CN103298903A - 金属钝化的化学机械抛光组合物及方法 - Google Patents

金属钝化的化学机械抛光组合物及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103298903A
CN103298903A CN2012800051318A CN201280005131A CN103298903A CN 103298903 A CN103298903 A CN 103298903A CN 2012800051318 A CN2012800051318 A CN 2012800051318A CN 201280005131 A CN201280005131 A CN 201280005131A CN 103298903 A CN103298903 A CN 103298903A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composition
film forming
alkyl
forming metal
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012800051318A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103298903B (zh
Inventor
J.凯莱赫
P.辛格
V.布鲁希克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CMC Materials LLC
Original Assignee
Cabot Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/004,113 external-priority patent/US8435421B2/en
Application filed by Cabot Microelectronics Corp filed Critical Cabot Microelectronics Corp
Publication of CN103298903A publication Critical patent/CN103298903A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103298903B publication Critical patent/CN103298903B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/52—Compositions for preventing, limiting or eliminating depositions, e.g. for cleaning
    • C09K8/528—Compositions for preventing, limiting or eliminating depositions, e.g. for cleaning inorganic depositions, e.g. sulfates or carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F3/00—Brightening metals by chemical means
    • C23F3/04—Heavy metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F3/00—Brightening metals by chemical means
    • C23F3/04—Heavy metals
    • C23F3/06—Heavy metals with acidic solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本发明提供用于抛光包含铜和/或银的基板的化学机械抛光(CMP)组合物及方法。本发明的组合物包含在水性载体中的粒状研磨剂、初级成膜金属络合剂及次级成膜金属钝化剂。还公开了使用本发明组合物抛光基板的方法。

Description

金属钝化的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包含铜和/或银的基板的抛光组合物及方法。更具体地说，本发明涉及采用成膜金属络合剂与金属钝化剂的组合来抛光包含铜和/或银的基板的化学机械抛光组合物及方法。
背景技术
本领域中已知许多用于对基板表面进行化学机械抛光(CMP)的组合物和方法。用于抛光半导体基板(例如，集成电路)的含有金属的表面的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料和CMP组合物)通常含有研磨剂、各种添加剂化合物等并且通常与氧化剂组合使用。这样的CMP组合物通常被设计用于移除特定的基板材料例如金属(例如，钨或铜)、绝缘体(例如，二氧化硅，诸如经等离子体增强的得自原硅酸四乙酯(PETEOS)的二氧化硅)、以及半导体材料(例如，硅或砷化镓)。
在常规的CMP技术中，将基板夹持器(抛光头)安装在夹持器组件上并将其定位成与CMP装置中的抛光垫接触。夹持器组件提供可控制的压力(向下力)以促使基板抵靠着抛光垫。使垫与附着有基板的夹持器相对于彼此移动。垫与基板的相对移动用于研磨基板的表面以从基板表面移除一部分材料，由此抛光该基板。通常通过抛光组合物的化学活性(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性进一步促进基板表面的抛光。典型的研磨剂材料包括例如二氧化硅(硅石)、二氧化铈(铈土)、氧化铝(矾土)、氧化锆(锆氧土)、二氧化钛(钛白)和氧化锡。
研磨剂合意地作为胶态分散体悬浮于CMP组合物中，该胶态分散体优选是胶体稳定的。术语“胶体”是指研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。“胶体稳定性”是指该悬浮液在选定的时段期间在沉降最少的情况下的保持性。在本发明的范围内，如果在将悬浮液置于100mL量筒中且让其在没有搅动的情况下静置2小时时，在该量筒底部50mL中的颗粒浓度([B]，以g/mL为单位)与悬浮于该量筒顶部50mL中的颗粒浓度([T]，以g/mL为单位)之间的差除以悬浮于研磨剂组合物中的颗粒的初始浓度([C]，以g/mL为单位)所得的值小于或等于0.5(即，([B]-[T])/[C]≤0.5)，则认为该研磨剂悬浮液是胶体稳定的。([B]-[T])/[C]的值合意地小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
例如，Neville等人的美国专利No.5,527,423描述了通过用抛光浆料接触金属层的表面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水性介质中的高纯度金属氧化物细颗粒。或者，研磨剂材料可并入抛光垫中。Cook等人的美国专利No.5,489,233公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，Bruxvoort等人的美国专利No.5,958,794公开了一种固定研磨剂抛光垫。
对于铜CMP应用，通常合意的是使用相对低的固含量的分散体(即，具有1重量%或更小的基于总的悬浮固体物(TSS)水平的研磨剂浓度)，其对铜具有化学反应性。化学反应性可通过使用氧化剂、螯合剂、腐蚀抑制剂、pH、离子强度等进行调整。使CMP浆料的化学反应性与机械研磨性质相平衡可为复杂的。许多商业铜CMP浆料具有高度的化学反应性并呈现出远高于100埃/分钟(
Figure BDA00003497565900021
)的高的铜静态蚀刻速率(SER)，可通过有机腐蚀抑制剂例如苯并三唑(BTA)、三唑和咪唑至少部分地控制所述铜静态蚀刻速率。然而，这样的组合物通常不具良好的抛光后腐蚀控制。常见的商业铜CMP浆料还通常具有如下缺点：表面凹陷(dishing)-侵蚀、缺陷率(defectivity)以及表面形貌问题。
在半导体应用中另一受关注的金属为银，相对于CMP，银享有很多与铜相同的性质及特性，例如腐蚀性质及钝化性质。例如，银和铜两者均有效地形成膜且由苯并三唑钝化。此外，Cu和Ag两者均易于溶解在酸性pH中并形成金属离子(对于Cu而言为Cu+1及Cu+2，且对于银而言为Ag+1)，而且，在较高pH下钝化并形成氧化物。
不断地需要开发新的CMP组合物和方法，其利用相对低的固含量的CMP浆料，与常规的CMP浆料相比，其具有降低的表面凹陷-侵蚀和缺陷率水平、相对高的铜和/或银移除速率、以及优异的防腐蚀性和表面抑制性。从本文中提供的对本发明的描述，本发明的这些和其它优势以及额外的发明特征将变得明晰。
发明内容
本发明提供用于抛光包含铜和/或银的基板的化学机械抛光(CMP)组合物和方法。本发明的方法涉及使用本发明的CMP组合物研磨所述基板的表面，该研磨优选在氧化剂(例如，过氧化氢)的存在下进行。与常规的CMP浆料相比，本发明的组合物和方法可提供相对高的铜和/或银移除速率以及良好的钝化。
本发明的CMP组合物包含粒状研磨剂、初级(第一，primary)成膜金属络合剂、次级(第二，secondary)成膜金属钝化剂及水性载体。优选的初级成膜金属络合剂包括通式(I)A-X-Y-OH的化合物、其盐、及其部分中和形式(例如，酸形式与盐形式的组合)，其中A为-N(R1)-C(=O)-R2或-C(=O)-NH-OH；而且X为-C(R3)(R4)-和Y为-C(=O)-，或者，X与Y一起形成芳基，在该芳基中，式(I)中的所述A和OH基团以彼此呈1,2或“邻位”关系定位。在式(I)中，R1为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基；R2为经取代的C8-C20烷基、或者未经取代的C8-C20烷基；及R3与R4各自独立地为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基。式(I)的化合物包括N-酰基甘氨酸化合物(例如，N-月桂酰基甘氨酸及N-月桂酰基肌氨酸)、邻-羟基芳基异羟肟酸化合物(例如，水杨基异羟肟酸)、邻-羟基-N-酰基苯胺化合物及丙二单异羟肟酸(malonomonohydroxamic acid)。式(I)的优选化合物为邻-羟基芳基异羟肟酸如水杨基异羟肟酸(SHA)、以及N-酰基肌氨酸化合物如N-月桂酰基肌氨酸、以及它们的盐及部分中和形式。所述金属络合剂的优选的盐形式为碱金属盐(例如，锂盐、钠盐及钾盐)。本发明的优选组合物包含溶解和/或悬浮在水性载体中的0.01至10重量%(wt%)的粒状研磨剂、0.001至1重量%的初级成膜金属络合剂、及0.005至0.5重量%的次级成膜金属钝化剂。
据信所述初级成膜金属络合剂用作锚定分子以直接在铜表面上产生薄膜。所述次级成膜钝化剂具有用于结合至由所述络合剂形成的膜的强亲合力(例如，通过离子和/或共价键合)。初始锚定膜以及在其上形成的钝化膜一起提供这样的钝化膜，其相较于单独使用所述络合剂或所述次级成膜钝化剂提供了合乎期望的较低的静态蚀刻速率(SER)及随着时间的较低的摩擦发展。因此，这两个组分出乎意料地以协同方式起作用。
优选的次级成膜金属钝化剂为具有通式(II)Z-X2(Y2R5)(Y3R6)的化合物、以及其盐、及其部分中和形式。在式(II)中，Z为NH2或OH；X2为P=O或C；Y2及Y3各自独立地为N、NH或O；及R5与R6可各自独立地包含R7-(OCH2CH2)n-，其中R7可为H、C1-C20烷基、苯基、经C1-C20烷基取代的苯基；及其中“n”具有2-1000的平均值，或者当Y2及Y3各自独立地为N或NH时，R5及R6可各自独立地为N、NH或CH，且与X2、Y2及Y3一起形成五元杂环。因此，在一些实施方案中，R5及Y6各自独立地选自烷基或聚乙二醇(PEG)基团如聚(氧代亚乙基)、芳基封端的聚(氧代亚乙基)、烷基封端的聚(氧代亚乙基)、以及烷芳基封端的聚(氧代亚乙基)。式(II)的化合物的非限制性实例包括经氨基取代的杂环如5-氨基四唑、以及磷酸酯如双聚乙二醇化磷酸酯，特别是在磷酸根基团的两个氧处以PEG链酯化的磷酸酯，其中PEG链由芳基醚基(例如，苯基醚)、烷基苯基醚基(例如，经C1-C20烷基取代的苯基，如壬基苯基)、或C1-C20烷基醚基(例如，双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基)磷酸二酯))封端。所述金属钝化剂的优选的盐形式为碱金属盐(例如，钠盐及钾盐)(在酸性材料的情况中)、以及矿物酸加成盐(在碱性材料的情况中)。
任选地，本发明的组合物可包括一种或多种辅助金属(例如，铜和/或银)-螯合剂(例如，0.01至20重量%的辅助金属-螯合剂)，如具有酸性OH基团以及额外的带有氧或带有氮的取代基的化合物。这样的辅助金属-螯合剂的非限制性实例包括草酸、经氨基取代的羧酸(例如，α-氨基酸如甘氨酸、或者氨基多元羧酸如亚氨基二乙酸等)、以及经羟基取代的羧酸(例如，柠檬酸等)、以及所述螯合剂的盐(例如，碱金属盐)。
附图说明
图1显示选定的可用在本发明的组合物和方法中的初级成膜金属络合剂的化学结构。
图2提供初级及次级成膜剂使金属表面钝化并使抛光曳力降低的可能机理的两个示意图。
图3显示与用对照组合物所获得的结果相比的通过利用包含初级成膜金属络合剂及辅助螯合剂的组合物抛光铜晶片所获得的铜移除速率(Cu RR)对向下力(DF)的图。
图4提供对含有水杨基异羟肟酸(SHA)及5-氨基四唑(ATA)的CMP组合物而言作为初级成膜金属络合剂(锚定分子)及次级成膜金属钝化剂的含量的函数的静态蚀刻速率(SER)的等高线图(contour plot)。
图5显示与不含ATA的类似组合物(C8200POR)相比的针对包含SHA和ATA的CMP组合物(C8200Cl)的作为抛光时间的函数的曳力的图。
图6显示与不含ATA的类似组合物(C8200POR)相比的针对包含SHA和ATA的CMP组合物(C8200Cl)的作为ATA含量的函数的100μm线凹陷的图。
图7显示与仅包括锚定分子或次级分子的类似组合物相比的作为在包含SHA(锚定分子)和NPPOP(次级分子)的CMP组合物中的双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基))磷酸二酯(NPPOP)含量的函数的SER的图。
图8显示与不含磷酸二酯的类似组合物(C8200POR)相比的针对包含SHA和NPPOP的CMP组合物(C8800)的作为NPPOP含量的函数的100μm线凹陷的图。
具体实施方式
本发明的CMP组合物包含粒状研磨剂、初级成膜金属络合剂、次级成膜金属钝化剂以及为此的水性载体，而且，当用于抛光包含铜和/或银的基板时，提供相对高的铜移除速率、相对低的缺陷率、以及良好的表面钝化。特别地，相对于不包含初级及次级成膜材料的常规组合物，本发明组合物提供较低的SER以及随着时间的较低的摩擦。
可用于本发明的CMP组合物和方法中的粒状研磨剂包括适合用于半导体材料的CMP中的任何研磨剂材料。合适的研磨剂材料的非限制性实例包括CMP领域中公知的二氧化硅(例如，热解二氧化硅和/或胶态二氧化硅)、氧化铝、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、或前述研磨剂中的两种或更多种的组合。优选的研磨剂包括二氧化硅(尤其是胶态二氧化硅)、以及二氧化钛。研磨剂材料优选以不超过10重量%、优选不超过5重量%的浓度存在于CMP浆料中。在一些优选实施方案中，研磨剂材料以0.1至1重量%的浓度存在于CMP组合物中。优选的研磨剂具有100nm或更小的平均粒径，其通过本领域中公知的激光光散射技术测定。
如在文中和在所附权利要求中所使用的，术语“羧酸盐”、“羧酸”以及任何类似的相关术语包括带有羧酸基团(即，-C(=O)OH基团)的化合物的酸形式、盐形式、以及部分中和形式。术语“异羟肟酸”是指带有异羟肟酸基团(即，-C(=O)NH-OH)的化合物的酸形式、盐形式、以及部分中和形式。因此，在本发明的上下文中所有对金属络合剂的提及都应理解为是指所述试剂的任何和所有形式，即酸形式、盐形式、以及部分中和形式，这些形式在给定的pH下在功能上可彼此互换。实际存在于给定组合物中的金属络合剂的形式取决于任何酸官能团的pKa及组合物的pH。
可用于本发明组合物和方法中的初级成膜金属络合剂为包含至少一个酸性OH基团(例如，芳环上的OH取代基、异羟肟酸取代基、或羧酸取代基)和至少一个另外的具有氧原子的含氧取代基的化合物，其中所述氧原子与所述酸性OH基团的氧以1,6关系排列。
可用于本发明组合物中的初级成膜金属络合剂的实例为具有通式(I)A-X-Y-OH的化合物、以及式(I)的盐、和式(I)的酸形式与盐形式的组合，其中A为-N(R1)-C(=O)-R2或-C(=O)-NH-OH；而且X为-C(R3)(R4)-和Y为-C(=O)-，或者，X与Y一起形成芳基，在该芳基中，式(I)中的所述A和OH基团以彼此呈1,2或“邻位”关系定位。在式(I)中，R1为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基；R2为经取代的C8-C20烷基、或者未经取代的C8-C20烷基；以及R3和R4各自独立地为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基。式(I)的化合物包括N-酰基甘氨酸化合物(例如，N-月桂酰基甘氨酸及N-月桂酰基肌氨酸)、邻-羟基芳基异羟肟酸化合物(例如，水杨基异羟肟酸)、邻-羟基-N-酰基苯胺化合物、以及丙二单异羟肟酸。式(I)的优选化合物为邻-羟基芳基异羟肟酸如水杨基异羟肟酸、以及N-酰基肌氨酸化合物如N-月桂酰基肌氨酸、以及它们的盐和部分中和的形式。优选的盐形式为碱金属盐(例如，锂盐、钠盐、以及钾盐)。优选地，初级成膜金属络合剂以0.001-1重量%、更优选0.005-0.5重量%或者0.05-0.3重量%的浓度存在于组合物中。
式(I)中的备选的“A”部分为N-酰氨基和异羟肟酸基团，它们共享如下共同特征：为既包含氮原子又包含至少一个紧邻该氮的氧原子(即，N-酰基的氧和氮被单个碳原子隔开，而在异羟肟酸中存在两个氧原子：一个氧原子紧挨着氮，且另一个氧原子与氮被一个碳原子隔开)的极性取代基。类似地，式(I)的X部分和Y部分共享下列共同特征：(1)它们各自赋予OH基团以酸性特征(例如，通过与OH键合的不饱和碳原子)，以及(2)它们共同在OH基团的氧与“A”基团的氧原子之间提供1,6间隔。式(I)的化合物中的A、X、Y和OH官能团一起以促进与铜和/或银结合的方式排列。在使用期间，所述化合物吸附到基板表面上并在金属表面上提供钝化膜。
图1提供对于选定的可用在本发明的组合物和方法中的初级成膜金属络合剂的结构式，例如式(I)，包括N-酰基甘氨酸和肌氨酸化合物、水杨基异羟肟酸、丙二单异羟肟酸、N-酰基-邻-羟基苯胺化合物等。图1还说明所述钝化剂中的酸性OH与另外的含氧取代基之间的1,6关系。
优选的次级成膜金属钝化剂为具有通式(II)Z-X2(Y2R5)(Y3R6)的化合物、以及式(II)的盐、及式(II)的部分中和形式。在式(II)中，Z为NH2或OH；X2为P=O或C；Y2及Y3各自独立地为N、NH或O；及R5和R6可各自独立地包含R7-(OCH2CH2)n-，其中R7可为H、C1-C20烷基、苯基、或者经C1-C20烷基取代的苯基，且其中“n”具有2-1000的平均值，或者，当Y2及Y3各自独立地为N或NH时，则R5及R6可各自独立地为N、NH或CH，且与X2、Y2及Y3一起形成五元杂环。优选地，R7为C1-C20烷基、苯基、或者经C1-C20烷基取代的苯基。在一些优选实施方案中，R7为经C1-C20烷基取代的苯基，特别是壬基苯基。式(II)的化合物的非限制性实例包括杂环(例如，5-氨基四唑、5-氨基-1,2,4-三唑等)、以及磷酸酯如双-聚乙二醇化磷酸酯，特别是包括连接至磷酸根基团的两个氧的聚(氧代亚乙基)链的磷酸酯，其中所述聚(氧代亚乙基)链以芳基醚基(例如，苯基)、烷基醚基(例如，C1-C20烷基，如月桂基或硬脂基)、或者烷芳基醚基(例如，C1-C20烷基苯基，如壬基苯基)封端。如本文中所使用的，术语“聚(氧代亚乙基)”与“聚乙二醇”是指包含平均2-1000个氧代亚乙基(-OCH2CH2-)单体单元，优选2-100(例如，5、10、20、30、40、50、60、70、80或90)个氧代亚乙基单元/聚(氧代亚乙基)链的聚合物或低聚物。优选的磷酸酯型钝化剂为双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基))磷酸酯(NPPOP)，其以商品名
Figure BDA00003497565900071
PE1198自Huntsman商购获得。在本发明的上下文中所有对次级成膜金属钝化剂的提及都应理解为是指所述试剂的任何和所有形式，即酸形式、碱形式、盐形式、以及部分中和形式，这些形式在给定的pH下在功能上可彼此互换。
金属钝化剂的优选的盐形式为碱金属盐(例如，钠盐及钾盐)(在酸性材料的情况中)、以及矿物酸加成盐(在碱性材料的情况中)。在本文中所有对金属钝化剂的提及都是指所述试剂的酸或碱形式(视情况而定)、以及它们的盐形式和部分中和形式。实际存在于给定组合物中的金属钝化剂的形式取决于任何酸官能团的pKa及组合物的pH。优选地，次级成膜金属钝化剂以0.005-0.5重量%、更优选0.01-0.1重量%的量存在于组合物中。虽然不希望受限于理论，但据信所述次级成膜剂在由金属络合剂形成的初级膜上形成额外的钝化膜。
如果期望的话，本发明组合物可包含一种或多种辅助金属螯合剂。用于本发明的辅助金属螯合剂的非限制性实例包括草酸、经氨基取代的羧酸(例如，氨基多元羧酸，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)以及α-氨基酸如甘氨酸、β-氨基酸等)；经羟基取代的羧酸(例如，乙醇酸和乳酸，以及羟基多元羧酸，如苹果酸、柠檬酸、酒石酸等)；膦酰基羧酸；氨基膦酸；任意前述物质的盐；前述物质中的两种或更多种的组合等。金属螯合剂的优选的盐包括可溶于水的盐，如碱金属盐(例如，锂盐、钠盐及钾盐)。
优选地，辅助金属螯合剂选自草酸、经氨基取代的羧酸、经羟基取代的羧酸、它们的盐、以及前述物质中的两种或更多种的组合，所有这些物质共享如下共同特征：至少一个羧酸基团及第二极性官能团(例如，羟基、氨基、或者额外的羧酸基团)，它们可一起以协同方式与铜和/或银离子相互作用并键合至所述离子(视情况而定)。在本文中所有对辅助金属螯合剂的提及都是指所述试剂的酸或碱形式(视情况而定)、以及它们的盐形式和部分中和形式。实际存在于给定组合物中的辅助金属螯合剂的形式取决于任何酸性或碱性官能团的pKa及组合物的pH。优选地，金属螯合剂以0.01-20重量%的浓度存在于组合物中。
本发明的CMP组合物优选具有5-10(例如，5-7)的pH。CMP组合物可任选地包含一种或多种pH缓冲物质，例如，乙酸铵、柠檬酸二钠等。本领域中公知许多这样的pH缓冲物质。
用于本发明的组合物的水性载体优选为水(例如去离子水)并且任选地可以含有一种或多种与水混溶的有机溶剂，诸如醇。
本发明的CMP组合物还任选地可以包含一种或多种添加剂，诸如表面活性剂、流变控制剂(例如，粘度增强剂或促凝剂)、杀生物剂、腐蚀抑制剂、氧化剂等，其中的许多是CMP领域中所公知的。
本发明的CMP组合物可通过任何合适的技术制备，其中的许多是本领域技术人员已知的。该CMP组合物可以间歇或连续方法制备。通常，该CMP组合物可通过以任意次序组合其各组分而制备。本文中所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如，研磨剂、络合剂、钝化剂、酸、碱、水性载体等)以及各成分的任意组合。例如，可将研磨剂分散于水中，并可加入金属钝化剂和金属络合剂，且通过任何能够将所述组分并入到CMP组合物中的方法进行混合。通常，可恰好在开始抛光之前加入氧化剂。可在任何合适的时间调节pH。
本发明的CMP组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物意图在使用之前用适量的水或其它水性载体进行稀释。在这样的实施方式中，CMP组合物浓缩物可包括以这样的量分散或溶解于水性载体中的各种组分，所述量使得在用适量的水性载体稀释该浓缩物时，该抛光组合物的各组分将以在适于使用的范围内的量存在于该CMP组合物中。
本发明的CMP组合物可用于抛光任何合适的基板，尤其是可用于抛光包含铜和/或银的基板。在另一方面中，本发明提供通过用本发明的CMP组合物研磨基板表面而抛光包含铜和/或银的基板的方法。优选地，利用CMP组合物在氧化剂，例如，0.1～5重量%的氧化剂的存在下抛光基板。可用的氧化剂的非限制性实例包括过氧化氢、无机和有机过氧化合物、溴酸盐、硝酸盐、氯酸盐、铬酸盐、碘酸盐、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸等。含有至少一个过氧基的化合物的非限制性实例包括过氧化氢、氢过氧化脲、过碳酸盐、过氧化苯甲酰、过乙酸、过氧化二叔丁基、单过硫酸盐(monopersulfate，SO5 2-)、以及二过硫酸盐(dipersulfate，S2O8 2-)。其它的含有处于其最高氧化态的元素的氧化剂的非限制性实例包括高碘酸、高碘酸盐、高溴酸、高溴酸盐、高氯酸、高氯酸盐、过硼酸、过硼酸盐、以及高锰酸盐。任选地，可在用CMP组合物研磨基板表面之后，将基板浸入到苯并三唑(BTA)溶液中。优选地，BTA溶液包含0.01重量%-0.5重量%BTA(例如，0.1重量%)。
本发明的CMP方法特别适于与化学机械抛光装置结合使用。通常，该CMP装置包括压板(platen)，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性和/或圆周运动导致的速度。抛光垫安装在压板上并且与压板一起移动。抛光头夹持待抛光的基板使之与抛光垫接触并相对于抛光垫的表面移动，同时以选定的压力(向下力)促使基板抵靠着抛光垫以促进基板表面的研磨。将CMP浆料泵送到抛光垫上以促进抛光过程。基板的抛光通过移动着的抛光垫和存在于抛光垫上的本发明的CMP组合物的组合研磨作用实现，其磨除基板的至少一部分表面。CMP组合物的化学活性(即，氧化、络合、钝化等)也促进抛光。
本发明的方法可利用任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)。合适的抛光垫的非限制性实例包括编织和非编织抛光垫，如果需要，其可包含固定研磨剂。而且，抛光垫可包含具有合适的密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩后的回弹能力、压缩模量、化学相容性等的任何聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、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(coformed)产物、及其混合物。
合意的是，CMP装置进一步包括原位抛光终点检测系统，其中的许多是本领域中已知的。通过分析从工件表面反射的光或其它辐射来检查和监控抛光过程的技术是本领域中已知的。这样的方法描述于例如，Sandhu等人的美国专利5,196,353、Lustig等人的美国专利5,433,651、Tang的美国专利5,949,927及Birang等人的美国专利5,964,643中。合意的是，对正在被抛光的工件的抛光过程进度的检查或监控使得可以确定抛光终点，即，确定何时终止对特定工件的抛光过程。
图2提供本发明组合物形成金属钝化膜并降低抛光曳力的可能机理的两个示意图。画面A表示包含杂环次级成膜金属钝化剂的组合物起作用的可能机理。在画面A中，由金属络合锚定分子(例如，SHA)直接在金属(例如，铜和/或银)的表面上形成初级钝化膜。随后，由杂环金属钝化剂(例如，ATA)在初级膜上形成次级膜。所述组合膜抑制氧化剂迁移至铜表面并提供润滑性，这降低抛光期间的拖曳(阻力，drag)。
图2的画面B说明针对包含聚(氧代亚乙基)型次级成膜剂(例如，NPPOP)的组合物的可能的机理。如在画面A中的，初级成膜锚定分子直接在金属表面上形成膜，同时，次级成膜金属钝化剂(例如，NPPOP)的离子部分与初级膜发生相互作用，而且金属钝化剂的疏水头部基团彼此发生相互作用。PEG链是柔性的且对压力具有响应，且因此有助于降低抛光期间的拖曳，同时，所述组合的复合膜提供物理屏蔽以抑制金属表面的氧化。
下列非限制性实施例进一步说明本发明的各种方面。
实施例1：包含水杨基异羟肟酸(SHA)和金属螯合剂的CMP组合物的评价
利用具有5～7的pH并且含有50～500ppm的水杨基异羟肟酸(SHA；初级成膜金属络合剂)、1重量%的亚氨基二乙酸(IDA；辅助金属螯合剂)和0.1～1重量%的胶态二氧化硅(平均粒径为80nm)的CMP组合物在0.8重量%的过氧化氢的存在下抛光直径为4英寸的铜毯覆式晶片(blanket wafer)。各组合物的SHA、研磨剂的量及pH提供在表1中。在Logitech Model II CDP抛光机(Logitech Ltd.,Glasgow,UK)上在下列操作条件下抛光晶片：D100抛光垫、85转/分钟(rpm)的压板速度、93rpm的夹持器速度、1磅/平方英寸(psi)或3psi的向下力、以及120毫升/分钟(mL/min)的浆料流速。
用各组合物在1和3psi向下力下所得到的观察到的铜移除速率(Cu RR，以
Figure BDA00003497565900111
表示)也显示在表1中。表1中的数据表明，不管研磨剂含量或向下力如何，与在较低SHA含量下所得到的移除速率相比，在相对高的SHA含量和中性pH(即，500ppm，pH为7)下，钝化都使观察到的铜移除速率大幅降低。相反，在pH为5时，500ppm的SHA含量仍提供
Figure BDA00003497565900112
的铜移除速率。令人惊奇地，0.1重量%的研磨剂提供的移除速率(即，在1psi下为
Figure BDA00003497565900113
在3psi下为
Figure BDA00003497565900114
)比包含1重量%研磨剂的组合物(在1psi下为
Figure BDA00003497565900115
在3psi下为
Figure BDA00003497565900116
)高。包含1重量%二氧化硅和50ppm SHA的组合物所获得的铜移除速率稍高于包含0.1重量%二氧化硅和50ppm SHA的组合物所提供的移除速率，而不管pH如何(即，将实施例1C与1E进行比较以及将实施例1D与1H进行比较)。令人惊奇地，包含50ppmSHA的组合物在pH7下呈现出比在pH5下略高的铜移除速率，而不管研磨剂的含量如何(将实施例1D与1E进行比较以及将实施例1H与1C进行比较)。这与具有更高SHA含量(500ppm)的组合物是相反的，所述具有更高SHA含量(500ppm)的组合物在如上所提及的pH5下、而非pH7下呈现出更高的移除速率。在各实施例中，移除速率随着向下力的增大而增大。通过SHA进行的钝化也以电化学方式(即，通过Tafel图)证实。
表1
Figure BDA00003497565900121
在单独的实验中，测定pH为6的、含有0.8重量%过氧化氢的、包含在水中的0.5重量%胶态二氧化硅、1重量%甘氨酸和250ppm(0.025%)SHA的组合物的铜静态蚀刻速率(SER)。通过将1英寸见方的铜晶片浸在200克CMP组合物中10～30分钟而测量SER。浸渍前后测量铜层的厚度。通过下式计算SER(以
Figure BDA00003497565900122
表示)：SER=(铜厚度的变化量(以
Figure BDA00003497565900123
表示))/(试验持续时间(以min表示))。观察到的SER为
Figure BDA00003497565900124
表明良好的钝化。不具有SHA的对照组合物具有
Figure BDA00003497565900125
的SER。
实施例2：包含N-月桂酰基肌氨酸(NLS)和亚氨基二乙酸(IDA)的CMP组合物的评价
利用CMP组合物抛光直径为4英寸的铜毯覆式晶片。所述组合物包含0.1重量%的胶态二氧化硅研磨剂(平均粒径为80nm)、100ppm或1000ppm的N-月桂酰基肌氨酸(NLS)以及1重量%的IDA。在Logitech Model II CDP抛光机(Logitech Ltd.,Glasgow,UK)上在下列操作条件下在为7的pH下在0.8重量%过氧化氢的存在下抛光晶片：D100抛光垫、85rpm的压板速度、93rpm的夹持器速度、1或3psi的向下力、以及120mL/min的浆料流速。还测定各组合物的SER。
含有100ppm NLS的组合物呈现出
Figure BDA00003497565900126
的铜静态蚀刻速率(SER)，而含有1000ppm NLS的组合物具有
Figure BDA00003497565900127
的SER。与在1psi和3psi这两种水平的向下力下都提供非常低的铜移除速率(<
Figure BDA00003497565900128
)的含有1000ppmNLS的组合物相比，含有100ppm NLS的组合物还呈现出相对高的铜移除速率(在1psi和3psi的向下力下分别为3220和
Figure BDA00003497565900131
)。这些结果表明，在较高的NLS含量(1000ppm)下，NLS提供相对高的钝化水平。
实施例3：向下力对移除速率的影响
在Logitech抛光机上在下列条件下利用pH为6的包含在水中的0.5重量%胶态二氧化硅、1重量%甘氨酸、以及250ppm(0.025%)SHA的组合物(实施例3A)在0.8重量%过氧化氢的存在下抛光直径为4英寸的铜毯覆式晶片：D100抛光垫、85rpm的压板速度、93rpm的夹持器速度、0或3psi的向下力、以及120mL/min的浆料流速。为了进行比较，还利用pH为6的包含在水中的0.5重量%胶态二氧化硅和1重量%甘氨酸的模型(model)CMP浆料(实施例3B)在0.8重量%过氧化氢的存在下在相同的抛光条件下抛光晶片。各组合物的铜移除速率对向下力的图提供在图3中。在图3中容易看出，与不包含SHA的模型组合物(实施例3B)相比，本发明的组合物(实施例3A)提供对向下力变化的令人惊奇的更为线性的(Prestonian)响应。对向下力变化的非线性响应可在抛光过程期间导致产品的可变性，而这是不合乎需要的。
实施例4：包含SHA及ATA的组合物的评价
如在实施例1中那样的，评价包含在去离子水中的不同量的SHA和5-氨基四唑(ATA)的一系列组合物的静态蚀刻速率(SER)。在Logitech Model IICDP抛光机(Logitech Ltd.,Glasgow,UK)上在下列操作条件下使用包含0.12重量%SHA、0.08重量%5-氨基四唑、10重量%甘氨酸及5重量%硅石研磨剂的一个组合物(实施例4A)抛光铜毯覆式晶片：D100抛光垫、80rpm的压板速度、75rpm的夹持器速度、2psi的向下力、以及150mL/min的浆料流速。通过测量经由将1英寸见方的铜晶片浸入到所述浆料(浸没在保持为50℃的搅拌水浴中)而损失的铜的量来确定SER，如本领域所已知的。
图4显示作为SHA(锚定分子)及ATA(次级成膜剂)的浓度的函数的SER的二维等高线图。由图4中的数据显见，在50℃的温度下，所观察到的SHA及ATA浓度的最佳范围为0-250(针对SHA)和0-125(针对ATA)。
图5显示与不含ATA的类似对照组合物(标记为4B)相比的针对实施例4A(标记为4A)的作为抛光时间的函数的抛光曳力的图。利用压力转换器确定曳力，该压力转换器基于连接至其上安装有晶片的抛光头的旋转轴的横向偏转来计算曳力，如本领域所已知的。图5中的图清楚地显示，与所述对照组合物相比，ATA的添加使曳力显著降低。
此外，通过测量在介电基板上包含铜线的图案化晶片的凹陷来评价实施例4A的过抛光。通过确定铜线相对于周围介电材料的阶梯高度来估计凹陷，如本领域所已知的。图6提供与不含ATA的类似组合物(标记为4B)相比的针对包含SHA和ATA的CMP组合物(标记为4A)的作为过抛光时间的函数的100μm线凹陷的图。如本文中所使用的，术语“过抛光”(OP)及其语法变化是指在终点算法已确定铜移除应完成之后，移除潜在铜污染物所需的额外抛光时间。例如，若所述终点算法确定终点为抛光60秒，则50%OP可换算为30秒额外抛光时间。从终点时间至过抛光时间的凹陷变化速率(其由这些两点之间的凹陷对时间的图的斜率确定，单位为凹陷/%OP)为OP“加工窗口”的量度，在所述OP“加工窗口”中，可获得可接受的结果而无显著损害的凹陷性能。图6中的数据清楚地显示，与不含ATA的对照实施例(标记为4B)的在仅30%OP下的
Figure BDA00003497565900142
OP相比，含有SHA及ATA的本发明组合物(标记为4A)出人意料地在50%OP下仅具有
Figure BDA00003497565900143
OP的OP斜率。因此，本发明组合物相对于对照组合物具有显著改善的加工窗口(即，过抛光但不显著劣化凹陷性能的潜在的时间期间)。
实施例5：包含SHA及NPPOP的组合物的评价
如在实施例1中那样的，评价包含在去离子水中的不同量的SHA(锚定)及双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基))磷酸酯(NPPOP，次级分子)的一系列组合物的静态蚀刻速率。图7中示出与仅包含所述锚定分子或次级分子的类似对照组合物相比的作为NPPOP浓度的函数的SER的图。图7中的数据清楚地显示，与所述对照组合物相比，NPPOP的添加使SER大大降低。
此外，如在实施例4中那样的，评价包含0.15重量%SHA、0.0125重量%NPPOP、12.5重量%甘氨酸及10重量%硅石研磨剂的组合物的凹陷。图8显示与不含磷酸二酯的类似对照组合物(标记为5B)相比的针对包含NPPOP的本发明组合物(标记为5A)的100μm线凹陷对过抛光时间的图。图8中的数据显示，本发明组合物在30%OP下相较于不包含NPPOP的对照组合物而言存在出乎意料地低的凹陷程度及出人意料地很小的凹陷变化。
实施例6：包含SHA及NPPOP的组合物对Ag的评价
使用包含0.025重量%SHA、1.5重量%甘氨酸及1重量%过氧化氢的组合物评价在SHA存在下、在静态条件及研磨下的金属银的腐蚀性质。此外，评价除所述SHA、甘氨酸及过氧化氢外还包含0.0013重量%NPPOP的另一组合物，以及不包含SHA及NPPOP的对比组合物。发现，相对于仅包含甘氨酸及过氧化氢的溶液，SHA的添加减小阳极电流并增大腐蚀电势，这表明SHA在银上形成膜，且穿过所述膜的扩散为针对腐蚀的速率决定步骤(参见下面所述的表2)。NPPOP的添加进一步增加腐蚀电势并进一步减小阳极电流。
如由下面所述的表2中的结果显示，还发现针对银的后CMP保护，类似于在Cu CMP之后所使用的后CMP保护。在静态条件下，在0.05N NaNO3中测量的银的腐蚀为
Figure BDA00003497565900152
然而，若在研磨之后将Ag浸入0.1重量%苯并三唑(BTA)溶液中10分钟，则当再次引入到不包含BTA的腐蚀性环境中时，其在0.05N NaNO3中的腐蚀速率显著降低。因此，在BTA溶液中所形成的膜是稳定的并提供相对长期的保护。一般而言，使用BTA的后CMP处理降低了阳极及阴极速率并增大了电势，这说明在银表面上形成的BTA膜使阳极速率比氧化剂(在该情况中为氧气)还原速率降低得更多，即该膜起到阳极保护物的作用。
表2
Figure BDA00003497565900151
表2提供针对该实施例中的上述组合物的在含有0.5N硝酸钠、1%过氧化氢及银络合剂的溶液中的电化学银活性数据，即，在进行研磨下的溶解电势(V溶解)及溶解电流(I溶解)，以及在不进行研磨下的腐蚀电势(V腐蚀)及腐蚀电流(I腐蚀)。在表2中，项目“A”提供针对仅含有甘氨酸的对比实施例的结果；项目“B”提供针对含有甘氨酸+SHA的组合物的结果；项目“C”提供针对含有甘氨酸+SHA+NPPOP的组合物的结果；项目“D”提供针对实施例5中所述的C8800浆料的结果；项目“E”提供在研磨银及再浸渍于0.5N硝酸钠中之后的结果；项目“F”提供在研磨银及再浸渍于含有0.1重量%BTA的0.5N硝酸钠中之后的结果；项目“G”提供在漂洗及干燥项目E的样品(未经BTA处理)并再浸渍于硝酸钠溶液中之后的数据；项目“H”提供在漂洗及干燥项目F的样品(经BTA处理)并再浸渍于硝酸钠溶液中之后的数据。

Claims (23)

1.适用于抛光包含铜和/或银的基板的化学机械抛光(CMP)组合物，该组合物包含：
(a)0.01至10重量%的粒状研磨剂；
(b)0.001至1重量%的初级成膜金属络合剂，该络合剂包含式(I)A-X-Y-OH的化合物、其盐、或者其部分中和形式，其中A为-N(R1)-C(=O)-R2或-C(=O)-NH-OH；而且X为-C(R3)(R4)-和Y为-C(=O)-，或者，X与Y一起形成芳基，在该芳基中，式(I)中的所述A和OH基团以彼此呈1,2或“邻位”关系定位；R1为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基；R2为经取代的C8-C20烷基、或者未经取代的C8-C20烷基；及R3与R4各自独立地为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基；
(c)0.005至0.5重量%的次级成膜金属钝化剂，该钝化剂包含式(II)Z-X2(Y2R5)(Y3R6)的化合物、其盐、或者其部分中和形式；其中Z为NH2或OH；X2为P=O或C；Y2及Y3各自独立地为N、NH或O；及R5与R6可各自独立地为R7-(OCH2CH2)n-，或当Y2及Y3各自独立地为N或NH时，则R5与R6可各自独立地为N、NH或CH，且与Y2和Y3一起形成具有X2、Y2及Y3的五元杂环；各R7独立地为H、C1-C20烷基、苯基、或者经C1-C20烷基取代的苯基；且“n”具有2-1000的平均值；及
(d)为此的水性载体。
2.权利要求1的组合物，其中所述初级成膜金属络合剂包含N-酰基肌氨酸化合物、其盐、或者其部分中和形式。
3.权利要求1的组合物，其中所述初级成膜金属络合剂包含邻-羟基芳基异羟肟酸、其盐、或者其部分中和形式。
4.权利要求1的组合物，其中所述次级成膜金属钝化剂包含经胺取代的氮杂芳族化合物、双-(聚(氧代亚乙基))磷酸酯、以及它们的组合。
5.权利要求1的组合物，其中所述次级成膜金属钝化剂包含经胺取代的氮杂芳族化合物。
6.权利要求5的组合物，其中所述经胺取代的氮杂芳族化合物包含5-氨基四唑。
7.权利要求1的组合物，其中所述次级成膜金属钝化剂包含双-(聚(氧代亚乙基))磷酸酯。
8.权利要求7的组合物，其中所述双-(聚(氧代亚乙基))磷酸酯包含双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基))磷酸酯。
9.权利要求1的组合物，进一步包含0.01至20重量%的辅助金属螯合剂，该螯合剂选自草酸、经氨基取代的羧酸、经羟基取代的羧酸、它们的盐、它们的部分中和形式、以及前述物质中的两种或更多种的组合。
10.权利要求1的组合物，其中所述辅助金属螯合剂包含甘氨酸。
11.权利要求1的组合物，其中所述粒状研磨剂包含硅石。
12.适用于抛光包含铜和/或银的基板的化学机械抛光(CMP)组合物，该组合物包含：
(a)0.01至10重量%的粒状研磨剂；
(b)0.001至1重量%的水杨基异羟肟酸、其盐、或者其部分中和形式；
(c)0.005至0.5重量%的至少一种次级成膜金属钝化剂，该钝化剂选自经胺取代的氮杂芳族化合物和双-(聚(氧代亚乙基))磷酸酯；及
(d)为此的水性载体。
13.权利要求12的组合物，其中所述至少一种次级成膜金属钝化剂包含5-氨基四唑。
14.权利要求12的组合物，其中所述至少一种次级成膜金属钝化剂包含双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基))磷酸酯。
15.化学机械抛光(CMP)包含铜和/或银的基板的方法，所述方法包括用CMP组合物研磨所述基板的表面，其中所述CMP组合物包含：
(a)0.01至10重量%的粒状研磨剂；
(b)0.001至1重量%的初级成膜金属络合剂，该络合剂包含式(I)A-X-Y-OH的化合物、其盐、或者其部分中和形式，其中A为-N(R1)-C(=O)-R2或-C(=O)-NH-OH；而且X为-C(R3)(R4)-和Y为-C(=O)-，或者，X与Y一起形成芳基，在该芳基中，式(I)中的所述A和OH基团以彼此呈1,2或“邻位”关系定位；R1为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基；R2为经取代的C8-C20烷基、或者未经取代的C8-C20烷基；及R3与R4各自独立地为H、经取代的C1-C4烷基、或者未经取代的C1-C4烷基；
(c)0.005至0.5重量%的次级成膜金属钝化剂，该钝化剂包含式(II)Z-X2(Y2R5)(Y3R6)的化合物、其盐、或者其部分中和形式；其中Z为NH2或OH；X2为P=O或C；Y2及Y3各自独立地为N、NH或O；及R5与R6可各自独立地为R7-(OCH2CH2)n-，或当Y2及Y3各自独立地为N或NH时，则R5与R6可各自独立地为N、NH或CH，且与Y2和Y3一起形成具有X2、Y2及Y3的五元杂环；各R7独立地为H、C1-C20烷基、苯基、或者经C1-C20烷基取代的苯基；且“n”具有2-1000的平均值；及
(d)为此的水性载体。
16.权利要求15的方法，其中所述初级成膜金属络合剂包含N-酰基肌氨酸化合物。
17.权利要求15的方法，其中所述初级成膜金属络合剂包含邻-羟基芳基异羟肟酸、其盐、或者其部分中和形式。
18.权利要求15的方法，其中所述次级成膜金属钝化剂选自经胺取代的氮杂芳族化合物、双-(聚(氧代亚乙基))磷酸酯、以及它们的组合。
19.权利要求15的方法，其中所述次级成膜金属钝化剂选自双-(壬基苯基聚(氧代亚乙基))磷酸酯、5-氨基四唑、以及它们的组合。
20.权利要求15的方法，其中所述CMP组合物进一步包含辅助金属螯合剂，该螯合剂选自草酸、经氨基取代的羧酸、经羟基取代的羧酸、它们的盐、它们的部分中和形式、以及前述物质中的两种或更多种的组合。
21.权利要求15的方法，其中所述粒状研磨剂包含硅石。
22.权利要求15的方法，其中在0.1至5重量%氧化剂的存在下研磨所述基板的所述表面。
23.权利要求15的方法，包括在用所述CMP组合物研磨所述基板的所述表面之后将所述基板浸入苯并三唑(BTA)溶液中的额外步骤。
CN201280005131.8A 2011-01-11 2012-01-10 金属钝化的化学机械抛光组合物及方法 Active CN103298903B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/004,113 2011-01-11
US13/004,113 US8435421B2 (en) 2007-11-27 2011-01-11 Metal-passivating CMP compositions and methods
PCT/US2012/020737 WO2012096931A2 (en) 2011-01-11 2012-01-10 Metal-passivating cmp compositions and methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103298903A true CN103298903A (zh) 2013-09-11
CN103298903B CN103298903B (zh) 2015-11-25

Family

ID=46507631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280005131.8A Active CN103298903B (zh) 2011-01-11 2012-01-10 金属钝化的化学机械抛光组合物及方法

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP2663604B1 (zh)
JP (1) JP5992925B2 (zh)
KR (2) KR102017133B1 (zh)
CN (1) CN103298903B (zh)
IL (1) IL227384A (zh)
MY (1) MY163010A (zh)
SG (1) SG191909A1 (zh)
TW (1) TWI462981B (zh)
WO (1) WO2012096931A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851568A (zh) * 2015-07-13 2018-03-27 嘉柏微电子材料股份公司 用于加工介电基板的方法及组合物

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6989493B2 (ja) * 2015-09-03 2022-01-05 シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド 誘電体基板を加工するための方法及び組成物
JP6901297B2 (ja) 2017-03-22 2021-07-14 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040025742A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Hiroaki Kitayama Polishing composition
WO2007019342A2 (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Advanced Technology Materials, Inc. High throughput chemical mechanical polishing composition for metal film planarization
US20090090888A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-09 Chang Songyuan Composition and method useful to chemical mechanical planarization of metal
US20090134122A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Daniela White Copper-passivating CMP compositions and methods
WO2010014180A2 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Cabot Microelectronics Corporation Methods and compositions for polishing silicon-containing substrates
CN101747841A (zh) * 2008-12-05 2010-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
US20100163784A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Song-Yuan Chang Polishing Composition for Planarizing Metal Layer

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6623355B2 (en) * 2000-11-07 2003-09-23 Micell Technologies, Inc. Methods, apparatus and slurries for chemical mechanical planarization
US6866792B2 (en) * 2001-12-12 2005-03-15 Ekc Technology, Inc. Compositions for chemical mechanical planarization of copper
US7071105B2 (en) * 2003-02-03 2006-07-04 Cabot Microelectronics Corporation Method of polishing a silicon-containing dielectric
TWI347969B (en) * 2003-09-30 2011-09-01 Fujimi Inc Polishing composition
JP4667013B2 (ja) * 2003-11-14 2011-04-06 昭和電工株式会社 研磨組成物および研磨方法
US20060063687A1 (en) * 2004-09-17 2006-03-23 Minsek David W Composition and process for ashless removal of post-etch photoresist and/or bottom anti-reflective material on a substrate
US20070037491A1 (en) * 2005-08-12 2007-02-15 Yuzhuo Li Chemically modified chemical mechanical polishing pad, process of making a modified chemical mechanical polishing pad and method of chemical mechanical polishing
JP2008192930A (ja) * 2007-02-06 2008-08-21 Fujifilm Corp 金属研磨用組成物及びそれを用いた化学的機械的研磨方法
JP5277640B2 (ja) * 2007-10-17 2013-08-28 日立化成株式会社 Ｃｍｐ用研磨液及び研磨方法
US8337716B2 (en) * 2008-01-23 2012-12-25 Uwiz Technology Co., Ltd. Sarcosine compound used as corrosion inhibitor
CN101928520B (zh) * 2009-06-19 2014-03-12 盟智科技股份有限公司 用于平坦化金属层的研磨组成物
JP2012069785A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Fujimi Inc 研磨用組成物および研磨方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040025742A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Hiroaki Kitayama Polishing composition
WO2007019342A2 (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Advanced Technology Materials, Inc. High throughput chemical mechanical polishing composition for metal film planarization
US20090090888A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-09 Chang Songyuan Composition and method useful to chemical mechanical planarization of metal
US20090134122A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Daniela White Copper-passivating CMP compositions and methods
WO2010014180A2 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Cabot Microelectronics Corporation Methods and compositions for polishing silicon-containing substrates
CN101747841A (zh) * 2008-12-05 2010-06-23 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
US20100163784A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Song-Yuan Chang Polishing Composition for Planarizing Metal Layer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851568A (zh) * 2015-07-13 2018-03-27 嘉柏微电子材料股份公司 用于加工介电基板的方法及组合物

Also Published As

Publication number Publication date
EP2663604A2 (en) 2013-11-20
TWI462981B (zh) 2014-12-01
EP2663604B1 (en) 2020-07-01
JP5992925B2 (ja) 2016-09-14
KR20140047015A (ko) 2014-04-21
TW201235428A (en) 2012-09-01
CN103298903B (zh) 2015-11-25
JP2014507799A (ja) 2014-03-27
KR102077618B1 (ko) 2020-02-14
IL227384A (en) 2017-05-29
WO2012096931A3 (en) 2012-11-01
EP2663604A4 (en) 2016-04-27
SG191909A1 (en) 2013-08-30
IL227384A0 (en) 2013-09-30
WO2012096931A2 (en) 2012-07-19
KR102017133B1 (ko) 2019-09-02
MY163010A (en) 2017-07-31
KR20180123167A (ko) 2018-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101874093B (zh) 铜钝化化学机械抛光组合物和方法
US8435421B2 (en) Metal-passivating CMP compositions and methods
KR101195289B1 (ko) Ｃｍｐ용 코팅된 금속 산화물 입자
KR101305840B1 (ko) 이온성 고분자전해질을 함유하는 구리 ｃｍｐ 조성물 및 방법
KR101250568B1 (ko) 구리/루테늄/탄탈 기판의 ｃｍｐ
KR20080059397A (ko) 폴리싱 유체 및 ｃｍｐ 방법
WO2009085164A2 (en) Halide anions for metal removal rate control
JP2020536386A (ja) タングステンバフ用途のための表面処理研削粒子
KR20080108562A (ko) 금속 제거 속도 조절을 위한 할라이드 음이온
CN103298903B (zh) 金属钝化的化学机械抛光组合物及方法
KR20090108667A (ko) 할로겐 부가물을 이용하는 ｃｍｐ 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Illinois, USA

Patentee after: CMC Materials Co.,Ltd.

Address before: Illinois, USA

Patentee before: Cabot Microelectronics Corp.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Illinois, America

Patentee after: CMC Materials Co.,Ltd.

Address before: Illinois, America

Patentee before: CMC Materials Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder