專利名稱：拋光組合物和拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于例如拋光形成半導(dǎo)體設(shè)備導(dǎo)線布線的拋光組合物，以及使用這種拋光組合物的拋光方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)的大馬士革工藝(damascene process)成為形成半導(dǎo)體設(shè)備的導(dǎo)線布線的主要方法。當(dāng)形成導(dǎo)線布線時(shí)，首先，在設(shè)置于半導(dǎo)體襯底上的絕緣層上形成導(dǎo)線溝，然后，在絕緣層上形成含有鈦或氮化鈦的阻擋層。隨后，在阻擋層上形成導(dǎo)體層使得至少導(dǎo)線溝被導(dǎo)體層填滿，然后，通過化學(xué)機(jī)械拋光除去導(dǎo)線溝之外的導(dǎo)體層部分和阻擋層部分，由此在絕緣層上留下并位于導(dǎo)線溝中的導(dǎo)體層部分作為導(dǎo)線布線。
日本國(guó)家階段公開專利公開No.2000-501771，日本公開專利公開No.10-67986，10-265766和11-116948公開了用于拋光中以除去位于導(dǎo)線溝之外的導(dǎo)體層部分和阻擋層部分的傳統(tǒng)拋光組合物。但是，傳統(tǒng)的拋光組合物不具有以高切削率拋光含鈦的阻擋層的能力。此外，傳統(tǒng)拋光組合物因氟化物的加入而具有降低安全性的問題，以及因加入金屬催化劑而產(chǎn)生半導(dǎo)體設(shè)備的金屬污染問題。
除去位于導(dǎo)線溝外側(cè)的導(dǎo)體層部分和阻擋層部分的拋光可使用兩種或多種拋光組合物來進(jìn)行。更具體地，彼此互不相同的拋光組合物可以在下面的步驟中使用除去位于導(dǎo)線溝外側(cè)的導(dǎo)體層部分以露出阻擋層的上表面，除去位于導(dǎo)線溝外側(cè)的導(dǎo)體層部分的殘留物和位于導(dǎo)線溝外側(cè)的阻擋層部分以暴出絕緣層的上表面。但是，上面的方法用大量的工作來提供兩種或多種拋光組合物和用來替換拋光組合物，因此工作效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能以高切削率拋光鈦金屬的拋光組合物，并提供一種使用這種拋光組合物的拋光方法。
為了達(dá)到前述和其他目的，按照本發(fā)明的目的，提供了一種拋光組合物。用于拋光含鈦物體應(yīng)用中的該拋光組合物包括大于0.1質(zhì)量％的膠體二氧化硅，以及水，且pH值為6或更低。
本發(fā)明還提供了一種拋光方法。該方法包括制備上述拋光組合物和使用所制備的拋光組合物拋光含鈦物體。
從下面的描述，結(jié)合附圖和通過對(duì)發(fā)明原理的實(shí)施例的舉例說明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


參照下面的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式以及附圖，可以最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1和2都是舉例說明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的拋光方法的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考圖1和2描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
首先描述形成半導(dǎo)體設(shè)備的導(dǎo)線布線15(見圖2)的方法。當(dāng)形成半導(dǎo)體設(shè)備的導(dǎo)線布線15時(shí)，如圖1所示，首先，在具有導(dǎo)線溝12的絕緣層11上形成阻擋層13和導(dǎo)體層14。絕緣層11可以是任何一種SiO2膜，例如，TEOS膜，BSG膜，PSG膜，BPSG膜，SiOF膜，和SiOC膜。導(dǎo)線溝12按照公知的例如平版印刷技術(shù)和圖案蝕刻技術(shù)形成，以提供預(yù)先設(shè)計(jì)的圖案。
在絕緣層11上形成阻擋層13，以使得在形成導(dǎo)體層14之前，絕緣層11的表面被阻擋層13覆蓋。阻擋層13按照例如PVD法或者CVD法來形成。阻擋層13由鈦化合物例如氮化鈦、鈦或者鈦合金形成。阻擋層13可以是例如包含鈦層或氮化鈦層的單層結(jié)構(gòu)，或包含鈦層和氮化鈦層的雙層結(jié)構(gòu)，或包含兩個(gè)鈦層和夾在兩個(gè)鈦層之間的氮化鈦層的三層結(jié)構(gòu)。相比于導(dǎo)線溝12的深度，阻擋層13的厚度優(yōu)選為足夠地薄。
導(dǎo)體層14形成在阻擋層13上，以使至少導(dǎo)線溝12被導(dǎo)體層14填滿。導(dǎo)體層14按照例如PVD法、CVD法或金屬電鍍法形成。導(dǎo)體層14由導(dǎo)電金屬例如鎢、銅、鋁、釕、鉑、金、鉿、鈷和鎳形成。導(dǎo)體層14優(yōu)選用鎢、銅或鋁形成，因?yàn)檫@類金屬具有高的電導(dǎo)率。
隨后，通過化學(xué)機(jī)械拋光，除去位于導(dǎo)線溝12的外側(cè)的導(dǎo)體層14部分和阻擋層13部分。因此，如圖2所示，位于導(dǎo)線溝12內(nèi)側(cè)的阻擋層13的其他部分和導(dǎo)體層14的其他部分保留在絕緣層11上。位于導(dǎo)線溝12內(nèi)的導(dǎo)體層14部分用作導(dǎo)線布線15。位于導(dǎo)線溝12內(nèi)側(cè)的阻擋層13部分用來防止導(dǎo)線布線15中的金屬原子擴(kuò)散到絕緣層11中。
用來除去位于導(dǎo)線溝12外側(cè)的阻擋層13部分和導(dǎo)體層14部分的化學(xué)機(jī)械拋光在第一至第三拋光步驟中進(jìn)行。在第一拋光步驟中，使用化學(xué)機(jī)械拋光除去一部分位于導(dǎo)線溝12外側(cè)的導(dǎo)體層14部分。第一拋光步驟中的拋光在阻擋層13暴露之前完成。在隨后的第二拋光步驟中，通過化學(xué)機(jī)械拋光除去另一部分位于導(dǎo)線溝12外層的導(dǎo)體層14部分以使阻擋層13的上表面暴露出來。在隨后的第三拋光步驟中，通過化學(xué)機(jī)械拋光除去位于導(dǎo)線溝12外側(cè)的導(dǎo)體層14部分的殘留部分和位于導(dǎo)線溝12外層的阻擋層13部分，以使絕緣層11的上表面暴露出來。
按照本實(shí)施方式的拋光組合物可用于第一至第三的任一步驟中。特別在第三步驟中，優(yōu)選使用該拋光組合物。該拋光組合物包括膠體二氧化硅，氧化劑和水。
拋光組合物中的膠體二氧化硅具有機(jī)械拋光物體的作用，特別是快速拋光鈦材料的作用。通過溶膠-凝膠工藝合成的膠體二氧化硅含有非常少量的雜質(zhì)元素，因此，拋光組合物所包含的膠體二氧化硅優(yōu)選通過溶膠-凝膠工藝合成。按照溶膠-凝膠工藝的膠體二氧化硅的合成包括將硅酸甲酯滴入至由甲醇、氨水和水組成的溶劑中以使硅酸甲酯水解。當(dāng)不必嚴(yán)格地考慮雜質(zhì)元素的污染時(shí)，拋光組合物所包含的膠體二氧化硅可通過離子交換法合成。當(dāng)通過離子交換法合成膠體二氧化硅時(shí)，使用硅酸鈉作為初始材料。
從提高拋光組合物拋光鈦材料的能力的角度考慮，膠體二氧化硅的平均粒徑優(yōu)選為1nm或更大，更優(yōu)選5nm或更大。另一方面，從抑制所謂“腐蝕”現(xiàn)象產(chǎn)生的角度考慮，膠體二氧化硅的平均粒徑優(yōu)選為25nm或更小，更優(yōu)選為20nm或更小，其中，“腐蝕”是指，厚厚地形成導(dǎo)線溝12的區(qū)域的上表面的水平面因腐蝕而降低。當(dāng)膠體二氧化硅的平均粒徑為25nm或更小，或者20nm或更小時(shí)，腐蝕的發(fā)生受到了抑制，因?yàn)閽伖饨M合物拋光絕緣層11的能力被適度地降低了。膠體二氧化硅的平均粒徑能通過測(cè)量膠體二氧化硅的比表面積(用BET法測(cè)量)和膠體二氧化硅的顆粒密度得到。
必要的是，為了使拋光組合物能具有以高切削率拋光鈦材料的能力，拋光組合物中膠體二氧化硅的含量為大于0.1質(zhì)量％。從提高拋光組合物拋光鈦材料的能力的角度考慮，拋光組合物中膠體二氧化硅的含量?jī)?yōu)選為0.2質(zhì)量％或更大，更優(yōu)選0.25質(zhì)量％或更大，最優(yōu)選為0.35質(zhì)量％或更大。另一方面，從提高拋光組合物的分散穩(wěn)定性和抑制膠體二氧化硅的凝聚的角度考慮，拋光組合物中膠體二氧化硅的含量?jī)?yōu)選為1.0質(zhì)量％或更小，更優(yōu)選為0.75質(zhì)量％或更小，最優(yōu)選為0.65質(zhì)量％或更小。
拋光組合物中的氧化劑具有氧化導(dǎo)電金屬的作用，以通過使用膠體二氧化硅來提高導(dǎo)電金屬的機(jī)械拋光。由于高碘酸不含有雜質(zhì)金屬，因此拋光組合物所含氧化劑優(yōu)選為高碘酸。高碘酸具有強(qiáng)烈提高鎢、釕、鉑和鉿材料的機(jī)械拋光的作用。高碘酸可以是原高碘酸(H5IO6)、偏高碘酸(HIO4)、二-中高碘酸(H2I2O9)、中高碘酸(H3IO5)和二-原高碘酸(H8I2O11)中的任何一種。優(yōu)選地，高碘酸為原高碘酸，因?yàn)樗诮M合物中穩(wěn)定，且容易得到。
從提高拋光組合物拋光導(dǎo)電金屬的能力的角度考慮，拋光組合物中氧化劑的含量?jī)?yōu)選為0.5質(zhì)量％或更大，更優(yōu)選為1.0質(zhì)量％或更大。另一方面，從抑制腐蝕發(fā)生的角度考慮，拋光組合物中氧化劑的含量?jī)?yōu)選為3.0質(zhì)量％或更小，更優(yōu)選為2.0質(zhì)量％或更小。當(dāng)氧化劑的含量為3.0質(zhì)量％或更小，或者2.0質(zhì)量％或者更小時(shí)腐蝕的發(fā)生得到了抑制，因?yàn)閽伖饨M合物拋光導(dǎo)體層14和絕緣層11的能力被適度地降低了。
拋光組合物中的水用作分散或溶解拋光組合物中除水之外的組分的介質(zhì)。包含在拋光組合物中的水應(yīng)當(dāng)包括最小限度的雜質(zhì)，因此，優(yōu)選為純水，超純水或者蒸餾水。
本實(shí)施方式的拋光組合物通過將膠體二氧化硅和氧化劑與水混合制得?；旌峡梢允褂靡硇蛿嚢铏C(jī)或者超聲分散混合器來進(jìn)行。
對(duì)于本實(shí)施方式的拋光組合物，可加入熱解法氧化物顆粒。當(dāng)熱解法氧化物顆粒加入到拋光組合物中時(shí)，拋光組合物拋光導(dǎo)電金屬的能力提高。熱解法氧化物顆粒具有機(jī)械拋光物體的作用，特別是迅速拋光導(dǎo)電金屬的作用。
熱解法氧化物顆粒能通過氯化物在氫氧焰中的氣相水解法合成。熱解法氧化物顆粒包括相當(dāng)少量的雜質(zhì)金屬，具有幾個(gè)至數(shù)十個(gè)顆粒三維聚集的鏈結(jié)構(gòu)。
加入到拋光組合物中的熱解法金屬氧化物顆?？梢允菬峤夥ǘ趸?、熱解法氧化鋁、熱解法氧化鈦和熱解法氧化鋯中的任何一種。其中，熱解法二氧化硅和熱解法氧化鋁具有特別高的拋光導(dǎo)電金屬的能力。特別地，當(dāng)熱解法二氧化硅與膠體二氧化硅共存時(shí)，其穩(wěn)定性特別好。因此，加入到拋光組合物中的熱解法金屬氧化物顆粒優(yōu)選為熱解法二氧化硅或者熱解法氧化鋁，更優(yōu)選為熱解法二氧化硅。
從提高拋光組合物拋光導(dǎo)電金屬的能力的角度考慮，加入到拋光組合物中的熱解法氧化物顆粒的平均粒徑優(yōu)選為15nm或更大，更優(yōu)選為21nm或更大。另一方面，從抑制腐蝕的發(fā)生的角度考慮，加入到拋光組合物中的熱解法氧化物顆粒的平均粒徑優(yōu)選為45nm或更小，更優(yōu)選為39nm或更小。當(dāng)加入到拋光組合物中的熱解法氧化物顆粒的平均粒徑為45nm或更小，或者39nm或更小時(shí)，腐蝕的發(fā)生受到抑制，因?yàn)閽伖饨M合物拋光絕緣層11的能力被適度地降低了。熱解法氧化物顆粒的平均粒徑類似于膠體二氧化硅的平均粒徑的情形，能通過測(cè)量熱解法氧化物顆粒的比表面積(用BET法測(cè)量)和熱解法氧化物顆粒的顆粒密度得到。
從提高拋光組合物拋光導(dǎo)體金屬的能力的角度考慮，加入了熱解法氧化物顆粒的拋光組合物中的熱解法氧化物顆粒的含量?jī)?yōu)選為0.5質(zhì)量％或更大，更優(yōu)選為2.5質(zhì)量％或更大，最優(yōu)選為3.5質(zhì)量％或更大。另一方面，從提高拋光組合物的分散穩(wěn)定性和抑制熱解法氧化物顆粒的團(tuán)聚的角度考慮，加入了熱解法氧化物顆粒的拋光組合物中的熱解法氧化物顆粒的含量?jī)?yōu)選為10質(zhì)量％或更小，更優(yōu)選為7.5質(zhì)量％或更小，最優(yōu)選為6.5質(zhì)量％或更小。
當(dāng)熱解法氧化物顆粒加入到拋光組合物中時(shí)，拋光組合物中的熱解法氧化物顆粒的重量與拋光組合物中的膠體二氧化硅和熱解法氧化物顆粒的總重量的比率優(yōu)選在77-97％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為84-95％。當(dāng)這個(gè)比率設(shè)定在上述范圍中時(shí)，拋光組合物拋光鈦材料的能力和拋光組合物拋光導(dǎo)電金屬的能力都尤其得到了顯著的提高。
對(duì)本實(shí)施方式的拋光組合物，可加入用來促進(jìn)氧化劑作用的拋光助劑。加入到拋光組合物中的拋光助劑優(yōu)選為具有氧化特性的金屬鹽，或者硝酸銨。硝酸銨的優(yōu)點(diǎn)是具有適當(dāng)?shù)难趸匦郧也缓须s質(zhì)金屬。
從強(qiáng)烈提高氧化劑作用的角度考慮，加入了拋光助劑的拋光組合物中的拋光助劑的含量?jī)?yōu)選為0.25質(zhì)量％或更大，更優(yōu)選為0.35質(zhì)量％或更大。另一方面，從抑制被拋光組合物腐蝕的角度考慮，加入了拋光助劑的拋光組合物中的拋光助劑的含量?jī)?yōu)選為1.25質(zhì)量％或更小，更優(yōu)選0.75質(zhì)量％或更小，最優(yōu)選為0.65質(zhì)量％或更小。
絕對(duì)必要的是，為了使拋光組合物具有以高切削率拋光鈦材料的能力，本實(shí)施方式的拋光組合物的pH為6或更小。從提高拋光組合物的分散穩(wěn)定性和抑制膠體二氧化硅凝聚的角度考慮，拋光組合物的pH優(yōu)選為4.5或更小，更優(yōu)選為3.0或更小。另一方面，從抑制腐蝕發(fā)生和防止拋光時(shí)所用設(shè)備被腐蝕的角度考慮，拋光組合物的pH優(yōu)選為1.1或更大，更優(yōu)選為2.0或更大。
為了調(diào)節(jié)拋光組合物的pH至理想值，可在本實(shí)施方式的拋光組合物中加入pH調(diào)節(jié)劑。作為加入到拋光組合物中的pH調(diào)節(jié)劑，優(yōu)選不含金屬雜質(zhì)的堿性化合物，具體的可例舉氨水、銨鹽、胺、季銨鹽或季銨堿。其中，特別優(yōu)選季銨堿如氫氧化四甲銨，因?yàn)樗子谔幚怼?br> 本實(shí)施方式的拋光組合物中可以加入阻蝕劑。當(dāng)拋光組合物中加入阻蝕劑時(shí)，拋光組合物對(duì)導(dǎo)體層14的腐蝕會(huì)得到抑制。作為加入到拋光組合物中阻蝕劑，優(yōu)選苯并三唑或其衍生物。苯并三唑或其衍生物具有即使是很小的量也能表現(xiàn)抗蝕作用的優(yōu)點(diǎn)，而且不含有雜質(zhì)金屬元素。
從強(qiáng)烈抑制導(dǎo)體層14因拋光組合物的腐蝕的角度考慮，加入了阻蝕劑的拋光組合物中的阻蝕劑的含量?jī)?yōu)選為0.001質(zhì)量％或更大，更優(yōu)選為0.003質(zhì)量％或更大。另一方面，從抑制拋光組合物拋光導(dǎo)電金屬的能力下降的角度考慮，加入了阻蝕劑的拋光組合物中的阻蝕劑的含量?jī)?yōu)選為0.2質(zhì)量％或更小，更優(yōu)選為0.12質(zhì)量％或更小。
本實(shí)施方式的拋光組合物中可以加入表面活性劑。當(dāng)拋光組合物中加入表面活性劑時(shí)，能夠抑制所謂“表面凹陷(dishing)”現(xiàn)象的發(fā)生，“表面凹陷”是指導(dǎo)線布線15的上表面的水平面降低。作為加入到拋光組合物中的表面活性劑，優(yōu)選為陰離子型表面活性劑或者非離子型表面活性劑。具體地，陰離子型表面活性劑包括羧酸酯，例如脂肪酸酯、N-酰氨酸酯、聚氧乙烯烷基醚羧酸酯、聚氧丙烯烷基醚羧酸酯和?；?；磺酸酯，例如烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽，萘磺酸鹽，磺基丁二酸酯、α-烯烴磺酸鹽和N-?；撬猁}；硫酸酯，例如硫酸化油、烷基硫酸酯、烷基醚硫酸酯、聚氧乙烯烷基烯丙基醚硫酸酯、聚氧丙烯烷基烯丙基醚硫酸酯和烷基酰胺硫酸酯；以及磷酸酯，例如烷基磷酸酯、聚氧乙烯烷基烯丙基醚磷酸酯和聚氧丙烯烷基烯丙基醚磷酸酯。具體地，非離子型表面活性劑包括醚類，例如聚氧乙烯烷基苯基醚、烷基苯基醚、烷基烯丙基縮甲醛聚氧乙烯醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚合物和聚氧乙烯-聚氧丙烯烷基醚；醚-酯類，例如甘油酯的聚氧乙烯醚、山梨聚糖酯的聚氧乙烯醚和山梨糖醇酯的聚氧乙烯醚；以及酯類，例如聚(乙烯乙二醇)脂肪酸酯，甘油酯、聚甘油酯、山梨聚糖酯、丙烯乙二醇酯、蔗糖酯、甲氧基醋酸酯、乙氧基醋酸酯、3-乙氧基丙酸酯和丙胺酸乙酯。非離子型表面活性劑可以是醚，例如聚(乙烯乙二醇)、聚(丙烯乙二醇)、聚(四亞甲基乙二醇)、聚(乙烯乙二醇)烷基醚、聚(乙烯乙二醇)烯基醚、烷基聚(乙烯乙二醇)、烷基聚(乙烯乙二醇)烷基醚、烷基聚(乙烯乙二醇)烯基醚、烯基聚(乙烯乙二醇)、烯基聚(乙烯乙二醇)烷基醚、烯基聚(乙烯乙二醇)烯基醚、聚(丙烯乙二醇)烷基醚、聚(丙烯乙二醇)烯基醚、烷基聚(丙烯乙二醇)、烷基聚(丙烯乙二醇)烷基醚、烷基聚(丙烯乙二醇)烯基醚、烯基聚(丙烯乙二醇)、烯基聚(丙烯乙二醇)烷基醚和烯基聚(丙烯乙二醇)烯基醚；聚羧酸及其鹽，例如聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚賴氨酸、聚蘋果酸、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、聚甲基丙烯酸鈉、聚氨酸、聚馬來酸、聚衣康酸、聚富馬酸、聚對(duì)苯羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸胺、氨基聚丙烯酸胺、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、聚氨酸、聚氨酸銨鹽、聚氨酸鈉鹽和聚乙醛酸；乙烯基聚合物，例如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯醛；或者磺酸及其鹽，例如甲基?；悄懰徜@、甲基牛磺膽酸鈉、甲基硫酸鈉、甲基硫酸銨、丁基硫酸銨、乙烯基磺酸鈉、1-烯丙基磺酸鈉、2-烯丙基磺酸鈉、甲氧甲基磺酸鈉、甲氧甲基磺酸銨、3-乙氧丙基磺酸鈉和磺代丁二酸鈉。其中，優(yōu)選聚羧酸及其鹽，因?yàn)樗鼈兙哂袕?qiáng)的抑制表面凹陷發(fā)生的作用。
本實(shí)施方式的拋光組合物中可以加入有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑用于分散或溶解拋光組合物中的組分，特別是水溶性和水分散性很低的組分。作為加入到拋光組合物中的有機(jī)溶劑，可例舉出如，醇類如甲醇和異丙醇；乙二醇如乙烯乙二醇和丙烯乙二醇。加入了有機(jī)溶劑的拋光組合物中有機(jī)溶劑的含量?jī)?yōu)選為0.5質(zhì)量％或更小。
在本實(shí)施方式的拋光組合物中，每種屬于周期表第2族至第12族的元素以及鋁、鎵、銦、鉈、錫、鉛和鉍的濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(其中，特別是銅、鐵、鎳、鉻和錳的濃度(質(zhì)量分率))優(yōu)選為100ppb或更小，更優(yōu)選為50ppb或更小。上述族數(shù)的符號(hào)基于無(wú)機(jī)化學(xué)IUPAC命名法(1989年修訂版)。上述濃度可以使用例如感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜分析儀(ICP-MS)、感應(yīng)耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、原子吸收光譜儀或者全反射X射線熒光分析儀(TXRF)來測(cè)量。
當(dāng)本實(shí)施方式的拋光組合物用于化學(xué)機(jī)械拋光位于導(dǎo)線溝12外側(cè)的導(dǎo)體層14部分和阻擋層13部分(見圖1)時(shí)，為除去這些部分，導(dǎo)體層14的表面因氧化劑的作用而被氧化，由此導(dǎo)體層14的表面變脆，導(dǎo)體層14變脆的表面因膠體二氧化硅的作用被拋光和去除。因此，本實(shí)施方式的拋光組合物具有以高切削率拋光導(dǎo)體層14的能力。當(dāng)導(dǎo)體層14由鎢形成時(shí)，位于導(dǎo)體層14表面部分的鎢被氧化為三氧化鎢，這樣，導(dǎo)體層14的表面就變脆了。此外，本實(shí)施方式的拋光組合物包括大于0.1質(zhì)量％的具有迅速拋光鈦材料的作用的膠體二氧化硅，因此，當(dāng)阻擋層13由鈦形成時(shí)，本實(shí)施方式的拋光組合物也具有以高切削率拋光阻擋層13的能力。
因此，本實(shí)施方式的拋光組合物具有以高切削率拋光阻擋層13和導(dǎo)體層14的能力。因此，僅使用本實(shí)施方式的拋光組合物就可以對(duì)位于導(dǎo)線溝12的外側(cè)的導(dǎo)體層14部分和阻擋層13部分進(jìn)行拋光和去除，而無(wú)需使用兩種或多種類型的拋光組合物。當(dāng)僅僅使用本實(shí)施方式的拋光組合物對(duì)位于導(dǎo)線溝12的外側(cè)的導(dǎo)體層14部分和阻擋層13部分進(jìn)行拋光和去除時(shí)，將提高工作效率，因?yàn)椴恍枰罅康挠脕硖峁﹥煞N或多種類型的拋光組合物的工作或者大量用來替換拋光組合物的工作。
本發(fā)明可以以下面的形式實(shí)現(xiàn)。
上面的實(shí)施方式的拋光組合物可用于拋光由鈦制成的物體，如用于噴濺的鈦制靶材料、用于氣相沉積的鈦材料，或用于半導(dǎo)體用鈦制模擬晶片。當(dāng)被拋光物體是由鈦形成時(shí)，本實(shí)施方式的拋光組合物可不必包括氧化劑。
拋光組合物可以通過稀釋未稀釋拋光組合物來制備。這種情況是有好處的，因?yàn)閽伖饨M合物能以具有較拋光組合物更小體積的未稀釋拋光組合物的形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
拋光組合物可以在使用拋光組合物之前，通過即時(shí)混合氧化劑和拋光組合物中除氧化劑之外的其他組分來制備。在這種情況中，能抑制儲(chǔ)存過程中氧化劑的分解。
對(duì)拋光組合物，可以加入水溶性聚合物、螯合劑、防腐劑等。
下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)照例。
按照實(shí)施例1-32和對(duì)照例1-5，根據(jù)需要，將熱解法氧化物顆粒、膠體二氧化硅、原高碘酸(氧化劑)、氫氧化四甲基銨(pH調(diào)節(jié)劑)、硝酸銨(拋光助劑)、聚丙烯酸(表面活性劑)和苯并三唑(阻蝕劑)均加入到水中以制備拋光組合物。有關(guān)每種拋光組合物的組分的細(xì)節(jié)和每種拋光組合物的pH值都顯示在表1中。
在下面的條件下，使用每種拋光組合物對(duì)鎢敷層晶片、鈦敷層晶片、氮化鈦敷層晶片和氧化硅(TEOS)敷層晶片一一拋光。使用Kukusai電氣系統(tǒng)服務(wù)有限公司制造的薄層電阻測(cè)量裝置“VR-120”測(cè)量每種敷層晶片在拋光前后的厚度。然后，用厚度減少量，即晶片拋光前后的厚度差除以拋光時(shí)間來確定每種拋光組合物對(duì)每種晶片的切削率。結(jié)果顯示在表2中的“鎢切削率”欄、“鈦切削率”欄、“氮化鈦切削率”欄、“TEOS切削率”欄中。此外，鎢切削率對(duì)鈦切削率的比率顯示在表2中的“鎢/鈦”欄中；鎢切削率對(duì)氮化鈦切削率的比率顯示在其“鎢/氮化鈦”欄中；鎢切削率對(duì)TEOS切削率的比率顯示在其“鎢/TEOS”欄中。
<拋光條件>
拋光機(jī)應(yīng)用材料公司的單面CMP拋光機(jī)“Mirra”拋光墊Rodel公司的聚氨酯層壓拋光墊“IC-1400k-groove”拋光壓力28kPa(＝約4psi)面板轉(zhuǎn)速123轉(zhuǎn)/min拋光組合物的供給率125ml/min載臺(tái)轉(zhuǎn)速121轉(zhuǎn)/min拋光時(shí)間1分鐘表1


*1熱解法二氧化硅具有30nm的平均粒徑*2熱解法二氧化硅具有55nm的平均粒徑
*3熱解法二氧化硅具有20nm的平均粒徑*4熱解法氧化鋁具有30nm的平均粒徑*5膠體二氧化硅具有10nm的平均粒徑*6膠體二氧化硅具有20nm的平均粒徑*7膠體二氧化硅具有35nm的平均粒徑表2


如表2所示，在對(duì)照例1-5中，所有對(duì)鈦敷層晶片的切削率不大于15nm/min，且大部分都更低。從這個(gè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，按照對(duì)照例1-5的拋光組合物都不具有以高切削率拋光鈦材料的能力。對(duì)照例1-3的拋光組合物都不包含膠體二氧化硅被認(rèn)為是每個(gè)對(duì)照例1-3中的鈦敷層晶片的切削率低的原因。對(duì)照例4的拋光組合物中的膠體二氧化硅的含量低至0.1質(zhì)量％(即0.1質(zhì)量％或更低)被認(rèn)為是對(duì)照例4中鈦敷層晶片的切削率低的原因。對(duì)照例5的拋光組合物的pH值為10.5，即大于6，被認(rèn)為是對(duì)照例5中鈦敷層晶片的切削率低的原因。
相反，在實(shí)施例1-32中，所有對(duì)鈦敷層晶片的切削率都高達(dá)30nm/min或更大。從這個(gè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，所有按照實(shí)施例1-32的拋光組合物都具有以高切削率拋光鈦材料的能力。此外，從實(shí)施例31和對(duì)照例1的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，通過加入熱解法二氧化硅至拋光組合物中，拋光組合物拋光鎢材料的能力被提高。
從實(shí)施例1-5的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，為了提高拋光組合物拋光鈦材料的能力，熱解法二氧化硅的含量?jī)?yōu)選為2.5質(zhì)量％或更大，同時(shí)，為了提高拋光組合物拋光鎢材料的能力，熱解法二氧化硅的含量?jī)?yōu)選為4.0質(zhì)量％或更大。從實(shí)施例3和6-8的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，為了提高拋光組合物拋光鈦材料的能力，膠體二氧化硅的含量?jī)?yōu)選為0.5質(zhì)量％或更大。從實(shí)施例14-16的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，為了提高拋光組合物拋光鈦材料的能力，膠體二氧化硅的平均粒徑優(yōu)選為20nm而不是10nm，更優(yōu)選為30nm而不是20nm。從實(shí)施例17-20的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，為了提高拋光組合物拋光鈦材料的能力，高碘酸的含量?jī)?yōu)選為1.0質(zhì)量％或更大，同時(shí)，為了提高拋光組合物拋光鎢材料的能力，高碘酸的含量?jī)?yōu)選為1.5質(zhì)量％或更大。
權(quán)利要求
1.一種用于拋光含鈦物體的應(yīng)用中的拋光組合物，其特征在于，包括大于0.1質(zhì)量％的膠體二氧化硅；和水；且其中，拋光組合物的pH值為6或更小。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光組合物，其特征在于，所述膠體二氧化硅的平均粒徑在1-25nm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光組合物，其特征在于，它進(jìn)一步包括氧化劑，其中，所述物體包括，具有導(dǎo)線溝的絕緣層，設(shè)置在絕緣層上的鈦?zhàn)钃鯇?，以及設(shè)置在阻擋層上的導(dǎo)電金屬導(dǎo)體層，其中，每個(gè)阻擋層和導(dǎo)體層都有一部分位于導(dǎo)線溝的內(nèi)側(cè)和一部分位于導(dǎo)線溝的外側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光組合物，其特征在于，所述氧化劑為高碘酸。
5.如權(quán)利要求3所述的拋光組合物，其特征在于，所述拋光組合物中氧化劑的含量在0.5-3.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的拋光組合物，其特征在于，它進(jìn)一步包括熱解法氧化物顆粒。
7.如權(quán)利要求6所述的拋光組合物，其特征在于，所述熱解法氧化物顆粒包括熱解法二氧化硅、熱解法氧化鋁、熱解法氧化鈦或熱解法氧化鋯。
8.如權(quán)利要求6所述的拋光組合物，其特征在于，所述熱解法氧化物顆粒的平均粒徑在15-45nm的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求6所述的拋光組合物，其特征在于，所述拋光組合物中熱解法氧化物顆粒的含量在0.5-10質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求6所述的拋光組合物，其特征在于，所述拋光組合物中熱解法氧化物顆粒的重量與拋光組合物中膠體二氧化硅和熱解法二氧化硅的總重量的比率在77-97％的范圍內(nèi)。
11.一種拋光方法，其特征在于，它包括制備如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物；用所制備的拋光組合物拋光含鈦物體。
全文摘要
一種拋光組合物，它含有大于0.1質(zhì)量％的膠體二氧化硅和水，且pH值為6或更小。該拋光組合物具有以高切削率拋光鈦材料的能力。因此，該拋光組合物適合用于拋光含鈦物體的應(yīng)用中。
文檔編號(hào)H01L21/321GK1660951SQ200510052880
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者崛川智代, 大野晃司, 玉井一誠(chéng) 申請(qǐng)人:福吉米株式會(huì)社