CN101313388A - 用于化学机械抛光的摩擦减小辅助物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于抛光基板的化学机械抛光系统，其包含抛光组分、水溶性硅酸盐化合物、氧化剂及水，其中该抛光系统的pH为8至12。本发明进一步提供一种用前述抛光系统对基板进行化学机械抛光的方法。该抛光系统在基板的抛光过程中提供减小的摩擦。

Description

用于化学机械抛光的摩擦减小辅助物
技术领域
本发明关于用于化学机械抛光的摩擦减小辅助物(frction reducing aid)。
背景技术
集成电路由数百万形成于例如硅晶片的基板之中或之上的有源器件组成。这些有源器件以化学及物理方式连接到基板中且通过使用多层互连互相连接以形成功能电路。在一种制造方法中，通过传统的干式蚀刻方法将介电基板图案化以形成用于垂直及水平互连的洞及沟槽。然后经图案化的表面任选地以扩散阻挡层和/或助粘层进行覆盖，接着沉积金属层以填充这些沟槽及洞。然后使用化学机械抛光(CMP)以减小金属层的厚度以及扩散阻挡层和/或助粘层的厚度，直至暴露下面的介电层，由此形成电路器件。
在化学机械抛光中，使基板表面与抛光组合物及例如抛光垫的抛光组分(polishing component)接触。抛光组合物(也称为抛光浆料)通常含有在水溶液中的研磨材料，且通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触而将抛光组合物施用于表面。抛光组合物的化学成分被认为与正在抛光的基板的表面材料反应，通过将表面材料转化为所述材料的更柔软、更容易磨损的衍生物，接着通过研磨材料和/或抛光垫的机械作用而移除所述衍生物，或者通过溶解单独经由机械作用移除的表面材料。在某些应用中，可将研磨剂固定在抛光垫的表面。
在抛光加工过程中，由其间有抛光组合物的基板表面与抛光垫表面的相对运动所导致的摩擦力可经由通过研磨颗粒和/或抛光垫擦伤基板而破坏线路，及经由表面层从基板的分层，从而导致正在基板上形成的器件的缺陷。另外，抛光垫在垫/浆料界面处的摩擦生热可导致垫过早失效。减小摩擦力的策略，例如将表面活性剂加入到抛光组合物中、使用由较软的材料构成的抛光垫、或减小施加到基板/抛光垫界面上的力通常导致正在抛光的材料的移除速率降低，这可导致加工时间增加，因此降低产量且增加总的单位成本。
此外，为降低微电子器件上的导电层之间的电容且因此增加器件可运作的频率或速度，正在使用具有介电常数比通常使用的基于二氧化硅的介电材料低的材料以提供电路线路之间的电绝缘。低介电常数材料的实例通常包括有机聚合物材料、无机及有机多孔介电材料、及共混或复合有机及无机材料(其可为多孔或非多孔的)。这些材料在机械上比基于二氧化硅的介电材料柔软且在器件的制造过程中更容易受损坏。非常合意的是将低介电常数材料并入到半导体结构中，同时仍可在半导体晶片加工过程中利用常规的化学机械抛光(CMP)系统抛光所得器件的表面。
因此，存在对这样的化学机械抛光组合物及系统的需要，其显示出基板与抛光组分之间的减小的摩擦。本发明的这些及其它优势，以及其它发明特征将从本文所提供的本发明实施方式中变得明晰。
发明内容
本发明提供一种用于抛光基板的化学机械抛光系统，其包含(a)选自抛光垫、研磨剂、及其组合的抛光组分，(b)水溶性硅酸盐化合物，其量足以提供0.1重量％或更多SiO2，(c)氧化基板的至少一部分的氧化剂，及(d)水，其中抛光系统的pH值为8至12。本发明进一步提供一种化学-机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使基板与化学机械抛光系统接触，该化学机械抛光系统包含：(a)选自抛光垫、研磨剂、及其组合的抛光组分，(b)水溶性硅酸盐化合物，其量足以提供0.1重量％或更多SiO2，(c)氧化基板的至少一部分的氧化剂，及(d)水；及(ii)磨损基板的至少一部分以抛光基板，其中抛光系统的pH值为8至12。
附图说明
图1说明用于测定化学机械抛光过程的摩擦系数的方法。
具体实施方式
本发明提供一种化学机械抛光(CMP)系统，其包含抛光组分、足以提供0.1重量％或更多SiO2的量的水溶性硅酸盐化合物、氧化基板的至少一部分的氧化剂、及水，其中该抛光系统的pH值为8至12。水及任何溶解或悬浮于其中的组分形成化学机械抛光系统的抛光组合物。除非另外指出，否则本文所描述的组分的量均基于抛光组合物的总重量(即，水及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量)。
抛光组分选自抛光垫、研磨剂、及抛光垫与研磨剂的组合。若存在研磨剂，则研磨剂可为任何合适的形式(例如研磨颗粒)。可将研磨剂固定于抛光垫上和/或其可为微粒形式且悬浮于水中。抛光垫可为任何合适的抛光垫，其中的许多是本领域中已知的。
研磨剂可为任何合适的研磨剂，例如研磨剂可为天然的或合成的，且可包括金属氧化物、碳化物、氮化物、金刚砂等。研磨剂也可为聚合物颗粒或经涂覆的颗粒。研磨剂合意地包括金属氧化物。优选地，该金属氧化物选自氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、其共形成产物(coformed product)、及其组合。研磨颗粒通常具有20nm至500nm的平均粒度(例如平均粒径)。优选地，研磨颗粒具有30nm至400nm(例如，40nm至300nm，或50nm至250nm，或75nm至200nm)的平均粒度。
当将研磨剂悬浮于水中时(即，当研磨剂为抛光组合物的组分时)，任何合适的量的研磨剂可存在于抛光组合物中。通常，0.01重量％或更多(例如0.05重量％或更多)的研磨剂会存在于抛光组合物中。更具体而言，0.1重量％或更多的研磨剂会存在于抛光组合物中。抛光组合物中研磨剂的量通常不会超过20重量％，更通常不会超过10重量％(例如不会超过5重量％)。优选地，抛光组合物中研磨剂的量为0.05重量％至2重量％，且更优选为0.1重量％至1重量％。
抛光系统可包含任何合适的抛光垫(例如抛光表面)。合适的抛光垫包括，例如，编织的及非编织的抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩时的回弹能力及压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙稀、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、其共形成产物、及其混合物。
抛光系统包含水溶性硅酸盐化合物。该水溶性硅酸盐化合物可为任何合适的水溶性硅酸盐化合物。合意地，该水溶性硅酸盐化合物为碱金属硅酸盐。优选地，该水溶性硅酸盐化合物选自硅酸钾、硅酸钠、偏硅酸钾及偏硅酸钠。更优选地，该水溶性硅酸盐化合物为硅酸钾。
适合用在本发明中的水溶性硅酸盐化合物可为硅酸盐玻璃。硅酸盐玻璃通常通过硅砂与合适的碱金属化合物(例如碳酸钠或碳酸钾)的高温融合而制备。
水溶性硅酸盐具有通式M2O·mSiO2·nH2O，其中M为选自钠、钾及锂的碱金属，且称为系数的m及n分别为每摩尔M2O的SiO2及H2O的摩尔数。系数m为SiO2与M2O的摩尔比。SiO2与M2O的重量比也通常用于描述水溶性碱金属硅酸盐的组成。系数m可为任何合适的非零正数(例如1或更大)，通常为1至4，更通常为2至4(例如，2.8至3.9，或3至3.6)。
在优选实施方式中，该水溶性硅酸盐化合物为具有通式K2O·mSiO2的硅酸钾，其中系数m(例如，SiO2与K2O的摩尔比)为非零正数。硅酸钾可具有任何合适的系数。合意地，该系数为1或更大。优选地，该系数为2.8至3.9。更优选地，该系数为3至3.6。
水溶性硅酸盐化合物存在于抛光组合物中的水溶液中。一种提供水溶性硅酸盐化合物的方法是将固体形式的水溶性硅酸盐化合物溶解于水中以提供溶液。或者，可稀释水溶性硅酸盐化合物的浓缩溶液以获得溶液中水溶性硅酸盐化合物的所需浓度。各等级的硅酸钾及硅酸钠水溶液可商购获得，其中所述溶液由在其制备中所使用的硅酸盐的具体系数以及溶液的SiO2重量百分比及K2O或Na2O重量百分比表征。Zaclon，Inc.(Cleveland，OH)及PQCorporation(Valley Forge，PA)为硅酸钾及硅酸钠的固体形式及溶液的两个主要供货商。
也可通过热液方法获得硅酸钾水溶液，其中使二氧化硅(例如SiO2)源与氢氧化钾水溶液在升高的温度和/或压力条件下反应。用于生产硅酸钾水溶液的合适的热液方法的实例公开于美国专利5,084,262及5,238,668中。
抛光系统的抛光组合物可包含任何合适的量的水溶性硅酸盐化合物。通常，存在于抛光组合物中的水溶性硅酸盐化合物的含量表示为以水及溶解于其中的任何组分的总重量计的由该水溶性硅酸盐化合物所提供的SiO2的重量百分比。应理解式“SiO2”为一种形式表示，其允许计算在抛光组合物中所使用的水溶性硅酸盐化合物的量，而不管其来源(例如，如本文所述的各种组合物的水溶性硅酸盐化合物的水溶液或固体形式)。通常，该抛光组合物包含充足的水溶性硅酸盐化合物以提供0.1重量％或更多(例如，0.25重量％或更多、0.5重量％或更多、1重量％或更多、1.5重量％或更多、或2重量％或2更多)SiO2。抛光组合物优选包含充足的水溶性硅酸盐化合物以提供8重量％或更少(例如，6重量％或更少、或4重量％或更少、或甚至3重量％或更少)SiO2。抛光组合物最优选包含0.25重量％至5重量％(例如，0.5重量％至4重量％，或1重量％至3重量％)SiO2。
抛光系统的抛光组合物包含氧化基板的至少一部分的氧化剂。任何合适的氧化剂均可用于本发明。合适的氧化剂包括无机及有机过化合物(per-compound)、溴酸盐、硝酸盐、氯酸盐、铬酸盐、碘酸盐、铁盐及铜盐(例如，硝酸盐、硫酸盐、EDTA盐及柠檬酸盐)、稀土金属氧化物及过渡金属氧化物(例如四氧化锇)、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸、醌等。过化合物(如由Hawley′s Condensed Chemical Dictionary所定义的)为含有至少一个过氧基(-O-O-)的化合物或含有处于其最高氧化态的元素的化合物。含有至少一个过氧基的化合物的实例包括(但不限于)过氧化氢及其加合物，例如，脲过氧化氢及过碳酸盐(酯)；有机过氧化物，例如，过氧化苯甲酰、过氧乙酸及过氧化二叔丁基；单过硫酸盐(monopersulfate，SO5 2-)、二过硫酸盐(dipersulfate)(S2O8 2-)及过氧化钠。含有处于其最高氧化态的元素的化合物的实例包括(但不限于)过碘酸、过碘酸盐、过溴酸、过溴酸盐、过氯酸、过氯酸盐、过硼酸、过硼酸盐及高锰酸盐。优选地，该氧化剂选自过氧化氢、碘酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐(persulfate)、过氧化单硫酸盐与硫酸盐的复合盐(hydrogen peroxymonosulfate sulfate)、钼酸盐、硝酸铁、硝酸盐、醌、及其组合。更优选地，该氧化剂为碘酸钾或过氧化氢。
当氧化剂为盐时，该氧化剂可具有任何合适的阳离子。合适的阳离子的非限制性实例包括钾、铵等。
当氧化剂为醌时，该氧化剂可为任何合适的醌。合适的醌的非限制性实例包括苯醌、萘醌及蒽醌。醌可在任何可用的位置被任何合适的取代基或取代基的组合取代。优选的取代基包括在抛光组合物的水中赋予醌溶解性或乳化性的基团。合适的取代基包括(但不限于)羟基、氨基、单烷基氨基、二烷基氨基、磺酸、羧基、膦酸、其盐、及其组合。在实施方式中，醌被至少一个羟基取代。在其它实施方式中，醌被至少一个酸性取代基或其盐取代。优选地，该至少一个酸性取代基选自磺酸、羧基及膦酸。更优选地，该至少一个酸性取代基为磺酸(-SO3H)。应理解酸性取代基能够形成盐，且在这点上具有酸性取代基的醌可作为酸、盐存在，或者当二取代或多取代时可作为部分盐(例如二磺酸的单盐)存在。具有酸性取代基的醌可以酸形式或盐形式提供以用于本发明的抛光组合物中。优选的蒽醌选自蒽醌-2，6-二磺酸、蒽醌-2-磺酸、蒽醌-1，8-二磺酸、蒽醌-1，5-二磺酸、酸性蓝45、其盐、及其组合。优选的苯醌包括1，4-苯醌及2，5-二羟基-1，4-苯醌。优选的萘醌包括1，2-萘醌-4-磺酸及其盐。
抛光系统的抛光组合物中的氧化剂的浓度合意地为1mM或更大(例如，2mM或更大，或3mM或更大，或5mM或更大)。抛光组合物中氧化剂的浓度优选为1M或更小(例如，0.5M或更小，或0.25M或更小，或0.1M或更小)。氧化剂的所需浓度可通过任何合适的方法获得，例如通过在抛光组合物的制备中使用以水及溶解或悬浮于其中的任何组分的重量计的0.05重量％至20重量％的氧化剂。
抛光系统的具有8至12的pH值。优选地，抛光系统的pH值为8至11、更优选为9至11。抛光系统的pH值可通过任何合适的方法获得和/或维持。更具体而言，抛光系统可进一步包含pH值调节剂、pH值缓冲剂、或其组合。通过溶解硅酸盐玻璃(例如碱金属硅酸盐)获得的或通过热液方法制备的水溶性硅酸盐化合物的水溶液具有11或更大的强碱性pH值，其由强碱与弱酸的盐组成。若需要，则可通过添加足量的酸来酸化水溶性硅酸盐化合物的强碱性溶液以中和所存在的充足的M2O以获得所需的pH值，从而调节抛光系统的pH值。pH值调节剂可为任何合适的pH值调节化合物。例如，pH值调节剂可为足够强以产生所需的最终pH值的任何合适的酸。合适的酸的实施例包括硝酸、乙酸、磷酸等。若需要，则可通过添加强碱来增加pH值。强碱的实例包括氢氧化钾、氢氧化铵及氢氧化四烷基铵(例如氢氧化四甲基铵)。
pH值缓冲剂可为任何合适的缓冲剂，例如，磷酸盐、乙酸盐、硼酸盐、铵盐等。当使用缓冲剂调节抛光系统的pH值时，应理解将充足的缓冲剂添加到抛光系统中以中和充足的M2O，从而提供所需的pH值。抛光系统可包含任何合适的量的pH值调节剂和/或pH值缓冲剂，只要这样的量足以获得和/或维持在本文所列出的范围内的抛光系统的pH值。
可在任何合适的时间调节抛光系统的pH值。例如，可在将水溶性硅酸盐化合物添加到如本文所述的抛光系统的抛光组合物中后调节pH值。也可将所需量的水溶性硅酸盐化合物添加到抛光组合物中，其中该抛光组合物包含足量的pH值调节剂和/或pH值缓冲剂，使得在将水溶性硅酸盐化合物与抛光组合物完全混合后获得所需的pH值。在其它实施方式中，在使用点(point-of-use)(例如，在基板的表面)调节抛光系统的pH值。
抛光系统任选地包含腐蚀抑制剂(即成膜剂)。腐蚀抑制剂可为用于基板的任何部件的任何合适的腐蚀抑制剂。优选地，腐蚀抑制剂为铜腐蚀抑制剂。出于本发明的目的，腐蚀抑制剂为在正在抛光的表面的至少一部分上促进钝化层(即，溶解抑制层)的形成的任何化合物或化合物的混合物。有用的腐蚀抑制剂包括，例如，含氮杂环化合物。腐蚀抑制剂合意地包含一个或多个5元或6元杂环含氮环。优选的腐蚀抑制剂包括1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯并三唑、苯并咪唑、苯并噻唑、及其衍生物，例如，其经羟基、氨基、亚氨基、羧基、巯基、硝基、脲、硫脲或烷基取代的衍生物。最优选地，该腐蚀抑制剂选自苯并三唑、1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、及其混合物。本发明的抛光系统可包含任何合适的量的腐蚀抑制剂。通常，抛光系统的抛光组合物包含0.005重量％至1重量％(例如，0.01重量％至0.5重量％，或0.02重量％至0.2重量％)的腐蚀抑制剂。
抛光系统任选地进一步包含一种或多种其它的添加剂。这样的添加剂包括任何合适的表面活性剂和/或流变控制剂。合适的表面活性剂包括，例如，阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阴离子聚电解质、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂、其混合物等。
抛光系统任选地进一步包含消泡剂。该消泡剂可为任何合适的消泡剂。合适的消泡剂包括(但不限于)基于硅及基于炔二醇的消泡剂。抛光系统的抛光组合物中存在的消泡剂的量通常为40ppm至140ppm。
抛光系统任选地进一步包含杀生物剂。该杀生物剂可为任何合适的杀生物剂，例如异噻唑啉酮杀生物剂。用在抛光系统中的杀生物剂的量通常为1ppm至500ppm，且优选为10ppm至200ppm。
抛光系统的抛光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。抛光组合物可以间歇或连续方法制备。通常，该抛光组合物可通过将其组分以任何顺序组合而制备。本文所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如，研磨剂、水溶性硅酸盐化合物等)以及成分(例如，研磨剂、水溶性硅酸盐化合物、氧化剂等)的任何组合。
抛光系统的抛光组合物也可作为浓缩物提供，该浓缩物意欲在使用前以适量的水稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可包含研磨剂、水溶性硅酸盐化合物、氧化剂及水，其量使得在以适量的水稀释浓缩物后，抛光组合物的各组分将以以上对各组分所描述的在适当范围内的量存在于抛光组合物中。例如，研磨剂、水溶性硅酸盐化合物及氧化剂可各以为以上对各组分所描述的浓度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)的量存在于浓缩物中，使得当以等体积的水(例如，分别用2倍等体积的水、3倍等体积的水、或4倍等体积的水)稀释浓缩物时，各组分会以在以上对各组分所列出的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员所应理解的，该浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的合适分数的水，以确保水溶性硅酸盐化合物、氧化剂及其它合适的添加剂至少部分地或完全溶解于该浓缩物中。
用于本发明的任何组分可以在水中的混合物或溶液的形式提供。然后两种或更多种组分合意地单独储存且随后进行混合以形成抛光系统的抛光组合物。在这点上，制备抛光组合物(例如，将所有组分混合在一起)，然后将其传送至基板表面是合适的。在基板表面制备抛光组合物，通过传送来自两个或更多个不同来源的抛光组合物的组分，由此抛光组合物的这些组分在基板表面(例如在使用点)上汇合也是合适的。在任一情况下，在抛光加工前或在抛光加工过程中均可改变抛光组合物的组分传送至基板表面的流速(即，抛光组合物的特定组分的传送量)，使得抛光系统的抛光特性例如抛光速率改变。
抛光组合物可作为包含水溶性硅酸盐化合物、氧化剂及水的单包装系统而提供。或者，水溶性硅酸盐化合物及水可提供在第一容器中，且氧化剂可以干燥形式或作为在水中的溶液或分散体提供在第二容器中。可将任选的组分，例如研磨剂、表面活性剂和/或腐蚀抑制剂置于第一和/或第二容器中，或第三容器中。此外，第一或第二容器中的组分可为干燥形式，同时相应容器中的组分可为水性分散体或溶液形式。此外，第一或第二容器中的组分具有不同的pH值，或者具有类似或甚至相等的pH值是合适的。若任选的组分例如研磨剂为固体，则其可以干燥形式或作为在水中的混合物而提供。合意地，氧化剂与抛光组合物的其它组分分别提供，且由例如最终的使用者将其与抛光组合物的其它组分在使用前不久(例如，在使用前1周或更短时间、在使用前1天或更短时间、在使用前1小时或更短时间、在使用前10分钟或更短时间、或在使用前1分钟或更短时间)合并。其它的两个容器、或三个或更多个容器、抛光组合物的组分的组合在本领域普通技术人员的知识范围内。
虽然抛光系统的抛光组合物的组分可在使用前或甚至在使用前不久良好地组合，但可在使用点或在使用点附近合并抛光组合物的组分。如本文所使用的，术语“使用点”是指抛光组合物与基板表面相接触的点。当用使用点混合来合并抛光组合物的组分时，将抛光组合物的组分分别储存在两个或更多个储存设备中。
为了在使用点或在使用点附近混合储存设备中所含有的抛光组合物的组分，储存设备通常提供有一条或多条从各储存设备通向抛光组合物的使用点(例如，工作台(platen)或基板表面)的流体线路(flow line)。术语“流体线路”是指从单独的储存容器到其中储存的组分的使用点的流体的路径。所述一条或多条流体线路可各自直接通向使用点，或者，在使用多于一条流体线路的情况下，两条或更多条流体线路可在任何点合并为单一的通向使用点的流体线路。此外，任何所述一条或多条流体线路(例如，单独的流体线路或合并的流体线路)均可在到达组分的使用点之前首先通到一个或多个其它设备(例如，抽吸设备、测量设备、混合设备等)。
抛光组合物的组分可独立地传送至使用点(例如，在抛光加工过程中，将这些组分传送至基板表面，这些组分在基板表面混合)，或者这些组分可在传送至使用点前不久合并。若这些组分在到达使用点前10秒钟内合并、优选在到达使用点前5秒钟内合并、更优选在到达使用点前1秒钟内合并、或甚至在组分传送至使用点的同时合并(例如，这些组分在分配器中合并)，则这些组分“在传送至使用点前不久”合并。若这些组分在使用点的5m之内，例如，在使用点的1m之内或甚至在使用点的10cm之内(例如，在使用点的1cm之内)合并，则这些组分也是“在传送至使用点前不久”合并。
当抛光系统的抛光组合物的两种或更多种组分在到达使用点前合并时，这些组分可在流体线路中合并而且传送至使用点而不使用混合设备。或者，一条或多条流体线路可通到混合设备中以促进两种或更多种组分的合并。可使用任何合适的混合设备。例如，该混合设备可为两种或更多种组分经其流过的喷嘴或喷口(例如高压喷嘴或喷口)。或者，该混合设备可为包含一个或多个入口及至少一个出口的容器型混合设备，其中抛光组合物的两种或更多种组分经由所述入口引入混合器，且经混合的组分通过该至少一个出口离开混合器直接或经由装置的其它元件(例如，经由一条或多条流体线路)传送至使用点。此外，混合设备可包含多于一个的腔室，各腔室具有至少一个入口及至少一个出口，其中两种或更多种组分在各腔室中合并。若使用容器型混合设备，则该混合设备优选包含混合机械装置(mixing mechanism)以进一步促进组分的合并。混合机械装置在本领域中已广为人知，且包括搅拌器、掺合机、搅动器、叶片式折流板(paddled baffle)、气体分布器(gas sparger)系统、振动器等。
本发明进一步提供一种使用本文所述的抛光系统抛光基板的方法。所述抛光基板的方法包括：(i)使基板与前述抛光系统接触，及(ii)磨损或移除基板的至少一部分以抛光基板。
具体而言，本发明方法包括以下步骤：(i)使基板与包含抛光组分、足以提供0.1重量％或更多SiO2的量的水溶性硅酸盐化合物、氧化基板的至少一部分的氧化剂、及水的化学机械抛光系统接触，其中该抛光系统的pH值为8至12，及(ii)磨损基板的至少一部分以抛光基板。
根据本发明，基板可通过任何合适的技术以本文所述的抛光系统进行抛光。本发明的方法尤其适合与化学机械抛光(CMP)装置一起使用。通常，该装置包含当使用时处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动所导致的速度的工作台、与工作台接触并且当处于运动中时随工作台一起移动的抛光垫、及固定待通过与抛光垫的表面接触并相对于抛光垫的表面移动而进行抛光的基板的夹持器(carrier)。基板的抛光通过以下方法进行：将基板放置成与本发明的抛光系统接触，且使抛光垫相对于基板移动，其间有抛光系统的其它组分，以磨损及移除基板的一部分，以抛光基板的至少一部分。
该基板可为能通过本发明的方法进行抛光的任何合适的基板。该基板可包括金属(例如，铜、钽、铝、钛、钼等)、金属合金(例如，不锈钢、钴-铬等)、半导体(例如，氮化镓、砷化镓等)、陶瓷(例如，碳化硅)、聚合物(例如，聚碳酸酯)、光学材料(例如，蓝宝石、硫化锌、硒化锌等)、金刚石及绝缘材料。
该基板可包括任何合适的微电子基板(例如，集成电路、金属、ILD层、半导体、薄膜、MEMS、磁头)，且可进一步包括任何合适的绝缘、金属或金属合金层(例如，金属导电层)。优选地，该金属层包含钽。更优选地，该基板进一步包含含铜的金属层。该绝缘层可为金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化有机聚合物、或任何其它合适的高或低k绝缘层。该绝缘层优选包含介电常数为3.5或更低的介电材料。
低介电常数(即低k介电)材料的实例包括(但不限于)氟掺杂二氧化硅、例如碳掺杂二氧化硅(CDO)的经有机改性的硅玻璃、氟化碳、及例如氟化或未经氟化的聚对二甲苯及聚酰亚胺的有机材料。低k介电材料可为多孔的或非多孔的。多孔低介电材料的实例为多孔氢倍半氧硅烷(hydrosilsequioxane)或多孔甲基倍半氧硅烷、例如气凝胶的多孔二氧化硅结构、低温沉积硅碳膜、低温沉积Si-O-C膜及掺杂有甲基的多孔二氧化硅。优选地，该绝缘层为经有机改性的硅玻璃或碳掺杂二氧化硅。
有利的是，本发明的抛光系统允许降低与基板的化学机械抛光相关的摩擦系数，同时维持可接受的抛光速率。
合意地，CMP装置进一步包含原位抛光终点检测系统，其中的许多在本领域中是已知的。通过分析从基板的表面反射的光或其它辐射来检测及监控抛光过程的技术在本领域中是已知的。合意地，对正在抛光的基板的抛光过程的进程的检测或监控使得能够确定抛光终点，即确定何时对特定基板终止抛光过程。
更小实施例进步说明本发明，但当然不应理解为以任何方式限制本发明的范畴。
实施例
此实施例证明在使用本发明方法抛光包含钽的基板中观察到的摩擦系数的减小。
以不同的抛光组合物(抛光组合物A及B)抛光包含250nm钽层的类似基板。各抛光组合物A及B均含有pH值为11的在水中的0.5重量％的二氧化铈及0.20重量％的碘酸钾。抛光组合物B进一步含有3重量％的硅酸钾。
该基板使用聚氨酯抛光垫在Logitech Model CDP抛光机上使用以下抛光参数抛光60秒：基板相对于抛光垫的下压力为13.8kPa(2psi)，工作台转速为66rpm，夹持器转速为70rpm，抛光组合物流速为160mL/min，及使用聚氨酯抛光垫。抛光后，使用电阻率测量法测定移除速率。
通过抛光操作过程中夹持器轴的位移与由抛光垫与基板之间的摩擦而产生的力之间的关系来确定摩擦系数。参考图1，将电性连接至记录设备(20)的非接触电容位移传感器(10)邻近抛光机(40)的夹持器轴(30)放置，其间具有间隙(50)。由在基板的抛光过程中产生的摩擦力导致的力F(60)所引起的夹持器轴的位移导致传感器的输出电压的改变。通过测量传感器输出电压作为在垂直于夹持器轴的中心轴的方向施加到夹持器轴的已知力的函数而获得校正曲线。使用60秒抛光时间内的平均输出电压从校正曲线确定在抛光实验过程中施加到夹持器轴的平均力Fa。从等式μ＝Fa/P由力Fa及基板(80)相对于抛光垫P(90)的下压力(70)计算摩擦系数μ。这些结果列于下表中。
表：硅酸钾对摩擦系数及钽移除速率的影响
Figure A20068004379600161
如从列于该表中的结果可看出的，在本发明的抛光组合物中存在3重量％的硅酸钾导致在包含钽层的基板的抛光中观测到摩擦系数减小约20％，同时钽移除速率仅降低约12％。因此，此实施例的结果证明可由本发明的抛光组合物及方法而实现摩擦减小。

Claims (33)

1.一种用于抛光基板的化学机械抛光系统，其包含：
(a)选自抛光垫、研磨剂、及其组合的抛光组分，
(b)水溶性硅酸盐化合物，其量足以提供0.1重量％或更多SiO2，
(c)氧化基板的至少一部分的氧化剂，及
(d)水，
其中该抛光系统的pH值为8至12。
2.权利要求1的抛光系统，其中该水溶性硅酸盐化合物选自硅酸钾、硅酸钠、偏硅酸钾及偏硅酸钠。
3.权利要求2的抛光系统，其中该水溶性硅酸盐化合物为硅酸钾。
4.权利要求3的抛光系统，其中该硅酸钾以足以提供0.25重量％或更多SiO2的量存在。
5.权利要求3的抛光系统，其中该硅酸钾的SiO2∶K2O摩尔比为2.8至3.9。
6.权利要求5的抛光系统，其中该硅酸钾的SiO2∶K2O摩尔比为3至3.6。
7.权利要求1的抛光系统，其中该氧化剂选自过氧化氢、碘酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐、过氧化单硫酸盐与硫酸盐的复合盐(hydrogenperoxymonosulfate sulfate)、钼酸盐、硝酸铁、硝酸盐、醌、及其组合。
8.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统进一步包含研磨剂，其中该研磨剂悬浮于水中。
9.权利要求8的抛光系统，其中该研磨剂选自氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、及其组合。
10.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统包含抛光垫及研磨剂，其中该研磨剂固定在该抛光垫上。
11.权利要求1的抛光系统，其中该水溶性硅酸盐化合物以0.5重量％或更大的量存在。
12.权利要求1的抛光系统，其中该pH值为9至11。
13.一种对基板进行化学机械抛光的方法，该方法包括：
(i)使基板与化学机械抛光系统接触，该化学机械抛光系统包含：
(a)选自抛光垫、研磨剂、及其组合的抛光组分，
(b)水溶性硅酸盐化合物，其量足以提供0.1重量％或更多SiO2，
(c)氧化基板的至少一部分的氧化剂，及
(d)水，及
(ii)磨损该基板的至少一部分以抛光该基板，
其中该抛光系统的pH值为8至12。
14.权利要求13的方法，其中该水溶性硅酸盐化合物选自硅酸钾、硅酸钠、偏硅酸钾及偏硅酸钠。
15.权利要求14的方法，其中该水溶性硅酸盐化合物为硅酸钾。
16.权利要求15的方法，其中该硅酸钾以足以提供0.25重量％或更多SiO2的量存在。
17.权利要求15的方法，其中该硅酸钾的SiO2∶K2O摩尔比为2.8至3.9。
18.权利要求17的方法，其中该硅酸钾的SiO2∶K2O摩尔比为3至3.6。
19.权利要求13的方法，其中该氧化剂选自过氧化氢、碘酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐、过氧化单硫酸盐与硫酸盐的复合盐、钼酸盐、硝酸铁、硝酸盐、醌、及其组合。
20.权利要求13的方法，其中该抛光系统进一步包含研磨剂，其中该研磨剂悬浮于水中。
21.权利要求20的方法，其中该研磨剂选自氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、及其组合。
22.权利要求13的方法，其中该抛光系统包含抛光垫及研磨剂，其中该研磨剂固定在该抛光垫上。
23.权利要求13的方法，其中该水溶性硅酸盐化合物以0.5重量％或更大的量存在。
24.权利要求13的方法，其中该pH值为9至11。
25.权利要求13的方法，其中该基板包含金属层。
26.权利要求25的方法，其中该金属层包含钽。
27.权利要求26的方法，其中该金属层进一步包含铜。
28.权利要求13的方法，其中该基板包含介电常数为3.5或更低的介电层。
29.权利要求28的方法，其中该介电层为经有机改性的硅玻璃。
30.权利要求28的方法，其中该介电层为碳掺杂二氧化硅。
31.权利要求28的方法，其中该基板进一步包含金属层。
32.权利要求31的方法，其中该金属层包含钽。
33.权利要求32的方法，其中该金属层进一步包含铜。
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