CN101796160A - 包含离子型聚电解质的铜化学机械抛光组合物及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的CMP组合物包含聚电解质、铜络合剂、不超过1重量％的粒状研磨剂、以及为此的含水载体，其中，所述聚电解质的重均分子量优选为 至少10000克/摩尔(g/mol)。所述聚电解质可为阴离子型聚合物(例如，丙烯 酸化物的聚合物或共聚物)或阳离子型聚合物(例如，聚(2-[(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基-卤化铵))。当使用阴离子型聚电解质时，所述铜络合剂优选地包括氨基多元羧化物化合物(例如，亚氨基二乙酸或其盐)。当使用阳离子型聚电解质时，所述铜络合剂优选地包括氨基酸(例如甘氨酸)。优选地，所述粒状研磨剂包括金属氧化物如二氧化钛或二氧化硅。本发明还公开了使用该组合物抛光含铜基板的方法。

Description

包含离子型聚电解质的铜化学机械抛光组合物及方法
技术领域
本发明涉及用于抛光含铜基板的抛光组合物及方法。更具体地说，本发明涉及含有离子型聚电解质和铜络合剂的化学-机械抛光组合物且涉及利用该组合物的抛光方法。
背景技术
用于化学-机械抛光(CMP)基板表面的许多组合物及方法为本领域中已知的。用于抛光半导体基板(例如集成电路)的含金属的表面的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)通常含有研磨剂、各种添加剂化合物等，且经常与氧化剂组合使用。这样的CMP组合物通常设计用于除去特定的基板材料，例如，金属(如钨或铜)、绝缘体(如二氧化硅，诸如等离子体增强的四乙基原硅酸酯(PETEOS)衍生的二氧化硅)、及半导体材料(如，硅或砷化镓)。
在常规CMP技术中，基板载体(抛光头)安装在载体组件上，且将其定位成与CMP装置的抛光垫接触。该载体组件提供可控制的压力(下压力)以迫使基板抵靠在抛光垫上。载体以及载体上所附着的基板与抛光垫彼此相对运动。该垫与基板之间的相对运动用于磨除该基板表面，以便从该基板表面移除一部分材料，从而抛光该基板。通常进一步通过抛光组合物(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂和/或络合剂)的化学活性以及悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性来协助基板表面的抛光。典型的研磨剂材料包括例如二氧化硅(硅石)、氧化铈(铈土)、氧化铝(矾土)、氧化锆(锆土)、二氧化钛(氧化钛)及氧化锡。
期望地，将研磨剂悬浮于CMP组合物中作为胶态分散体，研磨剂优选是胶体稳定的。术语“胶体”是指研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。本文所用的术语“胶体稳定性”及其语法上的变体被理解为是指在选定时段中研磨剂颗粒的悬浮液保持最少的沉降。在本发明的上下文中，若出现如下情形便认为研磨剂悬浮液是胶体稳定的：当将悬浮液置于100ml量筒中且不搅拌地使其静置两小时之时，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为单位)与悬浮在量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差值除以悬浮在研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于或等于0.5(即，([B]-[T])/[C]≤0.5)。期望地，([B]-[T])/[C]的值小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
例如，Neville等人的美国专利No.5527423描述了一种通过将金属层的表面与抛光浆料接触而对金属层进行化学机械抛光的方法，该抛光浆料包含悬浮在含水介质中的高纯度金属氧化物细颗粒。或者，可将研磨材料结合到抛光垫中。Cook等人的美国专利No.5489233公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利No.5958794公开了一种固定研磨剂抛光垫。
对于铜CMP应用，经常期望使用相对低固体含量的分散体(即，具有总悬浮固体物(TSS)含量为1重量％或更低的研磨剂浓度的分散体)，所述分散体对铜具有化学反应性。可通过利用氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂、pH、离子强度等来对化学反应性进行调节。使得CMP浆料的化学反应性与机械研磨性能的平衡可为复杂的。许多商用铜CMP浆料具有高的化学反应性，从而提供高的铜静态蚀刻速率，所述铜静态蚀刻速率至少部分地由有机腐蚀抑制剂(如苯并三唑(BTA)、其它有机三唑及咪唑)所控制。然而，许多这样的CMP组合物不提供抛光后的良好腐蚀控制。普通商用铜CMP浆料还经常遇到凹陷侵蚀、相对高的缺陷率以及表面构形问题。此外，许多常规的铜CMP浆料使用产生高水溶性铜络合物的铜络合配体，在过氧化氢的存在下，所述铜络合配体可导致不期望地形成氢氧化铜。氢氧化铜的形成可导致氧化铜沉积在基板表面上，然后，其可干扰浆料的抛光性能(参见用于说明该方法的图1)。
目前需要开发使用相对低固体含量的CMP浆料的新型铜CMP组合物及CMP方法，其中，与常规的CMP浆料相比，该CMP浆料提供降低了的凹陷侵蚀和缺陷率水平、高的铜移除速率以及优异的腐蚀防护及表面抑制。此外，需要这样的铜CMP组合物，其使得在氧化剂的存在下的CMP期间，氧化铜在基板表面上沉积最少化。本发明提供这种经改进的CMP组合物及方法。对于本领域技术人员而言，本发明的这些及其它优点、以及另外的发明特征将由本文中所提供的本发明的描述而变得明晰。
发明内容
本发明提供使用相对低固体含量(即低TSS)的研磨剂浆料、适于抛光含铜基板(例如半导体晶片)的化学-机械抛光(CMP)组合物及方法。本发明的CMP组合物包括聚电解质(优选地具有至少10000克/摩尔(g/mol)的重均分子量)、铜络合剂、不超过1重量％(例如，0.01～1重量％)的粒状研磨剂，所有这些物质均溶解或悬浮于含水载体中。所述聚电解质可为阴离子型聚合物、阳离子型聚合物或两性聚合物。当使用阴离子型聚电解质或两性聚电解质时，铜络合剂优选地包括氨基多元羧酸化合物例如亚氨基二乙酸或其盐。当使用阳离子型聚电解质时，铜络合剂优选地包括氨基酸(例如甘氨酸)。优选地，所述粒状研磨剂包括金属氧化物如二氧化钛或二氧化硅。
本发明还提供一种用于抛光含铜基板的CMP方法，其包括任选地在氧化剂(如过氧化氢)的存在下用本发明的CMP组合物研磨基板表面。
附图说明
图1示出了在过氧化氢的存在下从可溶性铜络合物形成氧化铜的示意图。
图2示出了研磨剂颗粒的示意图，该研磨剂颗粒具有吸附于该颗粒表面上的聚电解质及铜络合剂(甘氨酸)。
图3示出了在存在和不存在聚电解质及铜络合剂下的含有胶体二氧化硅的CMP组合物的ζ电位及粒径的柱状图。
图4示出了在存在和不存在聚电解质及铜络合剂下的含有二氧化钛的CMP组合物的ζ电位及粒径的柱状图。
图5说明了由本发明组合物中的聚电解质和络合剂所产生的可能的相互作用及钝化膜效应。
图6说明了亚氨基二乙酸可用作Cu(+2)的还原剂以形成表面钝化络合物的可能机理。
图7示出了包含胶体二氧化硅、聚(Madquat)及甘氨酸的本发明组合物的铜移除速率(Cu RR，单位为
Figure GPA00001038373100031
)的柱状图。
图8示出了包含二氧化钛、聚(三甲基氯化铵)及甘氨酸的本发明组合物的铜移除速率(Cu RR，单位为
Figure GPA00001038373100032
)的柱状图。
图9示出了使用包括1重量％的亚氨基二乙酸、其量变化的聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)(“PAA-PAcAm”)及0.1重量％的胶体二氧化硅的组合物获得的铜移除速率(RR)对过氧化氢含量及聚电解质含量的曲面图(surface plot)。
具体实施方式
本发明的CMP组合物包括聚电解质、铜络合剂、含水载体、以及不超过1重量％的粒状研磨剂。该组合物提供相对高的铜移除速率、相对低的缺陷率及良好的腐蚀防护和表面钝化。
可用于本发明的CMP组合物及方法中的粒状研磨剂包括任何适用于半导体材料的CMP中的研磨材料。适合的研磨材料的非限制性实例包括硅石(例如热解二氧化硅和/或胶体二氧化硅)、矾土、氧化钛、铈土、锆土、或者两种或更多种前述研磨剂的组合，它们是CMP领域中公知的。优选的研磨剂包括二氧化硅(特别是胶体二氧化硅)以及二氧化钛。研磨材料以不超过1重量％(即≤10000份/一百万份，ppm)的浓度存在于CMP浆料中。优选地，研磨材料以0.01～1重量％、更优选0.1～0.5重量％的浓度存在于CMP组合物中。研磨材料优选地具有不超过100纳米的平均粒径，所述粒径由本领域公知的激光散射技术测定。
CMP组合物的聚电解质组分可包括任何适合的相对高分子量的离子型聚合物(例如，阴离子型聚合物、阳离子型聚合物和/或两性聚合物)。优选的阴离子型聚合物为多元羧化物材料，例如丙烯酸聚合物或共聚物。优选的两性聚合物包括：阴离子型单体(例如丙烯酸化物)与经氨基或季铵取代的单体的共聚物；以及包含两性离子单体单元的均聚物或共聚物(如甜菜碱聚合物)，以及羧酸-羧酰胺聚合物。在本文及所附权利要求中所用的与聚电解质、单体或铜络合剂有关的术语“多元羧化物”、“丙烯酸化物”、“多元(羧酸)”、“丙烯酸”以及任何语法上类似的术语被理解为是指该物质的酸形式、盐形式、或者酸形式与盐形式的组合(即部分中和的形式)，它们在功能上可彼此互换。
所述聚电解质为能够附着于研磨剂颗粒表面上的成膜材料。通常选择聚电解质以与研磨剂颗粒上的净电荷(例如，通过ζ电位确定)互补。其中研磨剂颗粒带负电荷的CMP组合物通常使用阳离子型聚电解质，而阴离子型聚电解质通常使用带净的正电荷的研磨剂。或者，可带有净的正电荷或净的负电荷(取决于介质的pH)的两性聚电解质可与带正电荷或带负电荷的颗粒一起使用，只要在介质的pH下电荷是互补的。
优选地，聚电解质以50～1000ppm、更优选100～250ppm的浓度存在于本发明组合物中。聚电解质优选具有至少10000g/mol、更优选具有10000～500000g/mol的重均分子量(Mw)。在一些优选实施方式中，阳离子型聚电解质具有至少15000g/mol的Mw。在其它优选实施方式中，阴离子型聚电解质或两性聚电解质具有至少50000g/mol的Mw。
有用的阴离子型聚电解质的非限制性实例包括：丙烯酸化物的聚合物(例如聚丙烯酸盐)和丙烯酸化物的共聚物(例如聚(丙烯酸-共聚-丙烯酸酯)共聚物)；和/或它们的盐。优选的盐为碱金属盐(如钠盐或钾盐)。
有用的阳离子型聚电解质的非限制性实例包括，但不限于：季铵取代的聚合物，例如2-[(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基卤化铵(如2-[(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵)单体(通常称作“Madquat”单体)的聚合物；由季铵取代的单体(例如Madquat)以及氨基取代的单体和/或非离子型单体得到的共聚物；以及聚胺，如聚(乙烯基胺)和聚(烯丙基胺)；或氨基取代的单体与非离子型单体的共聚物；和/或它们的盐。优选的盐为：无机酸加成盐(additionsalt)，例如，卤化物(如氯化物盐或溴化物盐)、硫酸盐、硫酸氢盐、硝酸盐等；以及有机酸加成盐，如乙酸盐等。优选的阳离子型聚电解质为具有至少15000g/mol的Mw的聚(Madquat)。
有用的两性聚电解质的非限制性实例包括：聚(氨基羧酸)，例如聚(氨基酸)、多肽及相对低分子量的蛋白质；乙烯基胺或烯丙基胺单体与羧酸单体(例如丙烯酸)的共聚物；及羧酸单体与酰胺单体的共聚物，例如聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)；和/或它们的盐。优选的两性聚电解质为聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)及其盐(PAA-PAM)，优选地，丙烯酸与丙烯酰胺单体的摩尔比为60∶40，且Mw为至少50000g/mol、更优选为至少200000g/mol。另一优选的两性聚电解质为带有胺和羧酸官能团的聚合物，其以商品名
Figure GPA00001038373100051
191(德国韦瑟尔的BYK Additives&Instruments)出售，且据报导其具有30mgKOH/g(ASTM D974)的酸值及20mg KOH/g(ASTM D2073-92)的胺值。
所述铜络合剂为本领域所公知的，且包括氨基多元羧化物(即，具有至少一个氨基取代基和两个或更多个羧酸基团的化合物)、氨基酸(即，具有单个氨基取代基和单个羧酸基团的化合物)、羟基多元羧化物(即，具有至少一个羟基取代基和两个或更多个羧酸基团的化合物)、它们的盐及其类似物。可用于本发明组合物中的铜络合剂的非限制性实例包括：氨基酸，例如甘氨酸、其它的α-氨基酸、β-氨基酸及其类似物；氨基多元羧化物，例如亚氨基二乙酸(IDA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、亚氨基二琥珀酸(IDS)、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基三乙酸(NTA)、和/或它们的盐及其类似物；羟基多元羧酸，例如柠檬酸、酒石酸和/或它们的盐及其类似物；以及其它金属螯合剂，例如膦酰基羧酸、氨基膦酸和/或它们的盐及其类似物。优选地，铜络合剂以0.5～1.5重量％的浓度存在于该组合物中。
所述含水载体优选为水(例如去离子水)，且可任选地包括一种或多种与水混溶的有机溶剂(例如醇)。
本发明的CMP组合物优选具有5～10的pH。任选地，该CMP组合物可包含一种或多种pH缓冲剂，例如，乙酸铵、柠檬酸二钠及其类似物。许多这样的pH缓冲物质是本领域所公知的。
本发明的CMP组合物还任选地可包含一种或多种添加剂，例如非离子型表面活性剂、流变控制剂(如增粘剂或凝结剂)、杀生物剂、腐蚀抑制剂、氧化剂、润湿剂等，其中许多是CMP领域中公知的。
在一个优选实施方式中，所述CMP组合物包含：不超过1重量％的粒状研磨剂；100～1000ppm(优选100～250ppm)的阴离子型聚电解质或两性聚电解质，所述聚电解质优选地具有至少50000g/mol的重均分子量；0.5～1.5重量％的氨基多元羧化物(铜络合剂)；以及为此的含水载体。用于该实施方式的优选的两性聚电解质为聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)及/或其盐(PAA-PAM)，其中，丙烯酸与丙烯酰胺单体的摩尔比为60∶40，且Mw为至少50000g/mol、更优选为至少200000g/mol。另一优选的两性聚电解质为前述的191(德国韦瑟尔的BYK Additives&Instruments)。
在另一个优选实施方式中，所述CMP组合物包含：不超过1重量％的粒状研磨剂；10～150ppm(优选50～150ppm)的阳离子型聚电解质(优选地具有至少15000g/mol的重均分子量)；0.5～1.5重量％(优选0.5～1重量％)的氨基酸(铜络合剂)；以及为此的含水载体。用于该实施方式的优选的阳离子型聚电解质为具有至少15000g/mol的Mw的聚(Madquat)。
本发明的CMP组合物可以通过任何适合的技术制备，其中许多是本领域技术人员已知的。可以间歇或连续方法制备CMP组合物。通常，可以通过以任何次序组合CMP组合物的各组分来制备CMP组合物。本文所使用的术语“组分”包括单独成分(例如研磨剂、聚电解质、络合剂、酸、碱、含水载体等)以及各成分的任意组合。举例而言，可以将研磨剂分散于水中，且可以添加聚电解质及铜络合剂，且可以通过能将各组分引入到CMP组合物中的任何方法进行混合。通常，可以刚好在开始抛光之前加入氧化剂。可以在任何适当的时刻调节pH值。
本发明CMP组合物也可作为浓缩物提供，该浓缩物用来在使用之前用适量的水或其它含水载体稀释。在这种实施方式中，该CMP组合物浓缩物可包括分散或溶解在含水载体中的各种组分，它们的量使得在用适量的额外含水载体稀释浓缩物时，抛光组合物中的每一组分在该CMP组合物中的存在量处于对于使用而言合适的范围内。
不希望受理论限制，认为，研磨剂颗粒与聚电解质通过离子及非离子相互作用而相互作用，使得聚合物粘附或吸附于研磨剂颗粒表面上。可通过监测颗粒的ζ电位并关注随着聚电解质加入到研磨剂中而产生的ζ电位的变化来获得该吸附的证据。所述络合剂可变得可逆地结合到包覆有聚合物的吸收剂的表面上。例如，将带负电荷的研磨剂(例如pH为6的胶体二氧化硅)加入到聚(Madquat)与甘氨酸的含水混合物中。在图2中示意性地描绘了所获得的颗粒/所吸附的聚合物/甘氨酸络合物。图3中的柱状图示出了在pH＝5时，在存在100ppm的具有15000g/mol的Mw的聚(Madquat)及0.5重量％的甘氨酸、以及不存在聚(Madquat)及甘氨酸的情况下，0.1重量％的胶体二氧化硅颗粒(平均粒径60nm)的ζ电位及粒径。当加入所述聚合物时，表观粒径增大，这可能是由于各吸附有聚合物的颗粒之间的相互作用引起的。图4示出了使用0.1重量％的二氧化钛来代替胶体二氧化硅的类似实验的结果。观察到类似的表观粒径趋势。
含有阴离子型聚电解质或两性聚电解质以及氨基多元羧化物(铜络合剂)的本发明的CMP组合物还可钝化经抛光基板的铜表面。对于含有聚(丙烯酸化物-共聚-丙烯酰胺)聚电解质(PAA-PAM；200000g/mol的Mw，丙烯酸化物与丙烯酰胺的摩尔比为60∶40)和1重量％过氧化氢的pH为6的组合物，测定铜静态蚀刻速率(SER)，以评价在两性聚电解质存在下的铜络合剂氨基酸(甘氨酸)和氨基多元羧化物(亚氨基二乙酸，IDA)对表面钝化的相对影响。通过将铜晶片浸入到200克CMP浆料中10～30分钟来测定SER。由新的晶片厚度减去浸没后的晶片厚度，并将该差值(单位为
Figure GPA00001038373100071
)除以浸没时间(单位为分钟)以获得SER(单位为
Figure GPA00001038373100081
)。将含有不同含量IDA的组合物与含有相同浓度甘氨酸的组合物进行比较。在每一种情况下，在相应的聚电解质及络合剂含量下，使用甘氨酸组合物获得的静态蚀刻速率明显高于使用IDA组合物所获得的静态蚀刻速率(参见表1)。这些结果说明，在氨基多元羧化物(IDA)的存在下，相对于氨基酸(甘氨酸)，PAA-PAM共聚物提供明显更好的钝化膜。在电化学方面，这些结果也得到证实。
表1
Figure GPA00001038373100082
图5说明了与聚(丙烯酸化物-共聚-丙烯酰胺)聚电解质和甘氨酸的组合相比，由亚氨基二乙酸(IDA)和聚(丙烯酸化物-共聚-丙烯酰胺)聚电解质(PAA-PAM，200000g/mol的Mw，丙烯酸化物与丙烯酰胺的摩尔比为60∶40)共同产生的可能的聚合物-络合剂相互作用及钝化膜效应。IDA与PAA-PAM的组合提供了良好的抑制作用、良好的表面钝化及相对低的静态蚀刻速率，而甘氨酸与PAA-PAM的组合产生相对较高的静态蚀刻速率、较高的腐蚀程度，且没有表面钝化或薄膜形成。从机理上来说，IDA可作为Cu(+2)的还原剂以形成表面钝化络合物(参见图6)。可能的是，甘氨酸与聚电解质及研磨剂颗粒形成中性络合物，而IDA形成阴离子络合物，所述阴离子络合物能够与基板表面以静电方式相互作用并形成在抛光过程中易于除去的薄钝化层。
本发明的CMP组合物可用于抛光任何适宜的基板，且尤其是可用于抛光包含金属铜的基板。
另一方面，本发明提供通过使用本发明CMP组合物研磨基板表面来抛光含铜基板的方法。优选地，在氧化剂(如过氧化氢)的存在下，利用该CMP组合物抛光基板。其它可用的氧化剂包括，但不限于，无机及有机过氧化物、溴酸盐、硝酸盐、氯酸盐、铬酸盐、碘酸盐、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸及其类似物。含有至少一个过氧基团的化合物的非限制性实例包括过氧化氢、脲过氧化氢、过碳酸盐(酯)、过氧化苯甲酰、过乙酸、过氧化二叔丁基、单过硫酸盐(SO5 2-)和二过硫酸盐(S2O8 2-)。含有处于其最高氧化态的元素的其它氧化剂的非限制性实例包括高碘酸、高碘酸盐、过溴酸、过溴酸盐、高氯酸、高氯酸盐、过硼酸、过硼酸盐和高锰酸盐。优选地，基于氧化剂与CMP组合物的总重量，以0.1～5重量％的浓度使用氧化剂。
本发明的CMP方法特别适合与化学机械抛光装置结合使用。通常，该CMP装置包含压板，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性和/或圆周运动所产生的速度。抛光垫安装在压板上并随着压板移动。载体组件使待抛光的基板与抛光垫保持接触并相对于抛光垫表面移动，同时以选定的压力(下压力)使基板抵靠在抛光垫上来协助基板表面的研磨。将CMP浆料泵送到抛光垫上以协助抛光处理。通过移动的抛光垫与存在于抛光垫上的本发明CMP组合物的相结合的研磨作用来实现基板的抛光，其中，该相结合的研磨作用磨除了至少一部分基板表面，从而抛光该表面。
本发明方法可使用任何适合的抛光垫(例如，抛光表面)。合适的抛光垫的非限制性实例包括编织及非编织抛光垫(如果期望的话，所述抛光垫可包括被固定的研磨剂)。此外，合适的抛光垫可包含具有适于抛光给定基板的硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力和/或压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物的非限制性实例包括聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、聚合碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、以及它们的组合。
期望地，CMP装置进一步包含原位抛光终点检测系统，其中许多是本领域已知的。通过分析从工件表面反射的光或其他辐射来检测和监测抛光工艺的技术是本领域已知的。这类方法描述在例如Sandhu等人的美国专利No.5196353、Lustig等人的美国专利No.5433651、Tang的美国专利No.5949927及Birang等人的美国专利No.5964643中。期望地，对于正被抛光的工件的抛光过程进展的检测或监测使得能够确定抛光终点，即确定何时终止对特定工件的抛光过程。
以下非限制性实施例进一步说明本发明的各方面。
实施例1：包含阳离子型聚电解质和氨基酸(铜络合剂)的CMP组合物的评价
在1重量％过氧化氢的存在下，利用本发明的CMP组合物抛光直径4英寸的铜毯覆式晶片(blanket wafer)。这些组合物中的两种包括0.1重量％的胶体二氧化硅(平均粒径60nm)、100ppm的具有15000g/mol的重均分子量的聚(Madquat)、以及0.05或0.5重量％的甘氨酸。其它两种组合物包括0.1重量％的二氧化钛及100ppm的聚(Madquat)，以及0.05或1重量％的甘氨酸。与仅含研磨剂、研磨剂+聚电解质(无甘氨酸)、以及研磨剂+甘氨酸(无聚电解质)的组合物进行比较。各组合物的pH均为5。将晶片在Logitech Model IICDP抛光机(英国格拉斯哥的Logitech有限公司)上在下列操作条件下进行抛光：D100抛光垫，压板速度80转/分钟(rpm)，载体速度75rpm，下压力3磅/平方英寸(psi)，及浆料流速200毫升/分钟(ml/min)。
所观测到的所述二氧化硅组合物的铜移除速率(Cu RR，单位为
Figure GPA00001038373100101
)图示于图7中，而所述二氧化钛组合物的铜移除速率示于图8中。图7及图8中的数据显示，与仅含研磨剂、研磨剂+聚电解质、及研磨剂+甘氨酸的组合物相比，含有阳离子型聚电解质和甘氨酸的组合物令人惊讶地显示出显著改善的铜移除速率。
实施例2：包含两性聚电解质和氨基多元羧化物(铜络合剂)的CMP组合物的评价
利用本发明的CMP组合物抛光直径4英寸的铜毯覆式晶片。所述组合物包括0.1重量％的胶体二氧化硅研磨剂(平均粒径60nm)、100～1000ppm的具有200000g/mol的重均分子量且PAA与PAM的摩尔比为60∶40的PAA-PAM共聚物、及1重量％的IDA。在0.8～1.6重量％的各种浓度的过氧化氢存在下、在5～7的pH下，将晶片在Logitech Model II CDP抛光机(英国格拉斯哥的Logitech有限公司)上在下列操作条件下进行抛光：D100抛光垫，压板速度80rpm，载体速度75rpm，下压力3psi，及浆料流速200ml/min。
所观测到的铜移除速率(Cu RR，单位为
Figure GPA00001038373100102
)图示于图9中。图9中的数据显示，含有PAA-PAM共聚物及IDA的组合物在0.8％过氧化氢(pH5)和低于500ppm的PAA-PAM的存在下提供最高的铜移除速率(4000
Figure GPA00001038373100111
)，尽管以1.6重量％过氧化氢和1000ppm的PAA-PAM也获得非常好的移除速率(2500～3000)。
实施例3：过氧化氢与高碘酸作为氧化剂用于本发明CMP组合物的评价
利用本发明的CMP组合物抛光直径4英寸的铜毯覆式晶片。该组合物包括0.1重量％的胶体二氧化硅研磨剂(平均粒径60nm)、1000ppm的
Figure GPA00001038373100113
191及0.1重量％的硅酮二醇共聚非离子型表面活性剂(L7604，OSi Specialties，Danbury Connecticut；据报导具有5～8的HLB)、及1重量％的IDA。在0.8重量％的过氧化氢或0.1重量％的高碘酸存在下、在pH7下，将晶片在Logitech Model II CDP抛光机(英国格拉斯哥的Logitech有限公司)上在下列操作条件下进行抛光：D100抛光垫，压板速度80rpm，载体速度75rpm，下压力1psi或3psi，及浆料流速150ml/min。在每一种情况下，在1psi下压力下的铜移除速率均为1200在3psi下的移除速率均为3200
Figure GPA00001038373100116
在使用每种氧化剂时，组合物的静态蚀刻速率均为18
Figure GPA00001038373100117

Claims (25)

1.一种用于抛光含铜基板的化学-机械抛光(CMP)组合物，所述组合物包含：
(a)不超过1重量％的粒状研磨剂；
(b)聚电解质；
(c)铜络合剂；及
(d)为此的含水载体。
2.权利要求1的组合物，其中所述聚电解质具有至少10000克/摩尔(g/mol)的重均分子量。
3.权利要求1的组合物，其中所述聚电解质包括阴离子型聚合物或两性聚合物。
4.权利要求1的组合物，其中所述聚电解质包括丙烯酸聚合物或共聚物。
5.权利要求1的组合物，其中所述铜络合剂包括氨基多元羧化物。
6.权利要求1的组合物，其中所述聚电解质包括阳离子型聚合物。
7.权利要求1的组合物，其中所述铜络合剂包括氨基酸。
8.权利要求1的组合物，其中所述聚电解质以50～1000ppm的浓度存在于所述组合物中。
9.权利要求1的组合物，其中所述铜络合剂以0.5～1.5重量％的浓度存在于所述组合物中。
10.权利要求1的组合物，其中所述粒状研磨剂具有不超过100nm的平均粒径。
11.权利要求1的组合物，其中所述粒状研磨剂包括选自二氧化钛和二氧化硅的至少一种金属氧化物。
12.一种用于抛光含铜基板的化学-机械抛光(CMP)组合物，所述组合物包含：
(a)不超过1重量％的具有不超过100nm的平均粒径的粒状研磨剂；
(b)100～1000ppm的阴离子型聚电解质或两性聚电解质；
(c)0.5～1.5重量％的氨基多元羧化物铜络合剂；及
(d)为此的含水载体。
13.权利要求12的组合物，其中所述聚电解质具有至少50000克/摩尔(g/mol)的重均分子量。
14.权利要求12的组合物，其中所述聚电解质包括丙烯酸聚合物或共聚物。
15.权利要求12的组合物，其中所述聚电解质包括丙烯酸-丙烯酰胺共聚物。
16.权利要求12的组合物，其中所述氨基多元羧化物包括亚氨基二乙酸或其盐。
17.权利要求12的组合物，其中所述粒状研磨剂包括选自二氧化钛和二氧化硅的至少一种金属氧化物。
18.一种用于抛光含铜基板的化学-机械抛光(CMP)组合物，所述组合物包含：
(a)不超过1重量％的具有不超过100nm的平均粒径的粒状研磨剂；
(b)10～150ppm的阳离子型聚电解质；
(c)0.5～1.5重量％的氨基酸铜络合剂；及
(d)为此的含水载体。
19.权利要求18的组合物，其中所述聚电解质具有至少15000克/摩尔(g/mol)的重均分子量。
20.权利要求18的组合物，其中所述阳离子型聚电解质包括聚(2-[(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵)。
21.权利要求18的组合物，其中所述氨基酸包括甘氨酸。
22.权利要求18的组合物，其中所述粒状研磨剂包括选自二氧化钛和二氧化硅的至少一种金属氧化物。
23.一种抛光含铜基板的方法，其包括以权利要求1的CMP组合物研磨所述基板表面，所述研磨任选地在氧化剂存在下进行。
24.权利要求23的方法，其中所述CMP组合物包括100～1000ppm的聚电解质及0.5～1.5重量％的铜络合剂，所述聚电解质包括阴离子型聚合物或两性聚合物，且所述铜络合剂包括氨基多元羧化物。
25.权利要求23的方法，其中所述CMP组合物包含10～150ppm的聚电解质及0.5～1.5重量％的铜络合剂，所述聚电解质包括阳离子型聚合物，且所述铜络合剂包括氨基酸。
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