專(zhuān)利名稱(chēng)：包含表面活性劑的化學(xué)機(jī)械拋光組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拋光組合物及使用該拋光組合物拋光基板的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)增加內(nèi)存或硬盤(pán)容量的需求以及內(nèi)存或硬盤(pán)小型化的趨勢(shì)(因?yàn)橛?jì)算機(jī)設(shè)備中需要更小磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)持續(xù)不斷，強(qiáng)調(diào)內(nèi)存或硬盤(pán)片制造方法的重要性，包括這類(lèi)盤(pán)片的平坦化或拋光，以確保性能最佳。盡管存在幾種用于與半導(dǎo)體裝置制造相關(guān)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物及方法，但是幾乎沒(méi)有常規(guī)的CMP方法或商購(gòu)的CMP組合物非常適于內(nèi)存或硬盤(pán)片的平坦化或拋光。隨著對(duì)增加儲(chǔ)存容量的需求的增加，因此需要改進(jìn)拋光這類(lèi)內(nèi)存或硬盤(pán)片的方法?！皟?nèi)存或硬盤(pán)片”是指以電磁形式保持信息的任何磁盤(pán)、硬盤(pán)、硬盤(pán)片或記憶盤(pán)片。內(nèi)存或硬盤(pán)片通常具有包含鎳-磷的表面，但是內(nèi)存或硬盤(pán)片表面也可以包含任何其它適宜的材料。由于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的讀寫(xiě)頭與內(nèi)存或硬盤(pán)片表面間的距離減小，所以必須提高內(nèi)存或硬盤(pán)片的平坦度。減少內(nèi)存或硬盤(pán)片的缺陷率(換言之，減少表面粗糙度)對(duì)增加記錄密度是必需的。為了增加記錄密度，在內(nèi)存或硬盤(pán)片上每單位面積的記錄密度也必須增加。在拋光內(nèi)存或硬盤(pán)片時(shí)，典型上盤(pán)片邊緣接受到比盤(pán)片其余表面高的來(lái)自?huà)伖夤ぞ叩膲毫?。典型地，拋光使用研磨劑、拋光墊、及液體載體的組合進(jìn)行，其中研磨劑可懸浮在液體載體中，或可固定在拋光墊表面。因?yàn)閽伖夥ㄖ饕梢匝心┖?或墊機(jī)械研磨盤(pán)片所組成，與存在化學(xué)藥品的作用相關(guān)，且研磨的速率至少部分為施加壓力的函數(shù)，盤(pán)片邊緣經(jīng)歷比盤(pán)片其它部分更高速率的研磨。這導(dǎo)致在盤(pán)片邊緣上彎曲或圓形輪廓的形成，在本領(lǐng)域稱(chēng)為磨掉(rub-off或dub-off)。這類(lèi)在盤(pán)片上圓形的區(qū)域?qū)τ涗泚?lái)說(shuō)為不適當(dāng)?shù)摹?如此，若可減少磨掉的量，則可增加盤(pán)片的記憶容量。因此，已擴(kuò)大在改良內(nèi)存或硬盤(pán)片的均勻拋光方法的研究中重要的努力。例如，美國(guó)專(zhuān)利64887 揭示包括拋光材料、拋光加速劑、羥丙基纖維素或羥烷基烷基纖維素及水的拋光組合物。美國(guó)專(zhuān)利6645051揭示包括聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚或聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物、無(wú)機(jī)或有機(jī)酸、研磨劑及水的內(nèi)存硬盤(pán)拋光組合物。然而，這留下對(duì)以高速平坦化或拋光內(nèi)存或硬盤(pán)片同時(shí)將表面缺點(diǎn)最小化的其它組合物或方法的需求。本發(fā)明提供這樣的組合物及方法。本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點(diǎn)以及其它發(fā)明特征由此處提供的發(fā)明描述將變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供包含(a)熱解法氧化鋁、(b) α-氧化鋁、(C) 二氧化硅、(d) 10至 IOOOppm非離子表面活性劑、(e)金屬螯合有機(jī)酸及(f)液體載體的拋光組合物。本發(fā)明還提供包括下面步驟的化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法(i)將基板與拋光墊和包含(a)熱解法氧化鋁、(b) α -氧化鋁、(c) 二氧化硅、(d) 10至IOOOppm非離子表面活性劑、(e)金屬螯合有機(jī)酸及(f)液體載體的化學(xué)機(jī)械拋光組合物接觸，(ii)將拋光墊相對(duì)于基板作移動(dòng)，二者間具有化學(xué)機(jī)械拋光組合物，及(iii)磨掉至少部分基板以?huà)伖饣濉１景l(fā)明的目的通過(guò)以下實(shí)現(xiàn)1. 一種拋光組合物，包含(a)熱解法氧化鋁，(b) α-氧化鋁，(c) 二氧化硅，(d) 10至IOOOppm的非離子表面活性劑，(e)金屬螯合有機(jī)酸，及(f)液體載體。2.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該拋光組合物包含0. 2至1重量％的熱解法氧化鋁，0. 1至1重量％的α -氧化鋁，及0. 1至4重量％的膠體二氧化硅。3.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。4.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自包含丙烯酸的聚合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自一端為全氟化烷基鏈而另一端為羥基或烷基的氧化乙烯線(xiàn)性聚合物。6.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物。7.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該金屬螯合有機(jī)酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸。8.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該液體載體包括水。9.根據(jù)權(quán)利要求8的拋光組合物，其中該拋光組合物的ρΗ為1至7。10.根據(jù)權(quán)利要求9的拋光組合物，其中該拋光組合物的ρΗ為2至5。11.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，還包含選自下列的氧化劑過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫脲，過(guò)硫酸，過(guò)氧乙酸，過(guò)硼酸，它們的鹽，及其組合。12.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，包含(a) 0. 2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b) 0. 1至1重量％的α -氧化鋁，(c)0. 1至4重量％的二氧化硅，(d)10至IOOOppm選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水，其中該拋光組合物的ρΗ為2至5。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光組合物，包含(a) 0. 2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b) 0. 1至1重量％的α -氧化鋁，(c)0. 1至4重量％的二氧化硅，(d) 10至IOOOppm選自具有氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，(f)過(guò)氧化氫，及(g)水，其中該拋光組合物的pH為2至5。14. 一種化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法，包括(i)將基板與拋光墊和包含下面組分的化學(xué)機(jī)械拋光組合物接觸(a)熱解法氧化鋁，(b) α-氧化鋁，(c) 二氧化硅，(d) 10至IOOOppm的非離子表面活性劑，(e)金屬螯合有機(jī)酸，及(f)液體載體，(ii)將拋光墊相對(duì)于基板移動(dòng)，二者間具有化學(xué)機(jī)械拋光組合物，以及(iii)磨掉至少部分基板以?huà)伖庠摶濉?5.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該拋光組合物包含0. 2至1重量％的熱解法氧化鋁，0. 1至1重量％的α -氧化鋁，及0. 1至4重量％的膠體二氧化硅。16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自丙烯酸酯的三元共聚物。18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自一端為全氟化烷基鏈而另一端為羥基或烷基的氧化乙烯線(xiàn)性聚合物。19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺的共聚物。20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該金屬螯合有機(jī)酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸。21.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該液體載體包括水。22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中該拋光組合物的pH為1至7。23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該拋光組合物的pH為2至5。24.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包含選自下列的氧化劑過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫脲， 過(guò)硫酸，過(guò)氧乙酸，過(guò)硼酸，它們的鹽，及其組合。25.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該化學(xué)機(jī)械拋光組合物包含
(a) 0. 2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b) 0. 1至1重量％的α -氧化鋁，(c)0. 1至4重量％的二氧化硅，(d) 10至IOOOppm選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水， 其中該拋光組合物的pH為2至5。26.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該化學(xué)機(jī)械拋光組合物包含(a) 0. 2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b) 0. 1至1重量％的α -氧化鋁，(c)0. 1至4重量％的二氧化硅，(d) 10至IOOOppm選自具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，(f)過(guò)氧化氫，及(g)水，其中該拋光組合物的pH為2至5。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種包含(a)熱解法氧化鋁、(b) α -氧化鋁、(c) 二氧化硅、(d) 10至 IOOOppm的非離子表面活性劑、(e)金屬螯合有機(jī)酸及(f)液體載體的拋光組合物。該拋光組合物適當(dāng)?shù)刈屵吳治g減少同時(shí)讓拋光如內(nèi)存硬盤(pán)的金屬表面的移除速率增強(qiáng)。拋光組合物包含熱解法氧化鋁、α-氧化鋁及二氧化硅的混合物。熱解法金屬氧化物(如熱解法氧化鋁及熱解法二氧化硅)可由任何適當(dāng)揮發(fā)或非揮發(fā)前體制備。熱解法金屬氧化物可由揮發(fā)性前體水解和/或在高溫火焰(H2/空氣或4/CH4/空氣)中氧化前體 (如金屬氯化物)而產(chǎn)生，以產(chǎn)生感興趣的金屬氧化物。熱解法金屬氧化物可由非揮發(fā)性前體通過(guò)將其溶解或分散在適當(dāng)溶劑(如水、醇、或酸-基溶劑)中而制備。含前體的溶液可利用液滴發(fā)生器噴灑到高溫火焰中，之后可收集金屬氧化物聚集體。典型的液滴發(fā)生器包括雙流體噴霧器、高壓噴嘴及超聲波噴霧器。熱解法氧化鋁為無(wú)定形的氧化鋁，而α -氧化鋁是指在1400°C以上的高溫下形成的結(jié)晶多晶型(crystalline polymorph)氧化鋁。α -氧化鋁通常是指包含50重量％或更多的α-多晶型物的氧化鋁。熱解法氧化鋁通常比α-氧化鋁較少研磨作用。兩種形式的氧化鋁在本領(lǐng)域?yàn)槭熘那以趯挿秶念w粒大小及表面積為商業(yè)上可得的。二氧化硅可為任何適宜形式的二氧化硅。優(yōu)選二氧化硅為膠體或熱解法二氧化硅。熱解法二氧化硅是指通過(guò)本文所述的方法生產(chǎn)的材料。在本發(fā)明的上下文中，適宜的膠體二氧化硅包括濕法形式的二氧化硅顆粒(如冷凝聚合的二氧化硅顆粒)。冷凝聚合二氧化硅顆粒通常由冷凝Si (OH)4制備以形成膠體顆粒，這里膠體被定義為具有Inm至IOOOnm的平均顆粒尺寸。這種研磨顆?？筛鶕?jù)美國(guó)專(zhuān)利5230833制備，也可以由各種商售產(chǎn)品的形式得到，例如安科智諾貝爾(Akzo Nobel)的賓得士爾(Bindzil) 50/80產(chǎn)品及納爾科(Nalco) 1050,2327及23 產(chǎn)品，以及其它可由杜邦 (DuPont)、拜爾(Bayer)、應(yīng)用研究(Applied Research)、日產(chǎn)化學(xué)(Nissan Chemical)及科萊恩(Clariant)得到的相似產(chǎn)品?？捎糜诒景l(fā)明的研磨顆粒(即熱解法氧化鋁、α-氧化鋁、二氧化硅及其它這類(lèi)組分)優(yōu)選具有至少3nm或更大(如3至IOOOnm)的平均顆粒尺寸。更優(yōu)選研磨顆粒具有IOnm或更大(如10至500nm甚至50至300nm)的平均顆粒尺寸。通常，研磨顆粒具有 IOOOnm或更小(如800nm或更小)的平均顆粒尺寸。優(yōu)選研磨顆粒具有500nm或更小(如 300nm或更小)的平均顆粒尺寸。拋光組合物可包含任何適當(dāng)比例的熱解法氧化鋁、α -氧化鋁及二氧化硅的混合物。通常，拋光組合物包含0.01重量％或更多(如0.05重量％或更多)的熱解法氧化鋁， 0.01重量％或更多(如0.05重量％或更多)的α-氧化鋁，及0.01重量％或更多(如 0. 05重量％或更多)的二氧化硅。優(yōu)選地，拋光組合物包含5重量％或更少(如2重量％ 或更少)的熱解法氧化鋁，5重量％或更少(如2重量％或更少)的α-氧化鋁，及10重量％或更少(如5重量％或更少)的二氧化硅。更優(yōu)選拋光組合物包含0. 2重量％至1重量％的熱解法氧化鋁，0. 1重量％至1重量％的α-氧化鋁，及0. 1重量％至4重量％的膠體二氧化硅。優(yōu)選研磨顆粒是膠體穩(wěn)定的。術(shù)語(yǔ)膠體是指研磨顆粒于液體載體中的懸浮液。膠體穩(wěn)定性指長(zhǎng)時(shí)間保持懸浮。就本發(fā)明而言，當(dāng)將研磨劑置于IOOml量筒中并使之在不攪拌的情況下靜置2小時(shí)時(shí)，若量筒底部50ml中的顆粒濃度([B]，以g/ml表示)與量筒頂部 50ml中的顆粒濃度([T]，以g/ml表示)之間的差除以研磨組合物中的初始顆粒濃度([C]， 以g/ml表示)小于或等于0.5(即{[B]-[T]}/[C]彡0. 5)，則研磨劑被視為是膠體穩(wěn)定的。 更優(yōu)選{[B]_[T]}/[C]的值小于或等于0.3，最優(yōu)選該值小于或等于0.1。拋光組合物包含非離子表面活性劑。非離子表面活性劑的目的是減少在金屬表面拋光中觀察到的邊拋光量和增強(qiáng)金屬表面的移除速率。在金屬表面的拋光中，通常邊緣經(jīng)歷較高的來(lái)自?huà)伖夤ぞ叩南蛳铝ΑＲ驗(yàn)檠心ゲ糠值貫槭┘釉诒砻嫔系膲毫Φ暮瘮?shù)，金屬邊緣經(jīng)歷比表面其它部分快的金屬侵蝕速率。這樣不平均拋光金屬表面的結(jié)果造成邊緣侵蝕，這在本領(lǐng)域中稱(chēng)之為磨掉。不打算受任何特定理論的束縛，據(jù)信非離子表面活性劑吸附在金屬表面上，進(jìn)而形成潤(rùn)滑膜。表面活性劑存在的典型缺點(diǎn)是降低金屬表面的整體移除速率。表面活性劑在金屬表面上的吸附減少研磨顆粒與金屬表面的接觸，而且由于研磨顆粒與金屬表面的接觸是磨蝕金屬表面的主要機(jī)制，所以移除速率降低，常低于實(shí)用速率，如此限制了表面活性劑在拋光組合物中的可用性。然而，就本發(fā)明的拋光組合物而言，非離子表面活性劑的存在有利地增加整體金屬移除速率。通常，存在于拋光組合物中的非離子表面活性劑的量為至少I(mǎi)Oppm(如10至 IOOOppm)。優(yōu)選地，存在于拋光組合物中的非離子表面活性劑的量為IOOOppm或更少(如 SOOppm或更少，或者600ppm或更少)。若非離子表面活性劑的量太低，則無(wú)法看到添加非離子表面活性劑的優(yōu)點(diǎn)。若非離子表面活性劑的量過(guò)多，則會(huì)觀察到金屬移除速率降低和不利的磨掉效果。
非離子表面活性劑可以是任何適宜的非離子表面活性劑。適宜的非離子表面活性劑包括含有硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。前述共聚物表面活性劑的結(jié)構(gòu)可以是線(xiàn)性的、懸垂的或三硅氧烷類(lèi)型。這類(lèi)共聚物表面活性劑的優(yōu)選實(shí)例可以是商售的具有懸垂結(jié)構(gòu)的硅維特(Silwet )族表面活性劑。包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑可具有任何適宜的分子量或結(jié)構(gòu)。適宜的非離子表面活性劑還包括含有丙烯酸酯的聚合物。優(yōu)選的含有丙烯酸酯的聚合物包含酯單體的醇組分上被氟取代的丙烯酸酯單體，例如其中醇組分的至少一個(gè)氫原子被氟取代。這類(lèi)含有丙烯酸酯的聚合物的優(yōu)選實(shí)例是商業(yè)上可得的福瑞德(Fluorad ) 表面活性劑。適宜的非離子表面活性劑還包括一端具有全氟化烷基鏈而另一端具有羥基或烷基的氧化乙烯的線(xiàn)性聚合物。這類(lèi)聚合物的優(yōu)選實(shí)例包括商業(yè)上得自杜邦(DuPont)的隆尼爾(Zony 1 )系表面活性劑。另外，適宜的非離子表面活性劑還包括具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺的共聚物。這類(lèi)共聚物的優(yōu)選實(shí)例包括商業(yè)上可得自巴斯夫(BASF)的泰厝尼克 (Tetronic )族的嵌段共聚物表面活性劑。拋光組合物還包含金屬螯合有機(jī)酸。金屬螯合有機(jī)酸為能與至少一個(gè)金屬離子形成環(huán)狀化合物(如螯合物)的有機(jī)羧酸。優(yōu)選的金屬螯合有機(jī)酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸，或者任何羧酸或氨基羧酸。拋光組合物可包含任何適量的金屬螯合有機(jī)酸，通常包含0. 0001重量％或更多的這類(lèi)酸。優(yōu)選拋光組合物包含0. 001重量％或更多(如0. 001重量％至0. 5重量％)的金屬螯合有機(jī)酸，更優(yōu)選包含0. 005重量％或更多(如0. 005重量％至0. 25重量％ )的金屬螯合有機(jī)酸。通常，拋光組合物包含1重量％或更少的金屬螯合有機(jī)酸。優(yōu)選拋光組合物包含0. 5重量％或更少(如0. 25重量％或更少)的金屬螯合有機(jī)酸。應(yīng)當(dāng)理解，前述羧酸可以鹽(如金屬鹽、銨鹽等)、酸、或以其部分鹽的形式存在。 例如，酒石酸鹽包括酒石酸及其單鹽和雙鹽。此外，包含堿性官能團(tuán)的羧酸可以其堿性官能團(tuán)的酸加成鹽的形式存在。例如，甘氨酸包括甘氨酸及其酸加成鹽。此外，一些化合物既可充當(dāng)酸又可充當(dāng)螯合劑(如某些氨基酸等)。液體載體用來(lái)促進(jìn)研磨劑(特別是熱解法氧化鋁、α -氧化鋁及二氧化硅)，表面活性劑，金屬螯合有機(jī)酸，及任選添加劑到要拋光或平坦化的適宜基板表面的應(yīng)用。液體載體通常為水性載體且可只是水，可包括水及適當(dāng)可溶于水的溶劑，或者可以是乳液。適宜的可溶于水的溶劑包括醇(如甲醇、乙醇等)。優(yōu)選水性載體由水組成，更優(yōu)選由去離子水組成。拋光組合物可具有任何適當(dāng)?shù)摩薛?。?yōu)選拋光組合物的ρΗ為7或更低(如6或更低)。優(yōu)選拋光組合物的PH為1或更高(如2或更高)。更優(yōu)選拋光組合物的ρΗ為2至 5。拋光組合物的ρΗ可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄟ_(dá)到和/或維持。更具體地，拋光組合物可進(jìn)一步包含PH調(diào)整劑、ρΗ緩沖劑或其組合。ρΗ調(diào)整劑可為任何適當(dāng)?shù)摩薛д{(diào)整化合物。 例如，PH調(diào)整劑可為硝酸、氫氧化鉀或其組合。ρΗ緩沖劑可為任何適當(dāng)緩沖劑，例如，其可以為磷酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、硼酸鹽、銨鹽等。拋光組合物可包含任何適量的PH調(diào)整劑和 /或PH緩沖劑，只要使用適宜的量以達(dá)到和/或維持拋光組合物在前述范圍內(nèi)的PH。拋光組合物還可包含氧化劑。優(yōu)選的氧化劑選自過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫脲，過(guò)硫酸，過(guò)氧乙酸，過(guò)硼酸，它們的鹽類(lèi)，及其組合。當(dāng)氧化劑存在于拋光組合物中時(shí)，優(yōu)選氧化劑占該組合物的 10重量％或更少(如8重量％或更少，或者6重量％或更少)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，拋光組合物包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁， (b)0. 1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0. 1至4重量％的膠體二氧化硅，(d) 10至IOOOppm 的選自包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，拋光組合物包含(a)0.2至1重量％的熱解法氧化鋁，(b)0. 1至1重量％的α-氧化鋁，(c)0. 1至4重量％的膠體二氧化硅，(d)10至IOOOppm選自包含氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物的非離子表面活性劑，(e)酒石酸，及(f)水。拋光組合物可由任何適當(dāng)技術(shù)制備，許多這些技術(shù)是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的。拋光組合物可以分批或連續(xù)方法制備。通常，拋光組合物可通過(guò)按任何次序混合其組分制備。本文中所用術(shù)語(yǔ)“組分”包含個(gè)別成分(如酸、堿等)以及各成分(如酸、堿、表面活性劑等)的混合物。例如，研磨劑可分散在適當(dāng)液體載體中。然后可添加非離子表面活性劑和金屬螯合有機(jī)酸，并以能混合組分至拋光組合物中的任何方法混合。若需要氧化劑，則可在拋光組合物制備中的任何時(shí)間添加氧化劑。拋光組合物可在使用前制備，在正要使用之前(如在使用前1分鐘內(nèi)，或在使用前1小時(shí)內(nèi)，或在使用前7天內(nèi))添加一種或多種組分(如任選的氧化劑)至拋光組合物中。拋光組合物也可以在拋光操作中通過(guò)在基板表面上混合各組分而制備。拋光組合物可以包含熱解法氧化鋁、α -氧化鋁、二氧化硅、非離子表面活性劑、金屬螯合有機(jī)酸及液體載體的一個(gè)包裝系統(tǒng)供應(yīng)。作為選擇，熱解法氧化鋁、α -氧化鋁及二氧化硅可以第一容器中的液體載體中的分散液供應(yīng)，非離子表面活性劑和金屬螯合有機(jī)酸可在第二容器中以干的形式或以在液體載體中的溶液或分散液供應(yīng)。任選的組分(如氧化劑)可置于第一和/或第二容器或第三容器中。此外，在第一或第二容器中的組分可為干的形式，而同時(shí)在相應(yīng)容器中的組分可為水溶液分散液的形式。另外，在第一或第二容器中的組分具有不同PH值為適當(dāng)?shù)?，或作為選擇具有基本上相似(甚至相等)的ρΗ值。若任選的組分(氧化劑)為固體，其可由干的形式或在液體載體中的混合物的形式供給。優(yōu)選氧化劑同拋光組合物其它組分分離地供給，并由例如終端用戶(hù)在使用前(如使用前1周或更短，使用前1天或更短，使用前1小時(shí)或更短，使用前10分鐘或更短，或使用前1分鐘或更短)與拋光組合物的其它組分結(jié)合。其它二容器(或三或更多的容器)的拋光組合物組分的組合在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識(shí)中。本發(fā)明拋光組合物可由打算在使用前以適量液體載體稀釋的濃縮物的形式提供。 在該實(shí)施方案中，拋光組合物濃縮物可包含熱解法氧化鋁、α -氧化鋁、二氧化硅、非離子表面活性劑、金屬螯合有機(jī)酸及液體載體，其含量使得以適當(dāng)量的水稀釋濃縮物后，拋光組合物的每一組分以上面所述每一組分的適當(dāng)范圍內(nèi)的量存在拋光組合物中。例如，熱解法氧化鋁、α-氧化鋁、二氧化硅、非離子表面活性劑及金屬螯合有機(jī)酸每一種可比上面所述每一組分的濃度大2倍(如3倍、4倍、或5倍)的濃度存在，使得當(dāng)濃縮物以等量的液體載體 (如分別以2等體積的液體載體、3等體積的液體載體或4等體積的液體載體)稀釋時(shí)，每一組分將以上面所述每一組分的范圍內(nèi)的量存在拋光組合物中。此外，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解的，濃縮物可含有適當(dāng)比例的存在最終拋光組合物中的液體載體以確保非離子表面活性劑、金屬螯合有機(jī)酸及其它適當(dāng)添加劑至少部分或完全溶解在濃縮物中。盡管拋光組合物可在使用前或甚至使用前的短時(shí)間內(nèi)制好，但是拋光組合物也可以通過(guò)在或接近使用點(diǎn)混合拋光組合物的組分而產(chǎn)生。本文所用術(shù)語(yǔ)“使用點(diǎn)”是指將拋光組合物涂布到基板表面(如拋光墊或基板表面本身)的點(diǎn)。當(dāng)以使用點(diǎn)混合的方式制備拋光組合物時(shí)，拋光組合物的各組分分開(kāi)儲(chǔ)存在二個(gè)或更多的儲(chǔ)存裝置中。為了混合儲(chǔ)存裝置中所含的組分以在或接近使用點(diǎn)產(chǎn)生拋光組合物，儲(chǔ)存裝置通常裝有一條或多條流動(dòng)管線(xiàn)，由各儲(chǔ)存裝置引導(dǎo)到拋光組合物的使用點(diǎn)(如壓磨板 (platen)、拋光墊或基板表面)。術(shù)語(yǔ)“流動(dòng)管線(xiàn)”意指由個(gè)別儲(chǔ)存容器到儲(chǔ)存組分的使用點(diǎn)的流動(dòng)路徑。所述一條或多條流動(dòng)管線(xiàn)可各自直接引導(dǎo)到使用點(diǎn)，或在使用超過(guò)一條流動(dòng)管線(xiàn)的情況下，二條或多條流動(dòng)管線(xiàn)可在任何點(diǎn)結(jié)合成引導(dǎo)至使用點(diǎn)的單一流動(dòng)管線(xiàn)。 此外，一條或多條流動(dòng)管線(xiàn)的任何一條(如個(gè)別流動(dòng)管線(xiàn)或結(jié)合的流動(dòng)管線(xiàn))可在達(dá)到組分的使用點(diǎn)之前先引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)其它裝置(如泵送裝置、測(cè)量裝置、混合裝置等)。拋光組合物的組分可單獨(dú)輸送到使用點(diǎn)(如將組分輸送到基板表面并在拋光過(guò)程中進(jìn)行混合)，或者組分也可以在輸送到使用點(diǎn)前立刻混合。若組分在達(dá)到使用點(diǎn)之前小于10秒混合，以達(dá)到使用點(diǎn)之前小于5秒為優(yōu)選，以達(dá)到使用點(diǎn)之前小于1秒更優(yōu)選，甚至在輸送到使用點(diǎn)的同時(shí)(如組分在分配器混合)，此即“在輸送到使用點(diǎn)之前立刻混合”。 若組分在使用點(diǎn)的5m內(nèi)，如在使用點(diǎn)的Im內(nèi)，甚至在使用點(diǎn)的IOcm內(nèi)(如在使用點(diǎn)的Icm 內(nèi))混合，這也是“在輸送到使用點(diǎn)之前立刻混合”。當(dāng)二種或多種的拋光組合物組分在達(dá)到使用點(diǎn)之前混合時(shí)，組分可在流動(dòng)管線(xiàn)中混合并輸送到使用點(diǎn)而不使用混合裝置。作為選擇，可以將一條或多條流動(dòng)管線(xiàn)引導(dǎo)到混合裝置，以促進(jìn)二種或多種組分的混合。可使用任何適當(dāng)?shù)幕旌涎b置。例如，混合裝置可為二種或多種組分流動(dòng)通過(guò)的噴嘴或噴射頭(如高壓噴嘴或噴射頭)。作為選擇，混合裝置可以是包括一個(gè)或多個(gè)將拋光淤漿的二種或多種組分導(dǎo)入到混合器中的注入口及至少一個(gè)讓混合的組分離開(kāi)混和器輸送(直接或通過(guò)裝置的其它組件(如通過(guò)條或多條流動(dòng)管線(xiàn))) 到使用點(diǎn)的出口的容器型混合裝置。此外，混合裝置可包括一個(gè)以上的小室，每小室具有至少一個(gè)注入口和至少一個(gè)出口，其中二種或多種組分在每小室中混合。若使用容器型混合裝置，則優(yōu)選該混合裝置包括進(jìn)一步促進(jìn)組分混合的混合機(jī)構(gòu)?；旌蠙C(jī)構(gòu)通常是本領(lǐng)域中公知的，包括攪拌器、摻混器、震動(dòng)器、槳擋板、氣體分布器系統(tǒng)、振動(dòng)器等。本發(fā)明還提供一種化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法，包括(i)將基板與拋光墊及包含本文所述組分的拋光組合物接觸，(ii)相對(duì)基板移動(dòng)拋光墊，二者之間具有拋光組合物，及磨掉至少部分基板以?huà)伖饣?。利用本發(fā)明的方法拋光的基板可以是任何適宜的基板。優(yōu)選的基板包括至少一層金屬層。適宜的基板包括但不限于內(nèi)存或硬盤(pán)片、集成電路、金屬、層間介電(ILD)裝置、半導(dǎo)體、微電子機(jī)械系統(tǒng)、鐵電物質(zhì)及磁頭。金屬層可包含任何適當(dāng)金屬。例如，金屬層可包含銅、鉭、鈦、鎢、鋁、鎳、鎳-磷、其組合、及其合金。特別適合的金屬基板包含鋁、鎳-磷涂布的鋁、或鎳涂布的鋁?；暹€可包含至少一層絕緣層。該絕緣層可為金屬氧化物、多孔金屬氧化物、玻璃、有機(jī)聚合物、氟化有機(jī)聚合物、或任何其它適當(dāng)?shù)母呋虻挺式^緣層。本發(fā)明的拋光方法特別適合與化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置相關(guān)的用途。通常，該裝置包括在使用時(shí)運(yùn)動(dòng)且具有由軌道、線(xiàn)性或圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的速度的壓磨板、接觸壓磨板并在運(yùn)動(dòng)時(shí)隨壓磨板移動(dòng)的拋光墊、及通過(guò)接觸并相對(duì)拋光墊表面移動(dòng)支撐欲拋光基板的載體。基板拋光通過(guò)將基板與拋光墊及本發(fā)明拋光組合物接觸且之后拋光墊相對(duì)基板移動(dòng)完成，使至少部分基板磨掉以?huà)伖饣濉１景l(fā)明的拋光方法同樣適合與為拋光內(nèi)存或硬盤(pán)片而設(shè)計(jì)的拋光裝置的聯(lián)合使用。通常，該裝置包括一對(duì)壓磨板(即上壓磨板與下壓磨板)及一對(duì)拋光墊(即固定在上壓磨板的上拋光墊與固定在下壓磨板的下拋光墊)。上壓磨板及上拋光墊有一系列的孔或溝道讓拋光組合物或淤漿通過(guò)上壓磨板及上拋光墊到欲拋光的硬盤(pán)片表面。下壓磨板還包括一系列的內(nèi)和外齒輪，用于旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)盤(pán)片載體。載體支撐一片或多片硬盤(pán)片，使硬盤(pán)片的各主要表面(即上和下表面)可接觸上和下拋光墊。當(dāng)使用時(shí)，硬盤(pán)片表面與拋光墊及拋光組合物或淤漿接觸，上和下壓磨板獨(dú)立地繞共同軸旋轉(zhuǎn)。還驅(qū)動(dòng)下壓磨板的齒輪， 使載體繞在上和下壓磨板和/或上和下拋光墊的表面中的軸線(xiàn)或軸旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生的圓周運(yùn)動(dòng) (因壓磨板及拋光墊的旋轉(zhuǎn))及軌道運(yùn)動(dòng)(因載體的循轉(zhuǎn))的組合平衡地拋光硬盤(pán)片的上和下表面。基板可由化學(xué)機(jī)械拋光組合物以任何適當(dāng)拋光墊(即拋光表面)平坦化或拋光。 適當(dāng)拋光墊包括但不限于例如織物或無(wú)紡物拋光墊。此外，適當(dāng)?shù)膾伖鈮|可包括密度、硬度、厚度、壓縮性能、壓縮后彈回的能力及壓縮模數(shù)變化的任何適當(dāng)聚合物。適當(dāng)?shù)木酆衔锇ɡ缇勐纫蚁?、聚氟乙烯、尼龍、碳氟化物、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、其相應(yīng)的共形成產(chǎn)物、及其混合物。適當(dāng)?shù)兀珻MP裝置還包含原位拋光終點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)，許多此系統(tǒng)為本領(lǐng)域已知的。通過(guò)分析工件表面反射的光或其它輻射檢查并監(jiān)視拋光過(guò)程的技術(shù)為本領(lǐng)域已知的。這類(lèi)方法在例如美國(guó)專(zhuān)利5196353、美國(guó)專(zhuān)利M33651、美國(guó)專(zhuān)利5609511、美國(guó)專(zhuān)利5643046、美國(guó)專(zhuān)利5658183、美國(guó)專(zhuān)利5730642、美國(guó)專(zhuān)利5838447、美國(guó)專(zhuān)利5872633、美國(guó)專(zhuān)利5893796、 美國(guó)專(zhuān)利5949927、及美國(guó)專(zhuān)利5964643中描述。適當(dāng)?shù)?，檢查或監(jiān)視相關(guān)欲拋光工件的拋光過(guò)程的進(jìn)展能決定拋光終點(diǎn)，即決定何時(shí)停止相關(guān)特定工件的拋光過(guò)程。實(shí)施例下面實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明但當(dāng)然不應(yīng)解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在每一個(gè)實(shí)施例中，包含鍍Ni-P的鋁盤(pán)片的相似基板以包含在水中的0. 2重量％ 的熱解法氧化鋁、0. 8重量％的平均0. 35 μ m顆粒直徑的α -氧化鋁、3重量％的膠體二氧化硅、0. 8重量％的酒石酸及1. 2重量％的過(guò)氧化氫的拋光組合物拋光。對(duì)照拋光組合物不含其它成分(即沒(méi)有表面活性劑)。本發(fā)明拋光組合物還包含實(shí)施例中所述的非離子表面活性劑。拋光試驗(yàn)通常包括商業(yè)上可得到的裝有拋光墊的拋光裝置，所有拋光試驗(yàn)的拋光參數(shù)皆相同。下面的拋光，移除速率以A/分鐘測(cè)定，且邊緣拋光參數(shù)使用測(cè)量與遠(yuǎn)離測(cè)試基板邊緣移除材料相比較從邊緣過(guò)量移除的材料的技術(shù)測(cè)定。較低的數(shù)字指示較低程度的邊緣拋光(即較低量的磨掉)。實(shí)施例1本實(shí)施例顯示以本發(fā)明拋光組合物觀察到的選自硅維特表面活性劑的包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元、及氧化丙烯單元的不同共聚物表面活性劑對(duì)于移除速率及邊緣拋光的效果。由鍍Ni-P的鋁盤(pán)片組成的相似基板以不含表面活性劑的對(duì)照拋光組合物及含 200ppm的所述表面活性劑的本發(fā)明拋光組合物拋光。結(jié)果列在表1中。表1 不同硅維特表面活性劑對(duì)于移除速率及邊緣拋光的效果
權(quán)利要求
1.一種拋光組合物，包含(a)約0.2至約1重量％的熱解法氧化鋁，(b)約0.1至約1重量％的α-氧化鋁，(c)約0.1至約4重量％的二氧化硅，其中所述二氧化硅為膠體二氧化硅，(d)約10至約IOOOppm的非離子表面活性劑，(e)金屬螯合有機(jī)酸，(f)氧化劑，其選自過(guò)氧化氫、脲過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硼酸、它們的鹽、以及它們的組合，和(g)液體載體。
2.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自包含硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。
3.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自包含丙烯酸的聚合物。
4.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自一端為全氟化烷基鏈而另一端為羥基或烷基的氧化乙烯線(xiàn)性聚合物。
5.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物。
6.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該金屬螯合有機(jī)酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，順-丁烯二酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸。
7.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該液體載體包括水。
8.權(quán)利要求7的拋光組合物，其中該拋光組合物的pH為約1至約7。
9.權(quán)利要求8的拋光組合物，其中該拋光組合物的pH為約2至約5。
10.權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該氧化劑為過(guò)氧化氫。
11.權(quán)利要求1的拋光組合物，包含(a)約0.2至約1重量％的熱解法氧化鋁，(b)約0.1至約1重量％的α-氧化鋁，(c)約0.1至約4重量％的膠體二氧化硅，(d)約10至約IOOOppm的非離子表面活性劑，其中該非離子表面活性劑選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑，(e)金屬螯合有機(jī)酸，(f)氧化劑，其選自過(guò)氧化氫、脲過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硼酸、它們的鹽、以及它們的組合，和(g)液體載體，其中該液體載體為水， 其中該拋光組合物的PH為約2至約5。
12.權(quán)利要求1的拋光組合物，包含(a)約0.2至約1重量％的熱解法氧化鋁，(b)約0.1至約1重量％的α-氧化鋁，(c)約0.1至約4重量％的膠體二氧化硅，(d)約10至約IOOOppm的非離子表面活性劑，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的乙二胺共聚物，(e)金屬螯合有機(jī)酸，其中該金屬螯合有機(jī)酸為酒石酸，(f)過(guò)氧化氫，和(g)液體載體，其中該液體載體為水， 其中該拋光組合物的PH為約2至約5。
13.一種化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法，包括(i)將基板與拋光墊和包含下面組分的化學(xué)機(jī)械拋光組合物接觸(a)約0.2至約1重量％的熱解法氧化鋁，(b)約0.1至約1重量％的α-氧化鋁，(c)約0.1至約4重量％的二氧化硅，其中所述二氧化硅為膠體二氧化硅，(d)約10至約IOOOppm的非離子表面活性劑，(e)金屬螯合有機(jī)酸，(f)氧化劑，其選自過(guò)氧化氫、脲過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硼酸、它們的鹽、以及它們的組合，和(g)液體載體，( )將拋光墊相對(duì)于基板移動(dòng)，二者間具有所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物，以及 (iii)磨掉至少部分基板以?huà)伖庠摶濉?br> 14.權(quán)利要求13的方法，其中該非離子表面活性劑選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元和氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑。
15.權(quán)利要求13的方法，其中該非離子表面活性劑選自丙烯酸酯的三元共聚物。
16.權(quán)利要求13的方法，其中該非離子表面活性劑選自一端為全氟化烷基鏈而另一端為羥基或烷基的氧化乙烯線(xiàn)性聚合物。
17.權(quán)利要求13的方法，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺的共聚物。
18.權(quán)利要求13的方法，其中該金屬螯合有機(jī)酸選自丙二酸，琥珀酸，己二酸，乳酸，蘋(píng)果酸，檸檬酸，甘氨酸，天冬氨酸，酒石酸，葡萄糖酸，亞氨二乙酸，及反-丁烯二酸。
19.權(quán)利要求13的方法，其中該液體載體包括水。
20.權(quán)利要求19的方法，其中該拋光組合物的pH為約1至約7。
21.權(quán)利要求20的方法，其中該拋光組合物的pH為約2至約5。
22.權(quán)利要求13的方法，其中該氧化劑為過(guò)氧化氫。
23.權(quán)利要求13的方法，其中該化學(xué)機(jī)械拋光組合物包含(a)約0.2至約1重量％的熱解法氧化鋁，(b)約0.1至約1重量％的α-氧化鋁，(c)約0.1至約4重量％的膠體二氧化硅，(d)約10至約IOOOppm的非離子表面活性劑，其中該非離子表面活性劑選自包括硅氧烷單元、氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的共聚物表面活性劑，(e)金屬螯合有機(jī)酸，其中該金屬螯合有機(jī)酸為酒石酸，(f)氧化劑，其選自過(guò)氧化氫、脲過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硼酸、它們的鹽、以及它們的組合，和(g)水，其中該拋光組合物的PH為約2至約5。
24.權(quán)利要求13的方法，其中該化學(xué)機(jī)械拋光組合物包含(a)約0.2至約1重量％的熱解法氧化鋁，(b)約0.1至約1重量％的α-氧化鋁，(c)約0.1至約4重量％的膠體二氧化硅，(d)約10至約IOOOppm的非離子表面活性劑，其中該非離子表面活性劑選自具有氧化乙烯單元及氧化丙烯單元的乙二胺共聚物，(e)金屬螯合有機(jī)酸，其中該金屬螯合有機(jī)酸為酒石酸，(f)過(guò)氧化氫，及(g)液體載體，其中該液體載體為水， 其中該拋光組合物的PH為約2至約5。
25.權(quán)利要求13的方法，其中該基板包含鎳-磷。
26.權(quán)利要求13的方法，其中該基板為內(nèi)存或硬盤(pán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含表面活性劑的化學(xué)機(jī)械拋光組合物，更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種拋光組合物，其包括熱解法氧化鋁，α-氧化鋁，二氧化硅，非離子表面活性劑，金屬螯合有機(jī)酸，及液體載體。本發(fā)明還提供一種化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法，其包括將基板與拋光墊和化學(xué)機(jī)械拋光組合物接觸，并磨掉至少部分基板以?huà)伖庠摶濉?br> 文檔編號(hào)H01L21/321GK102337080SQ201110150388
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者孫韜, 羅伯特·梅茲克 申請(qǐng)人:卡伯特微電子公司