[发明专利]包含离子型聚电解质的铜化学机械抛光组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于抛光含铜基板的抛光组合物及方法。更具体地说，本发 明涉及含有离子型聚电解质和铜络合剂的化学-机械抛光组合物且涉及利用 该组合物的抛光方法。

背景技术

用于化学-机械抛光(CMP)基板表面的许多组合物及方法为本领域中已 知的。用于抛光半导体基板(例如集成电路)的含金属的表面的抛光组合物(也 称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)通常含有研磨剂、各种添加剂化 合物等，且经常与氧化剂组合使用。这样的CMP组合物通常设计用于除去 特定的基板材料，例如，金属(如钨或铜)、绝缘体(如二氧化硅，诸如等离子 体增强的四乙基原硅酸酯(PETEOS)衍生的二氧化硅)、及半导体材料(如，硅 或砷化镓)。

在常规CMP技术中，基板载体(抛光头)安装在载体组件上，且将其定位 成与CMP装置的抛光垫接触。该载体组件提供可控制的压力(下压力)以迫使 基板抵靠在抛光垫上。载体以及载体上所附着的基板与抛光垫彼此相对运 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(例如，通过 存在于CMP组合物中的氧化剂和/或络合剂)的化学活性以及悬浮于抛光组 合物中的研磨剂的机械活性来协助基板表面的抛光。典型的研磨剂材料包括 例如二氧化硅(硅石)、氧化铈(铈土)、氧化铝(矾土)、氧化锆(锆土)、二氧化 钛(氧化钛)及氧化锡。

期望地，将研磨剂悬浮于CMP组合物中作为胶态分散体，研磨剂优选 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。本文 所用的术语“胶体稳定性”及其语法上的变体被理解为是指在选定时段中研 磨剂颗粒的悬浮液保持最少的沉降。在本发明的上下文中，若出现如下情形 便认为研磨剂悬浮液是胶体稳定的：当将悬浮液置于100ml量筒中且不搅 拌地使其静置两小时之时，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为 单位)与悬浮在量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的 差值除以悬浮在研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于 或等于0.5(即，([B]-[T])/[C]≤0.5)。期望地，([B]-[T])/[C]的值小于或等于0.3， 且优选小于或等于0.1。

例如，Neville等人的美国专利No.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。

对于铜CMP应用，经常期望使用相对低固体含量的分散体(即，具有总 悬浮固体物(TSS)含量为1重量％或更低的研磨剂浓度的分散体)，所述分散 体对铜具有化学反应性。可通过利用氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂、pH、离 子强度等来对化学反应性进行调节。使得CMP浆料的化学反应性与机械研 磨性能的平衡可为复杂的。许多商用铜CMP浆料具有高的化学反应性，从 而提供高的铜静态蚀刻速率，所述铜静态蚀刻速率至少部分地由有机腐蚀抑 制剂(如苯并三唑(BTA)、其它有机三唑及咪唑)所控制。然而，许多这样的 CMP组合物不提供抛光后的良好腐蚀控制。普通商用铜CMP浆料还经常遇 到凹陷侵蚀、相对高的缺陷率以及表面构形问题。此外，许多常规的铜CMP 浆料使用产生高水溶性铜络合物的铜络合配体，在过氧化氢的存在下，所述 铜络合配体可导致不期望地形成氢氧化铜。氢氧化铜的形成可导致氧化铜沉 积在基板表面上，然后，其可干扰浆料的抛光性能(参见用于说明该方法的 图1)。

目前需要开发使用相对低固体含量的CMP浆料的新型铜CMP组合物及 CMP方法，其中，与常规的CMP浆料相比，该CMP浆料提供降低了的凹 陷侵蚀和缺陷率水平、高的铜移除速率以及优异的腐蚀防护及表面抑制。此 外，需要这样的铜CMP组合物，其使得在氧化剂的存在下的CMP期间，氧 化铜在基板表面上沉积最少化。本发明提供这种经改进的CMP组合物及方 法。对于本领域技术人员而言，本发明的这些及其它优点、以及另外的发明 特征将由本文中所提供的本发明的描述而变得明晰。

发明内容