CN102782066A - 含铜、钌和钽层的基材的化学-机械平坦化 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化学-机械抛光组合物，其包含：(a)至少一种类型的磨料颗粒；(b)至少两种氧化剂；(c)至少一种pH调节剂；和(d)去离子水；(e)任选包含至少一种抗氧化剂，以及一种将含至少一个铜层、至少一个钌层和至少一个钽层的基材化学-机械平坦化的方法，其包括以下步骤：(1)提供所述化学-机械抛光组合物；(2)使待抛光的基材表面与所述化学-机械抛光组合物和抛光垫接触；和(3)通过相对基材移动抛光垫而将基材表面化学机械抛光。

Description

含铜、钌和钽层的基材的化学-机械平坦化
发明领域
本发明涉及化学-机械抛光组合物及方法。更具体而言，本发明涉及用于将含铜、钌和钽层的基材，或更具体而言，含铜、钌、钽和介电层的半导体基材化学-机械抛光的组合物及方法。
发明背景
镶嵌法在集成电路制造中的应用已经导致铝被铜替换作为优选的电互联材料，因为铜具有较低的电阻率和较好的耐电迁移性。使用镶嵌法(其包括单和双镶嵌法)，将氧化硅介电层蚀刻以形成设计沟槽或通孔所需的图案。然后在铜沉积之前将阻挡层沉积在形成图案的介电层上，因为铜可轻易地扩散入介电材料以污染元件。将过量的铜以及阻挡层通过使用已知为化学-机械抛光或化学-机械平坦化(CMP)的方法除去，这种方法被认为是同时实现全局和局部平坦化的唯一技术。
在本领域中，用于CMP的组合物常被称作CMP试剂、组合物或浆料。
常将钽和氮化钽用作阻挡层材料，以防止铜通过介电层扩散所引起的元件污染。然而，由于钽的高电阻率，特别是高纵横比特征，难以有效地将铜沉积至阻挡层上。因此，必须首先将铜晶种层沉积至阻挡层上。当电路的特征尺寸被减小至65nm、45nm和32nm等级时，特别是对于32nm技术及以上节点，控制晶种层的精确厚度以防止在沟槽顶部的悬垂和孔隙(void)的形成变得非常困难。
钌最近已被认为是代替目前的钽阻挡层和铜晶种层的有希望的阻挡层材料候选。铜在钌中的不溶性使钌作为阻挡层材料是有吸引力的，且由于钌的较低电阻率，还可直接将铜沉积至钌层上。此外，钌比较容易通过物理蒸气沉积(PVD)、化学蒸气沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)技术沉积至介电层上。根据钌的有利性能，其可代替铜晶种层和钽层。然而，因为目前钌和介电层之间的粘合问题，钌和钽层结构现在更可行。
由于在CMP法中将钌引入IC芯片，铜、钌和钽将同时暴露于CMP浆料，由于三种金属不同的物理和化学性能，其对CMP是巨大的挑战。因此，选择性变成最重要的问题。
铜是软材料(莫氏硬度：3)且是化学活性的。其对CMP浆料的磨料硬度、磨料浓度、下压力和pH值敏感。
钽是硬材料(莫氏硬度6.5)且是化学惰性材料。室温下绝大部分化学物质不能有效地与钽反应。因此，传统的钽阻挡层抛光法优选使用高浓度(>10重量%)的磨料，较高下压力和非常碱性(pH>10)或非常酸性(pH<3)的浆料。
钌是机械和化学稳定的稀有金属。仅有部分强氧化剂可与钌反应。
此外，随着铜线尺寸缩短，将低K的介电材料如TEOS和PETEOS用作层间介电层(ILD)，以减小层间电容。低K的材料机械上弱且化学敏感，因此不能使用含高浓度磨料或高pH值的CMP浆料，且在抛光期间还容易受到高下压力损害。
铜:钽/氮化钽的理想选择性为1:1:1。目前用于抛光阻挡层的CMP浆料在调节不同金属材料的材料去除速度(MRR)以满足选择性目标方面仍存在问题。
在现有技术中已经提出了数个建议，以改进这些问题并达到该选择性目标。
因此，美国专利US 6,869,336B1公开了用于化学-机械平坦化的组合物，该平坦化使用低接触压以从基材上除去钌，其中所述组合物包含分散介质，莫氏硬度为5-9且粒度为20nm至约2μ的磨料颗粒，且pH值为8-12，该组合物使钌作为氢氧化钌从基材上除去。替代组合物的pH为2.5-14且使钌作为氧化钌从基材上除去。另一类替代组合物的pH值低于2.5且包含络合剂，这使钌作为钌配合物除去。这些替代组合物还含有选自过氧化氢、过氧化硫酸、高碘酸、单过硫酸盐、二过硫酸盐和过氧化二叔丁基的氧化剂。组合物可含有用于铜的钝化剂，适于减少或防止覆盖在钌层上的铜层的腐蚀。美国专利进一步公开，优选在1:1:1的抛光选择性下将铜、钌和介电层抛光。然而，其未说明如何能够达到该选择性目标。
美国专利US 7,265,055B2教导了一种化学-机械抛光包含铜、钌、钽和介电层的基材的方法。该方法使用抛光垫以及CMP组合物或试剂，所述CMP组合物或试剂包含用负电荷聚合物或共聚物处理过的α-铝土磨料颗粒，过氧化氢，有机酸，至少一种包含至少一个氮原子的杂环化合物，如苯三唑(BTA)，膦酸和水。杂环化合物用作铜腐蚀抑制剂。膦酸增加了钽层的抛光速度。额外的是，CMP试剂可含有含醚基的二胺化合物，其中所述化合物抑制了钽层的抛光速度。应说明的是，CMP试剂允许不同基材层以基本相似的速度且在可控的选择性下抛光。然而，似乎选择性的调节是复杂的。
美国专利申请US 2008/0105652A1公开了一种pH为6-12的CMP试剂，其包含0.01-10重量%磨料，0.01-10重量%氧化剂，1-5000ppm两性非离子表面活性剂，1-5000ppm钙或镁离子，0.001-0.5重量%用于铜的腐蚀抑制剂以及水。氧化剂可为任何合适的氧化剂，如过氧化氢、过硫酸盐、铁盐、固体形式的过氧化氢及其组合。固体形式的过氧化氢包括过碳酸钠、过氧化钙和过氧化镁。应说明的是，铜、钌、钽和介电层抛光的相对选择性可通过选择磨料(如铝土或铝土与硅石的组合)以及通过改变存在于CMP组合物中组分的性质和量而控制。因此，铜去除速度可通过增加磨料的量和/或通过掺入有机酸而增加。或者，铜去除速度可通过增加腐蚀抑制剂的量而降低。钌去除速度可通过使用包含铝土和硅石的组合的磨料而降低。钽去除速度可通过增加钙或镁离子的量或通过增加氧化剂的量而增加。电介质去除速度可通过使用包含铝土和硅石的组合的磨料以及通过增加磨料的总量而增加。氢氧化铵使铜和钌的MRR增加，钽和基于氧化硅的电解质的MRR降低。铜、钌、钽和电解质的相对MRR可通过使用氢氧化铵和氢氧化钾的组合而进一步调节。总之，可以断定的是，该现有技术的CMP组合物的选择性的调节也是复杂的。
当调节现有技术CMP组合物的相对选择性时，该复杂性可导致不可预见的问题。因此，在配制这些复杂组合物时的通常方法为使用氧化剂、络合剂、钝化剂和磨料颗粒。使用络合剂和钝化剂调节金属去除速度是典型方法。然而，这常常导致腐蚀或其它后CMP问题。更具体而言，较强络合剂导致腐蚀以及较强钝化剂导致后CMP残余物。
发明目的
为此，仍存在改进CMP组合物以及用于化学机械抛光基材，尤其是含铜、钌和钽层，或更具体而言，铜、钌、钽和介电层的半导体基材的方法的需要。对CMP组合物及方法的改进应允许以简单直接的方式细微调节各层的相对选择性，且不引起有害影响，如刮擦、凹陷、点蚀、腐蚀、后CMP残余物和ILD损害。
本发明的简要说明
因此，已经找到新的化学-机械抛光组合物，其中所述组合物包含：
(a)至少一种类型的磨料颗粒；
(b)至少两种氧化剂；
(c)至少一种pH调节剂；和
(d)去离子水；
(e)任选包含至少一种抗氧化剂；
在下文中，新的化学-机械抛光组合物被称作“本发明CMP组合物”。
此外，已经找到了将含至少一个铜层、至少一个钌层和至少一个钽层的基材化学-机械平坦化的新方法，其中所述方法包括以下步骤：
(1)提供本发明化学-机械抛光组合物；
(2)使待抛光的基材表面与本发明化学-机械抛光组合物和抛光垫接触；和
(3)通过相对基材移动抛光垫而将基材表面化学机械抛光。
在下文中，将基材化学-机械平坦化的新方法被称作“本发明CMP方法”。
本发明优势
鉴于现有技术，令人惊讶且熟练技术人员不能预期的是，本发明目的能够通过本发明CMP组合物和CMP方法解决。
特别令人惊讶的是，本发明CMP组合物和CMP方法显著改进了基材，尤其是含铜、钌和钽层，或更具体而言，铜、钌、钽和介电层的半导体基材的化学-机械抛光。
出人意料的是，本发明CMP组合物和CMP方法允许以简单直接的方式细微调节各层的相对选择性，且不引起有害影响，如刮擦、凹陷、点蚀、腐蚀、后CMP残余物和ILD损害。
本发明CMP组合物和CMP方法以该方式改进了具有非常大规模集成电路(VLSI)或超大规模集成电路(ULSI)以及特殊功能和耐久性的集成电路(IC)的制造。
本发明的详细说明
在其最广义方面，本发明指本发明CMP组合物。
作为第一基本成分，本发明CMP组合物包含至少一种类型的磨料颗粒(a)。在特定情况下，可使用至少两种，最优选两种类型的磨料颗粒(a)。磨料颗粒(a)的功能为增加抛光期间的材料去除速度(MRR)。它们也可带走从金属层除去的碎屑，以减少抛光表面上的缺陷。
可将CMP领域中已知的任何合适的磨料颗粒(a)掺入本发明CMP组合物中。磨料颗粒(a)优选选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、硅化物、硼化物、陶瓷、金刚石、有机/无机杂合颗粒及其混合物。这些类型的合适磨料颗粒(a)例如公开于美国专利申请US 2008/0038995A1，第5页，第[0031]段至第7页，第[0048]段中。
磨料颗粒(a)优选选自硅石、铈土、铝土、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氮化钛、碳化硅、金刚石及其混合物，其中最特别优选使用硅石和铝土。
磨料颗粒(a)可任选涂覆任何其它类型的合适有机或无机材料或可任选带有各种官能团，如羟基或氨基。合适有机材料的实例为美国专利申请US 2007/0090094A1，第2页，第[0016]段中所述的负电荷聚合物和共聚物。
磨料颗粒(a)的平均粒径可在宽范围内变化且因此可最有利地适应特定要求和条件。根据电子显微镜测定，平均粒径范围优选为1-1000nm，更优选5-500nm，最优选10-200nm。
同样，磨料颗粒(a)的浓度可在宽范围内变化且因此可最有利地适应特定要求和条件。浓度范围优选为0.01-30重量%，优选0.1-10重量%，最优选0.5-6重量%，其中重量百分数基于本发明CMP组合物的全部重量。
本发明CMP组合物的第二种基本成分为所述至少两种，尤其是两种氧化剂(b)。其在本发明CMP组合物中的功能完全不同于仅将氧化剂用于氧化基材的现有技术CMP组合物的先前情况。在本发明CMP组合物中，将其用于调节不同金属，如铜、钌和钽的MRR，以满足不同金属的目标选择性。
原则上，就本发明而言，可选择CMP领域中已知的任何氧化剂。优选选择两种氧化剂(b)以使得一种氧化剂(b1)能够增加钽层的材料去除速度且另一氧化剂(b2)能够与钌层反应，并同时在铜表面上形成强的氧化物膜，这防止铜去除太快。在不愿受特定理论限定的情况下，因此应相信的是铜表面可被有效保护且铜的MRR可容易地通过两种氧化剂(b1)和(b2)的竞争而调节，且钌和钽的MRR也可通过所述两种氧化剂(b1)和(b2)的相互作用和竞争而调节。所述两种氧化剂(b1)和(b2)的功能可通过改变其浓度而进一步优化。因此，在本发明CMP组合物中，几乎中性的pH值以及在本发明CMP方法中低的下压力可用于满足选择性目标。
所述至少两种氧化剂(b)更优选选自有机和无机过氧化物、过硫酸盐、碘酸盐、高碘酸和高碘酸盐、高锰酸盐、高氯酸和高氯酸盐、溴酸和溴酸盐及其混合物。
甚至更优选的是，氧化剂(b1)选自过硫酸盐，尤其是过硫酸氢钾，以及氧化剂(b2)选自高碘酸盐，尤其是高碘酸钠。
本发明CMP组合物的pH值也可在宽范围内变化。其优选为4-9，最优选5-8。
pH通过作为本发明CMP组合物的第四种基本成分的至少一种pH调节剂(c)调节。
原则上，可使用任何已知的合适的来自无机和有机酸和碱的pH调节剂(c)。更优选的是，无机酸(c)选自强的无机矿物酸；有机酸(c)选自羧酸、磺酸、膦酸及其混合物；无机碱(c)选自碱金属氢氧化物、氢氧化铵及其混合物；有机碱(c)选自脂族和脂环族胺、季铵氢氧化物及其混合物。
这些类型的pH调节剂(c)例如已知于美国专利US 7,265,055B2，第7栏，第4行至第8栏，第6行和第8栏，第16-35行。
pH调节剂(c)最优选选自盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、草酸、1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、氢氧化钾、氢氧化铵和四甲基氢氧化铵。
最后但并非最不重要的是，本发明CMP组合物含去离子水(d)作为第四种基本成分。
在有利实施方案中，本发明CMP组合物包含至少一种抗氧化剂(e)。其功能至少部分为在本发明CMP组合物中与氧化剂(b)竞争，以进一步调节钌、钽和铜的选择性。此外，其也可平衡抛光期间铜氧化物膜的厚度，以改进铜的表面质量。
原则上，就本发明而言，可使用CMP领域中已知的任何合适的抗氧化剂(e)。抗氧化剂(e)优选选自腐蚀抑制剂、钝化剂和成膜剂，其功能和材料组合物在很大程度上与抗氧化剂功能重叠。合适的腐蚀抑制剂或成膜剂(e)例如已知于美国专利申请US 2008/0038995A1，第8页，第[0062]段中。抗氧化剂(e)更优选选自含至少一个氮原子的杂环化合物。合适的杂环化合物(e)例如已知于美国专利US 7,265,055B2，第6栏，第9行至第7栏，第3行。
抗氧化剂(e)最优选包含唑基。抗氧化剂(e)最特别优选选自苯并三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-三唑、苯并咪唑、5-苯基-1H-四唑及其混合物。
本发明CMP组合物可任选含有至少一种功能添加剂(f)。
原则上，CMP领域中已知的任何合适的功能添加剂(f)可以已知且有效的量用于本发明CMP组合物中。功能添加剂(f)优选选自有机溶剂、带负电荷的聚合物和共聚物、络合剂和螯合剂、多价金属离子、表面活性剂、流变控制剂、消泡剂、杀菌剂及其混合物。
因为成分的独特组合，可避免使用钝化剂(f)和/或络合剂(f)。在本发明CMP组合物的一个实施方案中，钝化剂(f)和/或络合剂(f)的量基于本发明CMP组合物的全部重量小于0.5重量%。在另一实施方案中，钝化剂(f)和/或络合剂(f)的量基于体系的总重量小于0.01重量%。在本发明的一个实施方案中，在本发明体系中不存在钝化剂(f)和/或络合剂(f)，以至于可完全避免其应用的不利影响。
本发明CMP组合物的制备不需要特定方法和设备，但可通过将上述成分以所需量溶解或分散在含水介质，尤其是去离子水中而进行。为此，可使用常规和标准的混合方法和混合设备，如搅拌釜、在线溶解器、高剪切叶轮、超声混合器、均化器喷嘴或逆流混合器。如此获得的本发明CMP组合物可通过具有合适筛孔的过滤器过滤，以除去粗颗粒，如固态、细碎分散的磨料颗粒(a)的附聚体或聚集体。
本发明CMP组合物最优异地适用于将包含至少一个铜层、至少一个钌层和至少一个钽层的基材化学-机械抛光。就本发明而言，“钽”还包括氮化钽。基材还优选包含低k或超低k的介电材料层，如金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化的有机聚合物，尤其是源自四乙基原硅酸酯(TEOS)的氧化硅。
金属层可位于基材上的任何位置，但优选至少一个铜层和至少一个钌层相接触，以及至少一个钽层位于至少一个钌层和至少一个介电层之间。
基材可为任何合适基材，如集成电路(IC)、金属、ILD层、半导体或薄膜。通常而言，基材包含形成图案的介电层(其上沉积了包含钽的阻挡层)，沉积在阻挡层上的钌层以及包含铜的外涂层。硅片例如可涂覆有介电材料层。可将限定电路线和电路互联的沟槽和通孔蚀刻入介电层中，随后使用物理蒸气沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)法将阻挡材料层如钽沉积其上。使用ALD法、PVD法或化学蒸气沉积(CVD)法将钌层施加至钽层上。最后，使用电镀法或CVD法将铜沉积至钌层上。
然后通过一次或多次化学-机械抛光工艺将位于沟槽和通孔外面的过量的铜、钌和钽除去，以暴露基材特征之间的介电材料，从而将限定电路的基材特征中的导电铜分离。
这些CMP方法尤其根据本发明方法进行，其包括以下步骤：
(1)提供本发明CMP组合物；
(2)使待抛光的基材表面与本发明CMP组合物和抛光垫接触；和
(3)通过相对基材移动抛光垫而将基材表面化学机械抛光。
如本领域已知，用于CMP的典型设备包含用抛光垫覆盖的旋转压板。将基材安装在载体或夹盘上并使其上侧向下面对抛光垫。载体确保基材在水平位置上。抛光和夹持设备的特定排列也已知为硬压板设计。载体可保留位于载体保留表面和未抛光基材表面之间的载体垫。该垫板可作为基材垫操作。
在载体下面，较大直径的压板通常也位于水平位置且展现与待抛光的基材表面平行的表面。其抛光垫在平坦化方法期间与基材表面接触。在本发明CMP方法期间，将本发明CMP组合物以连续料流或以逐滴形式施加至抛光垫上。
使载体和压板均围绕其各自从载体和压板垂直延伸的轴旋转。旋转的载体轴可在与旋转压板相对位置上保持固定或可相对于压板水平振动。尽管并不必要，载体旋转方向通常仍与压板旋转方向相同。尽管并不必要，通常仍将载体和压板的旋转速度设定为不同的值。
通常而言，将压板的温度设定在10-70℃的温度下。
抛光期间下压力优选为0-4psi(0-27.58kPa)以及约0.5-1.5psi(3.45-10.34kPa)。
压板旋转速度优选为10-200rpm。
载体旋转速度优选为55-110rpm。
本发明CMP方法首先除去大部分上面覆盖的铜层，然后开始首先除去下面的钌层，其次下面的钽层，其中对于本发明CMP组合物铜仍是可以获得的。有利的是，对于铜、钌、钽和介电层的抛光，本发明CMP方法允许控制选择性。选择性在此处定义为一层的MRR与另一不同层的MRR之比。
由于本发明CMP组合物的最有利组成以及平衡的应用性能，选择性可根据本发明CMP方法的条件和要求很好地调节。
因此，通过在不除去铜的情况下测量MRR，钌相对于钽的选择性(Ru:Ta)为约(0.5-4.0):(1)。在本发明CMP方法的另一实施方案中，钌相对于钽的选择性为约(1.0-3.0):(1)。
在本发明CMP方法的又一实施方案中，通过测量MRR，钌相对于钽相对于铜(Ru:Ta:Cu)的选择性为约(0.25-9.0):(0.25-4):(1)。
在本发明CMP方法的另一实施方案中，通过在不加入抗氧化剂(e)的情况下测量MRR，钌相对于钽相对于铜(Ru:Ta:Cu)的选择性为约(1.0-10.0):(0.5-5):(1)。在本发明CMP方法的另一实施方案中，钌相对于钽相对于铜的选择性为约(1.5-8.5):(0.75-3.5):(1)。
在本发明CMP方法的又一实施方案中，通过在未加入抗氧化剂(e)的情况下测量MRR，钌相对于钽相对于铜(Ru:Ta:Cu)的选择性为约(0.25-5):(0.1-3):(1)。在本发明CMP方法的另一实施方案中，钌相对于钽相对于铜的选择性为约(0.4-3.5):(0.25-2.5):(1)。在本发明CMP方法的又一实施方案中，钌相对于钽相对于铜的选择性为约(0.4-0.9):(0.25-0.65):(1)。
除了上文所列出的优点之外，在本发明CMP方法期间，介电材料层为受到刮擦或不利影响。
本发明通过以下进一步阐述本发明的非限制实施例进一步说明，且不意欲，也不应将其解释为限制本发明范围。
实施例
将不同的抛光组合物用于在包含铜、钌和钽的各基材上进行的CMP方法中。各基材的尺寸为Φ1in×0.2in(2.51cm×0.502cm)。所有抛光工作均在Benchtop抛光机(MetPrep 4TM，High Tech Products，INC)上进行。
以如下方式测定MRR。
将基材调理、洗涤并干燥。将抛光垫用金刚石粗粒调节剂调理，以除去化学反应产物并使该垫为下次运行做好准备。在抛光之后，将基材洗涤，先用去离子水漂洗，然后用异丙醇漂洗。随后，将基材用稳定的压缩空气流干燥，并根据计算，基于抛光表面积上净失重计算MRR。
MRR=失重/(密度×横截面积×时间)；
其中：
失重=抛光之后铜盘的重量损；
密度=铜的密度；
横截面积=圆盘的横截面积；和
时间=抛光时间。
以下实施例表明了各抛光组合物对各包含铜、钌和钽的基材的选择性的影响。
实施例1
将相似的6组基材(每组3个)用6种不同的CMP组合物抛光(CMP组合物1、2、3、4、5和6)，其中每组的基材分别包括铜、钌和钽。各CMP组合物含5重量%莫氏硬度为6.5且平均粒度为50nm的硅石。CMP组合物1额外包含0.3重量%高碘酸钠(NaIO4)和0.1重量%过硫酸钾(KPS)。CMP组合物2额外包含0.3重量%高碘酸钠和0.2重量%过硫酸钾。CMP组合物3额外包含0.3重量%高碘酸钠和0.5重量%过硫酸钾。CMP组合物4额外包含0.3重量%高碘酸钠和1重量%过硫酸钾。CMP组合物5额外包含0.3重量%高碘酸钠和2重量%过硫酸钾。CMP组合物6额外包含0.5重量%高碘酸钠和2重量%过硫酸钾。各组合物的pH值为5。对各基材的下压力为2psi。对各基材的CMP时间为60秒。压板速度为90rpm以及载体速度为90rpm。将IC 1000垫板用于CMP体系。CMP方法期间浆料流速为200ml/分钟。钌、钽和铜从试验基材上的近似材料去除速度(MRR)(13.75kPa)显示在表1中。
表1：
Figure BDA00002036309600111
根据表1结果，将不同量的高碘酸钠和过硫酸钾用于CMP组合物中，能够容易地调节钌相对于钽相对于铜的选择性。CMP组合物1-3中铜的MRR约为0。在CMP组合物1中，钌相对于钽的选择性为(1.9):(1)；在CMP组合物2中，钌相对于钽的选择性为(2.5):(1)；在CMP组合物3中，钌相对于钽的选择性为(2.4):(1)；在CMP组合物4中，钌相对于钽相对于铜的选择性为8.3:3.0:1；在CMP组合物5中，钌相对于钽相对于铜的选择性为(1.6):(1.1):(1)；在CMP组合物6中，钌相对于钽的选择性为(1.2):(1)，且铜的MRR为0。
这组结果表明本发明CMP组合物和CMP方法对化学-机械抛光包含钌、钽和铜的基材的效果，以及表明钌、钽和铜的选择性的可调节能力。
实施例2
将相似的4组基材(每组3个)用4种不同的CMP组合物抛光(CMP组合物1、2、3和4)，其中每组的基材分别包括铜、钌和钽。各CMP组合物含5重量%莫氏硬度为6.5且粒度为50nm的硅石，0.3重量%高碘酸钠和0.5重量%过硫酸钾。CMP组合物1额外包含1mM苯并三唑(BTA)。CMP组合物2额外包含1mM苯并咪唑(BIA)。CMP组合物3额外包含1mM 5-苯基-1H-四唑(PTA)。CMP组合物4额外包含1mM 1,2,4-三唑(TAZ)。各组合物的pH值为5。对各基材的下压力为2psi(13.79kPa)。对各基材的CMP时间为60秒。压板速度为90rpm以及载体速度为90rpm。将IC 1000垫板用于CMP体系。CMP方法期间浆料流速为200ml/分钟。钌、钽和铜从试验基材上的近似材料去除速度(MRR)显示在表2中。
表2：
Figure BDA00002036309600121
基于表2，其显示钌、钽和铜的选择性可通过将部分抗氧化剂加入CMP组合物中而进一步调节。在CMP组合物1中，钌相对于钽相对于铜的选择性为(0.5):(0.3):(1)；在CMP组合物2中，钌相对于钽相对于铜的选择性为(0.8):(0.6):(1)；在CMP组合物3中，钌相对于钽相对于铜的选择性为(0.7):(0.4):(1)；在CMP组合物4中，钌相对于钽相对于铜的选择性为(3.2):(2):(1)。
在表2中，结果进一步表明CMP组合物和CMP方法在控制抛光期间钌、钽和铜的选择性的良好能力。
在已经如此详细描述了本发明的各实施方案后，应理解的是通过上述段落所定义的本发明不受上述说明中所提及的特定细节的限制，在不偏离本发明精神或范围下，它的许多显而易见的变化是可行的。

Claims (18)

1.一种化学-机械抛光组合物，其包含如下组分：
(a)至少一种类型的磨料颗粒；
(b)至少两种氧化剂；
(c)至少一种pH调节剂；和
(d)去离子水；
(e)任选包含至少一种抗氧化剂。
2.根据权利要求1的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述磨料颗粒(a)选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、硅化物、硼化物、陶瓷、金刚石、有机/无机杂合颗粒及其混合物。
3.根据权利要求1或2的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述磨料颗粒(a)的平均粒径为1-1000nm。
4.根据权利要求1-3中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述磨料颗粒(a)的浓度基于化学-机械抛光组合物的全部重量为0.1-10重量%。
5.根据权利要求1-4中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于选择所述两种氧化剂(b)以使得一种氧化剂(b1)能够增加钽层的材料去除速度且另一氧化剂(b2)能够与钌层反应，并同时在铜表面上形成强的氧化物膜。
6.根据权利要求5的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述至少两种氧化剂(b)选自有机和无机过氧化物、过硫酸盐、碘酸盐、高碘酸和高碘酸盐、高锰酸盐、高氯酸和高氯酸盐、溴酸和溴酸盐及其混合物。
7.根据权利要求6的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述氧化剂(b1)选自过硫酸盐，所述氧化剂(b2)选自高碘酸盐。
8.根据权利要求1-7中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于各氧化剂(b)的浓度基于化学-机械抛光组合物的全部重量为约0.001-10重量%。
9.根据权利要求1-8中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述pH调节剂(c)选自无机和有机酸和碱。
10.根据权利要求9的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述无机酸(c)选自强的无机矿物酸；所述有机酸(c)选自羧酸、磺酸、膦酸及其混合物；所述无机碱(c)选自碱金属氢氧化物、氢氧化铵及其混合物；所述有机碱(c)选自脂族和脂环族胺、季铵氢氧化物及其混合物。
11.根据权利要求1-10中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述抗氧化剂(e)选自含至少一个氮原子的杂环化合物。
12.根据权利要求11的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述杂环化合物(e)选自苯并三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-三唑、苯并咪唑、5-苯基-1H-四唑及其混合物。
13.根据权利要求11或12的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述抗氧化剂(e)的浓度基于化学-机械抛光组合物的全部重量为约0.0001-1重量%。
14.根据权利要求1-13中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述化学-机械抛光组合物包含至少一种功能添加剂(f)。
15.根据权利要求14的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述功能添加剂(f)选自有机溶剂、带负电荷的聚合物和共聚物、络合剂和螯合剂、多价金属离子、表面活性剂、流变控制剂、消泡剂、杀菌剂及其混合物。
16.根据权利要求1-15中任一项的化学-机械抛光组合物，其特征在于所述化学-机械抛光组合物的pH为约4-9。
17.一种将含至少一个铜层、至少一个钌层和至少一个钽层的基材化学-机械平坦化的方法，其包括以下步骤：
(1)提供根据权利要求1-16中任一项的化学-机械抛光组合物；
(2)使待抛光的基材表面与所述化学-机械抛光组合物和抛光垫接触；和
(3)通过相对基材移动抛光垫而将基材表面化学机械抛光。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于所述基材额外包含介电层。
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