发明名称 利用两亲性非离子界面活性剂之化学机械抛光法
摘要 本发明系提供抛光基材的方法,包含(i)将包含至少一种含铜金属层的基材与化学-机械抛光(CMP)系统接触,及(ii)研磨至少一部份的该含铜金属层,以抛光该基材。该CMP系统包含(a)研磨剂、(b)两亲性非离子界面活性剂、(c)氧化该金属层的设备、(d)有机酸、(e)腐蚀抑制剂及(f)液态载体。本发明进一步提供一个两步骤的抛光基材方法,该基材包含第一金属层及不同的第二金属层。第一金属层以包含研磨剂及液态载体的第一CMP系统抛光,并且第二金属层则以包含(a)研磨剂、(b)两亲性非离子界面活性剂及(c)液态载体的第二CMP系统抛光。
申请公布号 TWI259845 申请公布日期 2006.08.11
申请号 TW092128150 申请日期 2003.10.09
申请人 卡博特微电子公司 发明人 凯文J. 默艾格柏格;周候谋;乔瑟芬D. 霍克司;杰佛瑞P. 却柏莱恩;大卫J. 史洛得;菲利浦W. 卡特
分类号 C09G1/02 主分类号 C09G1/02
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种抛光基材之方法,包含: (i)将包含至少一种含铜金属层的基材与一抛光垫 及一化学-机械抛光(CMP)组成接触,该组成包含: (a)具有平均主要颗粒尺寸100毫微米或更大之一研 磨剂, (b)包含一头基团及一尾基团之一两亲性非离子界 面活性剂,并且具有大于6之HLB値,其中该头基团系 选自由聚矽氧烷、四-C1-4-烷基癸炔、饱和或部份 未饱和的C6-30烷基、聚氧基丙烯、C6-12烷基苯基、 C6-12烷基环己基、聚乙烯所组成之族群, (c)用以氧化该含铜金属层之一设备, (d)一有机酸, (e)一腐蚀抑制剂,和 (f)一液态载体;及 (ii)相对于该基材而移动该抛光垫,而在该基材与 该抛光垫之间具有一化学-机械抛光组成;及 (iii)研磨至少一部份的该含铜金属层以抛光该基 材。 2.如请求项1之方法,其中该两亲性非离子界面活性 剂具有7或更大之HLB値。 3.如请求项1之方法,其中该两亲性非离子界面活性 剂具有18或更大之HLB値。 4.如请求项1之方法,其中该尾基团包含具有4或多 个环氧乙烷重复单元的一聚氧基乙烯、一山梨糖 酐或其混合物。 5.如请求项1之方法,其中该两亲性非离子界面活性 剂为包含聚氧基乙烯及聚二甲基矽氧烷、聚氧基 乙烯及聚氧基丙烯、或聚氧基乙烯及聚乙烯之一 嵌段或一接枝共聚物。 6.如请求项1之方法,其中该研磨剂具有105毫微米至 180毫微米之平均颗粒尺寸。 7.如请求项1之方法,其中该研磨剂包含氧化矽或经 聚合电解质涂覆的氧化铝。 8.如请求项1之方法,其中该用以氧化该含铜金属层 的设备包含一化学氧化剂。 9.如请求项1之方法,其中该有机酸是选自由醋酸、 草酸、酒石酸、乳酸、邻苯二甲酸、丙酸及其组 合所组成的族群。 10.如请求项1之方法,其中该腐蚀抑制剂是选自由 苯并三唑、6-甲苯基三唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑 及其组合所组成的族群。 11.如请求项1之方法,其中该抛光组成具有3或更大 之pH。 12.如请求项1之方法,其中该抛光组成以液态载体 及其中溶解或悬浮之任何组份的重量为基准,包含 0.005重量%或更多的两亲性非离子界面活性剂。 13.一种抛光基材之方法,包含: (i)将包含至少一种含铜金属层的基材与一抛光垫 及一化学-机械抛光(CMP)组成接触,该组成包含: (a)一种研磨剂,其系选自由氧化矽、氧化铈、氧化 钛、氧化锆、其共同形成之颗粒、聚合物颗粒其 经聚合物涂覆的颗粒、经聚合物涂覆的氧化铝及 其组合所组成的族群, (b)一两亲性非离子界面活性剂,其包含头基团及尾 基团,并且具有大于6之HLB値,其中该头基团系选自 由聚矽氧烷、四-C1-4-烷基癸炔、饱和或部份未饱 和的C6-30烷基、聚氧基丙烯、C6-12烷基苯基、C6-12 烷基环己基、聚乙烯所组成之族群, (c)用以氧化该含铜金属层之一设备, (d)一有机酸, (e)一腐蚀抑制剂,和 (f)一液态载体;及 (ii)相对于该基材而移动该抛光垫,而在该基材与 该抛光垫之间具有一化学-机械抛光组成;及 (iii)研磨至少一部份的该含铜金属层以抛光该基 材。 14.如请求项13之方法,其中该两亲性非离子界面活 性剂具有18或更小之HLB値。 15.如请求项13之方法,其中该尾基团包含具有4或多 个环氧乙烷重复单元的一聚氧基乙烯、一山梨糖 酐或其混合物。 16.如请求项13之方法,其中该两亲性非离子界面活 性剂为包含聚氧基乙烯及聚二甲基矽氧烷、聚氧 基乙烯及聚氧基丙烯、或聚氧基乙烯及聚乙烯之 一嵌段或一接枝共聚物。 17.如请求项13之方法,其中该研磨剂具有100毫微米 或更大之平均颗粒尺寸。 18.如请求项13之方法,其中该研磨剂包含氧化矽或 经聚合物涂覆的氧化铝。 19.如请求项13之方法,其中该用以氧化该含铜金属 层的设备包含一化学氧化剂。 20.如请求项13之方法,其中该有机酸是选自由醋酸 、草酸、酒石酸、乳酸、邻苯二甲酸、丙酸及其 组合所组成的族群。 21.如请求项13之方法,其中该腐蚀抑制剂是选自由 苯并三唑、6-甲苯基三唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑 及其组合所组成的族群。 22.如请求项13之方法,其中该抛光组成具有3或更大 之pH。 23.如请求项13之方法,其中该抛光组成以液态载体 及其中溶解或悬浮之任何组份的重量为基准,包含 0.005重量%或更多的两亲性非离子界面活性剂。 24.一种抛光基材之方法,包含: (i)将包含至少一第一金属层及不同的一第二金属 层与一抛光垫及一第一化学-机械抛光组成接触而 用以移除该第一金属层; (ii)相对于该基材而移动该抛光垫,而在该基材与 该抛光垫之间具有一化学-机械抛光组成;及 (iii)研磨至少一部份的该第一金属层以抛光该基 材,其中该第一化学-机械抛光组成包含一研磨剂 及一液态载体,并且接着 (iv)将该基材与一抛光垫及一第二化学-机械抛光 组成接触而用以移除该第二金属层; (v)相对于该基材而移动该抛光垫,而在该基材与该 抛光垫之间具有该化学-机械抛光组成;及 (vi)研磨少至一部份的该第二金属层以抛光该基材 ,其中该第二化学-机械抛光组成包含: (a)一研磨剂 (b)一两亲性非离子界面活性剂,其包含一头基团及 一尾基团,并且具有大于6之HLB値;及 (c)一液态载体;并且 其中该第一及第二化学-机械抛光组成为不同的。 25.如请求项24之方法,其中该两亲性非离子界面活 性剂具有18或更小之HLB値。 26.如请求项24之方法,其中该第一金属层包含铜、 钨、其合金或组合。 27.如请求项24之方法,其中该第二金属层包含钽、 钛、其合金或组合。 28.如请求项24之方法,其中该第二化学-机械抛光组 成进一步包含一个氧化该第二金属层的设备,一有 机酸或一腐蚀抑制剂。 29.如请求项24之方法,其中该尾基团包含具有4或多 个环氧乙烷重复单元的一聚氧基乙烯、一山梨糖 酐或其混合物。 30.如请求项24之方法,其中该头基团包含聚矽氧烷 、四-C1-4-烷基癸炔、饱和或部份未饱和的C6-30烷 基、聚氧基丙烯、C6-12烷基苯基、C6-12烷基环己基 、聚乙烯、或其混合物。 31.如请求项24之方法,其中该两亲性非离子界面活 性剂是选自由聚氧基乙烯烷基醚类及烷酸聚氧基 乙烯酯类所组成的族群,其中该烷基为C6-30烷基,其 可为饱和或部份未饱和的,并且视情况地为有分支 的。 32.如请求项24之方法,其中该两亲性非离子界面活 性剂为聚氧基乙烯烷基苯基醚或聚氧基乙烯烷基 环己基醚,其中该烷基为C6-30烷基,可为饱和或部份 未饱和的,并且视情况地为有分支的。 33.如请求项24之方法,其中该两亲性非离子界面活 性剂为包含聚氧基乙烯及聚二甲基矽氧烷、聚氧 基乙烯及聚氧基丙烯、或聚氧基乙烯及聚乙烯之 一嵌段或一接枝共聚物。 34.如请求项24之方法,其中该研磨剂包含氧化矽或 经聚合物涂覆的氧化铝。 图式简单说明: 图1是显示在CMP系统中界面活性剂之HLB値与铜侵蚀 间关系的一个作图,该铜侵蚀是由于在含铜之基材 上使用CMP系统所造成的,是在90%铜线密度(E90)及50% 铜线密度(E50)的区域,并且铜浅碟化是在120微米线( D120)、100微米线(D100)、50微米线(D50)及10微米线(D10) 区域。 图2是显示在CMP系统中界面活性剂之HLB値与铜浅碟 化修正%间关系的一个作图,该铜浅碟化修正%关联 是由于在50微米线区域、于含铜铜基材上使用CMP 系统所造成的。 图3是显示在CMP系统中界面活性剂浓度与铜浅碟化 修正%关联间关系的一个作图,该铜浅碟化修正%是 由于在50微米线区域、于含铜基材上使用CMP系统 所造成的。
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