電化學－機械拋光組合物及使用其的方法
2023-05-01 11:36:21 1
專利名稱：電化學－機械拋光組合物及使用其的方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學-機械拋光組合物及在包含一個或多個導電金屬層的基底的電化學-機械拋光中使用其的方法。
背景技術：
在集成電路及其它電子設備的製造中，導電、半導體及介電材料的多層沉積於基底表面或自基底表面移除。導電、半導體及介電材料的薄層可通過許多沉積技術沉積至基底表面。現代微電子處理中通常的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)(也稱為濺鍍)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體-增強化學氣相沉積(PECVD)及電化學鍍(ECP)。
由於材料層順序地沉積於基底上並自基底上移除，基底的最上層表面可變得不平坦且需要平坦化。平坦化表面或″拋光″表面，是將材料自基底表面移除以形成大體平滑、平坦的表面的過程。平坦化適用於移除不期望的表面形態與表面缺陷，諸如粗糙表面、聚結物質、晶格損壞、刮痕及受汙染層或物質。平坦化還適用於通過移除用於填充輪廓(feature)且提供用於隨後的金屬化與處理程度的平滑表面的過量沉積材料而在基底上形成輪廓。
化學-機械平坦化或化學-機械拋光(CMP)，是用於平坦化基底的通用技術。CMP使用化學組合物，通常為漿料或其它流體介質，用於將材料自基底選擇性地移除。在常規CMP技術中，將基底載體或拋光頭安裝於載體組件上且定位與CMP裝置中的拋光墊相接觸。該載體組件對基底提供可控制的壓力，促使該基底與拋光墊相對。該墊通過外部驅動力相對於基底移動。該墊與基底的相對移動用於研磨基底的表面以將材料的一部分自該基底表面移除，從而拋光該基底。通過該墊與該基底的相對移動進行的基底的拋光通常進一步由拋光組合物的化學活性和/或懸浮於該拋光組合物中的研磨劑的機械活性來協助。
由於其理想的電特性，銅越來越多地用於集成電路的製造。但是，銅的使用展示其自身特殊的製造問題。例如，用於超大規模集成(ULSI)應用的銅的受控乾式蝕刻非常昂貴且技術上有難度，且如鑲嵌(damascene)或雙重鑲嵌處理的新方法與新技術正用於形成銅基底輪廓。在鑲嵌處理中，輪廓限定於介電材料中且隨後由導電材料(如，銅)填充。
為了保證相對小的集成電路(如，小於0.25微米或小於0.1微米)的不同輪廓彼此充分絕緣或分離(如消除輪廓間的耦合或″串擾″)，在鑲嵌結構的製造中使用具有低介電常數(如，小於3)的介電材料。但是，低k介電材料如摻碳的氧化矽可在常規拋光壓力(如40kPa)(稱作″下壓力(downforce)″)下變形或破裂，該變形或破裂可不利地影響基底拋光質量及設備形成和/或功能。例如，在典型CMP下壓力下，基底與拋光墊之間的相對旋轉移動可引起沿基底表面的剪切力且使低k材料變形，形成構形缺陷，其可不利地影響隨後的拋光。
用於在低介電材料中拋光導電材料(如，銅)且在其上具有減少的或最小的缺陷的一個解決方案為使用電化學-機械拋光(ECMP)技術拋光導電材料。ECMP技術通過電化學溶解自基底表面移除導電材料，同時拋光基底，與常規CMP方法相比機械研磨減少。該電化學溶解通過在陰極與基底表面之間使用電位或偏壓以將導電材料自基底表面移至周圍的電解質或電化學-機械拋光組合物中來進行。
儘管可在本領域中發現用於電解質或電化學-機械拋光組合物的若干建議配方，但這些電解質或電化學-機械拋光組合物中很少(如果有的話)展示期望的拋光特性。例如，雖然建議的電解質或電化學-機械拋光組合物可展示與常規CMP方法相當的拋光速率而不需要施加過量的下壓力，但是該電解質或電化學-機械拋光組合物可引起導電材料的過量表面凹陷，其可導致介電材料的腐蝕。由該表面凹陷及腐蝕產生的構形缺陷可進一步導致另外的材料自基底表面的不均勻移除，如安置於導電材料和/或介電材料下面的阻擋層材料，且產生具有低於期望質量的基底表面，其可負面影響該集成電路的性能。
因此需要一種電化學-機械拋光組合物及使用其的方法，其在低下壓力下顯示出相對高的基底材料移除速率，同時最小化基底的表面凹陷與腐蝕。本發明提供這種電化學-機械拋光組合物與使用其的方法。本發明的這些和其他優勢，以及另外的發明特徵，從本文提供的本發明的描述將會變得明晰。
發明內容
本發明提供一種電化學-機械拋光組合物，其包含(a)化學上惰性的、水溶性鹽、(b)腐蝕抑制劑、(c)聚電解質、(d)絡合劑、(e)醇及(f)水。
本發明還提供拋光包含一個或多個導電金屬層的基底的方法，該方法包含以下步驟(a)提供包含一個或多個導電金屬層的基底，(b)將該基底的一部分浸入電化學-機械拋光組合物中，該拋光組合物包含(i)化學上惰性的、水溶性鹽、(ii)腐蝕抑制劑、(iii)聚電解質、(iv)絡合劑、(v)醇及(vi)水，(c)對該基底施加陽極電位，該陽極電位至少施加於浸入該拋光組合物中的該基底部分，及(d)研磨該基底的浸入部分的至少一部分以拋光該基底。
具體實施例方式
本發明提供一種電化學-機械拋光組合物，其包含(a)化學上惰性的、水溶性鹽、(b)腐蝕抑制劑、(c)聚電解質、(d)絡合劑、(e)醇及(f)水。
本發明的電化學-機械拋光組合物可包含任何合適的化學上惰性的水溶性鹽。如本文使用的術語″化學上惰性的″是指不與存在於該電化學-機械拋光組合物中的其它組分發生化學反應至可察覺的程度的鹽。優選，該化學上惰性的水溶性鹽不與存在於該電化學-機械拋光組合物中的其它組分發生任何化學反應。如本文使用的術語″可溶於水″是指在典型電化學-機械拋光溫度(如，25℃)下在水中具有溶解性的鹽，其足以將該電化學-機械拋光組合物的電阻減少至適合電化學-機械拋光的程度(如100Ohm或更小、50Ohm或更小、20Ohm或更小、或1Ohm或更小)。該化學上惰性的、水溶性鹽可為具有上述性質的任何合適鹽。優選，該化學上惰性的、水溶性鹽選自氯化物、磷酸鹽、硫酸鹽及其混合物。更優選，該化學上惰性的、水溶性鹽為硫酸鉀。
該化學上惰性的、水溶性鹽可以任何合適的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。通常，該化學上惰性的、水溶性鹽以足以將該電化學-機械拋光組合物的電阻減少至適合電化學-機械拋光的程度(如100Ohm或更小、50Ohm或更小、20Ohm或更小、或1Ohm或更小)的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。基於拋光組合物的總重量，優選該化學上惰性的、水溶性鹽以0.1重量％或更多，更優選以0.5重量％或更多的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。基於拋光組合物的總重量，優選該化學上惰性的、水溶性鹽以20重量％或更少，更優選以15重量％或更少，還更優選以10重量％或更少，且最優選以4重量％或更少的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。
本發明的電化學-機械拋光組合物可包含任何合適的腐蝕抑制劑。通常，該腐蝕抑制劑為包含含有雜原子官能團的有機化合物。例如，該成膜劑為具有至少一個5-或6-元雜環作為活性官能團的雜環有機化合物，其中該雜環含有至少一個氮原子，如唑化合物。優選，該腐蝕抑制劑選自1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯並三唑、苯並咪唑、苯並噻唑及其混合物。最優選，該腐蝕抑制劑為苯並三唑。本發明的電化學-機械拋光組合物可包含任何合適量的腐蝕抑制劑。通常，基於拋光組合物的總重量，該腐蝕抑制劑以0.0001重量％至3重量％，優選0.001重量％至2重量％的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。
本發明的電化學-機械拋光組合物可包含任何合適的聚電解質。優選，該電化學-機械拋光組合物包含選自阿拉伯膠、瓜爾豆膠、羥丙基纖維素、聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸-共-丙烯醯胺)、聚(丙烯酸-共-2，5-呋喃二酮)、聚(丙烯酸-共-丙烯醯氨基甲基丙基磺酸)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸甲酯-共-4-[(2-甲基-2-丙烯基)氧基]-苯磺酸-共-2-甲基-2-丙烯-1-磺酸)、聚(丙烯醯胺)、聚(N-磺丙基丙烯醯胺)、聚(2-丙烯醯氨基-2-甲基丙烷磺酸)、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)、聚(乙二醇)、聚(乙烯亞胺)(如直鏈聚(乙烯亞胺))、聚(甲基丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸鈉)、聚(磺丙基甲基丙烯酸酯)、聚(馬來酸)、聚(馬來-共-烯烴)、聚(乙烯醇)、聚(苯胺磺酸)、聚(乙烯磺酸)、聚(苯乙烯磺酸鹽)、聚(苯乙烯-共-馬來酸)、聚(4-苯乙烯磺酸鈉)、聚(乙烯基磺酸鹽)、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基硫酸鈉)、聚(乙烯磺酸)、琥珀醯基化聚-L-賴氨酸、聚[苯胺-共-N-(3-磺丙基)苯胺]、海藻酸鈉、黃原膠及其混合物的聚電解質。更優選，該聚電解質為聚(丙烯酸)。該聚電解質可以任何合適量存在於電化學-機械拋光組合物中。通常，基於拋光組合物的總重量，該聚電解質以0.01重量％或更多，優選以0.05重量％或更多，更優選以0.1重量％或更多，且最優選以0.5重量％或更多的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。通常，基於拋光組合物的總重量，該聚電解質以20重量％或更少，優選以15重量％或更少，更優選以10重量％或更少，且最優選以5重量％或更少的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。
在常規化學-機械拋光方法中，通常使用絡合劑來增強移除的基底層的移除速率。儘管在電化學-機械拋光方法中施加於基底與拋光組合物的電化學偏壓可提供與使用在常規化學-機械拋光方法中的絡合劑所獲得的移除速率相當或更大的移除速率，但在電化學-機械拋光方法中可能的有效控制基底層的移除(如，移除速率及移除均勻性)的能力成為優先考慮的。在這種情況下(如在電化學-機械拋光方法中)，已發現絡合劑可用於改善控制可歸因於施加於基底與拋光組合物上的電化學偏壓的移除速率的能力，而還改善該移除的均勻性。因此，本發明的電化學-機械拋光組合物可包含任何合適的絡合劑。該絡合劑是在溶液中與金屬(如，銅)結合的任何合適化學添加劑且可增強移除的基底層的移除速率。
合適的螯合劑或絡合劑包括單官能有機酸、雙官能有機酸、三官能有機酸、多官能有機酸(如，檸檬酸)、無機酸(如，磷酸、焦磷酸、硝酸)、芳族有機酸、極性有機酸(如，乳酸、甲基乳酸、酒石酸、蘋果酸)、不飽和有機酸、胺基酸、芳族胺基酸(如，鄰氨基苯甲酸、皮考啉酸、羥基皮考啉酸)、嗎啉化合物及兩性離子(如，甜菜鹼)。更具體地說，合適的螯合劑或絡合劑可包括，例如，羰基化合物(如，乙醯丙酮化物等)、簡單羧酸鹽(如，乙酸鹽、芳基羧酸鹽等)、含有一個或多個羥基的羧酸鹽(如，羥乙酸鹽、乳酸鹽、葡糖酸鹽、五倍子酸及其鹽等)、二、三、及多羧酸鹽(如，草酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、酒石酸鹽、蘋果酸鹽、乙二胺四乙酸鹽(如，二鉀EDTA)、其混合物等)、含有一個或多個磺基和/或膦醯基的羧酸鹽等。合適的螯合劑或絡合劑還可包括，例如，二、三或多元醇(如，乙二醇、鄰苯二酚、連苯三酚、鞣酸等)及含胺化合物(如，氨、胺基酸、氨基醇、二、三、及聚胺等)。合適的螯合劑或絡合劑的選擇取決於被拋光的基底層的類型(如，金屬的類型)。優選，該絡合劑選自羧酸、二羧酸、三羧酸、多羧酸及其混合物。更優選，該絡合劑選自乳酸、酒石酸、檸檬酸、丙二酸、鄰苯二甲酸、琥珀酸、乙醇酸、丙酸、乙酸、水楊酸、皮考啉酸、2-羥基丁酸、3-羥基丁酸、2-甲基乳酸、其鹽及其混合物，且最優選該絡合劑為乳酸。應理解，許多上述化合物可以鹽(如，金屬鹽、銨鹽等)、酸或部分鹽的形式存在。例如，檸檬酸鹽包括檸檬酸及其單鹽、二鹽及三鹽。
絡合劑可以任何合適的量存在於電化學-機械拋光組合物中。通常，基於拋光組合物的總重量，該絡合劑以0.01重量％或更多，優選以0.05重量％或更多，更優選以0.1重量％或更多，且最優選以0.5重量％或更多的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。基於拋光組合物的總重量，該絡合劑通常以10重量％或更少，優選以5重量％或更少的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。
如上所述，本發明的電化學-機械拋光組合物包含醇。該電化學-機械拋光組合物可包含任何合適醇。優選，該醇選自甲醇、乙醇、丙醇(如，1-丙醇或2-丙醇)、丁醇(如，1-丁醇、2-丁醇或叔丁醇(即，2-甲基丙-2-醇))及其混合物。更優選，該醇包含丙醇(如，2-丙醇或異丙醇)。或者，該醇可為具有分子量大於丁醇的支鏈或直鏈醇。
該醇可以任何合適的量存在於該電化學-機械拋光組合物中，但是基於拋光組合物的總重量，通常以5重量％或更多的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。優選，基於拋光組合物的總重量，該醇以10重量％或更多，更佳以15重量％或更多的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。基於拋光組合物的總重量，通常，該醇以40重量％或更少，優選以35重量％或更少，更優選以30重量％或更少，甚至更優選以25重量％或更少，且最優選以20重量％或更少的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。
在本發明的電化學-機械拋光組合物中，使用液體載體來溶解化學上惰性的、水溶性鹽且促進將腐蝕抑制劑、聚電解質、絡合劑、醇及任何其他添加劑施加至待拋光或平坦化的合適基底的表面。如上所述，該液體載體優選為水(如，去離子水)。該液體載體可進一步包含合適的與水可混溶的溶劑。但是，在特定優選實施方式中，該液體載體基本上由水組成，或由水組成，更優選為去離子水。
該電化學-機械拋光組合物可具有任何合適的pH。通常，該電化學-機械拋光組合物具有13或更小的pH。優選，該電化學-機械拋光組合物具有7或更小(如，6或更小、5或更小、或4或更小)的pH。通常，該電化學-機械拋光組合物具有1或更大(如，2或更大)的pH。
該電化學-機械拋光組合物的pH可由任何合適的方式達到和/或保持。更具體地說，該拋光組合物可進一步包含pH調節劑、pH緩衝劑、或其組合。該pH調節劑可為任何合適的pH調節化合物。例如，該pH調節劑可為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化銨、或其組合。該pH緩衝劑可為任何合適的緩衝劑，如，磷酸鹽、乙酸鹽、硼酸鹽、銨鹽等。該電化學-機械拋光組合物可包含任何合適量的pH調節劑和/或pH緩衝劑，只要該量足以達到和/或保持該拋光組合物的pH在本文提出的範圍內。
該電化學-機械拋光組合物可任選地進一步包含表面活性劑。合適的表面活性劑可包括，例如，陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑、其混合物等。優選，該拋光組合物包含非離子表面活性劑。合適的非離子表面活性劑的實例為乙二胺聚氧乙烯表面活性劑。基於液體載體和溶解或懸浮在其中的任何組分的重量，表面活性劑的量通常為0.0001重量％至1重量％(優選0.001重量％至0.1重量％，或0.005重量％至0.05重量％)。
該電化學-機械拋光組合物可任選地進一步包含消泡劑。該消泡劑可為任何合適的消泡劑。合適的消泡劑包括但不限於，矽基或炔二醇基的消泡劑。存在於該拋光組合物中的消泡劑的量通常為40ppm至140ppm。
該電化學-機械拋光組合物任選地進一步包含殺生物劑。該殺生物劑可為任何合適的殺生物劑，如異噻唑啉酮殺生物劑。用於該拋光組合物中的殺生物劑的量通常為1至50ppm，優選為10至20ppm。
本領域技術人員應理解，本發明的電化學-機械拋光組合物可由任何合適的方法來生產。通常，該電化學-機械拋光組合物是通過以任意合適的順序將化學上惰性的水溶性鹽、腐蝕抑制劑、聚電解質、絡合劑、醇及任何其它任選的添加劑加入水中來生產。為了保證所產生的電化學-機械拋光組合物均一，優選在組分添加至水中時和/或在該拋光組合物的組分已加至水中後適當的時間時攪拌水。當與拋光基底的方法聯合使用時，本發明的電化學-機械拋光組合物可在其製備後任何合適的時間使用。優選，本發明的電化學-機械拋光組合物在該電化學-機械拋光組合物製備後30天內，更優選10天內(例如，240小時內)使用。
或者，本發明的電化學-機械拋光組合物可通過在使用點或接近使用點時混合該拋光組合物的組分來生產。如本文使用的術語″使用點″是指該電化學-機械拋光組合物施用於基底表面(如，拋光墊或基底表面自身)的點。當使用使用點混合來生產電化學-機械拋光組合物時，該電化學-機械拋光組合物的組分是分離儲存於兩個或多個儲存設備中。如該術語在本文中使用時，該電化學-機械拋光組合物的″組分″可為任何單獨的化合物或該拋光組合物的成分(如，化學上惰性的水溶性鹽、腐蝕抑制劑、聚電解質、絡合劑、醇、其它任選的添加劑、或水)，或多於一種的該化合物或成分的任意組合(如，腐蝕抑制劑、醇及任選地至少一部分水)。
為了在使用點或接近使用點時混合包含於儲存裝置中的組分以生產電化學-機械拋光組合物，通常對該儲存裝置提供一或多條流線，其自每個儲存裝置通向拋光漿料的使用點(如，壓板、拋光墊或基底表面)。術語″流線″是指自單獨的儲存容器向儲存於其內的組分的使用點的流動路徑。該一或多條流線可各自直接通向使用點，或在使用多於一條流線的情況下，兩條或多條流線可在任何點組合成通向使用點的單條流線中。此外，該一或多條流線中的任何流線(如，單獨的流線或組合流線)在到達組分的使用點的前可首先通向一或多個其它裝置(如，泵裝置、量測裝置、混合裝置等等)。
該電化學-機械拋光組合物的組分可獨立傳送至使用點(如，將該組分傳送至基底表面，於是在拋光過程中將該組分混合)，或該組分在傳送至使用點的前立即組合。如果組分在到達使用點的前小於10秒內組合，優選在到達使用點的前小於5秒內組合，更優選在到達使用點的前小於1秒內組合，或甚至與該組分傳送至使用點時同時組合(如，該等組分在分配器中組合)，則該組分是在″傳送至使用點的前立即″組合。如果其在使用點5m內，如在使用點1m內或甚至在使用點10cm內(如在使用點1cm內)組合，該組分也是在″傳送至使用點的前立即″組合。
當兩種或多種組分在到達使用點的前組合時，該組分可在流線中組合且傳送至使用點而不使用混合設備。或者，一或多條流線可通向混合設備以促進兩種或多種組分的組合。可使用任何合適的混合設備。例如，該混合設備可為兩種或多種組分流過的噴嘴或噴口(如，高壓噴嘴或噴口)。或者，該混合設備可為包含一個或多個入口與至少一個出口的容器型混合設備，通過該入口將拋光漿料的兩種或多種組分引進混合器中，且通過該出口混合組分離開混合器以直接或經由該裝置的其它組件(如，經由一或多條流線)傳送至使用點。此外，該混合設備可包含多於一個的腔室，每個腔室具有至少一個入口與至少一個出口，其中兩種或多種組分在各腔室中組合。如果使用容器型混合設備，該混合設備優選包含混合機構以進一步促進該組分的組合。混合機構是本領域通常已知的且包括攪拌器、摻合器、攪拌機、槳式隔板、氣體噴射系統、振動器等等。
本發明的電化學-機械拋光組合物還可以濃縮物提供，其需要在使用前用適當量的水稀釋。在該實施方式中，該電化學-機械拋光組合物濃縮物可包含化學上惰性的水溶性鹽、腐蝕抑制劑、聚電解質、絡合劑、醇及其它任選的添加劑，其量使得在用適當量的水稀釋該濃縮物時，該電化學-機械拋光組合物中每種組分以在以上對於每種組分所描述的適當範圍內的量存在於該拋光組合物中。例如，化學上惰性的水溶性鹽、腐蝕抑制劑、聚電解質、絡合劑及醇可各自以大於上述每種組分的濃度2倍(如，3倍、4倍或5倍)的量存在於濃縮物中，使得當濃縮物用等體積的水(如，分別為2等體積水、3等體積水或4等體積水)稀釋時，各種組分將以在以上對每種組分提出的範圍內的量存在於該電化學-機械拋光組合物中。此外，本領域技術人員應理解，為保證化學上惰性的水溶性鹽、腐蝕抑制劑、聚電解質、絡合劑及其它合適的添加劑至少部分或全部溶解於該濃縮物中，該濃縮物可含有適當分量的存在於最終電化學-機械拋光組合物中的水。
本發明進一步提供使用上述電化學-機械拋光組合物拋光基底的方法。根據本發明的拋光基底的方法通常包含以下步驟(a)提供基底，(b)將該基底的一部分浸入本發明的電化學-機械拋光組合物中，(c)對該基底施加陽極電位，及(d)研磨該基底的浸入部分的至少一部分以拋光該基底。
更具體地說，本發明提供拋光包含一個或多個導電金屬層的基底的方法，該方法包含以下步驟(a)提供包含一個或多個導電金屬層的基底，(b)將該基底的一部分浸入電化學-機械拋光組合物中，該拋光組合物包含(i)化學上惰性的、水溶性鹽、(ii)腐蝕抑制劑、(iii)聚電解質、(iv)絡合劑、(v)醇及(vi)水，(c)對該基底施加陽極電位，該陽極電位至少施加於浸入該拋光組合物中的基底部分，及(d)研磨該基底浸入部分的至少一部分以拋光該基底。
本發明的方法可用於拋光任何合適的基底。例如，本發明的電化學-機械拋光組合物與方法用於基底如微電子基底(如，集成電路、存儲磁碟或硬碟、金屬、ILD層、半導體、薄膜、微電機系統、鐵電體、磁頭、聚合膜及低或高介電膜)的電化學-機械拋光。該基底可包含任何合適的絕緣、金屬或金屬合金層(如，金屬導電層)。該絕緣層可為金屬氧化物、多孔金屬氧化物、玻璃、有機聚合物、氟化有機聚合物或任何其它合適的高或低κ絕緣層。該金屬層可包含任何合適的金屬，其包括選自銅、鎢、鋁(如在11或更大的pH下)、鈦、鉑、銠、銥、銀、金、鎳、釕及其混合物的金屬。通常，可合適地使用本發明的電化學-機械拋光組合物及方法拋光的基底包含一個或多個導電金屬層。優選，該導電金屬層包括銅。
陽極電位可以任何合適的方式施加於基底上。通常，用於執行該方法的裝置包含至少兩個電極，其中一個浸沒於電化學-機械拋光組合物中且另一個例如通過導電拋光墊和/或該拋光裝置的壓板耦合至基底。在該配置中，電極通常連接至電源上且將電位或偏壓施加於電極，使得將陽極(正)電位施加於基底上。該電源可經調適將恆定電流或恆定電位施加於電極與基底上。在特定實施方式中，可將恆定電流施加於電極和/或基底上第一時間段，且然後將恆定電位施加於電極和/或基底上第二時間段。在該實施方式中，對基底施加恆定電流及恆定電位的步驟可以任意合適的順序執行。施加於電極和/或基底上的電位可為恆定或可隨時間變化(即隨時間變化的電位)。
基底的浸入部分可由任何合適的方式研磨以拋光該基底。通常，使用拋光墊研磨該基底，該墊通常連接至電化學-機械拋光裝置的拋光壓板上。該拋光墊(當存在時)可為任何合適的研磨或非研磨拋光墊。
在特定實施方式中，本發明的方法可包含在通過對浸入的基底施加陽極電位拋光至少一部分基底之前或之後進行的其它步驟。特別地，本發明的方法可進一步包含使用化學-機械拋光組合物拋光基底的步驟。通常，前面提及的附加步驟在已通過對至少浸入本發明的拋光組合物中的部分基底施加陽極電位拋光基底(即上面的步驟(d))後進行，且還可在不對基底施加陽極電位的情況下執行。在該附加步驟中使用的化學-機械拋光組合物期望包含氧化劑。該氧化劑可為任何合適的氧化劑。優選，該氧化劑為過氧化物(如過氧化氫)。在特定的實施方式中，本發明的電化學-機械拋光組合物可進一步包含氧化劑，從而使得該電化學-機械拋光組合物也用作前面提及的附加步驟的化學-機械拋光組合物。
根據本發明的拋光基底的方法可在任何合適的裝置中執行。合適的電化學-機械拋光裝置包括但不限於，在美國專利No.6,379,223、美國專利申請公開No.2002/0111121 A1、2002/0119286 A1、2002/0130049 A1、2003/0010648 A1、2003/0116445 A1及2003/0116446 A1，以及國際專利申請WO 03/001581 A2中公開的裝置。
權利要求
1.一種電化學-機械拋光組合物，其包含(a)化學上惰性的、水溶性鹽，(b)腐蝕抑制劑，(c)聚電解質，(d)絡合劑，(e)醇，基於該拋光組合物的總重量，該醇以5重量％或更多的量存在於該拋光組合物中，及(f)水。
2.權利要求1的拋光組合物，其中該化學上惰性的、水溶性鹽為硫酸鉀，該腐蝕抑制劑為苯並三唑，該聚電解質為聚(丙烯酸)，該絡合劑為乳酸，且該醇為丙醇。
3.權利要求2的拋光組合物，其中基於該拋光組合物的總重量，該化學上惰性的、水溶性鹽以0.5至4重量％的量存在於該拋光組合物中，且基於該拋光組合物的總重量，該醇以15至20重量％的量存在於該拋光組合物中。
4.權利要求1的拋光組合物，其中基於該拋光組合物的總重量，該化學上惰性的、水溶性鹽以0.5至10重量％的量存在於該拋光組合物中。
5.權利要求1的拋光組合物，其中該拋光具有7或更小的pH。
6.權利要求1的拋光組合物，其中該拋光組合物包含(a)選自氯化物、磷酸鹽、硫酸鹽及其混合物的化學上惰性的、水溶性鹽，(b)選自1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯並三唑、苯並咪唑、苯並噻唑及其混合物的腐蝕抑制劑，(c)選自阿拉伯膠、瓜爾豆膠、羥丙基纖維素、聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸-共-丙烯醯胺)、聚(丙烯酸-共-2，5-呋喃二酮)、聚(丙烯酸-共-丙烯醯氨基甲基丙基磺酸)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸甲酯-共-4-[(2-甲基-2-丙烯基)氧基]-苯磺酸-共-2-甲基-2-丙烯-1-磺酸)、聚(丙烯醯胺)、聚(N-磺丙基丙烯醯胺)、聚(2-丙烯醯氨基-2-甲基丙烷磺酸)、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)、聚(乙二醇)、聚(乙烯亞胺)、聚(甲基丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸鈉)、聚(磺丙基甲基丙烯酸酯)、聚(馬來酸)、聚(馬來-共-烯烴)、聚(乙烯醇)、聚(苯胺磺酸)、聚(乙烯磺酸)、聚(苯乙烯磺酸鹽)、聚(苯乙烯-共-馬來酸)、聚(4-苯乙烯磺酸鈉)、聚(乙烯基磺酸鹽)、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基硫酸鈉)、聚(乙烯磺酸)、琥珀醯基化聚-L-賴氨酸、聚[苯胺-共-N-(3-磺丙基)苯胺]、海藻酸鈉、黃原膠及其混合物的聚電解質，(d)選自羧酸、二羧酸、三羧酸、多羧酸及其混合物的絡合劑，(e)選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及其混合物的醇，基於該拋光組合物的總重量，該醇以5重量％或更多的量存在於該拋光組合物中，及(f)水。
7.權利要求6的拋光組合物，其中基於該拋光組合物的總重量，該化學上惰性的、水溶性鹽以0.5至10重量％的量存在於該拋光組合物中。
8.權利要求6的拋光組合物，其中該腐蝕抑制劑為苯並三唑。
9.權利要求6的拋光組合物，其中該聚電解質為聚(丙烯酸)。
10.權利要求6的拋光組合物，其中該絡合劑選自乳酸、酒石酸、檸檬酸、丙二酸、鄰苯二甲酸、琥珀酸、乙醇酸、丙酸、乙酸、水楊酸、皮考啉酸、2-羥基丁酸、3-羥基丁酸、2-甲基乳酸、其鹽、及其混合物。
11.權利要求10的拋光組合物，其中該絡合劑為乳酸。
12.權利要求6的拋光組合物，其中該醇為丙醇。
13.權利要求6的拋光組合物，其中基於該拋光組合物的總重量，該醇以15至25重量％的量存在於該拋光組合物中。
14.權利要求6的拋光組合物，其中該拋光組合物具有7或更小的pH。
15.一種拋光包含一個或多個導電金屬層的基底的方法，該方法包含以下步驟(a)提供包含一個或多個導電金屬層的基底，(b)將該基底的一部分浸入電化學-機械拋光組合物中，該拋光組合物包含(i)化學上惰性的、水溶性鹽，(ii)腐蝕抑制劑，(iii)聚電解質，(iv)絡合劑，(v)醇，基於該拋光組合物的總重量，該醇以5重量％或更多的量存在於該拋光組合物中，及(vi)水，(c)對該基底施加陽極電位，該陽極電位至少施加於浸入該拋光組合物中的該基底部分，及(d)研磨該基底浸入部分的至少一部分以拋光該基底。
16.權利要求15的方法，其中該導電金屬層包含銅。
17.權利要求16的方法，其中該化學上惰性的、水溶性鹽為硫酸鉀，該腐蝕抑制劑為苯並三唑，該聚電解質為聚(丙烯酸)，該絡合劑為乳酸且該醇為丙醇。
18.權利要求15的方法，其中基於該拋光組合物的總重量，該化學上惰性的、水溶性鹽是以0.5至4重量％的量存在於該拋光組合物中，且基於該拋光組合物的總重量，該醇以15至20重量％的量存在於該拋光組合物中。
19.權利要求15的方法，其中基於該拋光組合物的總重量，該化學上惰性的、水溶性鹽以0.5至10重量％的量存在於該拋光組合物中。
20.權利要求15的方法，其中該拋光組合物具有7或更小的pH。
21.權利要求15的方法，其中該拋光組合物包含(i)選自氯化物、磷酸鹽、硫酸鹽及其混合物的化學上惰性的、水溶性鹽，(ii)選自1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯並三唑、苯並咪唑、苯並噻唑及其混合物的腐蝕抑制劑，(iii)選自阿拉伯膠、瓜爾豆膠、羥丙基纖維素、聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸-共-丙烯醯胺)、聚(丙烯酸-共-2，5-呋喃二酮)、聚(丙烯酸-共-丙烯醯氨基甲基丙基磺酸)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸甲酯-共-4-[(2-甲基-2-丙烯基)氧基]-苯磺酸-共-2-甲基-2-丙烯-1-磺酸)、聚(丙烯醯胺)、聚(N-磺丙基丙烯醯胺)、聚(2-丙烯醯氨基-2-甲基丙烷磺酸)、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)、聚(乙二醇)、聚(乙烯亞胺)、聚(甲基丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸鈉)、聚(磺丙基甲基丙烯酸酯)、聚(馬來酸)、聚(馬來-共-烯烴)、聚(乙烯醇)、聚(苯胺磺酸)、聚(乙烯磺酸)、聚(苯乙烯磺酸鹽)、聚(苯乙烯-共-馬來酸)、聚(4-苯乙烯磺酸鈉)、聚(乙烯基磺酸鹽)、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基硫酸鈉)、聚(乙烯磺酸)、琥珀醯基化聚-L-賴氨酸、聚[苯胺-共-N-(3-磺丙基)苯胺]、海藻酸鈉、黃原膠及其混合物的聚電解質，(iv)選自羧酸、二羧酸、三羧酸、多羧酸及其混合物的絡合劑，(v)選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及其混合物的醇，基於該拋光組合物的總重量，該醇以5重量％或更多的量存在於該拋光組合物中，及(vi)水。
22.權利要求21的方法，其中該導電金屬層包含銅。
23.權利要求21的方法，其中基於該拋光組合物的總重量，該化學上惰性的、水溶性鹽以0.5至10重量％的量存在於該拋光組合物中。
24.權利要求21的方法，其中該腐蝕抑制劑為苯並三唑。
25.權利要求18的方法，其中該聚電解質為聚(丙烯酸)。
26.權利要求21的方法，其中該絡合劑選自乳酸、酒石酸、檸檬酸、丙二酸、苯二甲酸、琥珀酸、乙醇酸、丙酸、乙酸、水楊酸、皮考啉酸、2-羥基丁酸、3-羥基丁酸、2-甲基乳酸、其鹽、及其混合物。
27.權利要求26的方法，其中該絡合劑為乳酸。
28.權利要求21的方法，其中該醇為丙醇。
29.權利要求21的方法，其中基於該拋光組合物的總重量，該醇以15至25重量％的量存在於該拋光組合物中。
30.權利要求21的方法，其中該拋光組合物具有7或更小的pH。
全文摘要
本發明提供一種電化學－機械拋光組合物，其包含(a)化學上惰性的、水溶性鹽、(b)腐蝕抑制劑、(c)聚電解質、(d)絡合劑、(e)醇及(f)水。本發明還提供一種拋光包含一個或多個導電金屬層的基底的方法，該方法包含以下步驟(a)提供包含一個或多個導電金屬層的基底，(b)將該基底的一部分浸入電化學－機械拋光組合物中，該拋光組合物包含(i)化學上惰性的、水溶性鹽、(ii)腐蝕抑制劑、(iii)聚電解質、(iv)絡合劑、(v)醇及(vi)水，(c)對該基底施加陽極電位，該陽極電位至少施加於浸入該拋光組合物中該基底的部分，及(d)研磨該基底的浸入部分的至少一部分以拋光該基底。
文檔編號H01L21/321GK1961055SQ200580017301
公開日2007年5月9日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年5月28日
發明者弗拉斯塔·布魯西科, 麥可·理查森, 戴維·施洛德, 張劍 申請人:卡伯特微電子公司