CN1906262B - 氧化形式的金属的化学机械抛光 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于抛光包含氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供包含氧化形式的金属的基板；(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，其中该化学机械抛光体系包括：(i)抛光成分、(ii)还原剂及(iii)液体载体；以及(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板。该还原剂可以选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、抗坏血酸、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、羟胺、次磷酸、亚磷酸、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐及其混合物。

Description

氧化形式的金属的化学机械抛光
技术领域
本发明涉及用于金属(特别是氧化形式的金属)的化学机械抛光的组合物及方法。
背景技术
用于平坦化或抛光基板的表面的组合物及方法是本领域公知的。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地包含在水溶液中的磨料并通过将表面与用该浆料组合物饱和的抛光垫接触而涂覆到表面上。典型的磨料包括二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。例如，美国专利5,527,423描述了通过将该表面与包含在水介质中的高纯度细金属氧化物颗粒的抛光浆料接触而化学机械抛光金属层的方法。或者，该磨料可以引入抛光垫中。美国专利5,489,233公开了使用具有表面结构或图样的抛光垫，及美国专利5,958,794公开了固定的研磨抛光垫。
传统的抛光体系及抛光方法等典型地在使微电子器件平坦化时不完全令人满意。特别地，抛光组合物及抛光垫等可以具有小于所需的抛光速率，及它们在微电子器件的化学机械抛光中的使用可导致差的表面质量。因为微电子器件的性能直接与其表面的平坦度相关，因此关键是使用导致高抛光效率、均匀度及移除速率以及留下具有最小表面缺陷的高质量抛光的抛光组合物和方法。
制造用于微电子器件的有效的抛光体系的困难在于典型的微电子器件的复杂度。微电子器件如半导体晶圆或存储器件典型地由其上已形成多个晶体管的基板构成。集成电路通过使在基板中的区域和在基板上的层图样化而化学及物理地连接到基板中。为了制造可操作的半导体晶圆或存储器件及使晶圆或器件的产率、性能及可靠性最大，需要抛光晶圆或器件的选择表面而不会不利地影响下面的结构或形貌。事实上，假如处理步骤不是在适当地平坦化的表面上进行，在制造半导体和/或存储器件中可发生各种问题。
各种金属及金属合金已用于形成器件间的电连接，包括钛、氮化钛、铝-铜、铝-硅、铜、钨、铂、铂-钨、铂-锡、钌及其组合。贵金属存在特别难题：它们机械上坚硬且是耐化学的，使得它们难以通过化学机械抛光有效地移除。
下列专利及公开的专利申请公开了用于贵金属的抛光组合物。美国专利5,691,219公开了包括贵金属导电层的半导体存储器件及用于抛光该贵金属的包括卤素化合物(halo-compound)的抛光组合物。美国专利6,274,063公开了用于镍基板的包括化学蚀刻剂(例如，硝酸铝)、研磨颗粒及氧化剂的抛光组合物。美国专利6,290,736公开了用于贵金属的包括在碱性水溶液中的研磨剂及卤素的化学活性的抛光组合物。日本专利JP63096599A2公开了溶解金属钌的方法。日本专利JP11121411A2公开了用于铂族金属等(例如，Ru、Pt)的包括铂族金属氧化物的细颗粒的抛光组合物。日本专利JP01270512A2公开了用于贵金属的包括过氧化氢、碱金属氰化物(alkalicyanide)及磷酸根离子和/或硼酸根离子的溶解溶液。WO00/77107A1公开了用于贵金属(例如，Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)的包括研磨剂、液体载体、氧化剂及抛光添加剂的抛光组合物，该抛光添加剂可包括EDTA、含氮的大环(例如，四氮杂环十四烷)、冠醚、卤化物、氰化物、柠檬酸、膦及磷酸盐等。WO01/44396A1公开了用于贵金属的包括含硫化合物、研磨剂颗粒及据称改进研磨剂颗粒的分散及增进金属移除率与选择性的水溶性有机添加剂的抛光组合物。
虽然上述抛光组合物可能够以所需速率抛光金属(例如，贵金属)，它们在抛光氧化形式的金属如氧化铱时不是很有效。然而，这种氧化金属的使用变得越来越普遍。例如，氧化金属(即氧化形式的金属)已经及继续被用于集成电路、存储器件(例如，铁电随机存取存储器)、微机电体系(MEMS)及微光电体系(MEOS)。更特别地，氧化铱(IrO2)在某些铁电随机存取存储器(FeRAM)电容器设计目前被用作阻挡/粘合层。尽管该使用的普遍，很少商购的抛光体系及已知的抛光方法可用于有效地及有效率地抛光包含氧化金属(即氧化形式的金属)的基板。
因此，在包括氧化形式的金属的基板的抛光及平坦化过程中仍需要展现所需的平坦化效率和/或移除速率的抛光体系及抛光方法。特别地需要改进的抛光体系及方法用于抛光包括氧化形式的化学稳定及机械上坚硬的贵金属的基底。本发明提供该抛光体系及抛光方法。本发明这些及其它的优点以及另外的发明特征等，从本文中提供的本发明说明将是明显的。
发明内容
本发明提供用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：(a)提供包含氧化形式的金属的基板，(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该化学机械抛光体系包括：(i)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分、(ii)选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、羟胺、次磷酸、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物的还原剂、及(iii)液体载体，以及(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板。
本发明还提供用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：(a)提供包含氧化形式的金属的基板，(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该化学机械抛光体系包括：(i)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分、(ii)基于液体载体及溶解或悬浮在其中任意成分的重量的0.1至1重量％的还原剂，该还原剂选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、抗坏血酸、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、羟胺、次磷酸、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物、及(iii)液体载体，以及(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板。
本发明进一步提供用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：(a)提供包含氧化形式的金属的基板，(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该化学机械抛光体系包括：(i)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分、(ii)选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、羟胺、次磷酸、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物的还原剂、及(iii)液体载体，其中该抛光体系不包含氧化剂，以及(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板。
最后，本发明提供用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：(a)提供包含氧化形式的金属的基板，(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该化学机械抛光体系包括：(i)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分，其中该抛光成分不包含α-氧化铝与煅制(fumed)氧化铝的混合物，(ii)选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、羟胺、次磷酸、亚磷酸、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物的还原剂，及(iii)液体载体，以及(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板。
具体实施方式
本发明提供用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供包含氧化形式的金属的基板，(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该化学机械抛光体系包括：(i)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光成分、(ii)还原剂、及(iii)液体载体，以及(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板。
本发明方法可以用于抛光包括氧化形式的金属的任何适当的基板(例如，集成电路、存储或硬磁盘、金属、层间(interlevel)介电(ILD)层、半导体、微机电体系、铁电、磁头、聚合物膜及低或高介电常数膜)。应理解可以适当基板可以包括至少一层氧化形式的金属及包含其它材料的其它层的构造提供，该其他材料如金属、不同的氧化形式的金属或绝缘材料。例如，该基板可包括绝缘层，该绝缘层含有任何适当的绝缘材料，如金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化有机聚合物或任何其它适当的高或低κ绝缘材料。当存在于基板中时，该绝缘层优选包括硅基金属氧化物。
这里所使用的术语″氧化形式的金属″是指其中至少一部分金属原子拥有比该元素金属更少的电子(即该金属已被化学氧化)的任何金属。该金属可以是任何适当的氧化形式。适当的氧化形式的包括，但不限于，氧化物、氮化物、硼化物、硫化物及其混合物。氧化形式的该金属可以具有任何适当的分子式。例如，当氧化形式的该金属是氧化物时，该氧化形式的金属可以具有分子式MxOy，其中M代表金属且y(其是代表氧化形式的金属的最小分子单元中的氧原子数目的整数)大于或等于x(其是代表氧化形式的金属的最小分子单元中的金属原子数目的整数)。
该金属可以是任何适当的金属。例如，金属可以是钽，且氧化形式的该金属可以是氧化钽(例如，五氧化钽)。优选，该金属是贵金属。该贵金属可以是任何适当的贵金属，但优选选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合。最优选，该贵金属是铱，及氧化形式的该金属是氧化铱(IrO2)。
如上所述，化学机械抛光体系包括选自研磨剂、抛光垫或其组合的抛光成分。这里描述的化学机械抛光体期望包括研磨剂及抛光垫。该研磨剂可以是任何适当的形式(例如，研磨颗粒)。该研磨剂可固定在抛光垫上和/或可为颗粒形式并悬浮在液体载体中。该抛光垫可以是任何适当的抛光垫。该研磨剂(当悬浮在液体载体中时)及该还原剂、以及悬浮在液体载体中任何其它的成分，形成该化学机械抛光(例如，CMP)体系的抛光组合物。
该研磨剂可以是任何适当的研磨剂。例如，该研磨剂可以是天然的或合成的，且可以包括特定的硬的聚合物(例如，聚碳酸酯)、金刚石(例如，多晶金刚石)、石榴石、玻璃、金刚砂、金属氧化物、碳化物、氮化物等。该研磨剂期望包括金属氧化物。适当的金属氧化物包括选自氧化铝、氧化硅、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氧化锗、其共形成的产物及其组合的金属氧化物。优选，该金属氧化物选自氧化铝、氧化硅、二氧化铈及其组合。更优选，该金属氧化物包括氧化硅、氧化铝(例如，煅制氧化铝或α-氧化铝)、或其组合。最优选，该金属氧化物包括α-氧化铝。当该研磨剂包括α-氧化铝时，该研磨剂也可以包括其它形式氧化铝，如煅制氧化铝。α-氧化铝(当存在时)可构成研磨剂的任何合适量(例如，研磨剂的1重量％或更高直到100重量％，基于研磨剂总重量)。优选地，基于研磨剂总重量，该α-氧化铝构成研磨剂的60重量％或更多(例如，65重量％或更多、70重量％或更多、75重量％或更多、80重量％或更多、85重量％或更多、90重量％或更多、95重量％或更多)。研磨剂颗粒典型地具有平均颗粒直径20nm至500nm。优选，研磨剂颗粒具有平均颗粒直径70nm至300nm(例如，100nm至200nm)。
当研磨剂存在于化学机械抛光体系中并悬浮在液体载体中时(即当该研磨剂是抛光组合物的成分时)，任何适当量的研磨剂可以存在于该抛光组合物中。典型地，0.1重量％或更多(例如，0.5重量％或更多，或1重量％或更多)的研磨剂存在于该抛光组合物中。在该抛光组合物中的研磨剂量典型地不超过30重量％，更典型地不超过20重量％(例如，不超过10重量％)。
当研磨剂悬浮在抛光组合物中时，该抛光组合物优选是胶体稳定的。术语胶体是指研磨剂颗粒悬浮在液体载体中。胶体稳定性表示经时间该悬浮的维持。在本发明的上下文中，如果当该研磨剂放进100ml量筒中并放置不搅拌2小时的时间时，在量筒底部50ml中的颗粒浓度([B]，按照g/ml)与在量筒顶部50ml中的颗粒浓度([T]，按照g/ml)的差除以研磨剂组合物的起始颗粒浓度([C]，按照g/ml)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，那么研磨剂被认为是胶体稳定的。{[B]-[T]}/[C]的值期望小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
抛光组合物的平均粒径(例如，悬浮在液体载体中的研磨剂颗粒的平均粒径)优选地在整个抛光组合物的使用寿命中基本上保持不变。特别地，抛光组合物的平均粒径在整个抛光组合物的使用寿命(例如，90天或更多、180天或更多、或365天或更多)优选增加小于40％(例如，小于35％，小于30％，小于25％，小于20％，小于15％，或小于10％)。
用于本发明的方法的化学机械抛光体系可以包括任何适当的还原剂。例如，该还原剂可以选自3-羟基-4-吡喃酮(例如，3-羟基-2-甲基-4-吡喃酮)、α-羟基-γ-丁内酯、抗坏血酸、硼烷(BH3)、硼氢化物、二烷基胺硼烷(例如，二甲基胺硼烷)、甲醛、甲酸、氢(H2)、氢醌(例如，氢醌磺酸)、羟胺、次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯(例如，1，2，3-三羟基苯、1，2，4-三羟基苯、或1，3，5-三羟基苯)、溶剂化电子(例如，水合电子)、亚硫酸(H2SO3)、其盐类及其混合物。该还原金属或金属离子可以是具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的任意合适的金属或金属离子。合适的还原金属或金属离子包括，但不限于，碱土金属、碱金属、锌、铁、Fe2+离子及其组合。而且，应理解还原金属或金属离子可以与适当的络合剂(例如，乙二胺四乙酸或丙二胺四乙酸的盐)缔合。这里使用的术语″溶剂化电子″表示被少量定向溶剂分子(例如，水分子)包围的电子。溶剂化电子可以由许多不同的方法如水的辐射分解(例如，使用γ射线)或适当溶质的光解(例如，Fe(CN)6 4-或I-)来制造。
在优选的实施方式中，该还原剂选自3-羟基-4-吡喃酮(例如，3-羟基-2-甲基-4-吡喃酮)、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷(例如，二甲基胺硼烷)、甲醛、甲酸、氢、氢醌(例如，氢醌磺酸)、羟胺、次磷酸、三羟基苯(例如，1，2，3-三羟基苯、1，2，4-三羟基苯、或1，3，5-三羟基苯)、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物。在另一优选实施方式中，该还原剂选自二甲基胺硼烷、甲酸、氢醌、氢醌磺酸、羟胺、次磷酸、三羟基苯(例如，1，2，3-三羟基苯、1，2，4-三羟基苯、或1，3，5-三羟基苯)、其盐类及其混合物。或者，如当基于液体载体及溶解或悬浮在其中的任何成分的重量，该化学机械抛光体系包括0.1至1重量％的还原剂时，该还原剂可选自3-羟基-4-吡喃酮(例如，3-羟基-2-甲基-4-吡喃酮)、α-羟基-γ-丁内酯、抗坏血酸、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷(例如，二甲基胺硼烷)、甲醛、甲酸、氢、氢醌(例如，氢醌磺酸)、羟胺、次磷酸、三羟基苯(例如，1，2，3-三羟基苯、1，2，4-三羟基苯、或1，3，5-三羟基苯)、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物。当该化学机械抛光体系不包括氧化剂时，该还原剂可选自3-羟基-4-吡喃酮(例如，3-羟基-2-甲基-4-吡喃酮)、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷(例如，二甲基胺硼烷)、甲醛、甲酸、氢、氢醌(例如，氢醌磺酸)、羟胺、次磷酸、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯(例如，1，2，3-三羟基苯、1，2，4-三羟基苯、或1，3，5-三羟基苯)、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物。在另一实施方式中，如当该化学机械抛光体系的抛光成分不包括α-氧化铝与煅制氧化铝混合物时，该还原剂可选自3-羟基-4-吡喃酮(例如，3-羟基-2-甲基-4-吡喃酮)、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷(例如，二甲基胺硼烷)、甲醛、甲酸、氢、氢醌(例如，氢醌磺酸)、羟胺、次磷酸、亚磷酸、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯(例如，1，2，3-三羟基苯、1，2，4-三羟基苯、或1，3，5-三羟基苯)、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物。
为了有效地抛光该基板，该还原剂的标准氧化还原电位应该小于氧化形式的金属的标准氧化还原电位。优选地，在对于化学机械抛光体系的给定的pH时，在该pH下的还原剂的氧化还原电位小于在该pH下的氧化形式的金属的标准氧化还原电位。
该化学机械抛光体系可以包括任何适当量的还原剂。典型地，基于液体载体及溶解或悬浮在其中的任何成分的重量，该化学机械抛光体系包括0.01重量％或更多(例如，0.05重量％或更多，或0.1重量％或更多)的还原剂。基于液体载体及溶解或悬浮在其中的任何成分的重量，该化学机械抛光体系典型地包括15重量％或更少(例如，12重量％或更少，10重量％或更少，8重量％或更少，或5重量％或更少)的还原剂。在优选的实施方案中，基于液体载体及溶解或悬浮在其中的任何成分的重量，该化学机械抛光体系包括0.1至5重量％，更优选0.1至1重量％，及最优选0.1至0.5重量％的还原剂。
液体载体用于使研磨剂(当存在抛光组合物中时)、还原剂及任何其它添加剂容易涂覆到待抛光或平坦化的适当的基板表面上。该液体载体可以是任何适当的液体载体。典型地，该液体载体是水、水与适当的水溶性溶剂的混合物、或乳液。优选地，该液体载体包括水、基本上由水构成，或由水构成，优选去离子水。
如上所述，用于本发明方法的化学机械抛光体系包括抛光成分、具有标准氧化还原电位小于氧化形式的金属(其是基板的部分)的标准氧化还原电位的还原剂、及液体载体。为了确保该还原剂可与氧化形式的金属反应，该化学机械抛光体系优选地不包括化学氧化剂(例如，无机及有机过化合物、溴酸盐、硝酸盐、氯酸盐、铬酸盐、碘酸盐)。特别地，该化学机械抛光体系优选地不包括具有标准氧化还原电位大于氧化形式的金属的标准氧化还原电位和/或还原剂的标准氧化还原电位的成分(例如，金属离子或化合物)。更优选，在对化学机械抛光体系给定的pH下，该抛光体系不包括在该pH下具有氧化还原电位大于在该pH下氧化形式的金属的标准氧化还原电位和/或该pH下还原剂的氧化还原电位的成分。或者，该化学机械抛光体系可以进一步包括一种或多种氧化还原稳定剂，其动力学上稳定该还原剂和/或该抛光体系的其它成分以使在该化学机械抛光体系使用寿命期间或在该基板被抛光期间，该还原剂与其它成分彼此不反应(即，该还原剂与其它成分不进行氧化/还原反应)。例如，当还原剂包括Fe2+离子时，该化学机械抛光组合物可以进一步包括水及溶解的氧，其可与Fe2+离子反应以产生氢氧化亚铁，因此防止与抛光体系其它成分的任何反应。在另一实施方式中，该化学机械抛光组合物可以交替地或另外地包括配位基，其与Fe2+离子反应以产生络合物，这防止或阻止与抛光体系其它成分的任何反应。
该化学机械抛光体系任选地进一步包括螯合或络合剂。该络合剂是任意适当的化学添加剂，其增进被移除的基板层的移除速率。适当的螯合或络合剂可以包括，例如，羰基化合物(例如，乙酰丙酮化物等)、简单羧酸盐(例如，醋酸盐、芳香族羧酸盐等)、包含一个或多个羟基的羧酸盐(例如，甘醇酸盐、乳酸盐、葡糖酸盐、没食子酸及其盐等)、二、三及多羧酸盐(例如，草酸盐、邻苯二甲酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、乙二胺四乙酸盐(例如，二钾EDTA)、其混合物等)、包含一个或多个磺基和/或磷酸基的羧酸盐等。适当的螯合或络合剂也可以包括，例如，二、三及多醇(例如，乙二醇、焦儿茶酚、焦性没食子酸、单宁酸等)及含胺化合物(例如，氨、氨基酸、氨基醇、二、三及多胺等)。适当的螯合或络合剂的选择取决于被抛光基板层的类型(例如，金属的类型)。应理解许多上述化合物可以盐(例如，金属盐、铵盐等)、酸的形式存在、或作为部分盐存在。例如，柠檬酸盐包括柠檬酸、及其单、二、及三盐。
该化学机械抛光体系可以具有任意适当的pH。该化学机械抛光体系的pH可以影响还原剂与氧化形式的金属的氧化还原电位。因此，可以选择该化学机械抛光体系的pH以使还原剂的氧化还原电位与氧化形式的金属之氧化还原电位的间的差最大，从而改进还原剂与氧化形式的金属之间的反应热力学。典型地，化学机械抛光体系具有pH为13或更小。优选地，该化学机械抛光体系具有pH为7或更小(例如，6或更小、5或更小、或4或更小)。典型地，该化学机械抛光体系具有pH为1或更大(例如，2或更大)。
可通过任意适当的方式达到和/或维持该化学机械抛光体系的pH。更特别地，该抛光组合物可以进一步包括pH调节剂、pH缓冲剂、或其组合。该pH调节剂可以是任意适当的pH调节化合物。例如，该pH调节剂可以是氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、或其组合。该pH缓冲剂可以是任意适当的缓冲剂，例如，磷酸盐、醋酸盐、硼酸盐、铵盐等。该化学机械抛光体系可以包括任意适当量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，只要该量足以达到和/或维持该抛光体系的pH在本文所述的范围内。
该化学机械抛光体系任选地进一步包括表面活性剂。适当的表面活性剂可以包括，例如，阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子性表面活性剂、两性表面活性剂、其混合物等。优选地，该抛光体系包括非离子性表面活性剂。适当的非离子性表面活性剂的一个例子是乙二胺聚氧化乙烯表面活性剂。基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量，该表面活性剂的量典型地是0.0001重量％至1重量％(优选地0.001重量％至0.1重量％，或0.005重量％至0.05重量％)。
该化学机械抛光体系任选地进一步包括消泡剂。该消泡剂可以是任何适当的消泡剂。适当的消泡剂可以包括，但不限于，基于硅与基于乙炔二醇的消泡剂。消泡剂在抛光组合物的存在量典型地是40ppm至140ppm。
该化学机械抛光体系任选地进一步包括杀生物剂。该杀生物剂可以是任何适当的杀生物剂，例如异噻唑啉酮杀生物剂。用于抛光组合物的杀生物的量典型地是1至50ppm，优选地10至20ppm。
下列实施例进一步说明本发明但是，当然，不应解释为以任何方式限制其范围。
实施例1
本实施例表明利用本发明方法展现的增强的氧化形式的金属的抛光速率。使用七种不同的化学机械抛光体系(抛光体系1A、1B、1C、1D、1E、1F及1G)抛光包含氧化铱(IrO2)的相似基板。抛光体系1A-1G各自包含3重量％氧化铝研磨剂、足以调整该抛光体系的pH至3的量的KOH或硝酸、以及水，该研磨剂包括60％α-氧化铝及40％煅制氧化铝。抛光体系1A(比较)不包括还原剂。抛光体系1B(本发明)包括大约1重量％亚磷酸(H3PO3)，基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量。抛光体系1C(本发明)包括大约1重量％次磷酸(H3PO2)，基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量。抛光体系1D(本发明)包括大约1重量％抗坏血酸，基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量。抛光体系1E(本发明)包括大约1重量％甲酸，基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量。抛光体系1F(本发明)包括大约1重量％焦性没食子酸(即1，2，3-三羟基苯)，基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量。抛光体系1G(本发明)包括大约1重量％氢醌磺酸，基于液体载体及溶解或分散在其中的任何成分的重量。对每个抛光组合物测量氧化铱移除速率的值(单位：埃/分钟)。其结果总结在表1。
表1：氧化铱移除速率
  抛光体系   还原剂  IrO2移除速率(
Figure 058019543_0
/分钟)
  1A   --  122
  1B   亚磷酸  1200
  1C   次磷酸  1259
  1D   抗坏血酸  2223
  1E   甲酸  923
  1F   焦性没食子酸  588
  1G   氢醌磺酸  639
这些结果表明本发明方法与其中抛光体系不包括还原剂的类似方法相比，展现出对氧化形式的金属的高移除率。特别地，利用抛光体系1B-1G的方法各自展现出比利用不包括还原剂的抛光体系(即抛光体系1A)的类似方法的移除速率大至少400％的氧化铱移除速率。事实上，利用抛光体系1B及1C的方法各自展现出比利用抛光体系1A方法的移除速率高大约900％的氧化铱移除速率。
实施例2
本实施例表明利用本发明方法展现的增强的氧化形式的金属的抛光速率。使用四种不同化学机械抛光体系(抛光体系2A、2B、2C及2D)抛光包含氧化铱(IrO2)的相似基板。抛光体系2B-2D各自包含基于液体载体及溶解及溶解或悬浮其中的成分重量的1重量％抗坏血酸，足以调整该抛光体系的pH值至3的量的KOH或硝酸以及水。抛光体系2A(比较)包括大约3重量％研磨剂，但不包括抗坏血酸，该研磨剂包括60％α-氧化铝及40％煅制氧化铝的混合物，。抛光体系2B(本发明)包括大约8重量％氧化硅研磨剂。抛光体系2C(本发明)包括大约8重量％煅制氧化铝研磨剂，及抛光体系2D(本发明)包括大约3重量％研磨剂，该研磨剂包括60％α-氧化铝及40％煅制氧化铝的混合物。对每个抛光组合物测量氧化铱移除速率的值(单位：埃/分钟)。其结果总结在表2。
表2：氧化铱移除速率
抛光体系 还原剂 研磨剂 研磨剂的量(重量％) 氧化铱移除速率(
Figure 058019543_1
/min)
2A -- 煅制氧化铝及α-氧化铝 3 122
2B 抗坏血酸 氧化硅 8 1537
2C 抗坏血酸 煅制氧化铝 8 1695
2D 抗坏血酸 煅制氧化铝及α-氧化铝 3 2223
这些结果表明本发明方法与其中抛光体系不包括还原剂的类似方法相比，展现出对氧化形式的金属的高移除率。特别地，利用抛光体系2B-2D的方法各自展现出比利用不包括还原剂的抛光体系(即抛光体系2A)的类似方法的移除速率大至少1200％的氧化铱移除速率。这些结果进一步表明包含在化学机械抛光体系中研磨剂的特质可影响该方法的抛光速率。例如，通过使用抛光体系2C及2D的方法所呈现氧化铱抛光速率的比较表明包含α-氧化铝的抛光体系可用于在比仅包括煅制氧化铝的抛光体系高的抛光速率下抛光类似的基板。
本发明优选实施方式已在本文中进行了描述，包括本发明任已知的用于实施本发明的最佳模式。对本领域技术人员来说，通过阅读上述说明那些优选实施方式的变化可变得显而易见。本发明人期望本领域技术人员适当的使用这种变化，且本发明人预期将本发明与这里具体描述不同地进行实践。因此，本发明包括适用法律容许的所附权利要求列举的主题的所有改变及等价物。而且，上面说明的元素在所有可能的变化的任何组合包括本发明内，除非在文中指明或与上下文明显矛盾。

Claims (25)

1.一种用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：
(a)提供包括氧化形式的金属的基板，其中该金属是选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合的贵金属，
(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该体系包括：
(i)抛光成分，其选自研磨剂、抛光垫及其组合，
(ii)还原剂，其选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、氢醌磺酸、次磷酸、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物，及
(iii)液体载体；以及
(c)研磨至少一部分氧化形式的该金属以抛光该基板，其中该氧化形式选自氧化物、氮化物、硼化物、硫化物及其混合物。
2.权利要求1的方法，其中该氧化形式为氧化物，且该氧化形式的金属具有分子式MxOy，其中M代表金属且x与y代表整数，其中y大于或等于x。
3.权利要求1的方法，其中该金属的氧化形式是氧化铱。
4.权利要求3的方法，其中该还原剂选自二甲基胺硼烷、甲酸、氢醌、氢醌磺酸、次磷酸、三羟基苯、其盐类及其混合物。
5.权利要求4的方法，其中该化学机械抛光体系包括悬浮在液体载体中的研磨剂，且该研磨剂包括选自氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氧化锗、其共形成的产物及其组合的金属氧化物。
6.权利要求5的方法，其中该研磨剂包括氧化硅、煅制氧化铝或其组合。
7.权利要求5的方法，其中该研磨剂包括α-氧化铝。
8.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系包括悬浮在液体载体中的研磨剂，且该研磨剂包括选自氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氧化锗、其共形成的产物及其组合的金属氧化物。
9.权利要求8的方法，其中该研磨剂包括氧化硅、煅制氧化铝或其组合。
10.权利要求8的方法，其中该研磨剂包括α-氧化铝。
11.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系包括悬浮在液体载体中的研磨剂。
12.权利要求11的方法，其中该研磨剂包括选自氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氧化锗、其共形成的产物及其组合的金属氧化物。
13.权利要求12的方法，其中该研磨剂包括氧化硅、煅制氧化铝或其组合。
14.权利要求12的方法，其中该研磨剂包括α-氧化铝。
15.权利要求1的方法，其中该还原剂选自二甲基胺硼烷、甲酸、氢醌、氢醌磺酸、次磷酸、三羟基苯、其盐类及其混合物。
16.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系包括0.1至5重量％的还原剂，基于液体载体及溶解或悬浮在其中任何成分的重量。
17.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系包括研磨剂且该研磨剂固定至抛光垫。
18.权利要求1的方法，其中该液体载体包括水。
19.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系进一步包括络合剂。
20.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系进一步包括pH缓冲剂。
21.权利要求1的方法，其中该化学机械抛光体系进一步包括表面活性剂。
22.一种用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：
(a)提供包含氧化形式的金属的基板，其中该金属是选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合的贵金属，
(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该体系包括：
(i)抛光成分，其选自研磨剂、抛光垫及其组合，
(ii)基于液体载体及溶解或悬浮在其中任何成分的重量的0.1至1重量％的还原剂，该还原剂选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、抗坏血酸、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、次磷酸、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物，及
(iii)液体载体；以及
(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板，其中该氧化形式选自氧化物、氮化物、硼化物、硫化物及其混合物。
23.权利要求22的方法，其中该化学机械抛光体系包括0.1至0.5重量％的还原剂，基于液体载体及溶解或悬浮在其中任何成分的重量。
24.一种用于抛光包括氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：
(a)提供包含氧化形式的金属的基板，其中该金属是选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合的贵金属，
(b)将一部分基板与化学机械抛光体系接触，该体系包括：
(i)抛光成分，其选自研磨剂、抛光垫及其组合，
(ii)还原剂，其选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、次磷酸、具有标准氧化还原电位小于该氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物，及
(iii)液体载体，
其中该抛光体系不包括氧化剂；及
(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板，其中该氧化形式选自氧化物、氮化物、硼化物、硫化物及其混合物。
25.一种用于抛光包含氧化形式的金属的基板的方法，该方法包括下列步骤：
(a)提供包含氧化形式的金属的基板，其中该金属是选自铂、铱、钌、铑、钯、银、锇、金及其组合的贵金属，
(b)将一部分该基板与化学机械抛光体系接触，该体系包括：
(i)抛光成分，其选自研磨剂、抛光垫及其组合，其中该抛光成分不包括α-氧化铝及煅制氧化铝的混合物，
(ii)还原剂，其选自3-羟基-4-吡喃酮、α-羟基-γ-丁内酯、硼烷、硼氢化物、二烷基胺硼烷、甲醛、甲酸、氢、氢醌、次磷酸、亚磷酸、具有标准氧化还原电位小于该氧化形式的金属的标准氧化还原电位的金属或氧化态金属离子、三羟基苯、溶剂化电子、亚硫酸、其盐类及其混合物，及
(iii)液体载体；及
(c)研磨至少一部分氧化形式的金属以抛光该基板，其中该氧化形式选自氧化物、氮化物、硼化物、硫化物及其混合物。
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