專利名稱：從襯底去除本體材料層的方法以及適于該方法的化學(xué)機(jī)械拋光劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從襯底去除本體材料(bulk material)層的新穎方法以及一種適于該方法的化學(xué)機(jī)械拋光劑。引用文獻(xiàn)本申請所引用的文獻(xiàn)均以引用方式全文并入。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)由結(jié)構(gòu)化的半導(dǎo)電、非導(dǎo)電及導(dǎo)電薄層構(gòu)成。這些圖案化的層通常通過例如氣相沉積施加層材料并通過微光刻法使其圖案化而制備。借助各種半導(dǎo)電、非導(dǎo)電及導(dǎo)電層狀材料的組合，可制造電子電路元件如晶體管、電容器、電阻器和布線。IC的質(zhì)量及其功能尤其取決于各層材料可施加并圖案化的精度。然而，隨著層數(shù)的增加，這些層的平面度顯著降低。這導(dǎo)致IC的一個或多個功能元件失效，且因此在達(dá)到特定層數(shù)后導(dǎo)致整個IC失效。所述層平面度的降低是由在已圖案化的層上構(gòu)建新層所造成的。通過圖案化，產(chǎn)生每層可達(dá)O. 6 μ m的高度差。這些高度差逐層累積并導(dǎo)致隨后的下一層無法再施加至平坦表面上，而是僅可施加至不平整表面上。第一個結(jié)果為隨后施加的層具有不規(guī)整的厚度。在極端情況下，會導(dǎo)致電子功能元件中產(chǎn)生瑕疵、缺陷以及缺乏電接觸。此外，不平整表面會導(dǎo)致圖案化出現(xiàn)問題。為了能產(chǎn)生足夠小的圖案，在微光刻工藝步驟中必需具有極高銳度的聚焦深度。然而，這些圖案僅可在平坦表面上以高銳度成像。定位偏離平面度越多，則成像越模糊。為了解決該問題，實(shí)施所謂的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。CMP通過去除層的突出結(jié)構(gòu)(feature)直至獲得平坦層而使圖案化表面達(dá)到全局平面化?；谠撛?，可在不呈現(xiàn)出高度差的平坦表面上進(jìn)行后續(xù)構(gòu)建，且IC元件的圖案化精度和功能得以保持。全局平面化的典型實(shí)例為電介質(zhì)CMP、磷化鎳CMP和硅或聚硅CMP。除了克服光刻難題的全局平面化之外，還存在CMP的兩種其他重要應(yīng)用。一種應(yīng)用為制造微結(jié)構(gòu)體。該應(yīng)用的典型實(shí)例為銅CMP、阻擋CMP或淺溝槽隔離(STI)CMP，尤其是下文所述的大馬士革法(Damascene)CMP。另一應(yīng)用為缺陷修正或消除，例如藍(lán)寶石CMP。CMP工藝步驟借助特種拋光器、拋光墊和拋光劑實(shí)施，拋光劑在本領(lǐng)域中也稱為拋光漿或CMP漿。CMP漿為一種組合物，其與拋光墊的組合能去除待拋光的材料。如果待拋光的晶片具有半導(dǎo)體層，則對工藝步驟具有精度要求且因此對CMP漿所設(shè)定的要求尤為嚴(yán)格。
使用一系列參數(shù)評估CMP漿的效率并表征其活性。材料去除速率(MRR，即待拋光材料的去除速率)、選擇性(即待拋光材料的去除速率與所存在的其他材料的去除速率之比)、晶片中的去除均勻度(WIWNU ;晶片內(nèi)不均勻度)和晶片之間的去除均勻度(WTWNU ;晶片間不均勻度)以及單位面積的缺陷數(shù)量均歸類于這些參數(shù)。
銅大馬士革法在IC制造中日益增多(例如參見歐洲專利申請EP1306415A2第2頁第
段)。為了產(chǎn)生銅電路，必需在該方法中借助CMP漿化學(xué)機(jī)械去除銅層，該方法在本領(lǐng)域中也稱為“銅CMP法”。完成的銅電路包埋于電介質(zhì)中。通常在銅與電介質(zhì)之間安置有通常由鉭或氮化鉭構(gòu)成的阻擋層以防止銅擴(kuò)散進(jìn)介電層中。一般而言，銅大馬士革法要求CMP試劑提供良好的平面化效果(即高M(jìn)RR與低靜態(tài)蝕刻速率SER的組合)。所需的MRR/SER之比通常為約40或更高。此外，銅CMP試劑的選擇性必須極高，即銅的MRR必須遠(yuǎn)高于阻擋層的MRR。選擇性通常必須大于100:1，例如約 100:1 至約 400:1。即使獲得該綜合性能，在銅CMP期間也會出現(xiàn)其他問題。這些問題是由如下事實(shí)造成的CMP工藝結(jié)束時(shí)的條件和要求不同于開始時(shí)的條件和要求。因此，銅本體在CMP期間被迅速去除。在該工藝期間，CMP試劑的溫度升高，且在該工藝結(jié)束時(shí)比開始時(shí)高約10-20° C。此外，當(dāng)使用過氧化氫作為氧化劑時(shí)，其分解因銅濃度增大而加速。另一方面，經(jīng)拋光的表面上的突起幾乎消失?？傊?，這使得CMP漿比開始時(shí)更具侵蝕性。與此相反，在CMP工藝的最后階段需要低得多的MRR以避免形成蝶形缺陷和/或侵蝕(尤其是在所謂的“過度拋光”期間)且因此導(dǎo)致晶片表面平面度和均勻度損失。通常需要過度拋光以從經(jīng)拋光的表面去除銅殘余物。當(dāng)銅與阻擋MRR不同且因此去除過多銅而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中的銅表面相對于微電子器件晶片的阻擋和/或介電表面凹陷時(shí)，形成蝶形缺陷。當(dāng)去除過多的介電材料時(shí)，會出現(xiàn)氧化物侵蝕。為了改善或完全避免這些問題，已開發(fā)出所謂的“軟著墊(soft landing) ”或“著墊(touchdown) ” 技術(shù)。因此，溫度軟著墊技術(shù)涉及冷卻CMP試劑和/或墊。然而，這需要附加設(shè)備，這提高了制造工藝的總成本。化學(xué)軟著墊技術(shù)涉及使用兩種CMP試劑在CMP工藝開始時(shí)使用侵蝕性的CMP試劑且在CMP工藝結(jié)束時(shí)使用侵蝕性較小的CMP試劑。第二種，即侵蝕性較小的CMP試劑可通過稀釋第一種CMP試劑(參見美國專利US7, 161，603B2)或通過添加輔助添加劑(參見美國專利申請US2008/0254628A1)獲得。然而，該技術(shù)需要特別仔細(xì)地監(jiān)測CMP工藝以檢測施用第二種CMP試劑的合適時(shí)間。機(jī)械軟著墊技術(shù)涉及降低拋光墊的下壓力和/或旋轉(zhuǎn)速率。借助該技術(shù)可減少類似于形成蝶形和微刮擦的問題并提高銅/阻擋層選擇性。然而，由于降低初始下壓力的要求日益嚴(yán)苛，以致于不存在實(shí)現(xiàn)機(jī)械軟著墊的下壓力調(diào)節(jié)余地。此外，由于銅CMP試劑具有高化學(xué)活性，Prestonian響應(yīng)將變得越來越小。此外，升級拋光器以處理小于
3.448kPa 0. 5psi)的下壓力的成本極高。因此，目前極其需要可避免與現(xiàn)有技術(shù)軟著墊技術(shù)有關(guān)的所有缺點(diǎn)的CMP試劑和CMP方法。美國專利申請US2009/0013609A1公開了一種CMP試劑，其含有膠態(tài)的交聯(lián)熱敏混雜粒子，其由N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯制備。含有聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的混雜粒子公知為具有下臨界溶解溫度LCST (即在低于該溫度下，PNIPAM可溶于水中的臨界溫度，其為32° C)的熱敏聚合物。因、此，當(dāng)所述混雜粒子的溫度達(dá)到LCST時(shí)，發(fā)生體積相變，這導(dǎo)致溶劑化狀態(tài)的突變。這意味著混雜粒子的體積由于PNIPAM聚合物鏈的線團(tuán)-球體轉(zhuǎn)變而驟降。然而，該相變還伴隨著軟硬相變。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員預(yù)期這類混雜粒子在CMP法結(jié)束時(shí)變得更硬并使銅的去除增大，此外還導(dǎo)致刮擦、蝶形缺陷和侵蝕的增多。未公開軟著墊行為。 美國專利申請US2006/0148667A1公開了一種CMP試劑，其包含具有聚合物鏈的水溶性聚合物，所述聚合物鏈衍生自N-單取代和N，N-雙取代的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺及其α -取代產(chǎn)物如N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、Ν_羥甲基丙烯酰胺、N-乙?；０坊騈- 二丙酮丙烯酰胺以及其他任選的單體如丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、乙烯醇、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡唆、乙酸乙烯酯、馬來酸、富馬酸、衣康酸和對苯乙烯甲酸。必須不選擇過高的水溶性聚合物添加量或者CMP試劑可膠凝從而可降低其流動性。CMP試劑主要用于拋光二氧化硅膜，然而，也可用其拋光其他材料。未公開軟著墊行為。2009年3月6號提交的BASF SE在先申請檔案號PF62096EP描述了一種銅CMP試齊U，其含有通過HPPS動態(tài)光散射測得的平均粒度d5(l為76nm的聚合物粒子作為研磨劑，其可通過如下步驟制備-在氮?dú)庀聦?500g去離子水和4.5g十六烷基三甲基溴化銨裝入反應(yīng)燒瓶中，-將所述燒瓶的內(nèi)容物加熱至70°C，-在該溫度下，在該反應(yīng)燒瓶中裝入O.68g 2，2’ -偶氮(2_脒基丙烷)二鹽酸鹽，-同時(shí)開始供入由630g去離子水、391.5g苯乙烯、60g甲基丙烯酰胺于水中的15%溶液、4. 5g 二乙烯基苯和2. 48g十六烷基三甲基溴化銨組成的單體進(jìn)料并連續(xù)供料I. 5小時(shí)，-同時(shí)開始供入含有170g去離子水和2.3g2，2’-偶氮(2_脒基丙烷)二鹽酸鹽的引發(fā)劑進(jìn)料并將其連續(xù)供入所述反應(yīng)燒瓶中達(dá)2. 5小時(shí)，-在開始第一單體進(jìn)料I.5小時(shí)后，開始供入由255g去離子水、13. 5g 2_ 二甲氨基乙基甲基丙稀酸酷、O. 9g十TK燒基二甲基漠化按和31. 5g苯乙稀組成的第_■單體進(jìn)料并在30分鐘內(nèi)連續(xù)將其供入反應(yīng)燒瓶中，-將所得反應(yīng)混合物在70°C下后聚合2小時(shí)，然后將其冷卻至室溫，-由此獲得固含量為15重量％的固體聚合物粒子的分散體。所述CMP漿顯示出在50° C下MRR為478. 2nm/分鐘，SER為19. 7nm/分鐘。未描述軟著墊行為。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提出一種通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的新穎方法，所述方法不再表現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)。特別地，所述新穎方法應(yīng)允許CMP方法在過度拋光階段軟著墊，同時(shí)顯著減少襯底暴露表面(包括包埋于所述表面中的金屬圖案)的刮擦、蝶形缺陷和侵蝕。尤其應(yīng)在淺溝槽隔離(STI)法和銅大馬士革法中獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)在不使用昂貴的附加和/或改良設(shè)備和/或不在一個CMP工藝中使用至少兩種CMP試劑的情況下獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明的目的是提供一種可用于通過CMP從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的方法中的新穎含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(CMP試劑)，所述新穎CMP試劑應(yīng)不再表現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)CMP試劑的缺點(diǎn)。特別地，所述新穎CMP試劑應(yīng)允許CMP方法在過度拋光階段軟著墊，同時(shí)顯著減少襯底暴露表面(包括包埋于所述表面中的金屬圖案)的刮擦、蝶形缺陷和侵蝕。尤其應(yīng)在淺溝槽隔離(STI)法和銅大馬士革法中獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)在不使用昂貴的附加和/或改良設(shè)備和/或不在一個CMP工藝中使用至少兩種CMP試劑的情況下獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明的目的 是提供所述新穎CMP方法和新穎CMP試劑在制造電和光學(xué)器件中的新穎用途。發(fā)明簡述因此，已發(fā)現(xiàn)一種通過化學(xué)機(jī)械拋光從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的新穎方法，所述方法包括如下步驟(I)提供含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)，其在未添加輔助材料的情況下在化學(xué)機(jī)械拋光結(jié)束時(shí)呈現(xiàn)-與其開始時(shí)相同或基本相同的靜態(tài)蝕刻速率SER和比其開始時(shí)更低的材料去除速率MRR，-在結(jié)束時(shí)比開始時(shí)更低的SER以及相同或基本相同的MRR，或-比其開始時(shí)更低的靜態(tài)蝕刻速率SER和更低的材料去除速率MRR；(2)使所述本體材料層的表面與所述含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)接觸；(3)使用所述含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)化學(xué)機(jī)械拋光所述本體材料層，同時(shí)-其初始SER保持相同或基本相同且其初始MRR降低，-其初始SER降低且其初始MRR保持相同或基本相同，或-其初始SER及其初始MRR均降低，直至去除本體金屬層且暴露出襯底表面；和(4)繼續(xù)使用化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，在所述方法的該階段所述化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)具有-與初始SER相同或基本相同的SER和低于初始MRR的MRR，-低于初始SER的SER以及與初始MRR相同或基本相同的MRR，-低于初始SER和初始MRR的SER和MRR，直至所有材料殘余物均從所述暴露表面去除。在下文中，將通過化學(xué)機(jī)械拋光從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的該新穎方法稱為“本發(fā)明方法”。此外，已發(fā)現(xiàn)一種新穎含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)，其包含(al)至少一種選自如下組的組分(al):至少一種選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和乙烯基芳族化合物的單體(alll)與至少一種選自丙烯酸和甲基丙烯酸的N，N-二烷基氨基烷基酯的單體(all2)的交聯(lián)和非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀共聚物(all);以及包含共聚的氧化乙烯結(jié)構(gòu)部分(al21)與至少一種具有至少3個碳原子的氧化烯結(jié)構(gòu)部分(al22)的至少一個鏈或由該鏈構(gòu)成的交聯(lián)和非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀聚醚(al2)，其中所述鏈具有選自統(tǒng)計(jì)、交替和嵌段形式分布的分布；和(a2)至少一種其他組分；
其中 排除具有通過HPPS動態(tài)光散射測得為76nm的平均粒度d5(l且通過如下步驟制備的聚合物-在氮?dú)庀聦?500g去離子水和4.5g十六烷基三甲基溴化銨裝入反應(yīng)燒瓶中，-將所述燒瓶的內(nèi)容物加熱至70°C，-在該溫度下，在該反應(yīng)燒瓶中裝入O.68g 2，2’ -偶氮(2_脒基丙烷)二鹽酸鹽，-同時(shí)開始供入由630g去離子水、391.5g苯乙烯、60g甲基丙烯酰胺于水中的15%溶液、4. 5g 二乙烯基苯和2. 48g十六烷基三甲基溴化銨組成的單體進(jìn)料并連續(xù)供料I. 5小時(shí)，-同時(shí)開始供入含有170g去離子水和2.3g2，2’-偶氮(2_脒基丙烷)二鹽酸鹽的引發(fā)劑進(jìn)料并將其連續(xù)供入反應(yīng)燒瓶中達(dá)2. 5小時(shí)，-在開始第一單體進(jìn)料I.5小時(shí)后，開始供入由255g去離子水、13. 5g 2_ 二甲氨基乙基甲基丙稀酸酷、O. 9g十TK燒基二甲基漠化按和31. 5g苯乙稀組成的第_■單體進(jìn)料并在30分鐘內(nèi)連續(xù)將其供入反應(yīng)燒瓶中，-將所得反應(yīng)混合物在70°C下后聚合2小時(shí)，然后將其冷卻至室溫，-由此獲得固含量為15重量％的固體聚合物粒子的分散體。在下文中，將所述新穎含水化學(xué)機(jī)械拋光劑稱為“本發(fā)明CMP試劑”。最后但并非最不重要的，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法和CMP試劑在制造電和光學(xué)器件中的新穎用途。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)鑒于上文所討論的現(xiàn)有技術(shù)，令本領(lǐng)域技術(shù)人員驚訝且無法預(yù)料的是，本發(fā)明的潛在目的可通過本發(fā)明方法、CMP試劑和用途實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明方法不再呈現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)CMP方法的缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明方法允許在過度拋光階段軟著墊，同時(shí)顯著減少襯底暴露表面(包括包埋于所述表面中的金屬圖案)的刮擦、蝶形缺陷和侵蝕。尤其在淺溝槽隔離(STI)法和銅大馬士革法中獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，在不使用昂貴的附加和/或改良設(shè)備和/或不在一個CMP工藝中使用至少兩種CMP試劑的情況下獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明CMP試劑不再呈現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)CMP試劑的缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明CMP試劑非常適合用于通過CMP從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的方法中。特別地，所述新穎CMP試劑允許在過度拋光階段CMP方法的軟著墊，同時(shí)顯著減少襯底暴露表面(包括包埋于所述表面中的金屬圖案)的刮擦、蝶形缺陷和侵蝕。尤其在淺溝槽隔離(STI)法和銅大馬士革法中獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，在不使用昂貴的附加和/或改良設(shè)備和/或不在一個CMP工藝中使用至少兩種CMP試劑的情況下獲得這些優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明用途、CMP方法和CMP試劑全都特別適于制造電器件，尤其是半導(dǎo)體集成電路(IC);液晶面板；有機(jī)電致發(fā)光面板；印刷電路板；微型機(jī)械；DNA芯片和微型裝置；優(yōu)選具有LSI (大規(guī)模集成電路)或VLSI (超大規(guī)模集成電路)的IC;以及光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡；無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO);光學(xué)集成電路；光開關(guān)元件；光波導(dǎo)；光學(xué)單晶如光纖和閃爍體的端面；固體激光單晶；用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底；半導(dǎo)體單晶以及用于磁盤的玻璃襯底和磁頭。
發(fā)明詳述 在最寬方面中，本發(fā)明涉及一種通過完全根據(jù)本發(fā)明方法的化學(xué)機(jī)械拋光(下文稱為“CMP”)從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的方法。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“本體材料層”表示基本上完全或完全覆蓋襯底表面(包括該襯底的幾乎所有或所有結(jié)構(gòu)體，如凹陷、凹槽和突起)的金屬層。本體材料層的厚度可在寬范圍內(nèi)變化且主要取決于襯底結(jié)構(gòu)體的尺寸以及待借助本發(fā)明方法制備的電和光學(xué)器件。所述厚度優(yōu)選為IOnm至I μ m。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“本體材料”包括在IC制造中常用的所有材料。本體材料優(yōu)選選自介電材料，更優(yōu)選選自下文所述的介電材料，以及導(dǎo)電材料，更優(yōu)選選自半導(dǎo)體和金屬，最優(yōu)選選自金屬。最優(yōu)選使用金屬作為本體材料。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“金屬”也包括金屬合金。優(yōu)選對如下半反應(yīng)而言，所述金屬的標(biāo)準(zhǔn)還原電位E°>-0. IV，優(yōu)選>0V，最優(yōu)選>0. IV，尤其是>0. 2V M Mn++ n e-,其中 η=ι-4 的整數(shù)且 e_=電子。這些標(biāo)準(zhǔn)還原電位Ε°>_0· I的實(shí)例列于CRC Handbook of Chemistry andPhysics,第 79 版，1998-1999,CRC Press LLC,Electrochemical Series, 8-21 至 8-31 中。所述金屬優(yōu)選選自Ag、Au、Bi、Cu、Ge、Ir、Os、Pd、Pt、Re、Rh、Ru、Tl 和 W,最優(yōu)選選自Ag、Au、Cu、Ir、Os、Pd、Pt、Re、Rh、Ru和W。特別地，所述金屬為銅。所述襯底可為常用于制造如下的任意襯底電器件，尤其是半導(dǎo)體集成電路(IC);液晶面板；有機(jī)電致發(fā)光面板；印刷電路板；微型機(jī)械；DNA芯片和微型裝置；優(yōu)選具有LSI (大規(guī)模集成電路)或VLSI (超大規(guī)模集成電路)的IC;以及用于制造光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡；無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO);光學(xué)集成電路；光開關(guān)元件；光波導(dǎo)；光學(xué)單晶如光纖和閃爍體的端面；固體激光單晶；用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底；半導(dǎo)體單晶以及用于磁盤的玻璃襯底和磁頭。優(yōu)選使用半導(dǎo)體晶片，尤其是硅晶片作為襯底。所述半導(dǎo)體晶片襯底可為不具有結(jié)構(gòu)體的平面狀，或者其可具有結(jié)構(gòu)體如突起或者凹槽或凹陷。優(yōu)選半導(dǎo)體晶片襯底為不具有這類結(jié)構(gòu)體的平面狀。優(yōu)選地，在本發(fā)明方法期間暴露的襯底表面含有包埋的金屬圖案。尤其優(yōu)選所述金屬圖案含有上述金屬或由上述金屬構(gòu)成。更優(yōu)選這些金屬圖案包埋于含有低k或超低k介電材料或者由低k或超低k介電材料構(gòu)成的非導(dǎo)電層或絕緣層中，所述非導(dǎo)電層具有與金屬圖案互補(bǔ)的圖案。該包埋有金屬圖案的非導(dǎo)電層或絕緣層可直接位于半導(dǎo)體晶片襯底上，即其為IC的第一層。所述層也可位于在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的至少一層之上。這類下層在其上表面上可含有常規(guī)且已知的蝕刻終止層。該下層優(yōu)選使用本發(fā)明方法，且最優(yōu)選在所述方法中使用本發(fā)明CMP試劑產(chǎn)生。合適的低k或超低k材料以及合適的制備絕緣介電層的方法例如描述于美國專利申請 US2005/0176259A1 第 2 頁第
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段、US2005/0014667A1 第 I 頁第
段、US2005/0266683A1 第 I 頁第
段和第 2 頁第
段、US2008/0280452A1第
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段、美國專利US7, 250，391B2第I欄第49-54行或歐洲專利申請EP1306415A2 第 4 頁第
段中。
當(dāng)使用銅作為所述金屬時(shí)，阻擋層通常位于銅與低k或超低k介電材料之間以防止銅擴(kuò)散進(jìn)所述材料中。合適阻擋層的實(shí)例由歐洲專利申請EP1306415A2第4頁第
段已知。
金屬圖案和互補(bǔ)介電圖案的尺寸可在極寬范圍內(nèi)變化且取決于借助本發(fā)明方法制備的電器件和光學(xué)器件。因此，例如，用于制造具有LSI (大規(guī)模集成電路)或VLSI (超大規(guī)模集成電路)的集成電路(IC)的這類圖案的尺寸〈lOOnm，優(yōu)選<50nm。在本發(fā)明方法的第一工藝步驟中，提供一種含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)(下文稱為“CMP 試劑(A) ”)。在本發(fā)明方法中，所述CMP試劑(A)在未添加輔助材料的情況下，顯示出上文所詳述的行為。SER和MRR可在極寬范圍內(nèi)變化，且因此可以以最有利的方式調(diào)節(jié)以適于所用設(shè)備、待去除的材料和待拋光的表面的特殊性和要求。優(yōu)選地，在本發(fā)明CMP方法開始和結(jié)束時(shí)，MRR高于SER，以獲得高平面化效率并降低形成蝶形缺陷和侵蝕的危險(xiǎn)。更優(yōu)選選擇的MRR與SER之比應(yīng)使得在本發(fā)明CMP方法開始與結(jié)束時(shí)的MRR/SER均大于10，甚至更優(yōu)選大于20，最優(yōu)選大于30，尤其優(yōu)選大于40。在本發(fā)明的上下文中，措辭“未添加輔助材料”意指在本發(fā)明方法期間不加入其他(即輔助)組分，例如下文所述的組分(a2)，以改變所述CMP試劑的物理和/或化學(xué)性質(zhì)。因?yàn)榭墒∪ポo助材料的添加，所以本發(fā)明方法可以以比現(xiàn)有技術(shù)的軟著墊CMP方法得容易多、更簡單且更廉價(jià)的方式實(shí)施。優(yōu)選在本發(fā)明方法第一步驟中提供的CMP試劑(A)包含至少一種組分(al)，所述組分(al)可在未添加輔助材料下在水相中顯示出至少一種其化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變。組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變可通過當(dāng)然除了添加輔助材料之外的各種物理和/或化學(xué)刺激而觸發(fā)。優(yōu)選所述至少一種刺激選自如下組(i)水相中的下文所述組分(a2)的pH值、溫度或濃度的改變，(ii)暴露于磁場、電場和電磁福射，(iii)暴露于機(jī)械應(yīng)力，和(iv)所述刺激中至少兩種的組合；更優(yōu)選所述刺激為(i)水相中的下文所述組分(a2)的pH值、溫度或濃度的改變，(iii)暴露于機(jī)械應(yīng)力，和(iv)所述刺激中至少兩種的組合。在本發(fā)明方法期間，可改變所述組分(al)物理和化學(xué)性質(zhì)的大量變量。優(yōu)選地，所述組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變?yōu)槠浔澜饣蛘咂湫蚊?、結(jié)構(gòu)、溶解度或功能的改變或至少兩種所述改變的組合。在本發(fā)明的上下文中，“崩解”意指組分(al)因本發(fā)明CMP方法期間所遇到的機(jī)械應(yīng)力而崩解。機(jī)械應(yīng)力的效果可由所述CMP試劑(A)，尤其本發(fā)明CMP試劑的其他組分而放大。更特別地，所述組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的至少一種改變?yōu)榻M分(al)分子的流體力學(xué)體積、形狀或溶劑化狀態(tài)的改變、至少一種組分(a2)被組分(al)吸收 或解吸、組分(al)與下文所述的至少ー種組分(a2)的化學(xué)反應(yīng)、下文所述的組分(a2)與 組分(al)的配位，或者所述改變中至少兩種的組合。更優(yōu)選選擇酸和堿作為用于吸收、解吸和化學(xué)反應(yīng)的組分(a2)。當(dāng)選擇金屬離子 作為用于該目的的組分(a2)時(shí)，組分(al)化學(xué)和/或物理性質(zhì)的至少ー種改變通過金屬 離子(a2)的配位或螯合進(jìn)行。特別優(yōu)選組分(al)具有下臨界溶解溫度LCST或上臨界溶解溫度UCST，其中優(yōu)選 LCST。優(yōu)選在水相中觀察到該LCST或UCST。在LCST的情況下，組分(al)的溶解度在該臨 界溫度處急劇下降。在UCST的情況下，溶解度在該臨界溫度處急劇増大。LCST和UCST ニ 者可通過ニ元溶液相圖測定。因此，更特別優(yōu)選組分(al)的至少ー種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變在LCST或 UCST處，優(yōu)選在LCST處發(fā)生。甚至更特別優(yōu)選地，LCST或UCST為25-90° C。可選擇大量不同的組分(al)以用于在本發(fā)明方法的第一步驟中提供所述CMP試 劑(A)，只要所述組分(al)表現(xiàn)出上文所述的綜合性能。因此，組分(al)可為不溶性或可溶性物質(zhì)。可溶性導(dǎo)致組分(al)均勻溶于所述 CMP試劑(A)的水相中，而不溶性導(dǎo)致組分(al)以粒狀形式分散于所述CMP試劑(A)的水 相中。更優(yōu)選所述至少ー種，尤其是ー種組分(al)選自分散和溶解的低聚物和聚合物。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“低聚物”或“低聚的”意指所述材料具有至多10的聚
人畔
ロノ又o此外，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“聚合物”或“聚合的”意指所述材料具有超過10
的聚合度。所述低聚物或聚合物(al)可包含與上文所述的至少ー種組分(a2)反應(yīng)或配位的 反應(yīng)性官能團(tuán)。這種合適的反應(yīng)性官能團(tuán)實(shí)例為伯氨基、仲氨基和羧酸基團(tuán)。甚至更優(yōu)選所述低聚物或聚合物(al)選自交聯(lián)和非交聯(lián)的、線性、支化、超支化、 星形和樹枝狀聚(N-烷基丙烯酰胺)、聚甲基こ烯基醚、聚(N-こ烯基己內(nèi)酰胺)、聚(N-こ 基^唑啉)、弾性蛋白狀低聚肽和多肽、聚(丙烯酸-Co-丙烯酰胺)；至少ー種選自丙烯 酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和こ烯基芳族化合物的単體與至少ー 種選自丙烯酸和甲基丙烯酸的N，N-ニ烷基氨基烷基酯的單體的共聚物；包含共聚的氧 化こ烯結(jié)構(gòu)部分與至少ー種具有至少3個碳原子的氧化烯結(jié)構(gòu)部分的至少ー個鏈或由該 鏈構(gòu)成的聚醚，其中所述鏈具有選自統(tǒng)計(jì)、交替和嵌段形式分布的分布；聚こニ醇-聚乳 酸-Co-こ醇酸、聚こ烯亞胺、聚酰胺-胺、聚賴氨酸和改性的脫こ酰殼多糖。這些低聚物和聚合物(al)例如為公知材料，其例如描述于如下文獻(xiàn) 中H. Mori, H. Iwaya, A. Nagai 和 T. Endo 的 論 文 Control led synthesis of thermoresponsive polymers derived from L-proline via RAFT polymerization, Chemical Communication，2005，4872-4874 ;或 D.Schmaljohann 的論文 Thermo_and pH-responsive polymers and drug delivery, Advanced Drug Delivery Reviews, 第 58 卷(2006)，1655-1670 ;或美國專利申請 US2002/0198328A1、US2004/0209095A1、US2004/0217009A1, US2006/0141 254A1、US2007/0029198A1, US2007/0289875A1、US2008/0249210A1、US2008/0050435A1 或 US2009/0013609A1 ;美國專利 US5, 057，560、US5, 788，82 和 US6, 682，642B2 ;國際專利申請 W001/60926A1、W02004/029160A1、W02004/0521946AU W02006/093242A2 或 W02007/012763A1 ;歐洲專利申請 EP0583814A1、EP1197587B1 和 EP1942179A1 ;或德國專利申請 DE2610705 ；或 BASF Corporation 的公司手冊 “PluronicTM&Tetronic Block Copolymer Surfactants, 1996” 或美國專利US2006/0213780A1 所述的由 BASF Copolymer 和 BASF SE 以商品名 Pluronic 、Tetronic 和 Basensol 銷售。最有利地，選擇所述低聚物或聚合物(al)以使得本發(fā)明CMP試劑作為本發(fā)明方法的第一步驟中的CMP試劑(A)提供。因此，為此，所述低聚物或聚合物(al)選自如下組至少一種選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺(尤其是甲基丙烯酰胺)和乙烯基芳族化合物(尤其是苯乙烯)的單體(alll)與至少一種選自丙烯酸和甲基丙烯酸的N，N-二烷基氨基燒基酷(尤其是甲基丙稀酸的N, N- _■燒基氣基燒基酷)的單體(all2)的交聯(lián)和非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀共聚物(all)，尤其是交聯(lián)的共聚物；以及包含共聚的氧化乙烯結(jié)構(gòu)部分(al21)與至少一種具有至少3個碳原子的氧化烯結(jié)構(gòu)部分(al22)(尤其是氧化丙烯結(jié)構(gòu)部分)的至少一個鏈或由該鏈構(gòu)成的交聯(lián)和非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀聚醚(al2)，其中所述鏈具有選自統(tǒng)計(jì)、交替和嵌段形式分布的分布。所述單體(al2)的N，N-二烷基氨基的烷基優(yōu)選自甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基和叔丁基、正戊基和正己基，優(yōu)選甲基。所述單體(al2)的N, N- _■燒基氣基燒基的燒基優(yōu)選自甲基、乙基、丙基和正丁基，優(yōu)選乙基。因此，最優(yōu)選使用的單體(all2)為N，N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯。當(dāng)共聚物(all)為待交聯(lián)的時(shí)，可額外使用雙官能單體或更高官能的單體(all3)，例如具有至少兩個丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基團(tuán)的單體如乙二醇二丙烯酸酯，或具有至少兩個乙烯基的單體如二乙烯基苯。共聚物(all)的制備不具有特殊性，但可優(yōu)選通過單體(alll)、(all2)和任選(all3)的本體、溶液、乳液或懸浮自由基聚合而進(jìn)行。由具有無規(guī)、交替或嵌段形式分布的結(jié)構(gòu)部分(al21)和(al22)構(gòu)成的非交聯(lián)線性聚醚(al2)的低聚或聚合度可在極寬范圍內(nèi)變化，且因此可容易地調(diào)節(jié)以適于特殊要求和條件。優(yōu)選低聚或聚合度為3-100000，更優(yōu)選為5-80000，最優(yōu)選為10-60，000。結(jié)構(gòu)部分(al21)和(al22)的摩爾比也可在極寬范圍內(nèi)變化，且因此也可容易地調(diào)節(jié)以適于特殊要求和條件。特別地，聚醚(al2)的親水性和疏水性之間的平衡可容易地調(diào)節(jié)。摩爾比(al21)/(al22)優(yōu)選為1:10000-10000:1，更優(yōu)選為1:7500-7500: 1，最優(yōu)選為 1:5000-5000:1。所述含有具有無規(guī)、交替或嵌段形式分布的結(jié)構(gòu)部分(al21)和(al22)的非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀聚醚(al2)的低聚或聚合度也可在極寬范圍內(nèi)變化，且因此可容易地調(diào)節(jié)以適于特殊要求和條件。優(yōu)選低聚或聚合度為3-100000，更優(yōu)選為
5-80000，最優(yōu)選為10-60000，基于每聚合鏈。
此時(shí)，結(jié)構(gòu)部分(al21)與(al22)的摩爾比也可在極寬范圍內(nèi)變化，且因此可容易地調(diào)節(jié)以適于特殊要求和條件。特別地，本文所述的聚醚(al2)的親水性和疏水性之間的平衡可容易地調(diào)節(jié)。摩爾比(al21)/(al22)優(yōu)選為1:10000-10000:1，更優(yōu)選為1:7500-7500:1，最優(yōu)選為 1:5000-5000:1。此外，本文所述的聚醚(al2)可含有衍生自有機(jī)碳酸酯如碳酸亞丙酯的碳酸酯結(jié)構(gòu)部分(al23) 。除了由結(jié)構(gòu)部分(al21)和(al22)以及任選的(al23)構(gòu)成的低聚鏈或聚合鏈之夕卜，所述非交聯(lián)的、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀聚醚(al2)含有單官能、雙官能或多官能引發(fā)劑分子的殘基。所述引發(fā)劑分子可選自大量不同的化合物，只要這些化合物含有至少一個可引發(fā)氧化烯和任選有機(jī)碳酸酯的開環(huán)聚合的反應(yīng)性官能團(tuán)。優(yōu)選所述至少一個反應(yīng)性官能團(tuán)選自羥基、伯氨基和仲氨基。因此，引發(fā)劑分子的官能度優(yōu)選為1-1000，更優(yōu)選為1-750，最優(yōu)選為1-500。含有至少一個羥基的合適引發(fā)劑分子實(shí)例為脂族和脂環(huán)族醇如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、環(huán)己醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇，1，2-、1，3-和1，4- 二羥基環(huán)己烷，氫化雙酚A和F、三羥甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、甘油、聚甘油、單糖、二糖和多糖，糖醇，如丁糖醇、戊糖醇和己糖醇，和分子平均具有至少5個羥基的低聚物和聚合物，如聚乙烯醇或具有含側(cè)基的側(cè)羥基(如羥乙基)的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的均聚物和共聚物，以及芳族醇如苯酚、氫醌、間苯二酚、鄰苯三酚和雙酚A和F。含有至少一個伯氨基或仲氨基，更優(yōu)選至少一個伯氨基的合適引發(fā)劑分子實(shí)例為脂族、脂環(huán)族和芳族胺如甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺和己胺，以及二胺、苯胺、苯二胺，所述胺描述于國際專利申請W02008/148766A1第3頁第4行至第4頁第11行中，以及通過氮丙啶的陽離子開環(huán)聚合反應(yīng)制備的聚乙烯亞胺(參見Mm| p Online 2009,“polyethyleneimine”)。尤其優(yōu)選使用的引發(fā)劑分子選自乙二胺和聚乙烯亞胺,尤其為聚乙烯亞胺。因此，最特別優(yōu)選使用的聚醚(al)為烷氧基化的聚乙烯亞胺，尤其是國際專利申請TO2006/108857A1權(quán)利要求I連同第I頁發(fā)明簡述、第I和2頁發(fā)明詳述、第5頁第2段至第11頁第4段、第17和18頁實(shí)施例I、第18和19頁實(shí)施例2、第19和20頁實(shí)施例3中所述的那些。CMP試劑㈧和本發(fā)明CMP試劑中的組分(al)的量可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可以以最有利的方式調(diào)節(jié)以適于特殊要求和條件。優(yōu)選組分(al)的濃度為O. 1-10重量％，更優(yōu)選為O. 25-7. 5重量％，最優(yōu)選為O. 5-5重量％，其中各重量百分比基于CMP試劑(A)或本發(fā)明CMP試劑的總重量。此外，在本發(fā)明方法的第一步驟中提供的CMP試劑(A)，尤其是本發(fā)明CMP試劑含有至少一種其他組分(a2)，其選自初始存在于水相中的組分和在本發(fā)明方法期間在水相中形成的組分。所述其他組分(a2)可選自通常用于CMP技術(shù)中的大量不同材料。優(yōu)選所述其他組分(a2)選自有機(jī)、無機(jī)和混雜有機(jī)-無機(jī)研磨劑粒子、氧化劑、鈍化劑、絡(luò)合劑或螯合劑、摩擦劑、穩(wěn)定劑、PH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑、流變劑、表面活性劑、金屬陽離子和有機(jī)溶劑。合適的有機(jī)研磨劑粒子(a2)及其有效量例如由美國專利申請US2008/0254628A1 第4頁第
段或由國際申請W02005/014753A1已知，其中公開了由蜜胺和蜜胺衍生物 如乙酰胍胺、苯胍胺和雙氰胺構(gòu)成的固體粒子。合適的無機(jī)研磨劑粒子(a2)及其有效量例如由國際專利申請W02005/014753A1 第12頁第1-8行或美國專利US6，068, 787第6欄第41行至第7欄第65行已知。合適的混雜有機(jī)-無機(jī)研磨劑粒子(a2)及其有效量例如由美國專利申請 US2008/0254628A1 第 4 頁第
段或 US2009/0013609A1 第 3 頁第
段至第 6 頁 第
段已知。合適的氧化劑(a2)及其有效量例如由歐洲專利申請EP1036836A1第8頁第
段和第
段、美國專利US6，068, 787第4欄第40行至第7欄第45行或 US7, 300, 601B2第4欄第18-34行已知。優(yōu)選使用有機(jī)和無機(jī)過氧化物，更優(yōu)選使用無機(jī)過
氧化物。尤其是過氧化氫。合適的鈍化劑(a2)及其有效量例如由美國專利US7，300, 601B2第3欄第59行至 第4欄第9行或美國專利申請US2008/0254628A1跨第4_5頁的第
段已知。合適的絡(luò)合劑或螯合劑(a2)(有時(shí)也稱為摩擦劑，參見美國專利申請 US2008/0254628A1第5頁第
段；或蝕刻劑，參見美國專利申請US2008/0254628A1 第4頁第
段)及其有效量例如由美國專利US7，300，601B2第4欄第35-48行已知。 最特別優(yōu)選使用氨基酸，尤其是甘氨酸，此外還有雙氰胺和含有至少1個，優(yōu)選2個，更優(yōu) 選3個伯氨基的三嗪類如蜜胺和水溶性胍胺，尤其是蜜胺、甲酰胍胺、乙酰胍胺和2，4- 二氨 基_6_乙基_1，3, 5_ 二嚷。合適的穩(wěn)定劑(a2)及其有效量例如由美國專利US6，068，787第8欄第4_56行已 知。合適的pH值調(diào)節(jié)劑和緩沖劑(a2)及其有效量例如由歐洲專利申請EP1036836A1 第8頁第
段、第
段和第
段，國際專利申請W02005/014753A1第12頁第 19-24行，美國專利申請US2008/0254628A1第6頁第
段或美國專利US7, 300，601B2 第5欄第33-63行已知。最優(yōu)選將本發(fā)明CMP試劑的pH值調(diào)節(jié)至3_7，尤其是4_6。最優(yōu) 選使用硝酸。合適的流變劑(a2)及其有效量例如由美國專利申請US2008/0254628A1第5頁第
段至第6頁第
段已知。合適的表面活性劑(a2)及其有效量例如由國際專利申請W02005/014753A1第8 頁第23行至第10頁第17行或美國專利US7, 300, 601B2第5欄第4行至第6欄第8行已知。合適的多價(jià)金屬離子(a2)及其有效量例如由歐洲專利申請EP1036836A1第8頁 第
段至第9頁第
段已知。最優(yōu)選使用銅離子。合適的有機(jī)溶劑(a2)及其有效量例如由美國專利US7，361，603B2第7欄第32-48 行或美國專利申請US2008/0254628A1第5頁第
段已知。在本發(fā)明方法的第一步驟中，CMP試劑(A)和本發(fā)明CMP試劑的制備不具有任 何特殊性，可通過將上述組分(al)和(a2)溶解或分散于含水介質(zhì)，尤其是去離子水中而進(jìn)行。為此，可使用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)混合方法和混合裝置，如攪拌容器、串行式溶解器(in-linedissolver)、高剪切高速攪拌機(jī)、超聲混合器、均化器噴嘴或逆流混合器。優(yōu)選可使如此獲得的CMP試劑(A)和本發(fā)明CMP試劑濾過具有適當(dāng)篩孔的過濾器，以除去粗粒的粒子如細(xì)分散的固體研磨劑粒子(a2)的附聚體或聚集體。在本發(fā)明方法的第二步驟中，將本體金屬層表面與CMP試劑(A)，尤其與本發(fā)明CMP試劑接觸。在本發(fā)明方法的第三步驟中，用CMP試劑(A)，尤其是用本發(fā)明CMP試劑化學(xué)機(jī)械拋光所述本體金屬層，直至去除所述本體材料層并暴露出襯底表面。
在該工藝步驟期間，-初始SER保持相同或基本相同，而初始MRR降低，-初始SER降低且初始MRR保持相同或基本相同，或-初始SER與初始MRR均降低，由此使得在未添加輔助材料(包括水)的情況下可進(jìn)行軟著墊或著墊。在本發(fā)明的上下文中，“基本相同”意指初始SER與最終SER相差±10%，優(yōu)選±9%，更優(yōu)選±8%，最優(yōu)選±7%，該百分比以初始SER計(jì)。這同樣適用于MRR。在本發(fā)明方法的第四步驟中，繼續(xù)用CMP試劑(A)，尤其是用本發(fā)明CMP試劑進(jìn)行化學(xué)和機(jī)械拋光，直至從暴露表面去除所有金屬殘余物。優(yōu)選過度拋光5-120秒，更優(yōu)選
5-90秒，最優(yōu)選5-60秒。因?yàn)樵诒景l(fā)明方法的該階段中，CMP試劑(A)，尤其是本發(fā)明CMP試劑具有-與初始SER相同或基本相同的SER以及低于初始MRR的MRR，或-低于初始SER的SER以及與初始MRR相同或基本相同的MRR，或-低于該方法開始時(shí)的初始SER和初始MRR的SER和MRR，這意味著-初始SER保持相同或基本相同，而初始MRR降低，-初始SER降低且初始MRR保持相同或基本相同，-初始SER與MRR均降低，因此在制造電器件和光學(xué)器件的過程中，蝶形缺陷、侵蝕和微刮擦顯著減少，且所得經(jīng)拋光且平面化的表面特別適于進(jìn)一步加工。本發(fā)明拋光方法不具有特殊性，但可用在制造具有IC的晶片中常用于CMP的方法和設(shè)備進(jìn)行。如本領(lǐng)域所知，用于CMP的典型設(shè)備由覆蓋有拋光墊的旋轉(zhuǎn)臺構(gòu)成。將晶片安裝在載體或卡盤上，使其上面朝下，面向拋光墊。所述載體確保晶片處于水平位置。拋光和夾持裝置的該特定設(shè)置也稱為硬臺設(shè)計(jì)。所述載體可具有位于載體的保持表面與未經(jīng)拋光的晶片表面之間的載體墊。該墊可用作晶片的托墊。在載體下方通常也水平安置有較大直徑的臺，其提供與與待拋光晶片表面平行的表面。在平面化工藝期間，其拋光墊與晶片表面接觸。在本發(fā)明CMP方法期間，將CMP試劑(A)，尤其是本發(fā)明CMP試劑以連續(xù)流形式或以逐滴形式施加至拋光墊上。使載體與臺分別圍繞與所述載體和臺呈垂直延伸的其各自軸旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)載體軸可相對于旋轉(zhuǎn)臺固定，或者可相對于臺水平振蕩。載體的旋轉(zhuǎn)方向通常(但非必需)與臺的旋轉(zhuǎn)方向相同。載體和臺的旋轉(zhuǎn)速率通常(但非必需)設(shè)定為不同值。臺的溫度通常設(shè)定為10-70° C之間的溫度。其他細(xì)節(jié)參見國際專利申請W02004/063301A1，尤其是第16頁第
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段連同附圖
I。借助本發(fā)明方法和本發(fā)明CMP試劑，可獲得具有包含銅大馬士革圖案的IC的晶片，其具有優(yōu)異平面度且具有優(yōu)異的功能。
實(shí)施例
合成實(shí)施例制備固體聚合物粒子(al)在室溫和氮?dú)庀?，在配備有槳式攪拌器且包括回流冷凝器?根進(jìn)料管的4L反應(yīng)燒瓶中裝入1500g去離子水和4. 5g十六烷基三甲基溴化銨。將所述燒瓶的內(nèi)容物加熱至70° C。在該溫度下，將O. 68g V-50(獲自Wako的引發(fā)劑)加入所述反應(yīng)燒瓶中。同時(shí)開始供入由630g去離子水、391. 5g苯乙烯、60g甲基丙烯酰胺于水中的15%溶液、4. 5g 二乙烯基苯和2. 48g十六烷基三甲基溴化銨組成的單體進(jìn)料并連續(xù)進(jìn)料I. 5小時(shí)。同時(shí)開始向所述反應(yīng)燒瓶供入含有170g去離子水和2. 3g V-50引發(fā)劑的引發(fā)劑進(jìn)料并連續(xù)進(jìn)料2. 5小時(shí)。在開始第一單體進(jìn)料I. 5小時(shí)后，開始向所述反應(yīng)燒瓶中供入由255g去離子水、13. 5g2-二甲氨基乙基丙烯酸甲酯(DMAEMA)、0. 9g十六烷基三甲基溴化銨和31. 5g苯乙烯組成的第二單體進(jìn)料并連續(xù)進(jìn)料30分鐘。將所得反應(yīng)混合物在70° C下后聚合2小時(shí)，然后冷卻至室溫。獲得具有15%固含量的固體聚合物粒子(A)的分散體。通過HPPS動態(tài)光散射測得的固體聚合物粒子(al)的平均粒度d5(l為76nm。所述固體聚合物粒子(al)的物理和化學(xué)性質(zhì)受到水相中銅離子濃度的強(qiáng)烈影響。因此，所述固體聚合物粒子(al)特別適于作為用于銅CMP的CMP試劑(A)中的組分(al)，在所述方法期間銅離子濃度通常隨著拋光時(shí)間增加而增大。實(shí)施例1-5CMP試劑(A1)-(A5)的制備及其軟著墊行為為了制備實(shí)施例I的CMP試劑(Al)，使用根據(jù)合成實(shí)施例制備的聚合物粒子(al)。所述CMP試劑(Al)含有I重量％的聚合物粒子(al)、I重量％過氧化氫、O. 2重量％甘氨酸和余量去離子水，其中所有重量百分比均基于所述CMP試劑(Al)的總重量。用硝酸或KOH將所述CMP試劑的pH值調(diào)節(jié)至5。為了制備實(shí)施例2的CMP試劑(A2)，使用Imol乙二胺與5. 5mol氧化乙烯和21mol氧化丙烯的反應(yīng)產(chǎn)物(al)。所述反應(yīng)產(chǎn)物在去離子水中在I重量％濃度下顯示出43° C的LCST。所述CMP試劑(A2)含有I重量％所述反應(yīng)產(chǎn)物、I重量％過氧化氫、O. 2重量％甘氨酸和余量去離子水，其中重量百分比基于所述CMP試劑(Al)的總重量。用硝酸或KOH將所述CMP試劑的pH值調(diào)節(jié)至5。為了制備實(shí)施例3的CMP試劑(A3)，使用Imol聚乙烯亞胺(600g/mol)與27mol氧化乙烯和18mol氧化丙烯的反應(yīng)產(chǎn)物。所述反應(yīng)產(chǎn)物在去離子水中在I重量％濃度下顯示出40° C的LCST。所述CMP試劑(A3)含有I重量％所述反應(yīng)產(chǎn)物、I重量％過氧化氫、O. 2重量％甘氨酸和余量去離子水，其中重量百分比基于所述CMP試劑(Al)的總重量。用硝酸或KOH將所述CMP試劑的pH值調(diào)節(jié)至5。為了制備實(shí)施例4的CMP試劑(A4)，使用Imol聚乙烯亞胺(600g/mol)與24mol氧化乙烯和16mol氧化丙烯的反應(yīng)產(chǎn)物。所述反應(yīng)產(chǎn)物在去離子水在I重量％濃度下顯示出42° C的LCST。所述CMP試劑(A4)含有I重量％所述反應(yīng)產(chǎn)物、I重量％過氧化氫、O. 2重量％甘氨酸和余量去離子水，其中重量百分比基于所述CMP試劑(Al)的總重量。用硝酸或KOH將所述CMP試劑的pH值調(diào)節(jié)至5。
為了制備實(shí)施例5的CMP試劑(A5)，使用Imol聚乙烯亞胺(600g/mol)與24mol氧化乙烯和14mol氧化丙烯的反應(yīng)產(chǎn)物。所述反應(yīng)產(chǎn)物在去離子水中在I重量％濃度下顯示出48° C的LCST。所述CMP試劑(A5)含有I重量％所述反應(yīng)產(chǎn)物、I重量％過氧化氫、0.2重量％甘氨酸和余量去離子水，其中重量百分比基于所述CMP試劑(Al)的總重量。用硝酸或KOH將所述CMP試劑的pH值調(diào)節(jié)至5。通過如下測定在20° C和50° C下其靜態(tài)蝕刻速率而評價(jià)實(shí)施例1-4的CMP試劑(A1)-(A4)的軟著墊行為SER如下測定在每次實(shí)驗(yàn)前，對銅盤進(jìn)行初始調(diào)節(jié)、洗滌、干燥并隨后稱重。將銅盤在2%硝酸中浸潰10-20秒，然后用去離子水清洗，隨后用壓縮空氣干燥。然后在第一系列中在20° C下3分鐘且在第二系列中在50° C下10分鐘將所述銅盤各自直接浸潰于攪拌的CMP試劑(A1)-(A4)中。蝕刻后，用去離子水且隨后用異丙醇洗液清潔銅盤。隨后，用穩(wěn)定的壓縮空氣流干燥銅盤，并使用以下計(jì)算公式基于所述盤的凈重量損失和表面積計(jì)算SER SER=重量損失/[密度X (圓周面積+2X橫截面積)X時(shí)間]，其中重量損失=溶解后銅盤的重量損失；密度=銅的密度；橫截面積=銅盤的橫截面積；圓周面積=銅盤的圓周面積；且時(shí)間=溶解時(shí)間。實(shí)施例1-4的測量結(jié)果匯總于表I中。表I :實(shí)施例 1-4 的 CMP 試劑(Al) - (A4)的 SER
權(quán)利要求
1.一種通過化學(xué)機(jī)械拋光從襯底表面去除本體材料層并使暴露表面平面化的方法，所述方法包括如下步驟 (1)提供含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A),其在未添加輔助材料的情況下在化學(xué)機(jī)械拋光結(jié)束時(shí)呈現(xiàn) -與其開始時(shí)相同或基本相同的靜態(tài)蝕刻速率SER和比其開始時(shí)更低的材料去除速率MRR, -比其開始時(shí)更低的靜態(tài)蝕刻速率SER以及與其開始時(shí)相同或基本相同的材料去除速率MRR，或 -比其開始時(shí)更低的靜態(tài)蝕刻速率SER和更低的材料去除速率MRR ； (2)使所述本體材料層的表面與所述含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)接觸； (3)使用所述含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)化學(xué)機(jī)械拋光所述本體材料層，同時(shí) -其初始SER保持相同或基本相同且其初始MRR降低， -其初始SER降低且其初始MRR保持相同或基本相同，或 -其初始SER及其初始MRR均降低， 直至去除本體金屬層且暴露出襯底表面；和 (4)繼續(xù)使用所述化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，在所述方法的該階段所述化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)具有 -與初始SER相同或基本相同的SER和低于初始MRR的MRR， -低于初始SER的SER以及與初始MRR相同或基本相同的MRR， -低于初始SER和初始MRR的SER和MRR， 直至所有材料殘余物均從所述暴露表面去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)包含 (al)至少一種能在未添加輔助材料的情況下在水相中顯示出至少一種其化學(xué)和/或物理性質(zhì)改變的組分；和 (a2)至少一種選自初始存在于水相中的組分和在所述方法期間在水相中形成的組分的其他組分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變由至少一種選自如下組的刺激觸發(fā) (i)水相中的組分(a2)的pH值、溫度或濃度的改變， (ii)暴露于磁場、電場和電磁福射， (iii)暴露于機(jī)械應(yīng)力，和 (iv)所述刺激中至少兩種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變由如下刺激觸發(fā) (i)水相中的組分(a2)的pH值、溫度或濃度的改變， (iv)所述刺激中至少兩種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變?yōu)槠湫蚊?、結(jié)構(gòu)、溶解度或功能的改變或所述改變中至少兩種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變?yōu)榻M分(al)分子的流體力學(xué)體積、形狀或溶劑化狀態(tài)的改變，所述至少一種組分(a2)被組分(al)吸收或解吸、組分(al)與所述至少一種組分(a2)的化學(xué)反應(yīng)、所述至少一種組分(a2)與組分(al)的配位或者所述改變中至少兩種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于組分(a2)選自酸、堿和金屬離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變通過金屬離子(a2)與組分(al)的配位進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于組分(al)具有下臨界溶解溫度LCST或上臨界溶解溫度UCST。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于組分(al)的至少一種化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改變在LCST或UCST處發(fā)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于LCST或UCST為30-90°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法，其特征在于組分(al)選自可溶于或不溶于所述化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)的水相中的材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于組分(al)選自分散和溶解的低聚物和聚合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述低聚物或聚合物(al)選自交聯(lián)和非交聯(lián)的、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀聚(N-烷基丙烯酰胺)、聚甲基乙烯基醚、聚(N-乙烯基己內(nèi)酰胺)、聚(N-乙基$惡唑啉)、彈性蛋白狀低聚肽和多肽、聚(丙烯酸-Co-丙烯酰胺)；至少一種選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和乙烯基芳族化合物的單體與至少一種選自丙烯酸和甲基丙烯酸的N，N- 二烷基氨基烷基酯的單體的共聚物；包含共聚的氧化乙烯結(jié)構(gòu)部分和至少一種具有至少3個碳原子的氧化烯結(jié)構(gòu)部分的至少一個鏈或者由該鏈構(gòu)成的聚醚，其中所述鏈具有選自統(tǒng)計(jì)、交替和嵌段形式分布的分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述低聚物或聚合物(al)含有與所述至少一種組分(a2)反應(yīng)或配位的反應(yīng)性官能團(tuán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)的方法,其特征在于所述本體材料選自介電材料和導(dǎo)電材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于所述導(dǎo)電材料選自具有對如下半反應(yīng)而言標(biāo)準(zhǔn)還原電位E°>-0. IV的金屬 M Mn++ n e-,其中n=i-4的整數(shù)且e_=電子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于所述金屬為銅。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述襯底含有包埋于其表面中的金屬圖案。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)的方法，其特征在于使用根據(jù)權(quán)利要求21或22的含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)。
21.一種含水化學(xué)機(jī)械拋光劑(A)，其包含 (al)至少一種選自如下組的組分(al):至少一種選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和乙烯基芳族化合物的單體(alll)與至少一種選自丙烯酸和甲基丙烯酸的N，N-二烷基氨基烷基酯的單體(all2)的交聯(lián)和非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀共聚物(all);以及含有共聚的氧化乙烯結(jié)構(gòu)部分(al21)和至少一種具有至少3個碳原子的氧化烯結(jié)構(gòu)部分(al22)的至少一個鏈或者由該鏈構(gòu)成的交聯(lián)和非交聯(lián)、線性、支化、超支化、星形和樹枝狀聚醚(al2)，其中所述鏈具有選自統(tǒng)計(jì)、交替和嵌段形式分布的分布；和 (a2)至少一種其他組分； 其中排除 具有通過HPPS動態(tài)光散射測得為76nm的平均粒度d5(l且通過如下步驟制備的聚合物 -在氮?dú)庀?，?500g去離子水和4. 5g十六烷基三甲基溴化銨裝入反應(yīng)燒瓶中， -將所述燒瓶的內(nèi)容物加熱至70° C， -在該溫度下，在該反應(yīng)燒瓶中裝入0. 68g 2，2’ -偶氮(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽， -同時(shí)開始供入由630g去離子水、391. 5g苯乙烯、60g甲基丙烯酰胺于水中的15%溶液、4. 5g二乙烯基苯和2. 48g十六烷基三甲基溴化銨組成的單體進(jìn)料并連續(xù)供料I. 5小時(shí)，-同時(shí)開始供入含有170g去離子水和2.3g 2，2’-偶氮(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽的引發(fā)劑進(jìn)料并將其連續(xù)供入反應(yīng)燒瓶中達(dá)2. 5小時(shí)， -在開始第一單體進(jìn)料I. 5小時(shí)后，開始供入由255g去離子水、13. 5g 2- 二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯、0. 9g十六烷基三甲基溴化銨和31. 5g苯乙烯組成的第二單體進(jìn)料并在30分鐘內(nèi)連續(xù)將其供入反應(yīng)燒瓶中， -將所得反應(yīng)混合物在70° C下后聚合2小時(shí)，然后將其冷卻至室溫， -由此獲得固含量為15重量％的固體聚合物粒子的分散體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的含水化學(xué)機(jī)械拋光劑，其特征在于所述其他組分(a2)選自有機(jī)、無機(jī)和混雜有機(jī)-無機(jī)研磨劑粒子、氧化劑、鈍化劑、絡(luò)合劑或螯合劑、摩擦劑、穩(wěn)定劑、PH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑、流變劑、表面活性劑、金屬陽離子和有機(jī)溶劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)的方法或根據(jù)權(quán)利要求21或22的含水化學(xué)機(jī)械拋光劑在電和光學(xué)器件制造中的用途。
全文摘要
一種通過CMP從襯底去除本體材料層并使暴露表面平面化的方法，包括(1)提供CMP試劑，其在未添加輔助材料的情況下在化學(xué)機(jī)械拋光結(jié)束時(shí)呈現(xiàn)-與其開始時(shí)相同的SER和比其開始時(shí)更低的MRR，-比初始SER更低的SER以及與初始MRR相同或基本相同的MRR，或-比其開始時(shí)更低的SER和更低的MRR；(2)使所述本體材料層的表面與所述CMP試劑接觸；(3)用所述CMP試劑對所述本體材料層進(jìn)行CMP；(4)繼續(xù)CMP直至從暴露表面去除所有材料殘留物；以及一種CMP試劑及其在電和光學(xué)器件制造中的用途。
文檔編號H01L21/463GK102640275SQ201080053661
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者I·古拜杜林, M·布蘭茨, P·扎查里阿斯, S·艾伯特, V·I·萊曼, Y·李, Y·藍(lán) 申請人:巴斯夫歐洲公司