專利名稱：化學(xué)－機(jī)械拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種平滑化或拋光一種包含鉭及導(dǎo)電性金屬的表面，諸如半導(dǎo)體的表面的方法。
背景技術(shù)：
集成電路是由生成于一種硅基體中或其上的數(shù)以百萬計(jì)的有源器件組成。這些有源器件，其起初彼此孤立，相互連接以生成功能性電路及組件。這些器件是經(jīng)由使用所熟知的多層相互連接而相互連接。
相互連接結(jié)構(gòu)通常有敷金屬的第一層，相互連接層，敷金屬的第二層，及有時(shí)有敷金屬的第三層及隨后層。層間的介電質(zhì)，諸如經(jīng)摻雜的和未經(jīng)摻雜的二氧化硅(SiO2)，用于在一種硅基體或井中電絕緣不同的敷金屬層。
不同相互連接層間的電連接是經(jīng)由使用敷金屬通路構(gòu)成。美國專利4,789,648描述一種用于制備多層敷金屬層及在絕緣體膜中敷金屬通路的方法。在一種類似方式中，使用金屬觸點(diǎn)以在相互連接層與在井中生成的器件間形成電連接。可以以各種金屬及合金(在下文指稱為“導(dǎo)電性金屬”)，諸如鈦(Ti)，一氮化鈦(TiN)，鋁銅(Al-Cu)，鋁-硅(A1-Si)，銅(Cu)，鎢(W)，貴金屬(例如，銥(Ir)，釕(Ru)，金(Au)及鉑(Pt))，及其組合物填充這些金屬通路及觸點(diǎn)。
這些金屬通路及觸點(diǎn)通常使用粘附層(在下文指稱為“阻隔膜”)，諸如鈦(Ti)，一氮化鈦(TiN)，鉭(Ta)，或一氮化鉭(TaN)阻隔膜，以粘附該金屬層至該SiO2基體。在觸點(diǎn)層面，該阻隔膜作為擴(kuò)散阻隔以防止該導(dǎo)電性金屬與SiOx反應(yīng)。
在一種半導(dǎo)體制造方法中，用覆蓋金屬沉積法接著用化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)步驟生成敷金屬通路或觸點(diǎn)。在一種典型方法中，蝕刻通路孔通過一種層間介電質(zhì)(Interlevel dielectric(ILD)以相互連接線或至半導(dǎo)體基體上。其次，在該ILD上生成阻隔膜及進(jìn)入至蝕刻的通路孔中。然后在該阻隔膜上覆蓋沉積金屬膜及進(jìn)入通路孔中。繼續(xù)沉積直至通路孔是填滿該覆蓋沉積的金屬。最后，用化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)移除過量金屬以生成金屬通路。美國專利4,671,851，4,910,155，及4,944,836揭示通路的制造及/或CMP的方法。
在一種典型化學(xué)-機(jī)械拋光方法中，該欲予拋光的基體與回轉(zhuǎn)拋光墊直接接觸。在該拋光過程中，該墊與該基體是被回轉(zhuǎn)，同時(shí)用載體對該基體維持下向的力壓于該基體。在拋光期間，施加一種研磨劑及化學(xué)反應(yīng)性溶液，通常指稱為“漿液”至該墊。該漿液用與該被拋光的基體化學(xué)反應(yīng)開始該拋光過程，及該研磨劑機(jī)械拋光該基體，該研磨劑一般在該漿液中，但該研磨劑也可以固定在該拋光墊上。該拋光過程是受該墊相對該基體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(即，板速率)及/或該基體相對該墊的運(yùn)動(dòng)(即，載體速率)促進(jìn)，一種拋光組合物提供至該墊/基體界面。以此方式連續(xù)拋光直至在該基體上的需要被移除的物料已移除。
在該CMP方法中拋光組合物是重要因素。根據(jù)選擇氧化劑，研磨劑，及其他有用的添加劑，該拋光組合物可以是制作成對金屬層以所需的拋光率提供有效拋光同時(shí)使表面不完美，瑕疵，腐蝕，及侵蝕減至最低。此外，該拋光組合物可以用于對用于集成電路技術(shù)中的特殊材料提供受控制的拋光選擇性。于是，特殊拋光組合物的拋光效率取決于該組合物，以及在該通路中該組分金屬(即，導(dǎo)電性金屬)及該阻隔膜的性質(zhì)。
鈦，一氮化鈦，及類似金屬，諸如鎢的阻隔膜一般是化學(xué)活性的。因此，此類阻隔膜在化學(xué)性質(zhì)方面是與典型導(dǎo)電性金屬(諸如銅)相似。于是，可以使用單一拋光組合物以相同速率有效拋光Ti/TiN阻隔膜及銅導(dǎo)電性金屬。該拋光組合物一般含一種研磨材料，諸如二氧化硅或氧化鋁，懸浮于一種含氧化劑的膜-生成劑，及/或其他成分水性介質(zhì)中。見，例如，美國專利5,726,099，5,783,489，5,858,813，及5,954,997。
然而，鉭阻隔膜與Ti，TiN，及類似膜是顯著不同。鉭(Ta)，及一氮化鉭(TaN)，與Ti及TiN比較，在化學(xué)性質(zhì)方面是比較鈍性。于是，上述的拋光組合物用于拋光鉭層，比其拋光鈦層，是效率很差的(即，鉭移除率是顯著低于鈦移除率)。通常以單一組合物拋光導(dǎo)電性金屬及鈦由于其相似的高移除率，但導(dǎo)電性金屬及鉭的聯(lián)合拋光造成不受歡迎的效應(yīng)諸如氧化物侵蝕及導(dǎo)電性金屬凹陷。這些不受歡迎的效應(yīng)是由于以上述的拋光組合物在拋光過程中一般導(dǎo)電性金屬比鉭的顯著較高移除率。
于是，仍需要一種化學(xué)-機(jī)械拋光一種包含鉭及導(dǎo)電性金屬(例如銅)的基體的方法，該方法在某種意義上具有諸如平滑化效率，一致性，及移除率是最大及不受歡迎的效應(yīng)諸如表面不完善及對底下形貌的損傷是最小。本發(fā)明提供這樣一種方法。本發(fā)明的這些及其他特征及優(yōu)點(diǎn)自本說明書所提供的本發(fā)明的描述將是明顯的。
說明概要本發(fā)明提供一種化學(xué)-機(jī)械拋光包含鉭及導(dǎo)電性金屬的基體的方法，該方法包含(a)施加一種導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及一種金屬氧化物研磨劑至該基體，(b)自該基體選擇性移除與該鉭比較至少一部分該導(dǎo)電性金屬，(c)施加至該基體(i)一種鉭-選擇性拋光組合物，該組合物含有過硫酸鹽化物及該導(dǎo)電性金屬鈍化膜-生成劑及(ii)一種金屬氧化物研磨劑，及(d)自該基體選擇性移除與導(dǎo)電性金屬比較至少一部分該鉭。
本發(fā)明也提供一種化學(xué)-機(jī)械拋光一種包含鉭及導(dǎo)電性金屬的基體的方法，該方法包含(a)施加至該基體(i)一種導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物，該組合物含有過硫酸鹽化合物及任選的供該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑，其中該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物有一定的pH，及(iii)金屬氧化物研磨劑，及(b)自該基體選擇性移除與該鉭比較至少一部分該導(dǎo)電性金屬，(c)調(diào)整該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物或該拋光方法以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物，及(d)自該基體選擇性移除與該導(dǎo)電性金屬比較至少一部分該鉭。
優(yōu)選實(shí)施方案的說明本發(fā)明提供一種用于化學(xué)-機(jī)械拋光包含鉭及導(dǎo)電性金屬(鉭除外)的基體的方法。該方法包含(a)施加至該基體一種導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及一種金屬氧化物研磨劑，(b)自該基體選擇性移除與該鉭比較至少一部分該導(dǎo)電性金屬，(c)施加至該基體(i)一種鉭-選擇性拋光組合物及(ii)一種金屬氧化物研磨劑，及(d)自該基體移除與該導(dǎo)電性金屬比較至少一部分該鉭。
在一實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物是任何此類拋光組合物，及該鉭-選擇性拋光組合物包含一種過硫酸鹽化合物及任選的該導(dǎo)電性金屬的一種鈍化膜-生成劑。在另一實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物包含過硫酸鹽化合物及該導(dǎo)電性金屬的任選的一種鈍化膜-生成劑，其中該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物有一定的pH，及該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物或該拋光方法被調(diào)整以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為一種鉭-選擇性拋光組合物，諸如以上所述。
術(shù)語“導(dǎo)電性金屬-選擇性”指自基體該導(dǎo)電性金屬相對該鉭的優(yōu)先移除，例如，一種導(dǎo)電性金屬鉭移除比率大于1。同樣地，術(shù)語“鉭-選擇性”指自基體該鉭相對該導(dǎo)電性金屬的優(yōu)先移除，例如，導(dǎo)電性金屬鉭移除比率小于1。術(shù)語“鉭”指鉭本身，以及含鉭化合物。因此，該鉭可以是以例如鉭金屬或一氮化鉭的形式。
在一些情況，在原處，例如在該拋光過程中，轉(zhuǎn)變該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物是所希望的。此可以用任何適當(dāng)方式完成?？梢哉{(diào)整該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物以提供鉭-選擇性拋光組合物，例如，用增高該拋光組合物的pH，用添加其他成分及/或改變該拋光組合物的現(xiàn)有成分(例如，依據(jù)反應(yīng)或濃度)，用增加該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑在該拋光組合物中的濃度(其包括添加一種鈍化膜-生成劑，倘若沒有一種已存在)，或其任何結(jié)合。另外，可以調(diào)整拋光方法使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物，例如，用降低拋光侵蝕性。用降低該墊與基體彼此觸點(diǎn)的壓力，降低在與該墊觸點(diǎn)期間該基體的載體速率，降低在與該基體觸點(diǎn)期間該墊的板速率，或其任何組合，可以降低拋光侵蝕性。
根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案，該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物可以有一些成分，其是相同或完全不同的。在某種程度上該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物有相同成分，那些成分可以以相同或不同的濃度存在。
該導(dǎo)電性金屬可以是任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性金屬。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性金屬包括，例如，銅，鋁，鋁硅，鈦，一氮化鈦，鎢，氮化鎢，金，鉑，銥，釕，及其合金及組合物。該導(dǎo)電性金屬優(yōu)選銅。
該金屬氧化物研磨劑可以是任何適當(dāng)?shù)慕饘傺趸铩＿m當(dāng)?shù)慕饘傺趸锇ㄑ趸X，二氧化硅，二氧化鈦，鈰土，氧化鋯，氧化鍺，氧化鎂，及其組合物。該金屬氧化物研磨劑優(yōu)選二氧化硅。該金屬氧化物研磨劑更優(yōu)選熱解法二氧化硅。
可以使用該金屬氧化物研磨劑的任何適當(dāng)量于本發(fā)明的方法中。該金屬氧化物研磨劑需要是以，例如，約2～30重量％(例如，約2～20重量％)的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該金屬氧化物研磨劑優(yōu)選以約2～15重量％，例如， 2-12重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該金屬氧化物研磨劑更優(yōu)選以約2～10重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合的中。另外， 該金屬氧化物研磨劑可以全部或部分存在(即固定在)該拋光墊上。
該過硫酸鹽化合物可以是任何適當(dāng)過硫酸鹽化合物。適當(dāng)?shù)倪^硫酸鹽化合物包括，例如過一硫酸，過二硫酸，及其鹽。該過硫酸鹽化合物優(yōu)選過二硫酸銨。
可以使用該過硫酸鹽化合物的任何適當(dāng)量于本發(fā)明的方法中。該過硫酸鹽化合物需要以約0.1～5重量％，例如約0.1～4重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該過硫酸鹽化合物優(yōu)選以約0.1～3重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該過硫酸鹽化合物更優(yōu)選以約0.1～2重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。
該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑可以是該導(dǎo)電性金屬的任何適當(dāng)鈍化膜-生成劑。該導(dǎo)電性金屬的適當(dāng)鈍化膜-生成劑包括，例如，雜環(huán)有機(jī)化合物。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑優(yōu)選一種有至少一個(gè)5-或6-元雜環(huán)作為活性官能基團(tuán)的雜環(huán)有機(jī)化合物，其中該雜環(huán)含至少一個(gè)氮原子。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑更優(yōu)選苯并三唑，三唑，苯并咪唑，或其混合物。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑最優(yōu)選苯并三唑。
該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑的任何適當(dāng)量可以存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及該鉭-選擇性拋光組合物中。在該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物中，該鈍化膜-生成劑的存在是任選的。
關(guān)于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物，當(dāng)該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物中時(shí)，需要以約0.001至1重量％的濃度存在。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑優(yōu)選以約0.001至0.75重量％，例如0.001至0.5重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物中。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑更優(yōu)選以約0.01～0.3重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物中。
關(guān)于該鉭-選擇性拋光組合物，該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑優(yōu)選以約0.1～1重量％，例如，約0.3～0.9重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑更優(yōu)選以約0.4～0.8重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑最優(yōu)選以約0.5～0.7重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。
該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物需要有約3～9的pH。該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物優(yōu)選約4～7，例如約4～6或約4～5的pH。該鉭-選擇性拋光組合物需要有約3～11的pH。該鉭-選擇性拋光組合物宜有約5～11，例如約6～9或約7～8的pH。可以以任何適當(dāng)pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)整該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物的pH以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物。適當(dāng)?shù)膒H調(diào)節(jié)劑包括，例如，堿類諸如氫氧化鉀，氫氧化銨，碳酸鈉，及其混合物，以及酸類諸如無機(jī)酸(例如，硝酸及硫酸)及有機(jī)酸類(例如，乙酸，檸檬酸，丙二酸，丁二酸，酒石酸及草酸)。
該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物可以任選還包含聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯(polyurethanediol)。聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯可以以任何適當(dāng)量存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯優(yōu)選以約0.05～2重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯更優(yōu)選以0.05～1.5重量％，例如0.05～1重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。該聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯最優(yōu)選以0.1～0.5重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。
該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物可以任選還包含一或多種其他添加劑。此類添加劑包括表面活性劑(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，氟化表面活性劑，及其混合物)，聚合物穩(wěn)定劑或其他表面活性分散劑(例如磷酸，有機(jī)酸類，錫氧化物，及膦酸酯化合物)，pH緩沖劑(例如磷酸鉀)，及拋光加速劑諸如催化劑，氧化劑，及螯合劑或絡(luò)合劑(例如金屬，特別是鐵，硝酸鹽，硫酸鹽，鹵化物(包括氟化物，氯化物，溴化物，及碘化物)，具有羧酸基，羥基，磺酸基及/或膦酸基的化合物，二-，三-，多-羧酸及鹽(諸如酒石酸及酒石酸鹽，蘋果酸及蘋果酸鹽，丙二酸及丙二酸鹽，葡萄糖酸及葡萄糖酸鹽，檸檬酸及檸檬酸鹽，苯二甲酸及苯二甲酸鹽，焦兒茶酚，連苯三酸，五倍子酸及五倍子酸鹽，及丹寧酸及丹寧酸鹽)，含胺化合物(諸如伯胺，仲胺，叔胺及季胺及氨基酸，過氧化物，過碘酸及鹽，過溴酸及鹽，過氯酸及鹽，過硼酸及鹽，碘酸及鹽，permaganate，鐵氰化鉀，氯酸鹽，過碳酸鹽，溴酸鹽，鉻酸鹽，鈰化合物及其混合物)。
可以使用任何載體(例如溶劑)于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。使用一種載體以促進(jìn)施加該金屬氧化物研磨劑(倘若不是固定或存在于該拋光墊上)，過硫酸鹽化合物，該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑，及適當(dāng)?shù)幕w的表面上其他成分。優(yōu)選載體是水。
當(dāng)如本說明書中所述用于化學(xué)-機(jī)械拋光一種包含鉭及一種除鉭以外的導(dǎo)電性金屬的基體時(shí)，該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物一般也會(huì)移除該基體的基礎(chǔ)材料(即，鉭及導(dǎo)電性金屬以外的材料)。該基體基礎(chǔ)材料通常是二氧化硅(即，二氧化硅或SiO2)。該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物及/或該拋光方法，優(yōu)選適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)以提供所需的基體基礎(chǔ)材料移除率，特別是相對該導(dǎo)電性金屬及鉭移除率。該拋光組合物的pH的控制及/或該拋光組合物中的金屬氧化物研磨劑濃度的控制，是獲得所需的基體基礎(chǔ)材料移除率的優(yōu)選方式。
可以以單一包裝提供該拋光組合物，以該金屬氧化物研磨劑在該包裝中或固定在該拋光墊上，或二或多種包裝中提供。優(yōu)選是本發(fā)明的該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物是以至少兩包裝系統(tǒng)供應(yīng)，其中該第一包裝包含該金屬氧化物研磨劑及該第二包裝包含該過硫酸鹽化合物。其余成分可以置于第一容器，第二容器，或在第三容器中。在拋光過程之前，合并各包裝以生成該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及/或鉭-選擇性拋光組合物。
以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，當(dāng)然無論如何不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1此實(shí)施例說明在本發(fā)明的方法中調(diào)節(jié)該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑的濃度以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物。
以包含6重量％熱解法二氧化硅，1重量％過二硫酸銨，0.25重量％聚丙烯酰胺，及不同濃度的苯并三唑(BTA)(即，0.65重量％，0.45重量％，0.30重量％，0.20重量％，及0.10重量％)的五種不同拋光組合物，拋光鉭，銅，及二氧化硅的相似基體，其中每種拋光組合物有pH 7。這些基體是在Mirra板(Applie Mate rials)上進(jìn)行拋光過程，其是有2psi[13.8kPa]的朝下壓力(DF)，97rpm的載體速率(CS)，及103rpm的板速率(PS)。對每種基體使用IC 1000(Rodel)拋光墊。于使用該拋光組合物后，測定每種組合物對銅，鉭，及二氧化硅的移除率(RR)，及計(jì)算銅移除率對鉭移除率之比，所得結(jié)果列于表1中。表1

自列于表1中的數(shù)據(jù)可以看到，用含0.10～0.30 BTA組合物的拋光組合物(組合物1C～1E)展示的銅移除率對鉭移除率之比，顯著高于用含0.45～0.65重量％ BTA的拋光組合物(組合物1A及1B)展示的銅移除率對鉭移除率之比。換言之，增加BTA濃度抑制銅移除率及使該拋光組合物成為鉭-選擇性而非銅-選擇性，不顯著影響二氧化硅移除率。這些結(jié)果證明用改變該拋光組合物中該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑的濃度可以控制該拋光組合物的導(dǎo)電性金屬-選擇性質(zhì)及鉭-選擇性質(zhì)。
實(shí)施例2
本實(shí)施例說明在本發(fā)明的方法中調(diào)節(jié)pH以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物。
以包含6重量％熱解法二氧化硅，1重量％過二硫酸銨，0.1重量％苯并三唑，及0.25重量％聚丙烯酰胺，有不同pH值(即，6.4，7.0，7.2，及8.0)的四種不同拋光組合物拋光鉭，銅，及二氧化硅的相似基體。這些基體是在Mirra板(Applie Mate rials)上進(jìn)行拋光過程，其是有2psi[13.8kPa]的朝下壓力(DF)，97rpm的載體速率(CS)，及103rpm的板速率(S)。對每種基體使用一種IC 1000(Rodel)拋光墊。于使用該拋光組合物后，測定每種組合物對銅，鉭，及二氧化硅的移除率，及計(jì)算銅移除率對鉭移除率之比(Cu∶Ta RR)，所得結(jié)果列于表2中。表2

自列于表2中的數(shù)據(jù)可以看到，用有pH值6.4～7.0的拋光組合物(組合物2A及2B)展示銅移除率對鉭移除率之比顯著大于用有pH值7.2～8.0的拋光組合物(組合物2C及2D)展示的銅移除率對鉭移除率之比。換言之，增加pH抑制銅移除及使該拋光組合物成為鉭-選擇性而非銅-選擇性，及也顯著增加二氧化硅移除率。這些結(jié)果證明用改變該拋光組合物的pH，可以控制該拋光組合物的導(dǎo)電性金屬-選擇性質(zhì)及鉭-選擇性質(zhì)，以及對基體基礎(chǔ)材料的影響。
實(shí)施例3本實(shí)施例說明在本發(fā)明的方法中，調(diào)節(jié)拋光侵蝕性以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為鉭-選擇性拋光組合物。
以包含6重量％熱解法二氧化硅，1重量％過二硫酸銨，0.1重量％苯并三唑，及0.25重量％聚丙烯酰胺的相同拋光組合物，其中該拋光組合物有7.85的pH，拋光鉭，銅，及二氧化硅的相似基體。這些基體是在Mina板(Applie Mate rials)上進(jìn)行不同的拋光過程，用改變該朝下壓力(DF)，反壓力(BP)，及板速率(PS)。對每種基體使用一種IC 1000(Rodel)拋光墊。在使用該拋光組合物后，對每組拋光條件測定銅，鉭，及二氧化硅的移除率，及計(jì)算銅移除率對鉭移除率之比(Cu∶TaRR)，所得結(jié)果列于表3中。
表3

自列于表3中的數(shù)據(jù)可以看到，用該拋光組合物展示的銅移除率對鉭移除率之比，顯著受用于每一拋光過程中的拋光侵蝕性影響。尤其是，降低拋光侵蝕性造成相對鉭移除(組合物3E)較少銅移除(組合物3A～3D)及使該拋光組合物成為鉭-選擇性而不是銅-選擇性，不顯著影響二氧化硅移除率，雖然可以使用拋光侵蝕性以稍控制二氧化硅移除率(參照組合物3D與組合物3A～3C及3E)。這些結(jié)果證明用改變牽涉該拋光組合物的拋光方法可以控制該拋光組合物的導(dǎo)電性金屬-選擇性質(zhì)及鉭-選擇性質(zhì)，以及該基體基礎(chǔ)材料的移除率。
實(shí)施例4本實(shí)施例說明在該拋光組合物中金屬氧化物的濃度不顯著影響用該拋光組合物展示的導(dǎo)電性金屬移除率對鉭移除率之比。
以包含1重量％過二硫酸銨，0.2重量％苯并三唑，0.25重量％聚丙烯酰胺，及不同濃度的熱解法二氧化硅(即，15重量％，12重量％，6重量％，及3重量％)的四種不同拋光組合物，其中每種拋光組合物有7的pH，拋光鉭，銅，及二氧化硅的相似基體。這些基體在一種IPEC 472板上進(jìn)行拋光過程，其有3psi[20.7 kPa]的朝下壓力(DF)，93rpm的載體速率(CS)，及87rpm的板速率(PS)。每種基體使用IC 1000(Rodel)拋光墊。在使用該拋光組合物后，測定每一種組合物的銅，鉭，及二氧化硅的移除率，及計(jì)算銅移除率對鉭移除率之比(Cu∶Ta RR)，所得結(jié)果列于表4中。表4

自列于表4中的數(shù)據(jù)可以看到，用含3重量％熱解法二氧化硅的拋光組合物(組合物4D)展示的銅移除率對鉭移除率之比，不顯著異于用含6～12重量％熱解法二氧化硅的拋光組合物(組合物4B及4C)展示的銅移除率對鉭移除率之比，同時(shí)該含15重量％熱解法二氧化硅的拋光組合物(組合物4A)的Cu∶Ta移除率比較低。這些結(jié)果證明在該拋光組合物中金屬氧化物研磨劑的濃度不顯著影響該組合物對移除導(dǎo)電性金屬相對鉭的選擇性。然而，這些結(jié)果證明金屬氧化物研磨劑濃度確會(huì)顯著影響二氧化硅移除率，這樣便于對本發(fā)明的方法就導(dǎo)電性金屬，鉭，及基體基礎(chǔ)材料移除率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在本說明書中引述的全部參照資料，包括專利，專利申請，及出版物全部并附于此供參照。
本發(fā)明已著重于優(yōu)選實(shí)施方案作描述，但對本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員，使用該優(yōu)選實(shí)施方案的各種變體及按本說明書中具體描述的以外實(shí)行本發(fā)明是顯而易見的。于是，本發(fā)明包括附后的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)的全部修改。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)-機(jī)械拋光一種包含鉭及除鉭以外的導(dǎo)電性金屬的基體的方法，該方法包含(a)施加至該基體一種導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及一種金屬氧化物研磨劑，(b)自該基體選擇性移除與該鉭比較至少一部分該導(dǎo)電性金屬，(c)施加至該基體(i)一種包含一種過硫酸鹽及一種該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑的鉭-選擇性拋光組合物及(ii)一種金屬氧化物研磨劑，及(d)自該基體選擇性移除與該導(dǎo)電金屬比較，至少一部分該鉭。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該鉭是以鉭金屬或一氮化鉭的形式。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中該導(dǎo)電性金屬選自由銅，鋁，鋁硅，鈦，一氮化鈦，鎢，氮化鎢，金，鉑，銥，釕，及其合金及組合物組成的組群。
4.權(quán)利要求3的方法，其中該導(dǎo)電性金屬是銅。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中該金屬氧化物研磨劑選自由氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈦，鈰土，氧化鋯，氧化鍺，氧化鎂，及其組合物組成的組群。
6.權(quán)利要求5的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是二氧化硅。
7.權(quán)利要求6的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是熱解法二氧化硅。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是在該拋光組合物中。
9.權(quán)利要求8的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是以約2～30重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。
10.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是固定在一種拋光墊上。
11.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的方法，其中該過硫酸鹽化合物是選自過一硫酸，過二硫酸，及其鹽。
12.權(quán)利要求11的方法，其中該過硫酸鹽化合物是過二硫酸銨。
13.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的方法，其中該過硫酸鹽化合物是以約0.1～5重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。
14.權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的方法，其中該鈍化膜-生成劑是一種雜環(huán)有機(jī)化合物。
15.權(quán)利要求14的方法，其中該鈍化膜-生成劑是一種有至少一個(gè)5-或6-元雜環(huán)作為活性官能基團(tuán)的雜環(huán)有機(jī)化合物，其中該雜環(huán)含至少一個(gè)氮原子。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該鈍化膜-生成劑選自由苯并三唑，三唑，苯并咪唑，及其混合物組成的組群。
17.權(quán)利要求16的方法，其中該鈍化膜-生成劑是苯并三唑。
18.權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)的方法，其中該鈍化膜-生成劑是以約0.001～1重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。
19.權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的方法，其中該鉭-選擇性拋光組合物還包含聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯。
20.權(quán)利要求1-19任一項(xiàng)的方法，其中該基體基礎(chǔ)材料是二氧化硅。
21.一種化學(xué)-機(jī)械拋光一種包含鉭及一種鉭以外的導(dǎo)電性金屬的基體的方法，該方法包含(a)施加至該基體(i)一種包含一種過硫酸鹽化合物及任選一種該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜-生成劑的導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物，其中該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物具有一定pH，及(ii)一種金屬氧化物研磨劑，(b)自該基體選擇性移除與該鉭比較至少一部分該導(dǎo)電性金屬，(c)調(diào)節(jié)該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物或該拋光方法以使該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物成為一種鉭-選擇性拋光組合物，及(d)自該基體選擇性移除與該導(dǎo)電性金屬比較至少一部分該鉭。
22.權(quán)利要求21的方法，其中該鉭是以鉭金屬或一氮化鉭的形式。
23.權(quán)利要求21或22的方法，其中該導(dǎo)電性金屬選自由銅，鋁，鋁硅，鈦，一氮化鈦，鎢，氮化鎢，金，鉑，銥，釕，及其合金及組合物組成的組群。
24.權(quán)利要求23的方法，其中該導(dǎo)電性金屬是銅。
25.權(quán)利要求21-24任一項(xiàng)的方法，其中該步驟(c)包含增加該拋光組合物的pH。
26.權(quán)利要求21-25任一項(xiàng)的方法，其中步驟(c)包含增加該鈍化膜-生成劑在該拋光組合物中的濃度。
27.權(quán)利要求21-26任一項(xiàng)的方法，其中步驟(c)包含通過降低該墊與基體觸點(diǎn)的壓力降低拋光侵蝕性，在觸點(diǎn)期間降低該基體的載體速率，在觸點(diǎn)期間降低該墊的臺(tái)板速率，或其任何組合。
28.權(quán)利要求21-27任一項(xiàng)的方法，其中該金屬氧化物研磨劑選自由氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈦，鈰土，氧化鋯，氧化鍺，氧化鎂，及其組合物組成的組群。
29.權(quán)利要求28的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是二氧化硅。
30.權(quán)利要求29的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是熱解法二氧化硅。
31.權(quán)利要求21-30任一項(xiàng)的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是在該拋光組合物中。
32.權(quán)利要求31的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是以約2～30重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。
33.權(quán)利要求21-30任一項(xiàng)的方法，其中該金屬氧化物研磨劑是固定在一種拋光墊上。
34.權(quán)利要求21-33任一項(xiàng)的方法，其中該過硫酸鹽化合物選自過一硫酸，過二硫酸，及其鹽組成的組群。
35.權(quán)利要求34的方法，其中該過硫酸鹽是過二硫酸銨。
36.權(quán)利要求21-35任一項(xiàng)的方法，其中該過硫酸鹽化合物是以約0.1～5重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物中。
37.權(quán)利要求21-36任一項(xiàng)的方法，其中該鈍化膜-生成劑是一種雜環(huán)有機(jī)化合物。
38.權(quán)利要求37的方法，其中該鈍化膜-生成劑是一種有至少一個(gè)5-或6-元雜環(huán)作為活性官能基團(tuán)的雜環(huán)有機(jī)化合物，其中該雜環(huán)含至少一個(gè)氮原子。
39.權(quán)利要求38的方法，其中該鈍化膜-生成劑選自由苯并三唑，三唑，苯并咪唑，及其混合物組成的組群。
40.權(quán)利要求39的方法，其中該鈍化膜-生成劑是苯并三唑。
41.權(quán)利要求21-40任一項(xiàng)的方法，其中該鈍化膜-生成劑是以約0.001～1重量％的濃度存在于該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物中。
42.權(quán)利要求21-41任一項(xiàng)的方法，其中該鈍化膜-生成劑是以約0.3～1重量％的濃度存在于該鉭-選擇性拋光組合物中。
43.權(quán)利要求21-42任一項(xiàng)的方法，其中該導(dǎo)電性金屬-選擇性拋光組合物及鉭-選擇性拋光組合物還包含聚丙烯酰胺或聚氨基甲酸二醇酯。
45.權(quán)利要求21-43任一項(xiàng)的方法，其中該基體基礎(chǔ)材料是二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于化學(xué)－機(jī)械拋光一種包含鉭及一種導(dǎo)電性金屬(鉭除外)的基體的方法。該方法包含(a)施加至該基體一種導(dǎo)電性金屬－選擇性拋光組合物及一種金屬氧化物研磨劑，(b)自該基體選擇性移除與該鉭比較至少一部分該導(dǎo)電性金屬，(c)施加至該基體一種鉭－選擇性拋光組合物及一種金屬氧化物研磨劑，及(d)自該基體移除與該導(dǎo)電金屬比較至少一部分該鉭。在一個(gè)實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性金屬－選擇性拋光組合物是任何此類拋光組合物，及該鉭－選擇性拋光組合物包含一種過硫酸鹽化合物及一種該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜－生成劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該導(dǎo)電性金屬－選擇性拋光組合物包含一種過硫酸鹽化合物及任選的一種該導(dǎo)電性金屬的鈍化膜－生成劑，及諸如以上所述可以調(diào)節(jié)該導(dǎo)電性金屬－選擇性拋光組合物或該拋光方法以使該導(dǎo)電性金屬－選擇性拋光組合物成為一種鉭－選擇性拋光組合物。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK1408124SQ00816878
公開日2003年4月2日 申請日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月7日
發(fā)明者王淑敏, 霍馬·喬 申請人:卡伯特微電子公司