二醇基的表面活性劑。特別是，聚氧乙烯壬基苯基醚表面活性劑、2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇乙氧基化表面活性劑、聚氧乙烯烷基胺表面活性劑、及聚二甲基硅氧烷/聚氧乙烯表面活性劑為優(yōu)選的兩親性非離子表面活性劑。
以液態(tài)載體及其中溶解或懸浮的任何化合物的重量為基準(zhǔn)，拋光系統(tǒng)一般包含0.1重量％或更少的兩親性非離子表面活性劑。優(yōu)選地，以液態(tài)載體及其中溶解或懸浮的任何化合物的重量為基準(zhǔn)，拋光系統(tǒng)包含0.001重量％至0.06重量％(例如0.01重量％至0.04重量％)的兩親性非離子表面活性劑。
兩親性非離子表面活性劑、或兩親性非離子表面活性劑的混合物，一般具有的親水性-親脂性平衡(HLB)值大于6(例如7或更大、10或更大、12或更大、或甚至14或更大)。HLB值一般為20或更小(例如19或更小)。對一些具體實施方案而言，HLB值優(yōu)選大于6且為18或更小(例如7至17、或8至16)。HLB值表示表面活性劑在水中的溶解性，并因此與表面活性劑的親水部分的重量％份量相關(guān)(例如環(huán)氧乙烷的重量％份量)。在一些情況下，對包含環(huán)氧乙烷基團(tuán)的非離子表面活性劑而言，表面活性劑HLB值可大約等于環(huán)氧乙烷基團(tuán)的重量％份量除以5。在某些情況下，當(dāng)在此所述的拋光系統(tǒng)中使用兩親性非離子表面活性劑的組合時，系統(tǒng)的HLB值可估計為表面活性劑的平均重量。例如，對兩種兩親性非離子表面活性劑的混合物而言，HLB值大約等于(表面活性劑1的量)(表面活性劑1的HLB)及(表面活性劑2的量)(表面活性劑2的HLB)的總和除以表面活性劑1及2的量的總和。低HLB值表示為親脂性表面活性劑(即具有小數(shù)量的親水性基團(tuán))，而高HLB值表示為親水性表面活性劑(具有高數(shù)量的親水性基團(tuán))。
兩親性非離子表面活性劑的分子量一般為500克/摩爾或更高，及10,000克/摩爾或更少。優(yōu)選分子量為750克/摩爾至5,000克/摩爾(例如1,000克/摩爾至3,000克/摩爾)。
氧化金屬層的方式可為任何用來氧化基材的適當(dāng)方式，其包括任何物理或化學(xué)的方式。在電化學(xué)拋光系統(tǒng)中，優(yōu)選該氧化基材的方式包含一個用來對基材施加隨時間變化的電位(例如陽極電位)的裝置(例如電子穩(wěn)壓器)。在CMP系統(tǒng)中，優(yōu)選該用來氧化基材的方式為化學(xué)氧化劑。
用來對基材施加隨時間變化的電位的裝置可為任何適當(dāng)?shù)拇祟愌b置。氧化基材的方式優(yōu)選包含一個裝置，在拋光的起始階段期間用來施加第一電位(例如較高的氧化電位)，并且在拋光的后階段或拋光期間施加第二電位(例如較低的氧化電位)；或在拋光中間階段改變第一電位至第二電位的裝置，例如在中間階段期間連續(xù)減少電位、或在第一較高氧化電位的預(yù)定時間間隔之后，將電位從第一較高氧化電位快速減少至第二較低氧化電位。例如在拋光的起始階段期間，對基材施加相當(dāng)高的氧化電位，以促進(jìn)相對高速地氧化/溶解/移除基材。當(dāng)在較后階段拋光時，例如當(dāng)接近下面的阻障層時，所施加的電位減少至一水平，該水平產(chǎn)生大體上較低或可忽視的基材氧化/溶解/移除速率，從而消除或大大減少碟形下陷、腐蝕及侵蝕。優(yōu)選使用可控制的可調(diào)DC電源如電子穩(wěn)壓器施加隨時間變化的電化學(xué)電位。美國專利6,379,223還描述了一種通過施加電位來氧化基材的方式。
化學(xué)氧化劑可為任何適當(dāng)?shù)难趸瘎?。適當(dāng)?shù)难趸瘎┌o機(jī)及有機(jī)過-化合物(per-compound)、溴酸鹽、硝酸鹽、氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、鐵及銅的鹽(例如硝酸鹽、硫酸鹽、乙二胺四乙酸(EDTA)及檸檬酸鹽)、稀土及過渡金屬氧化物(例如四氧化鋨)、鐵氰化鉀、二鉻酸鉀、碘酸等。過-化合物(如哈利精簡化學(xué)字典(Hawley’s Condensed Chemical Dictionary)所定義的)為包含至少一個過氧基團(tuán)(--O--O--)的化合物、或包含在其最高氧化態(tài)的元素的化合物。包含至少一個過氧基團(tuán)的化合物的實例包括但不限于過氧化氫及其加成物如脲過氧化氫及過碳酸酯；有機(jī)過氧化氫如苯甲酰過氧化物、過醋酸及二叔丁基過氧化物、單過硫酸鹽(SO52-)、二過硫酸鹽(S2O82-)、及過氧化鈉。包含在其最高氧化態(tài)的元素的化合物的實例包括但不限于過碘酸、過碘酸鹽、過溴酸、過溴酸鹽、過氯酸、過氯酸鹽、過硼酸、過硼酸鹽及過錳酸鹽。氧化劑優(yōu)選為過氧化氫。以液態(tài)載體及其中溶解或懸浮的任何化合物的重量為基準(zhǔn)，拋光系統(tǒng)，特別是CMP系統(tǒng)(特別是拋光組合物)一般包含0.1重量％至15重量％(例如0.2重量％至10重量％、0.5重量％至8重量％、或1重量％至5重量％)的氧化劑。
有機(jī)酸可為任何適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)酸。一般，該有機(jī)酸為羧酸，例如單-、二-或三-羧酸。適當(dāng)?shù)聂人岚ù姿?、甘醇酸、乳酸、檸檬酸、葡萄糖酸、沒食子(gallic)酸、草酸、鄰苯二甲酸、丁二酸、酒石酸、蘋果酸、丙酸、其組合、其鹽，等等。優(yōu)選有機(jī)酸選自醋酸、草酸、酒石酸、乳酸、鄰苯二甲酸、丙酸、其鹽，及其組合。用于拋光系統(tǒng)的有機(jī)酸的量一般為0.01重量％至5重量％，優(yōu)選為0.05至3重量％。
抗蝕劑(即薄膜形成劑)可為任何適當(dāng)?shù)目刮g劑。一般，抗蝕劑是包含官能團(tuán)的含有雜原子的有機(jī)化合物。例如抗蝕劑為含有至少一個5-或6-元雜環(huán)做為活性官能團(tuán)的雜環(huán)有機(jī)化合物，其中該雜環(huán)包含至少一個氮原子，例如唑類(azole)化合物。優(yōu)選抗蝕劑為三唑；更優(yōu)選為1，2，4-三唑、1，2，3-三唑或苯并三唑。用于拋光系統(tǒng)的抗蝕劑的量一般為0.0001至3重量％，優(yōu)選為0.001至2重量％。
使用液態(tài)載體以便于將研磨劑(當(dāng)存在并懸浮在液態(tài)載體中時)及其中溶解或懸浮的任何組份涂布到適當(dāng)?shù)拇龗伖?例如平面化)的基材表面。液態(tài)載體一般是水性載體，并且可單獨(dú)為水、可包含水及與水互溶的適當(dāng)溶劑、或可為乳狀液。適當(dāng)?shù)呐c水互溶的溶劑包括醇，如甲醇、乙醇等。優(yōu)選水性載體由水所組成，更優(yōu)選為去離子水。
拋光組合物可具有任何適當(dāng)?shù)膒H，例如，拋光組合物可具有2至12的pH。一般，拋光組合物具有3或更大(例如5或更大、或者7或更大)的pH，并且pH為12或更低(例如10或更低)。
CMP系統(tǒng)任選還包含其它組份。該其它組份包括絡(luò)合劑或螯合劑、殺菌劑、消泡劑等等。
該絡(luò)合劑或螯合劑為任何適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)添加劑，其增進(jìn)要被移除的基材層的移除速率。適當(dāng)?shù)尿蟿┗蚪j(luò)合劑可包括，例如羰基化合物(例如乙酰丙酮化物等)、二醇、三醇、或多醇(例如乙二醇、鄰苯二酚、焦酚(pyrogallol)、鞣酸等)及含胺化合物(例如氨、氨基酸、氨基醇、二胺、三胺、及多胺，等)。在用拋光組合物拋光基材期間，螯合劑或絡(luò)合劑的選擇將取決于要被移除的基材層的類型。用于拋光系統(tǒng)的絡(luò)合劑的量一般為0.1至10重量％，優(yōu)選為1至5重量％。
殺菌劑可為任何適當(dāng)?shù)臍⒕鷦绠愢邕蜻獨(dú)⒕鷦?。用于拋光系統(tǒng)的殺菌劑的量一般為1至50ppm，優(yōu)選為10至20ppm。
消泡劑可為任何適當(dāng)?shù)南輨?。例如該消泡劑可為聚二甲基硅氧烷聚合物。在拋光系統(tǒng)中存在的消泡劑的量一般為40至140ppm。
應(yīng)認(rèn)識到許多前述化合物可以鹽(例如金屬鹽、銨鹽等)、酸或作為部分鹽的形式存在。例如檸檬酸鹽包括檸檬酸、及其單鹽、二鹽及三鹽；鄰苯二甲酸鹽包含鄰苯二甲酸、及其單鹽(例如鄰苯二甲酸氫鉀)和二鹽；過氯酸鹽，包括相應(yīng)的酸(即過氯酸)及其鹽。另外，某些化合物或試劑可表現(xiàn)多于一種的功能。例如一些化合物既可作為螯合劑又可作為氧化劑(例如某些鐵的硝酸鹽等)。
CMP系統(tǒng)任選還可包含一種或多種組份，如pH調(diào)節(jié)劑、調(diào)節(jié)劑、或緩沖劑等。適當(dāng)?shù)膒H調(diào)節(jié)劑、調(diào)節(jié)劑或緩沖劑可包括例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、碳酸鈉、碳酸鉀、硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、檸檬酸、磷酸鉀、其混合物等。
第一及第二具體實施方案的CMP系統(tǒng)意欲用來拋光(例如平面化)基材，該基材包含至少一含銅金屬層。該基材優(yōu)選為微電子(例如半導(dǎo)體)基材。該基材任選還包含第二金屬層和/或介電層。優(yōu)選該基材包含銅及鉭兩者。介電層可具有任何適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)。例如，介電層可包含二氧化鈦或有機(jī)改性的硅玻璃，如摻雜碳的二氧化鈦。兩親性非離子表面活性劑的存在可減少含銅金屬層的碟形下陷。當(dāng)該基材包含含銅金屬層及介電層時，兩親性非離子表面活性劑的存在還可減少介電層的侵蝕。第一及第二具體實施方案的CMP系統(tǒng)可用于第一步銅拋光的方法，其中大量的銅合乎需要地被移除(例如，大量銅的移除)，或第二步驟銅拋光的方法，其中只有小量的銅被移除(例如，在移除如鉭的阻障層之后)。
第三具體實施方案的第一及第二CMP系統(tǒng)意欲用于拋光(例如平面化)基材，該基材包含第一金屬層及第二金屬層。該基材的第一金屬層及第二金屬層可包含任何適當(dāng)?shù)慕饘?，包括選自銅、鉭、鈦、鋁、鎢、鉑、銥、鎳、釕、銠、其合金，和其組合的金屬。第一金屬層及第二金屬層一般包含不同的金屬。優(yōu)選第一金屬層包含銅或鎢，更優(yōu)選為銅。優(yōu)選第二金屬層包含鉭或鈦，更優(yōu)選為鉭?；囊话銥槲㈦娮?例如半導(dǎo)體)基材，并且任選還包含介電層。介電層可具有任何適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)(例如3.5或更大、或者3.5或更少)。例如該介電層可包含二氧化鈦或有機(jī)改性的硅玻璃，如摻雜碳的二氧化鈦。微電子基材一般通過蝕刻預(yù)刻槽或通孔到如氧化物膜的介電層中而形式的。然后，例如是通過物理蒸氣沉積(PVD)(例如濺射)、或通過化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，用如Ti、TiN、Ta或TaN的薄阻障膜將預(yù)刻槽或通孔襯里(line)。然后沉積導(dǎo)電金屬層(例如銅或鎢)在阻障膜上，以便完全填滿預(yù)刻槽及通道，并覆蓋在阻障膜上。使用第一CMP系統(tǒng)進(jìn)行第一CMP操作，以便移除導(dǎo)電金屬層(即第一金屬層)向下到阻障膜。然后使用第二CMP系統(tǒng)進(jìn)行第二CMP操作，以便移除障礙薄膜(即第二金屬層)及任何過量的導(dǎo)電金屬層向下到介電氧化物質(zhì)。在第二CMP操作期間，在通道或預(yù)刻槽中會發(fā)生不可接受的導(dǎo)電金屬層的碟形下陷、及介電物質(zhì)不希望的刮擦或侵蝕。在移除第二金屬層(即阻障膜)期間，在第二CMP系統(tǒng)中HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑的存在會減少第一金屬層(例如導(dǎo)電金屬層)碟形下陷的量，和/或可減少介電層(即氧化物層)的刮擦或侵蝕。
在此描述的CMP系統(tǒng)特別適于與化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)裝置一起使用。一般，該裝置包含壓板、拋光墊和載體，當(dāng)使用時，所述壓板是運(yùn)動的并且具有因軌道運(yùn)動、直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動產(chǎn)生的速度；所述拋光墊與壓板接觸并且在壓板運(yùn)動時與其一起移動；所述載體托住待拋光的基材，通過接觸并相對于拋光墊表面移動意圖接觸待拋光的基材。該基材的拋光是通過放置基材與拋光墊接觸、然后將拋光墊相對于基材移動而進(jìn)行的，一般其間有本發(fā)明的拋光組合物，以便研磨至少一部分的基材以拋光該基材。CMP裝置可為任何適當(dāng)?shù)腃MP裝置，它們中的許多是本領(lǐng)域公知的。
下列的實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但當(dāng)然應(yīng)解釋為不以任何方式限制其范圍。
實施例1此實施例說明在拋光組合物中兩親性非離子表面活性劑對銅碟形下陷及侵蝕值的影響，該銅碟形下陷和侵蝕值為表面活性劑HLB值的函數(shù)。
將含銅、鉭及二氧化鈦的相似圖形化的基材(賽門鐵克(Sematech)931屏蔽晶圓(mask wafer))用不同的拋光組合物(拋光組合物1A-1E)拋光。各拋光組合物包含12重量％的縮合-沉淀二氧化硅、0.10重量％苯并三唑、0.30重量％醋酸、3重量％過氧化氫、及200ppm的表面活性劑，pH為10(用KOH調(diào)節(jié))。拋光組合物1A(比較例)及1B-1E(本發(fā)明)分別包含HBL為4.6的聚氧乙烯(2)異辛基苯基醚、HBL為10的聚氧乙烯(5)異辛基苯基醚、HBL為13的聚氧乙烯(9)壬基苯基醚、HBL為17.8的聚氧乙烯(40)壬基苯基醚、及HBL為19的聚氧乙烯(100)壬基苯基醚。對基材的四個不同區(qū)域測量銅碟形下陷值(以埃計)的改變，這些區(qū)域包括120微米線、100微米線、50微米線及10微米線區(qū)域。對銅線密度的兩個不同區(qū)域測量二氧化鈦侵蝕值(以埃計)的改變。第一區(qū)域(E90)具有90％銅線密度(4.5微米Cu線，以0.5微米間隔分開)，且第二區(qū)域(E50)具有50％銅線密度(2.5微米Cu線，以2.5微米間隔分開)。碟形下陷或侵蝕值的負(fù)數(shù)改變表明，該銅碟形下陷或介電侵蝕的改進(jìn)(或改善)超出了使用不含兩親性非離子表面活性劑的類似拋光組合物所獲得的碟形下陷及侵蝕值。
結(jié)果歸納在表1及圖1中。在圖2示出了50微米線的銅碟形下陷改善％與表面活性劑HLB的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
表1

表1及圖1和圖2中的結(jié)果說明銅碟形下陷及介電侵蝕值因兩親性非離子表面活性劑的存在而大大地減少，并且銅碟形下陷及介電侵蝕值通常隨著兩親性非離子表面活性劑HLB值的增加而得到改進(jìn)。特別是，含有HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑的拋光組合物(例如拋光組合物1B-1E)表明銅碟形下陷及介電侵蝕大量減少。
實施例2此實施例說明在拋光組合物中兩親性非離子表面活性劑對銅碟形下陷及侵蝕值的影響，該銅碟形下陷和侵蝕值為表面活性劑濃度的函數(shù)。
將含銅、鉭及二氧化鈦的相似圖形化的基材(賽門鐵克(Sematech)931屏蔽晶圓)用不同拋光組合物(拋光組合物2A-2D)拋光。各拋光組合物包含12重量％縮合-沉淀二氧化硅、0.10重量％苯并三唑、0.30重量％醋酸及3重量％過氧化氫，pH為10(用KOH調(diào)節(jié))。拋光組合物2A-2D(本發(fā)明)還分別包含0、100、125及250ppm的2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇乙氧基化表面活性劑。對各拋光組合物測量圖形化基材的50微米線區(qū)域的碟形下陷改善百分比。
圖3示出了50微米線的銅碟形下陷改善％與表面活性劑濃度的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
圖3中的結(jié)果表明銅碟形下陷因在拋光組合物中存在HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑而大大地減少，并且碟形下陷值隨著兩親性非離子表面活性劑濃度的增加而得到改進(jìn)。
實施例3此實施例表明在本發(fā)明的拋光組合物中存在的兩親性非離子表面活性劑可用于第一步銅拋光，該第一步銅拋光用于移除大量的銅。
將包含銅、鉭或二氧化鈦的類似的空白晶圓(blanket wafet)基材用不同的拋光組合物(拋光組合物3A-3F)拋光。拋光組合物3A(空白)不含兩親性非離子表面活性劑，包含0.7重量％乳酸、1.11重量％聚丙烯酸、0.111重量％苯并三唑、3重量％過氧化氫、及0.556重量％熱解氧化鋁，該熱解氧化鋁用聚苯乙烯磺酸(0.5重量％氧化鋁及0.052重量％聚苯乙烯磺酸)在4.5的pH下涂覆。拋光組合物3B-3E(本發(fā)明)與拋光組合物3A相同，除了還分別包含0.02重量％、0.05重量％、0.075重量％及0.10重量％的聚環(huán)氧烷烴改性的聚二甲基硅氧烷表面活性劑(HLB～13-17)。拋光組合物3F(本發(fā)明)與拋光組合物3A相同，除了它還包含0.025重量％的聚環(huán)氧烷烴改性的乙烯二胺(HLB～7)。
對各拋光組合物測定銅、鉭及二氧化鈦層的移除速率。結(jié)果歸納在表2中。
表2

在表2中顯示的結(jié)果說明在添加HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑時，銅的移除速率及銅的移除對鉭的移除的選擇性并無明顯改變，但是銅的移除對二氧化鈦移除的選擇性得到顯著改進(jìn)。
實施例4此實施例說明在本發(fā)明的拋光組合物中兩親性非離子表面活性劑的存在減少了第一步銅拋光中的銅碟形下陷。
將包含銅、鉭及二氧化鈦層的相似圖形化的晶圓基材用不同的拋光組合物(拋光組合物4A-4C)拋光。拋光組合物4A(空白)不含兩親性非離子表面活性劑，包含0.7重量％乳酸、1.11重量％聚丙烯酸、0.111重量％苯并三唑、3重量％過氧化氫、及0.556重量％熱解氧化鋁，該熱解氧化鋁用聚苯乙烯磺酸(0.5重量％氧化鋁及0.052重量％聚苯乙烯磺酸)在4.5的pH下涂覆。拋光組合物4B及4C(本發(fā)明)與拋光組合物4A相同，除了還分別包含0.02重量％聚環(huán)氧烷烴改性的聚二甲基硅氧烷表面活性劑(HLB～13-17)及0.025重量％聚環(huán)氧烷烴改性的乙二胺(HLB～7)。對基材的三個不同區(qū)域測量銅碟形下陷的量(以埃計)，這些區(qū)域包含120微米線、100微米線及50微米線區(qū)域。對各拋光組合物測量銅碟形下陷值，結(jié)果歸納在表3中。
表3

表3中顯示的結(jié)果說明因存在HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑，銅碟形下陷獲得顯著減少。
權(quán)利要求
1.一種拋光基材的方法，包括(i)將包含至少一含銅金屬層的基材與化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(a)平均初級粒子尺寸為100納米或更大的研磨劑，(b)包含頭基團(tuán)及尾基團(tuán)且HLB值大于6的兩親性非離子表面活性劑，(c)氧化含銅金屬層的方式，(d)有機(jī)酸，(e)抗蝕劑，和(f)液態(tài)載體；及(ii)研磨至少一部分含銅金屬層以拋光基材。
2.權(quán)利要求1的方法，其中兩親性非離子表面活性劑的HLB值為7或更大。
3.權(quán)利要求1的方法，其中兩親性非離子表面活性劑的HLB值為18或更小。
4.權(quán)利要求1的方法，其中尾基團(tuán)包含具有4個或更多個環(huán)氧乙烷重復(fù)單元的聚氧乙烯、脫水山梨糖醇，或其混合物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中頭基團(tuán)包含聚硅氧烷、四-C1-4-烷基癸炔、飽和或部分不飽和的C6-30烷基、聚氧丙烯、C6-12烷基苯基、C6-12烷基環(huán)己基、聚乙烯，或其混合物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中兩親性非離子表面活性劑選自聚氧乙烯烷基醚及聚氧乙烯烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，其能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
7.權(quán)利要求1的方法，其中兩親性非離子表面活性劑是聚氧乙烯烷基苯基醚或聚氧乙烯烷基環(huán)己基醚，其中烷基為C6-30烷基，其能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
8.權(quán)利要求1的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為脫水山梨糖醇烷基酸酯或聚氧乙烯脫水山梨糖醇烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，能夠是飽和或部分未飽和的，并且任選是有分支的。
9.權(quán)利要求1的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為包含聚氧乙烯及聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯及聚氧丙烯、或聚氧乙烯及聚乙烯的嵌段或接枝共聚物。
10.權(quán)利要求1的方法，其中研磨劑的平均粒徑為105納米至180納米。
11.權(quán)利要求1的方法，其中研磨劑包含二氧化硅或經(jīng)聚合電解質(zhì)涂覆的氧化鋁。
12.權(quán)利要求1的方法，其中氧化含銅金屬層的方式包含化學(xué)氧化劑。
13.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)酸選自醋酸、草酸、酒石酸、乳酸、鄰苯二甲酸、丙酸，及其組合。
14.權(quán)利要求1的方法，其中抗蝕劑選自苯并三唑、6-甲苯基三唑、1，2，3-三唑、1，2，4-三唑，及其組合。
15.權(quán)利要求1的方法，其中系統(tǒng)的pH為3或更大。
16.權(quán)利要求1的方法，其中以液態(tài)載體及其中溶解或懸浮的任何組份的重量為基準(zhǔn)，拋光系統(tǒng)包含0.005重量％或更多的兩親性非離子表面活性劑。
17.一種拋光基材的方法，包括(i)將包含至少一含銅金屬層的基材與化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(a)研磨劑，其選自二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、其共同形成的顆粒、聚合物顆粒、其經(jīng)聚合物涂覆的顆粒、經(jīng)聚合物涂覆的氧化鋁，及其組合，(b)兩親性非離子表面活性劑，其包含頭基團(tuán)及尾基團(tuán)，并且HLB值大于6，(c)氧化含銅金屬層的方式，(d)有機(jī)酸，(e)抗蝕劑，和(f)液態(tài)載體；及(ii)研磨至少一部分含銅金屬層以拋光基材。
18.權(quán)利要求17的方法，其中兩親性非離子表面活性劑的HLB為18或更小。
19.權(quán)利要求17的方法，其中尾基團(tuán)包含具有4個或多個環(huán)氧乙烷重復(fù)單元的聚氧乙烯、脫水山梨糖醇，或其混合物。
20.權(quán)利要求17的方法，其中頭基團(tuán)包含聚硅氧烷、四-C1-4烷基癸炔、飽和或部分不飽和的C6-30烷基、聚氧丙烯、C6-12烷基苯基、C6-12烷基環(huán)己基、聚乙烯，或其混合物。
21.權(quán)利要求17的方法，其中兩親性非離子表面活性劑選自聚氧乙烯烷基苯基醚及聚氧乙烯烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，其能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
22.權(quán)利要求17的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為聚氧乙烯烷基苯基醚或聚氧乙烯烷基環(huán)己基醚，其中烷基為C6-30烷基，其能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
23.權(quán)利要求17的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為脫水山梨糖醇烷基酸酯、或聚氧乙烯脫水山梨糖醇烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
24.權(quán)利要求17的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為包含聚氧乙烯及聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯及聚氧丙烯、或聚氧乙烯及聚乙烯的嵌段或接枝共聚物。
25.權(quán)利要求17的方法，其中研磨劑具有100納米或更大的平均粒徑。
26.權(quán)利要求17的方法，其中研磨劑包含二氧化硅或經(jīng)聚合物涂覆的氧化鋁。
27.權(quán)利要求17的方法，其中氧化含銅金屬層的方式包含化學(xué)氧化劑。
28.權(quán)利要求17的方法，其中有機(jī)酸選自醋酸、草酸、酒石酸、乳酸、鄰苯二甲酸、丙酸，及其組合。
29.權(quán)利要求17的方法，其中抗蝕劑選自苯并三唑、6-甲苯基三唑、1，2，3-三唑、1，2，4-三唑，及其組合。
30.權(quán)利要求17的方法，其中系統(tǒng)具有3或更大的pH。
31.權(quán)利要求17的方法，其中以液態(tài)載體及其中溶解或懸浮的任何組份的重量為基準(zhǔn)，拋光系統(tǒng)包含0.005重量％或更多的兩親性非離子表面活性劑。
32.一種拋光基材的方法，包含(i)將至少包含第一金屬層及不同的第二金屬層的基材與第一化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)適用于移除第一金屬層并且研磨至少一部分第一金屬層以拋光基材，其中第一化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)包含研磨劑及液態(tài)載體，并且接著，(ii)將基材與第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)適用于移除第二金屬層，并且研磨至少一部分第二金屬層以拋光基材，其中第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)包含(a)研磨劑，(b)兩親性非離子表面活性劑，其包含頭基團(tuán)及尾基團(tuán)，并且HLB值大于6；和(c)液態(tài)載體；以及其中第一及第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)是不同的。
33.權(quán)利要求32的方法，其中兩親性非離子表面活性劑的HLB為18或更小。
34.權(quán)利要求32的方法，其中第一金屬層包含銅、鎢、其合金，或其組合。
35.權(quán)利要求32的方法，其中第二金屬層包含鉭、鈦、其合金，或其組合。
36.權(quán)利要求32的方法，其中第二化學(xué)-機(jī)械拋光系統(tǒng)還包含氧化第二金屬層的方式、有機(jī)酸或抗蝕劑。
37.權(quán)利要求32的方法，其中尾基團(tuán)包含具有4個或更多個環(huán)氧乙烷重復(fù)單元的聚氧乙烯、脫水山梨糖醇，或其混合物。
38.權(quán)利要求32的方法，其中頭基團(tuán)包含聚硅氧烷、四-C1-4-烷基癸炔、飽和或部分不飽和的C6-30烷基、聚氧丙烯、C6-12烷基苯基、C6-12烷基環(huán)己基、聚乙烯、或其混合物。
39.權(quán)利要求32的方法，其中兩親性非離子表面活性劑選自聚氧乙烯烷基醚及聚氧乙烯烷基酸酯，其中烷基為C6-30烷基，其能夠是飽和的或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
40.權(quán)利要求32的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為聚氧乙烯烷基苯基醚或聚氧乙烯烷基環(huán)己基醚，其中烷基為C6-30烷基，能夠是飽和或部分不飽和的，并且任選是有分支的。
41.權(quán)利要求32的方法，其中兩親性非離子表面活性劑為包含聚氧乙烯及聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯及聚氧丙烯、或聚氧乙烯及聚乙烯的嵌段或接枝共聚物。
42.權(quán)利要求32的方法，其中研磨劑包含二氧化硅或經(jīng)聚合物涂覆的氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明提供拋光基材的方法，包括(i)將包含至少一含銅金屬層的基材與化學(xué)－機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)接觸，及(ii)研磨至少一部分的該含銅金屬層，以拋光該基材。該CMP系統(tǒng)包含(a)研磨劑、(b)兩親性非離子表面活性劑、(c)氧化該金屬層的方式、(d)有機(jī)酸、(e)抗蝕劑及(f)液態(tài)載體。本發(fā)明還提供拋光基材的兩步法，該基材包含第一金屬層及不同的第二金屬層。第一金屬層用包含研磨劑和液態(tài)載體的第一CMP系統(tǒng)拋光，而第二金屬層則用包含(a)研磨劑、(b)兩親性非離子表面活性劑和(c)液態(tài)載體的第二CMP系統(tǒng)拋光。
文檔編號B24B37/00GK1688665SQ03824065
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者戴維·J·施羅德, 凱文·J·莫根伯格, 霍默·喬, 杰弗里·P·張伯倫, 約瑟夫·D·霍金斯, 菲利普·W·卡特 申請人:卡伯特微電子公司