專利名稱：含鎢基材的拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含鎢基材的化學(xué)-機(jī)械拋光。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種拋光組合物，該組合物包含鐵離子、聚合物、二氧化硅、丙二酸、及水。
背景技術(shù)：
集成電路是由形成在基材上或基材內(nèi)的數(shù)百萬個有源器件構(gòu)成，該基材例如硅晶片。這種有源器件以化學(xué)方式和物理方式連接至基材且通過使用多層互連而互聯(lián)形成功能電路。典型的多層互連包含第一金屬層、層間介電層、及某些情況下的第三及后續(xù)的金屬層。諸如摻雜及非摻雜的二氧化硅(SiO2)及/或低介電常數(shù)(k)介電質(zhì)的層間介電質(zhì)，用以電性隔離不同的金屬層。形成每一層時，通常使該層平面化以使后續(xù)各層形成在該新形成的層上。
鎢正在愈來愈多地用作導(dǎo)電材料以形成集成電路器件內(nèi)的互連。一種在二氧化硅基材上制作平坦鎢電路跡線(circuit trace)的方式稱作金屬鑲嵌工藝。根據(jù)該工藝，通過常規(guī)的干式蝕刻法，使二氧化硅介電表面圖案化，以形成用于垂直及水平互連的孔及溝槽。由例如鈦或鉭的粘合促進(jìn)層及/或例如氮化鈦或氮化鉭的擴(kuò)散阻擋層涂覆該圖案化的表面。接著由鎢層外涂覆該粘合促進(jìn)層及/或該擴(kuò)散阻擋層。應(yīng)用化學(xué)-機(jī)械拋光減少該鎢外涂層的厚度，并減少任何粘合促進(jìn)層及/或擴(kuò)散阻擋層的厚度，直至獲得暴露出二氧化硅表面的高部分(elevated portion)的平坦表面。這種通孔與溝槽仍以形成電路互連的導(dǎo)電鎢填充。
通常地，用于拋光含鎢基材的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物包含可蝕刻鎢的化合物。這種可蝕刻鎢的化合物、或蝕刻劑，用以將鎢轉(zhuǎn)化為可通過機(jī)械研磨可控移除的軟的氧化膜。通過使用懸浮在液體載體中以形成拋光漿液的研磨劑結(jié)合拋光墊或結(jié)合固定到拋光墊的研磨劑進(jìn)行研磨，其中使拋光漿液位于拋光墊和基材(即，半導(dǎo)體晶片)之間，相對于基材，移動拋光墊以對軟的氧化膜進(jìn)行機(jī)械移除。然而，該蝕刻劑?？蓪㈡u金屬或其氧化物直接轉(zhuǎn)化為鎢的可溶解的形態(tài)。在拋光步驟中，移除外涂覆的鎢層以暴露出氧化層并獲得基材的平坦性。在暴露出氧化層之后及拋光過程完成之前，通過靜態(tài)蝕刻的組合及研磨劑的機(jī)械作用可使溝槽內(nèi)的鎢不期望地被侵蝕，從而導(dǎo)致出現(xiàn)凹陷及侵蝕(erosion)。凹陷可損害電路完整性并導(dǎo)致表面非平坦性，此可使在該器件之后續(xù)各層上的金屬層沉積變復(fù)雜。鎢蝕刻的抑制劑已加至化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中。舉例而言，美國專利第6,273,786號公開了一種包含鎢腐蝕抑制劑(corrosion inhibitor)的化學(xué)-機(jī)械拋光方法，該鎢腐蝕抑制劑選自磷酸鹽、多磷酸鹽、硅酸鹽及其混合物。美國專利第6,083,419號公開了一種包含鎢蝕刻抑制劑的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，該鎢蝕刻抑制劑是選自無氮-氫鍵的含氮雜環(huán)化合物、硫化物及唑烷(oxazolidine)的化合物。
然而，對防止溝槽內(nèi)的鎢侵蝕而言，這種抑制劑并非總是有效。另外，使用高含量的這種鎢蝕刻抑制劑可使含鎢基材的拋光速率降低至不能接受的低水平。侵蝕不僅是鎢蝕刻的作用而且是研磨過程的作用。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍需要可提供鎢侵蝕降低且仍保持有用的鎢移除速率的用于含鎢基材的化學(xué)-機(jī)械平坦化的組合物及方法。本發(fā)明提供這種化學(xué)-機(jī)械拋光組合物與方法。本發(fā)明的這些及其它優(yōu)勢、及其它發(fā)明特征，在本發(fā)明所提供的說明書中是顯而易見的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種含鎢基材的化學(xué)-機(jī)械拋光方法，該方法包括(i)使含鎢基材與拋光墊及化學(xué)-機(jī)械拋光組合物接觸，該組合物包含(a)鎢蝕刻劑，(b)鎢蝕刻抑制劑，其中該鎢蝕刻抑制劑以1ppm至1000ppm的量存在，及(c)水；(ii)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該拋光組合物的該拋光墊；及(iii)研磨該基材的至少一部分以拋光該基材。該鎢蝕刻抑制劑是包含至少一個重復(fù)基團(tuán)的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，該重復(fù)基團(tuán)包含至少一個含氮雜環(huán)、或者叔或季氮原子。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種拋光組合物，其包含(a)鐵離子，(b)鎢蝕刻抑制劑，其中該鎢蝕刻抑制劑以1ppm至1000ppm的量存在，(c)二氧化硅，(d)丙二酸，及(e)水，其中該鎢蝕刻抑制劑是如上述的鎢蝕刻抑制劑。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種拋光含鎢基材的方法。該方法包括(i)使含鎢基材與拋光墊及化學(xué)-機(jī)械拋光組合物接觸，該組合物包含(a)鎢蝕刻劑，(b)鎢蝕刻抑制劑，其中該鎢蝕刻抑制劑以1ppm至1000ppm的量存在，及(c)水；(ii)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該拋光組合物的該拋光墊；及(iii)研磨基材的至少一部分以拋光基材。鎢拋光抑制劑是包含至少一個重復(fù)基團(tuán)的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，該重復(fù)基團(tuán)包含至少一個含氮雜環(huán)、或者叔或季氮原子。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種拋光組合物，其包含(a)鐵離子，(b)鎢蝕刻抑制劑，其中該鎢蝕刻抑制劑如上所述，(c)二氧化硅，(d)丙二酸，及(e)水。
本發(fā)明的方法可用于拋光任何適宜的含鎢基材，例如半導(dǎo)體基材。一般而言，該創(chuàng)造性方法用以拋光基材的鎢層。舉例而言，本發(fā)明的方法可用以拋光與基材結(jié)合的至少一個鎢金屬層，該基材選自硅基材、TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)玻璃基材、GaAs基材、及其它與集成電路、薄膜、多層半導(dǎo)體、晶片等相結(jié)合的基材。
該化學(xué)機(jī)械拋光組合物包含鎢蝕刻劑。該鎢蝕刻劑可為任何適宜的蝕刻鎢的化合物或離子物質(zhì)。本文所用的術(shù)語″蝕刻鎢的化合物或離子物質(zhì)″是指通過將固態(tài)鎢金屬轉(zhuǎn)化為可溶性鎢腐蝕產(chǎn)物而腐蝕(corrode)鎢的化合物或離子物質(zhì)。蝕刻鎢的化合物或離子物質(zhì)可包含一種或多種可與鎢金屬或其氧化物反應(yīng)以生成可溶性鎢腐蝕產(chǎn)物的組分。一般而言，該腐蝕過程是氧化過程，該過程中電子自固體鎢金屬轉(zhuǎn)移至蝕刻鎢的化合物或離子物質(zhì)，以生成較固體鎢或其氧化物而言具有更高氧化態(tài)的含鎢物質(zhì)。
蝕刻鎢的化合物的實(shí)例包括(但不限于)氧化劑、含氟試劑、及有機(jī)酸(例如草酸及丙二酸)。蝕刻鎢的化合物期望地包含至少一種具適宜氧化電位的金屬離子。優(yōu)選地，蝕刻劑為鐵離子，其可由任何含鐵離子的適宜化合物提供，例如，在水中解離以生成鐵離子的化合物，例如硝酸鐵。
期望地，蝕刻劑(例如鐵離子)以0.0002M或更高的濃度(諸如，0.001M或更高、或0.005M或更高、或0.01M或更高)存在于化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中。優(yōu)選地，蝕刻劑(例如鐵離子)以0.4M或更低的濃度(例如，0.2M或更低、或0.1M或更低)存在。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物包含鎢蝕刻抑制劑。該鎢蝕刻抑制劑是抑制固體鎢金屬或其氧化物轉(zhuǎn)化至可溶性鎢化合物同時允許該組合物將鎢轉(zhuǎn)化為可通過研磨可控地移除的軟的氧化膜的化合物。本發(fā)明說明書中可用作鎢蝕刻抑制劑的化合物種類包括包含含有至少一個含氮雜環(huán)的重復(fù)基團(tuán)的聚合物、及包含含有至少一個叔或季氮原子的重復(fù)基團(tuán)的聚合物。包含至少一個含氮雜環(huán)的聚合物的優(yōu)選實(shí)例包括包含咪唑環(huán)的聚合物。包含叔或季氮原子的聚合物的優(yōu)選實(shí)例包括烷基化胺單體與非離子性單體的共聚物。
本發(fā)明所用術(shù)語″咪唑″是指具有兩個氮原子與三個碳原子的五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中氮原子位于環(huán)的1-及3-位，且碳原子位于環(huán)的2-、4-、及5-位。
鎢蝕刻抑制劑可為任何包含含氮原子雜環(huán)的聚合物。在第一實(shí)施方案中，鎢蝕刻抑制劑是包含咪唑環(huán)的聚合物。該聚合物可為僅包含含咪唑重復(fù)單元的聚合物或共聚物，或可為含一種或多種與其它重復(fù)單元結(jié)合的含咪唑重復(fù)單元的共聚物，這種其它重復(fù)單元包括(但不限于)乙烯、丙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、苯乙烯、表氯醇、及其混合物。該共聚物可為無規(guī)共聚物、交替共聚物、周期性共聚物(periodic copolymer)、嵌段共聚物(諸如，AB、ABA、ABC等)、接枝共聚物、或梳狀共聚物。
這種咪唑環(huán)可于咪唑環(huán)的1-、2-、或4-位進(jìn)行連接?，F(xiàn)有技術(shù)中已非常了解，當(dāng)該咪唑環(huán)在2-或4-位連接至該聚合物時，兩個環(huán)氮原子中的一個氮原子可帶有氫原子或另一官能基，例如，烷基或芳基。當(dāng)該咪唑環(huán)視情況在環(huán)氮原子上以烷基進(jìn)行取代時，該咪唑環(huán)可進(jìn)一步季銨化，即，經(jīng)烷基取代的環(huán)氮原子可鍵接至四個碳原子并帶正電荷。此外，這種咪唑環(huán)可在任何開放位置(open position)進(jìn)一步經(jīng)其它的官能基取代或增環(huán)(annelate)至第二環(huán)，例如在苯并咪唑中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該包含咪唑環(huán)的聚合物是衍生自1-乙烯基咪唑的聚合作用的聚合物，例如，聚(1-乙烯基咪唑)。
在第二實(shí)施方案中，鎢蝕刻抑制劑包含含有叔或季氮原子的聚合物。該聚合物可由包含叔或季氮原子的單一重復(fù)基團(tuán)組成，或可為包含一種或多種這種重復(fù)單元結(jié)合以其它重復(fù)單元的共聚物，這種其它重復(fù)單元包括(但不限于)乙烯、丙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、苯乙烯、表氯醇、2，2′-二氯乙醚、及其混合物。由包含叔或季氮原子的重復(fù)基團(tuán)組成的聚合物的期望的實(shí)例是二烯丙基二烷基胺鹽的聚合物。優(yōu)選地，鎢蝕刻抑制劑包含含有一種或多種重復(fù)基團(tuán)(其含有叔或季氮原子)與一種或多種非離子單體的共聚物。該共聚物可為無規(guī)共聚物、交替共聚物、周期性共聚物、嵌段共聚物(諸如，AB、ABA、ABC等)、接枝共聚物、或梳狀共聚物。鎢蝕刻抑制劑可為二烷基胺-表氯醇共聚物。二烷基胺-表氯醇共聚物的優(yōu)選實(shí)例是聚(二甲胺-共-表氯醇)。包含叔或季氮原子的聚合物還可為2，2′-二氯二乙醚與雙[Ω-(N，N-二烷基)烷基]脲的共聚物。包含一種或多種含叔或季氮原子的重復(fù)基團(tuán)與一種或多種非離子性單體的優(yōu)選共聚物是聚[雙(2-氯乙基)醚-交替(alt)-1，3-雙[3-(二甲氨基)丙基]脲]。
鎢蝕刻抑制劑可包含本發(fā)明的一種或多種鎢蝕刻抑制劑的聚合物共混物。在現(xiàn)有技術(shù)中，已知多種聚合物共混的方法。一種適宜的方法是共擠出兩種或多種聚合物。其它方法包括聚合物的分批混合?？墒褂萌魏芜m宜的方法生產(chǎn)作為聚合物共混物的鎢蝕刻抑制劑。
鎢蝕刻抑制劑期望地在使用點(diǎn)(point-of-use)時以1ppm或更多(諸如，5ppm或更多，或10ppm或更多、或50ppm或更多)的量存在于化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中。鎢蝕刻抑制劑期望地在使用點(diǎn)時以1000ppm或更少(諸如，800ppm或更少、或600ppm或更少、或400ppm或更少)的量存在于拋光組合物中。如本說明書中所用的術(shù)語″使用點(diǎn)″是指將拋光組合物應(yīng)用于基材表面(例如，拋光墊或基材表面自身)的點(diǎn)。
雖然不希望受限于任何特定理論，但相信，該聚合性的鎢蝕刻抑制劑是以允許鎢金屬轉(zhuǎn)化為軟的氧化膜并同時抑制鎢或其氧化物的直接溶解的方式與鎢金屬表面相互反應(yīng)，且進(jìn)一步用于減少或?qū)嵸|(zhì)上減少因鎢金屬自身的機(jī)械研磨引起的侵蝕。該聚合性的鎢蝕刻抑制劑可作為鎢金屬表面上的保護(hù)膜，其調(diào)節(jié)在化學(xué)-機(jī)械拋光基材過程中在基材上的鎢的機(jī)械侵蝕。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物視情況包含研磨劑。該研磨劑可為任何適宜的研磨劑，其中的多種研磨劑在現(xiàn)有技術(shù)中已為人所熟知。期望的研磨劑是金屬氧化物研磨劑。優(yōu)選地，該研磨劑選自氧化鋁、氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、及其混合物。更優(yōu)選地，該研磨劑是二氧化硅。二氧化硅可為任何適宜的二氧化硅的形態(tài)。有用的二氧化硅的形態(tài)包括(但不限于)熱解二氧化硅、沉淀、及縮合-聚合的二氧化硅。本發(fā)明有用的研磨劑顆粒期望地具有20納米至500納米之間的平均粒度(例如，平均顆粒直徑)。優(yōu)選地，研磨劑顆粒具有70納米至300納米之間(例如，100納米至200納米之間)的平均粒度。
當(dāng)研磨劑存在于該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中且懸浮于水中時，任何適宜的量的研磨劑可存在于拋光組合物中。通常0.1重量％或更多(例如，0.2重量％或更多、或0.3重量％或更多)的研磨劑將存在于拋光組合物中。該拋光組合物中研磨劑的量通常將為10重量％或更少，且更通常地為5重量％或更少(例如，3重量％或更少)。
研磨劑顆粒優(yōu)選是膠體穩(wěn)定的。術(shù)語″膠體″是指研磨劑顆粒在液體載體中的懸浮液。膠體穩(wěn)定性是指該懸浮液隨時間的保持性。本發(fā)明說明書中，當(dāng)將研磨劑置于100毫升量筒中并使其無攪拌靜置2小時時，若通過以量筒底部50毫升的顆粒濃度([B]，以克/毫升計)與量筒上部50毫升的顆粒濃度([T]，以克/毫升計)間的差額除以研磨劑組合物中顆粒的初始濃度([C]，以克/毫升計)所得的結(jié)果小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，則認(rèn)為研磨劑是膠體穩(wěn)定。更優(yōu)選地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且最優(yōu)選地小于或等于0.1。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物視情況包含過氧化物。過氧化物(如Hawley′sCondensed Chemical Dictionary所定義)是包含至少一個過氧基(--O--O--)的化合物或包含在最高氧化態(tài)的元素的化合物。包含至少一個過氧基的化合物包括(但不限于)過氧化氫及其加合物(例如脲過氧化氫及過碳酸鹽)、有機(jī)過氧化物(例如過氧化苯甲酰、過醋酸、過氧化二叔丁基(di-/er/-butyl peroxide))、單過硫酸鹽(SO52-)、二過硫酸鹽(S2O82-)、及過氧化鈉。優(yōu)選地，過氧化物是過氧化氫。
當(dāng)過氧化物存在于該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中時，該過氧化物可以任何適宜的量存在。該過氧化物優(yōu)選地以10重量％或更少(例如，8重量％或更少、或6重量％或更少)的量包含在該組合物中。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物的pH值期望地為9或更低(諸如，8或更低、或6或更低、或4或更低)。優(yōu)選地，該拋光組合物的pH值為1或更低。甚至更優(yōu)選地，拋光組合物的pH值為1至4。該拋光組合物視情況包含pH調(diào)節(jié)劑，例如硝酸或氫氧化鉀。該拋光組合物視情況包含pH緩沖體系，例如鄰苯二甲酸氫鉀。現(xiàn)有技術(shù)中這種pH緩沖體系已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物視情況包含穩(wěn)定劑。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，當(dāng)存在大量金屬離子而不使用穩(wěn)定劑時，過氧化氫與其它過氧化物是不穩(wěn)定的。無穩(wěn)定劑存在時，金屬離子與過氧化物可以一種使該過氧化物隨時間降解的方式發(fā)生反應(yīng)。穩(wěn)定劑還可與本發(fā)明組合物中蝕刻鎢的化合物相互反應(yīng)并降低蝕刻劑的效能。因此，穩(wěn)定劑候選物及其用量的選擇可能重要且可能影響拋光組合物的效能。
有用的穩(wěn)定劑包括(但不限于)磷酸、有機(jī)酸類(諸如，丙二酸、檸檬酸、己二酸、草酸、鄰苯二甲酸、及乙二胺四乙酸)、腈類、及其它可與金屬離子結(jié)合且降低這種金屬離子對過氧化物的反應(yīng)性的配體。應(yīng)了解，上述各酸可以鹽(例如，金屬鹽、銨鹽等)、酸、或以其部分鹽的形式存在。舉例而言，丙二酸鹽類包括丙二酸，還包括其單鹽及其二鹽類。優(yōu)選的穩(wěn)定劑選自丙二酸、檸檬酸、己二酸、草酸、及其混合物。尤其優(yōu)選的穩(wěn)定劑為丙二酸。
該穩(wěn)定劑可以任何適宜的量存在于該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物中。期望地，穩(wěn)定劑的量是基于該組合物中存在的鎢蝕刻劑的量。優(yōu)選地，穩(wěn)定劑的量為1摩爾當(dāng)量或更多(例如，2摩爾當(dāng)量或更多)。通常穩(wěn)定劑的量小于5摩爾當(dāng)量。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物視情況進(jìn)一步包括一種或多種其它添加劑。這種添加劑包括任何適宜的表面活性劑及/或流變控制劑(包括粘性增強(qiáng)劑及絮凝劑(例如，聚合流變控制劑，如氨基甲酸酯聚合物))、包含一種或多種丙烯酸類亞單元(subunit)的丙烯酸酯(例如，丙烯酸乙烯酯及丙烯酸苯乙烯酯)及其聚合物、共聚物及低聚物、及其鹽。適宜的表面活性劑包括，諸如，陰離子性表面活性劑、陽離子性表面活性劑、陰離子性聚電解質(zhì)、陽離子性聚電解質(zhì)、非離子性表面活性劑、兩性表面活性劑、氟化表面活性劑、其混合物等。
可通過任何適宜的技術(shù)生產(chǎn)該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知其中很多技術(shù)。例如，可在拋光組合物應(yīng)用在含鎢基材之前將鎢蝕刻劑與鎢蝕刻抑制劑在水中組合，或可在基材拋光之前或拋光過程中將二者分別應(yīng)用于拋光墊或應(yīng)用于基材。通常，可通過以任何次序組合各成分來制備拋光組合物的組分。此處所用的術(shù)語″組分″包括單獨(dú)的成分(例如，酸、堿等)，以及任何成分的組合(諸如，酸、堿、表面活性劑等)。
舉例而言，該鎢蝕刻劑與該鎢蝕刻抑制劑可以預(yù)定的濃度在水中組合并進(jìn)行混合直至這些組分完全溶解。接著可加入研磨劑(若使用)的濃分散液，并稀釋該混合物以提供研磨劑在最終拋光組合物中的所要濃度。視情況地，可在拋光組合物制備中的任何時間(例如，在加入鎢蝕刻劑與鎢蝕刻抑制劑之前或之后，及加入研磨劑之前或之后(若需要研磨劑))在拋光組合物中加入過氧化物、穩(wěn)定劑、及其它添加劑，并將其以能夠?qū)⑦@些添加劑加入拋光組合物中的任何方法混合。使用前可過濾該混合物(若需要)以去除大顆粒污染物，例如灰塵或包裝材料。
該拋光組合物可在使用之前由一種或多種組分(如過氧化物)制備，在使用之前(諸如，使用前1分鐘內(nèi)、或使用前5分鐘內(nèi)、或使用前1小時內(nèi)、或使用前24小時內(nèi)、或使用前7天內(nèi))加至該拋光組合物。舉例而言，在鎢蝕刻劑存在條件下或在過氧化物存在條件下鎢蝕刻抑制劑可能分解。在此情況下，鎢蝕刻抑制劑可在使用之前(諸如，使用前1分鐘內(nèi)、或使用前5分鐘內(nèi)、或使用前1小時內(nèi)、或使用前24小時內(nèi)、或使用前7天內(nèi))直接加至該拋光組合物。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物可以作為包含鎢蝕刻劑及鎢蝕刻抑制劑的一元配方系統(tǒng)(one package system)給料。例如研磨劑及/或過氧化物的可選組分可置于第二或第三容器內(nèi)。此外，第一或第二容器內(nèi)的組分可為干的形式而相應(yīng)的容器內(nèi)的組分可為水性分散液的形式。若過氧化物為固體，則其可以干的形式或作為水性混合物給料。過氧化物可與拋光組合物的其它組分分開給料。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解拋光組合物組分的其它兩個容器、或三個或更多容器的組合。
該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物優(yōu)選地包含0.4M或更少的硝酸鐵或鐵離子、1000ppm或更低的聚合物(該聚合物選自聚乙烯基咪唑、二甲胺-表氯醇共聚物、及聚[雙(2-氯乙基)醚-交替-1，3-雙[3-(二甲氨基)丙基]脲]、過氧化氫、二氧化硅、及水，其中pH值為1至6。更優(yōu)選地，該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物包含0.2mM至0.4M的鐵離子、1ppm至1000ppm的聚合物(該聚合物選自聚乙烯基咪唑、二甲胺-表氯醇共聚物、及聚[雙(2-氯乙基)醚-交替-1，3-雙[3-(二甲氨基)丙基]脲]、0.2重量％至3重量％的二氧化硅、0.1重量％至10重量％的過氧化氫、及水。特定組分的濃度的描述參見使用點(diǎn)的濃度。
在該含鎢基材(例如，半導(dǎo)體晶片)的化學(xué)-機(jī)械拋光方法中，通常在拋光組合物存在條件下，在受控的化學(xué)、壓力、速度及溫度的條件下將基材壓在拋光墊上。基材與拋光墊的相對運(yùn)動可為圓形、橢圓形或線形。通常，基材與拋光墊的相對運(yùn)動為圓形。
本發(fā)明的方法可使用任何適宜的拋光墊。適宜的拋光墊包括，例如，編織與非編織拋光墊。此外，適宜的拋光墊可包括任何適宜的聚合物，這種聚合物具有變化的密度、硬度、厚度、可壓縮性、對壓縮的反彈能力、及抗壓模量。舉例而言，適宜的聚合物包括聚氯乙烯、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、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成(coformed)的產(chǎn)物、及其混合物。
本發(fā)明還提供包含鐵離子、鎢蝕刻抑制劑、二氧化硅、丙二酸、及水的拋光組合物，其中該鎢蝕刻抑制劑是包含至少一個重復(fù)基團(tuán)的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，該重復(fù)基團(tuán)包含至少一個含氮雜環(huán)、或者叔或季氮原子，其中該鎢蝕刻抑制劑在使用點(diǎn)時以1ppm至1000ppm的量存在。該拋光組合物的其它特征(諸如，鐵離子的量、二氧化硅的量、丙二酸的量、pH值、及其它適宜的添加劑)與前述已闡明在本發(fā)明的方法中有用的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物相同。
該拋光組合物可用以拋光任何適宜的基材，例如，該拋光過程包括(a)使基材與化學(xué)-機(jī)械拋光組合物及拋光墊相接觸，(b)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物的該拋光墊，及(c)研磨該基材的至少一部分以拋光基材。該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物在前述本發(fā)明的方法中尤其有用。
以下實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明，但是，當(dāng)然不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1本實(shí)施例對于當(dāng)本發(fā)明方法中有用的拋光組合物、包含咪唑的組合物、及對照組合物暴露于含鎢基材時的靜態(tài)蝕刻速率進(jìn)行了比較。
使相似的平坦鎢晶片暴露于六種不同的組合物(組合物1A、1B、1C、1D、1E、及1F)。每一組合物均包含0.5重量％的二氧化硅、0.4143重量％的10重量％的硝酸鐵水溶液(即，0.0017M的硝酸鐵)、及320ppm的丙二酸水溶液，且pH值為2.3。組合物1A(對照)不包含任何其它組分。組合物1B、1C、及1D(比較)分別還包含100ppm、500ppm及1000ppm的咪唑。比較而言，組合物1E與1F(發(fā)明)分別包含100ppm與125ppm的聚乙烯基咪唑。
將該平面鎢晶片在43.3℃下在各組合物中浸漬5分鐘，且通過量測晶片厚度的改變并將該厚度改變量除以5來測定各組合物的鎢靜態(tài)蝕刻速率(以埃/分鐘計)。結(jié)果概括在表1中。
表1鎢蝕刻速率

自表1中所列的數(shù)據(jù)顯而易見，分別包含100ppm與125ppm的聚乙烯基咪唑的組合物1E與1F，相對于對照組合物(即，組合物1A)分別顯示出靜態(tài)蝕刻速率的37％與46％的減少。分別包含100ppm、500ppm及1000ppm的咪唑的組合物1B、1C、及1D，相對于對照組合物(即，組合物1A)分別顯示出靜態(tài)蝕刻速率的25％、21％與22％的減少。這種結(jié)果說明根據(jù)本發(fā)明的包含鎢蝕刻抑制劑的拋光組合物與包含咪唑的組合物及對照組合物相比較顯示出顯著較少的靜態(tài)蝕刻。
實(shí)施例2本實(shí)施例證明根據(jù)本發(fā)明由在拋光組合物中加入鎢蝕刻抑制劑所產(chǎn)生的對圖案化含鎢晶片的侵蝕效果。
將覆蓋在以Ti/TiN阻擋層涂覆的圖案化二氧化硅之上的類似含鎢基材用作試驗(yàn)基材。圖案內(nèi)的溝槽寬度為2微米，溝槽間的二氧化硅的寬度為2微米，且圖案密度為50％。使用市售拋光工具拋光帶有這種組合物的這種基材。拋光參數(shù)如下21.5kPa(3.125psi)的拋光副載體(sub-carrier)壓力、21.5kPa(3.125psi)的背壓、100rpm的工作臺轉(zhuǎn)速、55rpm的載體速度、19.0kPa(2.77psi)的環(huán)壓、150ml/min的拋光組合物給料速率、及使用IC 1000K-grooved/Suba IV拋光墊的外部(ex-situ)墊調(diào)節(jié)。
將6種不同的組合物用于化學(xué)-機(jī)械拋光基材(組合物2A、2B、2C、2D、2E及2F)。每一種組合物均包含0.5重量％的二氧化硅、0.4143重量％的10重量％的硝酸鐵水溶液(即，0.0017M的硝酸鐵)、及320ppm的丙二酸水溶液，且pH值為2.3。組合物2A(對照)不包含任何其它組分。組合物2B(對照)還包含100ppm的咪唑。組合物2C(發(fā)明)還包含100ppm的聚(1-乙烯基咪唑)。組合物2D(發(fā)明)另外包含70ppm的聚(二甲胺-共-表氯醇)。組合物2E(發(fā)明)另外包含100ppm的聚[雙(2-氯乙基)醚-交替-1，3-雙[3-(二甲氨基)丙基]脲]。組合物2F(發(fā)明)另外包含100ppm的聚氯化(二烯丙基二甲基銨)。
以在終點(diǎn)附加20％過度拋光的方式拋光基材。通過圖案內(nèi)的氧化物高度與圖案外的氧化物高度的差(使用平行于基材表面的平面為參照)測定侵蝕。結(jié)果概括在表2中。
表2侵蝕量

自表2中所列的數(shù)據(jù)顯而易見，與對照組合物(即，組合物2A)相比較，組合物2B(比較)呈現(xiàn)出接近36％的侵蝕增長。組合物2C(發(fā)明)呈現(xiàn)出基本上無侵蝕。與對照組合物(即，組合物2A)相比較，組合物2D、2E及2F(發(fā)明)分別呈現(xiàn)出接近87％、67％、及82％的侵蝕降低。這些結(jié)果說明通過使用本發(fā)明的拋光組合物可實(shí)質(zhì)上減少含鎢層的侵蝕。
權(quán)利要求
1.一種對含鎢基材進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械拋光的方法，該方法包括(a)使基材與拋光墊及化學(xué)-機(jī)械拋光組合物相接觸，該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物包含(i)鎢蝕刻劑，(ii)鎢蝕刻抑制劑，其中該鎢蝕刻抑制劑為包含至少一個重復(fù)基團(tuán)的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，該重復(fù)基團(tuán)包含至少一個含氮雜環(huán)、或者叔或季氮原子，其中該鎢蝕刻抑制劑以1ppm至1000ppm的量存在，及(iii)水，(b)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該拋光組合物的該拋光墊，及(c)研磨該基材的至少一部分以拋光該基材。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該鎢蝕刻劑是鐵離子。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中硝酸鐵是該鐵離子的來源。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中鐵離子以0.0002M至0.4M的濃度存在。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中該鎢蝕刻抑制劑是聚乙烯基咪唑。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中該鎢蝕刻抑制劑是聚(1-乙烯基咪唑)。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中該鎢蝕刻抑制劑是二烷基胺-表氯醇共聚物。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中該鎢蝕刻抑制劑是2，2′-二氯二乙醚與雙[Ω-(N，N-二烷基)烷基]脲的共聚物。
9.如權(quán)利要求1之的方法，其中該拋光組合物進(jìn)一步包含選自氧化鋁、氧化鈰、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、及其混合物的金屬氧化物研磨劑。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是二氧化硅。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中該拋光組合物進(jìn)一步包含過氧化物。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中該過氧化物是過氧化氫。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中過氧化氫以0.1重量％至10重量％的量存在于該拋光組合物中。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中該拋光組合物的pH值為1至9。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中該拋光組合物的pH值為1至6。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中該拋光組合物的pH值為1至4。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中該拋光組合物進(jìn)一步包含穩(wěn)定劑。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中該穩(wěn)定劑包含有機(jī)酸。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中該有機(jī)酸選自丙二酸、檸檬酸、己二酸、草酸、及其混合物。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中該化學(xué)-機(jī)械拋光組合物包含(a)0.0002M至0.4M的硝酸鐵，(b)1ppm至1000ppm的聚合物，該聚合物選自聚乙烯基咪唑、二甲胺-表氯醇共聚物、及聚[雙(2-氯乙基)醚-交替-1，3-雙[3-(二甲氨基)丙基]脲]，(c)過氧化氫，(d)二氧化硅，及(e)水，其中pH值為1至6。
21.一種化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其包含(a)鐵離子，(b)鎢蝕刻抑制劑，其中該鎢蝕刻抑制劑為包含至少一個重復(fù)基團(tuán)的聚合物、共聚物、或聚合物共混物，該重復(fù)基團(tuán)包含至少一個含氮雜環(huán)、或者叔或季氮原子，其中，該鎢蝕刻抑制劑以1ppm至1000ppm的量存在，(c)二氧化硅，(d)丙二酸，及(e)水。
22.如權(quán)利要求21的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其中該鎢蝕刻抑制劑是聚乙烯基咪唑。
23.如權(quán)利要求22的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其中該鎢蝕刻抑制劑是聚(1-乙烯基咪唑)。
24.如權(quán)利要求21的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其中該鎢蝕刻抑制劑是二烷基胺-表氯醇共聚物。
25.如權(quán)利要求24的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其中該鎢蝕刻抑制劑是2，2′-二氯二乙醚與雙[(-(N，N-二烷基)烷基]脲的共聚物。
26.如請求項權(quán)利要求21的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其中該拋光組合物進(jìn)一步包含過氧化物。
27.如權(quán)利要求26的化學(xué)-機(jī)械拋光組合物，其中該過氧化物是過氧化氫。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過使用包含鎢蝕刻劑、鎢蝕刻抑制劑及水的組合物來化學(xué)－機(jī)械拋光含鎢基材的方法，其中該鎢拋光抑制劑為包含至少一個重復(fù)基團(tuán)的聚合物、共聚物或聚合物共混物，該重復(fù)基團(tuán)包含至少一個含氮雜環(huán)、或者叔或季氮原子。本發(fā)明進(jìn)一步提供在含鎢基材的拋光中尤其有用的化學(xué)－機(jī)械拋光組合物。
文檔編號C23F3/06GK1969024SQ200580019842
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月16日
發(fā)明者羅伯特·瓦卡西, 丹?！たǘ骷{, 亞歷山大·辛普森 申請人:卡伯特微電子公司