專利名稱：：用于金屬的化學(xué)機(jī)械拋光的漿料組合物以及使用其的拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于制造集成電路器件(集成電路裝置)的組合物以及使用該組合物來制造集成電路器件的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來平坦化集成電路基板上的金屬層的方法以及組合物。
背景技術(shù)：
：典型地，用于電子裝置的半導(dǎo)體芯片的晶體管經(jīng)由形成于介電層內(nèi)的互連溝槽的圖案而彼此連接。圖案配置通常具有鑲嵌結(jié)構(gòu)或雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)。阻擋層覆蓋該經(jīng)圖案化的介電層，并且金屬層覆蓋該阻擋層。金屬層至少具有足夠的厚度以用金屬填充該經(jīng)圖案化的溝槽從而形成電路互連?；ミB溝槽必須具有足夠高的密度和復(fù)雜度以制造包括其間距(間隔)為0.25微米以下的晶體管的器件。因此，需要化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來有效和高效的使用晶體管。典型的金屬互連CMP需要多個拋光步驟。例如，進(jìn)行第一步驟從而以初始高速率(>5，000埃/分鐘)基本上除去過量的金屬互連，諸如銅互連；然后進(jìn)行第二步驟從而使用精細(xì)分割的研磨劑除去留在該金屬互連外側(cè)的阻擋層上的金屬部分，并且使金屬互連的表面平坦度最大化。隨后從下方介電層拋光除去阻擋層，以在埋置在鑲嵌結(jié)構(gòu)或雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)和介電層中的金屬互連上提供平坦的拋光表面。溝槽內(nèi)的金屬起形成互連電路的金屬線的作用。金屬CMP傾向于不僅除去在用互連金屬填充的溝槽的圖案外側(cè)存在的金屬，而且還除去在溝槽內(nèi)存在的互連金屬。從溝槽除去金屬造成所謂的“凹陷”現(xiàn)象。凹陷是一種不利的現(xiàn)象，這是因?yàn)槠湓斐山饘匐娐返呐R界尺寸的變化。當(dāng)金屬去除速率高時(shí)，通?？梢园l(fā)生嚴(yán)重的凹陷。用呈現(xiàn)出非普列斯東行為(non-Prestonianbehavior)的拋光漿料來處理金屬被認(rèn)為是一種用于使凹陷最小化并獲得高的平坦化程度的方法。早期的銅CMP漿料呈現(xiàn)出線性普列斯東行為(Prestonianbehavior)(F.W.Preston.J.Soc.GlassTech.11,214(1927))。例如，銅的去除速率是施加至基板的壓力和拋光速率的一階函數(shù)。該實(shí)例在圖1的曲線圖中以線表示(Chenetal.ThinSolidFilms498，50-55，2006)。一些參考文獻(xiàn)和專利公開披露了在銅CMP期間，當(dāng)銅拋光漿料呈現(xiàn)出在圖1中以線■或▲表示的非普列斯東行為時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高平坦化效率和低圖案依賴性((a)美國專利公開第2006/0000151號；(b)授予給H.Yano，G.等人的美國專利第6，454，819號(2002)；(c)授予給M.Hattor等人的美國專利第6，565，767號(2003)；(d)授予給D.J.Schroeder等人的美國專利第6，821，897號(2004)；(e)S.Kondoetal.J.ElectrochemSoc.147,3907(2000))即，當(dāng)銅的去除速率相對于壓力或拋光速率顯示線性相關(guān)時(shí)，觀察到非普列斯東行為。晶圓中具有高地貌(topography)的區(qū)域暴露于相對高的局部壓力，并且因此以高速率被除去。然而，呈現(xiàn)出圖1所示的非普列斯東行為的CMP系統(tǒng)(例如，漿料)以比呈現(xiàn)出普列斯東行為的漿料更低的速率拋光高地貌區(qū)域。總之，呈現(xiàn)出非普列斯東行為的漿料可以加寬銅CMP的過度拋光窗從而以更有效和更快速的方式平坦化銅。非普列斯東行為可以通過使用利用下列聚合物的銅CMP漿料誘導(dǎo)出均聚物聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸(美國專利第6，117，775號)；雜聚物聚丙烯酸酯-聚甲基丙烯酸酯共聚物(美國專利第6，632，259號、美國專利公開第2006/0000150和2006/0000151號)；聚合物混合物聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮(美國專利公開第2007/0176141和2006/0138086號)、聚丙烯酸和聚磺酸(美國專利公開第2006/0191872號)；與聚合物的摻合物兩性離子和聚丙烯酸(美國專利公開第2005/0189322和2007/0007248號)、季銨離子和聚丙烯酸(美國專利公開第2006/0205219號)、苯并三唑(BTA)和均聚物(美國專利第6，899，821和6，896，825號以及美國專利公開第2005/0095860號)、BTA和聚丙烯酸(美國專利第6，461，230號)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題然而，常規(guī)的拋光系統(tǒng)在有效呈現(xiàn)非普列斯東行為方面不是令人滿意的。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于金屬的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的漿料前體組合物，包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑以及共聚物，其中該共聚物具有約600，000至約1，300,000的平均分子量并且包括以約130至約301的共聚合比(共聚比率)的丙烯酸單體和丙烯酰胺單體。該共聚物的平均分子量可以使用作為分子量標(biāo)準(zhǔn)的支鏈淀粉和含水移動相(流動相)通過凝膠滲透層析(GPC)來確定?；谝后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量(即，包括漿料前體和氧化劑的最終漿料組合物的總重量)，該共聚物可以以按重量計(jì)約0.001%至約的量存在。該研磨劑可以為氧化鋁或硅石(或氧化硅)?；谠撘后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該研磨劑可以以按重量計(jì)約0.至約20%的量存在。絡(luò)合劑可以選自由羰基化合物、羧酸類以及它們的鹽類、醇類、含胺化合物、以及它們的組合組成的組?；谠撘后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該絡(luò)合劑可以以按重量計(jì)約0.01%至約5%的量存在。腐蝕抑制劑可以選自由氨、烷基胺類、氨基酸類、亞胺類、唑類、以及它們的組合組成的組。該腐蝕抑制劑可以包括苯并三唑及其衍生物。該腐蝕抑制劑可以為2，2，-[[(5-甲基-IH-苯并三唑-1-基)_甲基]亞胺基]二-乙醇和2，2，-[[(4-甲基-IH-苯并三唑-1-基)-甲基]亞胺基]二-乙醇的異構(gòu)混合物。基于該液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該腐蝕抑制劑可以以按重量計(jì)約0.005%至約5%的量存在。本發(fā)明的漿料前體組合物可以進(jìn)一步包括pH調(diào)節(jié)劑。該pH調(diào)節(jié)劑可以選自由氫氧化鈉、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、以及它們的組合組成的組。本發(fā)明的漿料前體組合物可以進(jìn)一步包括表面活性劑。該表面活性劑可以為兩性表面活性劑或非離子型表面活性劑?；谠撘后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該表面活性劑可以以按重量計(jì)約0.01%至約5%的量存在。本發(fā)明的CMP漿料前體組合物可以進(jìn)一步包括殺生物劑或消泡劑。該殺生物劑或消泡劑可以為異噻唑啉酮或聚二甲基硅氧烷?；谠撘后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該殺生物劑可以以約Ippm至約50ppm的量存在，并且該消泡劑可以以約40ppm至約140ppm的量存在。液體載體可以包括去離子水。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括在拋光前混合在一起的CMP漿料前體組合物和氧化劑的CMP漿料組合物。本發(fā)明的CMP漿料組合物可以呈現(xiàn)出非普列斯東行為以實(shí)現(xiàn)最小化的凹陷并達(dá)到高的平坦化程度。氧化劑可以選自由無機(jī)過氧化物和有機(jī)過氧化物、氫溴酸及其鹽類、硝酸及其鹽類、鹽酸及其鹽類、鉻酸及其鹽類、氫碘酸及其鹽類、鐵鹽類和銅鹽類、稀土金屬氧化物和過渡金屬氧化物、鐵氰化鉀、重鉻酸鉀、以及它們的組合組成的組?；谠撘后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該氧化劑可以以按重量計(jì)約0.至約30%的量存在。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種使用該金屬CMP漿料組合物的拋光方法。圖1是示出了銅的拋光去除速率隨拋光向下力(downforce)的變化的曲線圖，其說明了普列斯東和非普列斯東行為。具體實(shí)施例方式在下文中，在其中描述了本發(fā)明的某些但不是所有實(shí)施方式的本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中將更充分地描述本發(fā)明。確實(shí)，本發(fā)明可以以許多不同的形式來具體化，并且不應(yīng)解譯為限于此處陳述的實(shí)施方式；相反，提供了這些實(shí)施方式使得本披露內(nèi)容將滿足適用的法律要求。本發(fā)明的用于金屬的化學(xué)機(jī)械拋光的漿料前體組合物包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑以及共聚物，其中該共聚物具有約600，000至約1，300,000的平均分子量并且包括以約130至約301的共聚合比的丙烯酸單體和丙烯酰胺單體。共聚物如本文中所使用的術(shù)語“共聚物”是指兩種或多種不同單體的聚合物。改變單體之間的共聚合比以使組合物呈現(xiàn)出與每個單體的均聚物不同的獨(dú)特的拋光行為。丙烯酸單體和丙烯酰胺單體以約130至約301，例如，約595至約955的摩爾比來使用，并且作為另一個實(shí)例以約1090至約8020的摩爾比來使用以合成共聚物。該共聚物具有如通過凝膠滲透層析(GPC)使用支鏈淀粉作為分子量標(biāo)準(zhǔn)與含水移動相所確定的從約600，000至約1，300,000，例如從約610，000至約1，000,000的范圍的平均分子量，并且作為另一個實(shí)例從約630，000至約950，000的范圍的平均分子量?；谝后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，用于獲得有效的非普列斯東行為的共聚物的量可以在從按重量計(jì)約0.001%至約1%，例如從按重量計(jì)約0.005%至約0.5%，并且作為另一實(shí)例從按重量計(jì)約0.01%至約0.的范圍。研磨劑任何合適已知的研磨劑可以用于本發(fā)明中。例如，研磨劑可以為天然研磨劑或合成研磨劑。用于本發(fā)明的合適研磨劑可以包括但不限于金剛石(例如，多晶金剛石)、石榴石、玻璃、金剛砂、金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物、以及它們的組合。合適的金屬氧化物可以包括但不限于氧化鋁、硅石、氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋯、氧化鍺、氧化鎂、其共同形成的產(chǎn)物(coformedproducts)、以及它們的組合。研磨劑可以具有約IOnm至約500nm，例如約40nm至約300nm(例如，約IOOnm至約200nm)的平均粒徑(直徑)。典型地，基于液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所使用的研磨劑的量可以為從按重量計(jì)約0.至約20%，例如，按重量計(jì)約0.2%至約10%，并且作為另一個實(shí)例為按重量計(jì)約0.5%至約5%。氧化劑化學(xué)氧化劑可以為適合用于CMP方法的任何已知氧化劑。用于本發(fā)明的合適氧化劑可以包括但不限于無機(jī)過氧化物和有機(jī)過氧化物、氫溴酸及其鹽類、硝酸及其鹽類、鹽酸及其鹽類、鉻酸及其鹽類、氫碘酸及其鹽類、鐵鹽類和銅鹽類(例如，硝酸鹽、硫酸鹽、EDTA鹽、以及檸檬酸鹽)、稀土金屬氧化物和過渡金屬氧化物(例如，四氧化鋨)、鐵氰化鉀、重鉻酸鉀等、以及它們的組合。如由Hawley’s壓縮化學(xué)辭典(Hawley’sCondensedChemicalDictionary)所定義，如此處所使用的屬于“過氧化物”是指含有一個或多個過氧基團(tuán)(-0-0-)的化合物或含有以其最高氧化態(tài)的元素的化合物。該含有一個或多個過氧基團(tuán)(-0-0-)的化合物的實(shí)例包括但不限于過氧化氫、過氧化氫加合物(例如，尿素過氧化氫和過碳酸鹽)、有機(jī)過氧化物(例如，過氧化苯甲酰、過乙酸和二叔丁基過氧化物)、一過硫酸及其鹽類(SO/—)、二過硫酸及其鹽類(S2O82)、以及過氧化鈉。該含有以其最高氧化態(tài)的元素的化合物的實(shí)例包括但不限于高碘酸及其鹽類、過溴酸及其鹽類、高氯酸及其鹽類、過硼酸及其鹽類、以及高錳酸及其鹽類?；谝后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該CMP系統(tǒng)(特別地為拋光組合物)典型包括按重量計(jì)約0.至約30%，例如按重量計(jì)約0.2%至約20%，并且作為另一個實(shí)例按重量計(jì)約0.5%至約15%，以及作為又一個實(shí)例按重量計(jì)約至約10%的氧化劑。氧化劑可以在剛拋光前與該CMP漿料前體組合物混合。絡(luò)合劑該拋光組合物包括絡(luò)合劑(或螯合劑)。可以使用任何能提高基板上的金屬的去除速率的化學(xué)添加劑作為絡(luò)合劑。用于本發(fā)明的合適絡(luò)合劑(螯合劑)的實(shí)例可以包括但不限于羰基化合物(例如，乙酰丙酮化物)、單純羧酸類及它們的鹽類(例如，乙酸和其鹽類以及芳基羧酸類和它們的鹽類)、具有一個或多個羥基基團(tuán)的羧酸類和它們的鹽類(例如，乙醇酸及其鹽類、乳酸及其鹽類、葡糖酸及其鹽類、以及五倍子酸及其鹽類)、二羧酸、三羧酸和多羧酸以及它們的鹽類(例如，草酸及其鹽類、鄰苯二甲酸及其鹽類、檸檬酸及其鹽類、琥珀酸及其鹽類、酒石酸及其鹽類、蘋果酸及其鹽類、EDTA及其鹽類(例如，EDTA二鉀)、以及它們的組合)、以及具有一個或多個磺酸基和/或膦酸基團(tuán)的羧酸類以及它們的鹽類、以及它們的組合。其它合適的絡(luò)合劑(螯合劑)的實(shí)例包括二醇、三醇和多元醇類(例如，乙二醇、鄰苯二酚、連苯三酚和丹寧酸)、和含胺化合物(例如，氨、氨基酸類、氨基醇類、以及二胺、三胺和多胺類)、以及它們的組合。絡(luò)合劑(螯合劑)的種類可以根據(jù)待去除的金屬的類型來確定。上述化合物可以以鹽類(例如，金屬鹽和銨鹽)、酸類或部分鹽類的形式存在。例如，檸檬酸及其鹽類包括檸檬酸以及單檸檬酸鹽、二檸檬酸鹽和三檸檬酸鹽。鄰苯二甲酸及其鹽類包括鄰苯二甲酸、單鄰苯二甲酸鹽類(例如，鄰苯二甲酸氫鉀)和二鄰苯二甲酸鹽類。高氯酸及其鹽類包括相應(yīng)的酸(即，高氯酸)和高氯酸鹽類。一些化合物或反應(yīng)物可以執(zhí)行一種或多種功能。例如，某些化合物(例如，硝酸鐵)可用作為螯合劑和氧化劑。基于液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所使用的絡(luò)合劑量可以在按重量計(jì)約0.01%至約5%，例如，按重量計(jì)約0.05%至約2%，并且作為另一個實(shí)例按重量計(jì)約0.至約的范圍。腐蝕抑制劑本發(fā)明中所使用的腐蝕抑制劑是一種可延遲氧化劑的化學(xué)反應(yīng)的材料。腐蝕抑制劑起拋光控制劑的功能，所述拋光控制劑抑制未發(fā)生機(jī)械拋光的低地貌區(qū)域的腐蝕。高地貌區(qū)域通過研磨劑的機(jī)械作用來去除。含氮化合物專門被用作腐蝕抑制劑。用于本發(fā)明的合適腐蝕抑制劑的實(shí)例包括氨、烷基胺類、氨基酸類、亞胺類、以及唑類。這些腐蝕抑制劑可以單獨(dú)使用或以這些抑制劑中的兩種或多種的混合物的組合使用。包括苯并三唑及其衍生物的環(huán)狀氮化合物及其衍生物可以是有用的。也可以使用2，2’-[[(5-甲基-IH-苯并三唑-1-基)-甲基]亞胺基]二-乙醇與2，2，-[[(4_甲基-IH-苯并三唑-1-基)-甲基]亞胺基]二_乙醇的異構(gòu)混合物。所使用的腐蝕抑制劑的量考慮到腐蝕抑制效果、最佳拋光速率和預(yù)防漿料穩(wěn)定性的劣化來確定，并且基于液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，可以在按重量計(jì)約0.005%至約5%，例如，按重量計(jì)約0.05%至約1%，并且作為另一個實(shí)例按重量計(jì)約0.至約0.5%的范圍。pH調(diào)節(jié)劑本發(fā)明的拋光組合物可以可選地進(jìn)一步包括至少一種pH調(diào)節(jié)劑、pH控制劑或pH緩沖劑以幫助將組合物的PH維持在期望的水平。用于本發(fā)明的合適pH調(diào)節(jié)劑、pH控制劑和PH緩沖劑的實(shí)例可以包括但不限于氫氧化鈉、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、以及它們的組合。表面活性劑拋光組合物可以可選地進(jìn)一步包括表面活性劑以實(shí)現(xiàn)高拋光選擇性和/或高的平坦化程度。作為表面活性劑，例如可適當(dāng)?shù)厥褂藐栯x子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑(例如，聚丙烯酸酯)、兩性表面活性劑、非離子型表面活性劑或它們的組合。用于本發(fā)明的合適的兩性表面活性劑的實(shí)例可以包括但不限于羧酸銨、硫酸銨、氧化胺、N-十二烷基-N，N-二甲基甜菜堿、甜菜堿、磺基甜菜堿、和氨基丙基硫酸烷基酯、以及它們的組合。用于本發(fā)明的合適非離子型表面活性劑的實(shí)例可以包括但不限于2，4，7，9_四甲基-5-癸炔-4，7-二醇乙氧基化物和乙炔二醇(acetylenicglycol)表面活性劑，諸如聚氧乙烯C6_3(1烷基醚類、聚氧乙烯C6,烷基酸酯類、聚氧乙烯C6,烷基苯基醚類、聚氧乙烯C6,烷基環(huán)己基醚類、山梨聚糖C6,烷基酸酯類、聚氧乙烯山梨聚糖C6,烷基酸酯類和乙二胺聚氧乙烯(聚環(huán)氧乙烷)、以及它們的組合?；谝后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所使用的表面活性劑的量典型地為從按重量計(jì)約0.01%至約5%。殺牛物劑/消泡劑拋光組合物可以可選地進(jìn)一步包括殺生物劑和/或消泡劑。殺生物劑可以為任何已知的合適殺生物劑，例如異噻唑啉酮?dú)⑸飫；谝后w載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，該拋光組合物中殺生物劑的含量典型為從約Ippm至約50ppm，例如約IOppm至約20ppm。消泡劑可以是任何已知的合適消泡劑，例如聚二甲基硅氧烷。基于液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，消泡劑的量典型地為從約40ppm至約140ppmo液體載體使用液體載體來將研磨劑、拋光添加劑和任何其它溶解或懸浮在其中的組分有效地施加至待拋光(平坦化)的基板的表面。液體載體典型為水溶液。液體載體可單獨(dú)為水、水在合適的水可混溶溶劑中的溶液、或乳液。該合適的水可混溶溶劑可以包括但不限于醇類，諸如甲醇和乙醇，以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，液體載體包括超臨界液體。液體載體可以為水，例如去離子水。液體載體可選地進(jìn)一步包括溶劑或表面活性劑，其能夠幫助溶解拋光添加劑以增加待拋光基板的表面上的拋光添加劑的量。使本發(fā)明的CMP組合物與半導(dǎo)體晶圓的表面接觸以拋光該半導(dǎo)體晶圓。用于本發(fā)明的模式在下文中，將參照以下實(shí)施例來更詳細(xì)地說明本發(fā)明。然而，這些實(shí)施例僅用于舉例說明的目的并且不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)例1至4(聚合物的平均分子量對非普列斯東行為的影響)。所有聚合物均購自韓國SusanIndustries和韓國GuymongIndustries。聚合物均由10%的聚丙烯酸(PAA)和90%的聚丙烯酰胺(PAM)制備。聚合物的平均分子量通過凝膠滲透層析(GPC)使用作為分子量標(biāo)準(zhǔn)的支鏈淀粉多醣和含水移動相在下列詳細(xì)說明的條件下進(jìn)行確定。GPC瓦特氏(Waters)600泵/控制器標(biāo)準(zhǔn)品支鏈淀粉(ShodexP-82)柱瓦特氏超水凝膠(WatersUltrahydrogel)250檢測器瓦特氏2414移動相0·4%NaNO3流速1.0毫升/分鐘。各拋光組合物通過下述程序來制備。首先，將膠體氧化硅(ST-0，Nissan)懸浮在液體載體中直到濃度相對于最終組合物的重量達(dá)到按重量計(jì)1%。然后，將具有表1所示的平均分子量的各聚合物添加到含0.5%蘋果酸(Samchun)和0.5%的Irgamet-42(Ciba)的標(biāo)準(zhǔn)銅漿料中，直到相對于最終組合物，聚合物的濃度達(dá)到按重量計(jì)0.05%以制備拋光組合物。用硝酸將組合物的PH調(diào)節(jié)至2.1。將30%過氧化氫添加到組合物中，直到最終拋光漿料中的過氧化氫的含量達(dá)到按重量計(jì)3%。在添加后即刻，使用拋光漿料來拋光銅晶圓。銅晶圓購自SVMI公司(美國加利福尼亞)。在下述高壓和低壓設(shè)定條件下，使用MIRRA工具(由應(yīng)用材料公司(AppliedMaterials)制造)對晶圓進(jìn)行拋光高壓設(shè)定條件向下力3psi，固定環(huán)壓力4psi，平臺(臺板)速度93rpm，頭速度87rpm，拋光時(shí)間60秒。低壓設(shè)定條件向下力1.5psi，固定環(huán)壓力3psi，平臺速度93rpm，頭速度87rpm，拋光時(shí)間60秒。比較例1至3除了使用表1所示的各自聚合物之外，以與實(shí)例1至4中相同的方式來制備組合物。這些組合物用來拋光銅晶圓。在3psi和1.5psi的向下力下評價(jià)聚丙烯酸(PAA，10%)/聚丙烯酰胺(PAM，90%)的共聚物的平均分子量對銅去除速率的影響。結(jié)果示于表1中。表1聚合物代碼MwRR(3)RR(1.5)RR(3)/RR(1.5)比較例1P(250K)246，9708，5494，0022Λ比較例2Ρ(594Κ)594，5987，4383，962Γθ實(shí)施例1Ρ(632Κ)632，1115，9881，7833Λ實(shí)施例2P(732K)732，2048，2001，39059實(shí)施例3Ρ(846Κ)846，7726，2821，90533實(shí)施例4Ρ(945Κ)945，2816，1271，60338比較例3P(l,304Κ)1，304，6526，0633，189Γθ*1RR(3)在3psi的向下力下在銅氈晶圓上的銅去除速率(CuRR)RR(1.5)在1.5psi的向下力下在銅氈晶圓上的銅去除速率(CuRR)RR(3)/RR(1.5)將在3psi下的CuRR除以在1.5psi下的CuRR所獲得的值。根據(jù)普列斯東方程，比值RR(3)/RR(1.5)在恒定拋光速率下必須為2.0。如果在一區(qū)域中組合物的比值RR(3)/RR(1.5)與2.0顯著不同，則該組合物在該區(qū)域中呈現(xiàn)出非普列斯東行為，而不是普列斯東關(guān)系。表1的結(jié)果顯示，當(dāng)使用其平均分子量在600，000至1，300,000的范圍以外的聚合物時(shí)，比值RR(3)/RR(1.5)約為2.0，其與普列斯東形式的機(jī)制一致。相反，在1.5psi的拋光壓力下，使用其平均分子量在600，000至1，300，000的范圍內(nèi)的聚合物的組合物的銅去除速率比通過普列斯東方程估計(jì)的銅去除速率更快速地降低。因此，當(dāng)使用平均分子量為約600，000至約1，300,000的聚合物時(shí)，呈現(xiàn)出非普列斯東行為。實(shí)施例5至7(單體的共聚合比對非普列斯東行為的影響)所有聚合物均購自Polyscience(美國賓夕法尼亞)和Sigma-Aldrich(韓國)。如通過與實(shí)施例1至4中描述的相同的方法所確定的，發(fā)現(xiàn)聚合物具有750，000的平均分子量。將具有表2所示的共聚合比的按重量計(jì)0.05%的各聚合物加入到與實(shí)施例1至4中使用的相同種類的標(biāo)準(zhǔn)銅漿料中，以制備漿料組合物。用硝酸將組合物的PH調(diào)節(jié)至2.1。將30%過氧化氫添加到該組合物中，直到最終拋光漿料中的過氧化氫的含量達(dá)到按重量計(jì)3%。在添加后即刻，使用與實(shí)施例1至4中所使用的相同種類的銅晶圓和拋光設(shè)備進(jìn)行拋光。除了將低壓設(shè)定條件下的拋光向下力設(shè)定為1.Opsi之外，通過與在實(shí)施例1至4中描述的相同的程序?qū)︺~晶圓進(jìn)行拋光。比較例4和5除了使用具有表2所示的共聚合比的共聚物之外，以與實(shí)施例5至7中相同的方式來制備組合物。通過與在實(shí)施例5至7描述的相同的程序?qū)︺~晶圓進(jìn)行拋光。在3psi和Ipsi的向下力下對聚丙烯酸(PAA)/聚丙烯酰胺(PAM)的共聚物的共聚合比對銅去除速率的影響進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果示于表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*1RR(3)在3psi的向下力下在銅氈晶圓上的銅去除速率(CuRR)RR(I)在Ipsi的向下力下在銅氈晶圓上的銅去除速率(CuRR)RR(3)/RR(I)將在3psi下的CuRR除以在Ipsi下的CuRR所獲得的值。根據(jù)正常普列斯東行為，當(dāng)拋光向下力減少3的因數(shù)時(shí)，銅去除速率預(yù)期降低相同的因數(shù)。僅當(dāng)使用聚丙烯酸的均聚物(比較例5)時(shí)才觀察到該現(xiàn)象。當(dāng)單體之間的共聚合比改變時(shí)，呈現(xiàn)出兩種形式的非普列斯東行為，S卩，低度敏感性非普列斯東行為和高度敏感性非普列斯東行為。低度敏感性非普列斯東行為意味著這樣的一種現(xiàn)象，即，其中當(dāng)拋光向下力降低3的因數(shù)時(shí)，銅去除速率降低小于3的因數(shù)。當(dāng)使用其主要功能為蝕刻的拋光組合物時(shí)，呈現(xiàn)出低度敏感性非普列斯東行為。當(dāng)向下力的機(jī)械效應(yīng)消失時(shí)，主要去除機(jī)制為化學(xué)蝕刻。當(dāng)使用聚丙烯酰胺(PAM)的均聚物時(shí)觀察到該現(xiàn)象(比較例4)。腐蝕抑制劑(Irgamet)的腐蝕抑制效果削弱聚丙烯酰胺聚合物的功能，結(jié)果，化學(xué)蝕刻變得重要。低度敏感性非普列斯東行為對于CMP來說是不期望的，因?yàn)榧词乖诘拖蛳铝r(shí)，去除速率仍維持在高水平。當(dāng)拋光向下力減少3的因數(shù)，銅去除速率減低大于3的因數(shù)時(shí)，出現(xiàn)高度敏感性非普列斯東行為。當(dāng)聚合物與待拋光的表面進(jìn)行弱相互作用時(shí)，觀察到這樣的行為。在高向下力時(shí)，聚合物與表面之間存在很小的相互作用或沒有相互作用，這從以下的觀察是顯然的，艮口，在3psi時(shí)銅去除速率(CuRR)沒有降低，但是共聚物的組成改變。相反，聚合物修飾表面，并且CuRR在低向下力下降低。去除速率的比(RR(3)/RR(1))隨著共聚物的不同組成由4.2(實(shí)施例7)(其基本上對應(yīng)于普列斯東行為)改變成高于14(實(shí)施例5)，其中去除速率由于高聚酰胺含量而極大地降低。通過去除速率的微小控制，漿料可以被設(shè)計(jì)成使得相對于低向下力拋光系數(shù)更敏感地響應(yīng)。漿料呈現(xiàn)出可提供高的平坦化效率、低圖案依賴性以及更寬的過度拋光窗的行為。然而，沒有滿意地抑制在Ipsi下使用聚丙烯酸的均聚物的漿料組合物的CuRR。這表明聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的共聚物而不是聚丙烯酸能呈現(xiàn)出期望的行為。工業(yè)適用性利用本發(fā)明的CMP組合物和CMP方法，當(dāng)半導(dǎo)體晶圓暴露于CMP組合物時(shí)，可防止金屬互連的過度凹陷，金屬被充分地去除，并且提供良好的金屬去除速率。具體地，通過改變構(gòu)成在本發(fā)明的組合物中使用的共聚物的單體的比率，可以獲得最佳拋光結(jié)果。本發(fā)明的拋光組合物特別可用于銅互連的拋光。本發(fā)明的拋光組合物也提供了其它非鐵金屬如鋁、鎢、鉬以及它們的合金的增強(qiáng)的拋光。權(quán)利要求一種用于金屬的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的漿料前體組合物，包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑以及共聚物，其中，所述共聚物具有約600,000至約1,300,000的平均分子量并且包括以約1∶30至約30∶1的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺單體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述共聚物的平均分子量使用作為分子量標(biāo)準(zhǔn)的支鏈淀粉與含水移動相通過凝膠滲透層析(GPC)來確定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述共聚物以按重量計(jì)約0.001%至約的量存在。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述研磨劑為氧化鋁或硅石。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述研磨劑以按重量計(jì)約0.至約20%的量存在。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述絡(luò)合劑選自由羰基化合物、羧酸類及其鹽類、醇類、含胺化合物、以及它們的組合組成的組。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述絡(luò)合劑以按重量計(jì)約0.01%至約5%的量存在。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述腐蝕抑制劑選自由氨、烷基胺類、氨基酸類、亞胺類、唑類、以及它們的組合組成的組。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述腐蝕抑制劑包括苯并三唑及其衍生物。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述腐蝕抑制劑為2,2’-[[(5-甲基-IH-苯并三唑-1-基)-甲基]亞胺基]二-乙醇與2，2，-[[(4-甲基-IH-苯并三唑-1-基)-甲基]亞胺基]二-乙醇的異構(gòu)混合物。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述腐蝕抑制劑以按重量計(jì)約0.005%至約5%的量存在。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，進(jìn)一步包括PH調(diào)節(jié)劑。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的漿料前體組合物，其中，所述pH調(diào)節(jié)劑選自由氫氧化鈉、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、以及它們的組合組成的組。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，進(jìn)一步包括表面活性劑。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的漿料前體組合物，其中，所述表面活性劑為兩性表面活性劑或非離子型表面活性劑。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的漿料前體組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述表面活性劑以按重量計(jì)約0.01%至約5%的量存在。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，進(jìn)一步包括殺生物劑、或消泡劑、或殺生物劑和消泡劑兩者。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的漿料前體組合物，其中，所述殺生物劑為異噻唑啉酮，而所述消泡劑為聚二甲基硅氧烷。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的漿料前體組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述殺生物劑以約Ippm至約50ppm的量存在，而所述消泡劑以約40ppm至約140ppm的量存在。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料前體組合物，其中，所述液體載體包括去離子水。21.一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料組合物，包括CMP漿料前體組合物和氧化劑，所述CMP漿料前體組合物包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑和共聚物，其中所述共聚物具有約600，000至約1，300，000的平均分子量并且包括以約130至約301的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺單體。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的漿料組合物，其中，在拋光前使所述氧化劑與所述漿料前體組合物混合。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的漿料組合物，其中，所述氧化劑選自由無機(jī)過氧化物和有機(jī)過氧化物、氫溴酸及其鹽類、硝酸及其鹽類、鹽酸及其鹽類、鉻酸及其鹽類、氫碘酸及其鹽類、鐵鹽類和銅鹽類、稀土金屬氧化物和過渡金屬氧化物、鐵氰化鉀、重鉻酸鉀、以及它們的組合組成的組。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的漿料組合物，其中，基于所述液體載體和溶解或懸浮在其中的任何其它組分的重量，所述氧化劑以按重量計(jì)約0.至約30%的量存在。25.一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料組合物，包括第一組分，所述第二組分包括CMP漿料前體組合物，所述CMP漿料前體組合物包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑和共聚物，其中所述共聚物具有約600，000至約1，300，000的平均分子量并且包括以約130至約301的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺單體；以及第二組分，所述第二組分包括氧化劑。26.一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料組合物，包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制齊U、共聚物、以及氧化劑，其中所述共聚物具有約600，000至約1，300,000的平均分子量并且包括以約130至約301的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺單體。27.一種用于拋光包括至少一個金屬層的基板的方法，包括在適合于所述金屬層的化學(xué)機(jī)械拋光的條件下，將化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料組合物施加至待拋光的所述基板上，所述化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料組合物包括液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑、共聚物、以及氧化劑，其中所述共聚物具有約600，000至約1，300,000的平均分子量并且包括以約130至約301的共聚合比的丙烯酸和丙烯酰胺單體。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括在所述施加步驟前制備所述CMP漿料組合物。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述制備步驟包括混合所述液體載體、研磨齊U、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑、共聚物、以及氧化劑以形成所述CMP漿料組合物。30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述制備步驟包括混合所述液體載體、研磨劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑、以及共聚物以形成CMP漿料前體組合物；以及之后混合所述氧化劑與所述漿料前體組合物。31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述金屬層包括銅。32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述CMP漿料組合物呈現(xiàn)出非普列斯東行為。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于金屬的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的漿料組合物。該漿料組合物包括其平均分子量為從約600,000至約1,300,000并且其單體為丙烯酸和丙烯酰胺以約1∶30至約30∶1的摩爾比的共聚物。該漿料組合物呈現(xiàn)出非普列斯東行為以達(dá)到最小化的凹陷并獲得高的平坦化程度。文檔編號C09K3/14GK101821354SQ200880111053公開日2010年9月1日申請日期2008年1月21日優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日發(fā)明者盧鐘一,周霍摩,李仁慶,李泰永,金元來申請人:第一毛織株式會社