相關申請的交叉引用
本專利申請要求美國臨時專利申請no.62/066,484(2014年10月21日提交)和62/197,992(2015年7月28日提交)的優先權，這兩篇美國臨時專利申請被引入作為參考。
背景技術：
在集成電路及其它電子器件的制造中，多個導電、半導電及介電的材料層沉積至基板表面上或自基板表面移除。隨著材料層依序地沉積至基板上及自基板移除，基板的最上部表面可變得非平坦且需要進行平坦化。對表面進行平坦化或對表面進行“拋光”是這樣的工藝，通過該工藝，自基板的表面移除材料以形成總體上均勻平坦的表面。平坦化可用于移除不合乎期望的表面形貌(topography)及表面缺陷，諸如粗糙表面、經團聚的材料、晶格損傷、刮痕、以及受污染的層或材料。平坦化也可用于通過移除過量的沉積材料而在基板上形成特征，該沉積材料用于填充所述特征并提供用于后續的加工及金屬化水平的均勻表面。
用于對基板表面進行平坦化或拋光的組合物及方法在本領域中是公知的。化學機械平坦化或化學機械拋光(cmp)是用于使基板平坦化的常用技術。cmp采用被稱為cmp組合物或更簡單地被稱為拋光組合物(也被稱作拋光漿料)的化學組合物以用于自基板選擇性地移除材料。典型地，通過使基板的表面與飽含拋光組合物的拋光墊(例如，拋光布或拋光盤)接觸而將拋光組合物施加至基板。典型地，通過拋光組合物的化學活性和/或懸浮于拋光組合物中或結合到拋光墊(例如，固定研磨劑式拋光墊)中的研磨劑的機械活性而進一步輔助基板的拋光。
鈷正在成為用于集成到先進集成電路器件中的金屬。鈷的有效集成將要求具有高移除速率、良好平坦化效率、低凹陷與侵蝕及低缺陷率的cmp方法。在ph9.5及高于ph9.5下，鈷形成不可溶的鈍化氧化物-氫氧化物包覆物。低于該ph，則鈷易于與水反應以形成可溶的水合co(ii)物質。美國專利申請公開2014/0243250a1公開了在ph9.0及高于ph9.0下展現適度的鈷移除速率的拋光組合物，但要求高的顆粒加載量以及高的下壓力，這從經濟和加工的觀點來看是不利的。
因此，在本領域中仍需要提供高的鈷移除速率同時展現可接受的凹陷和侵蝕以及低的缺陷率的拋光組合物。
技術實現要素：
本發明提供化學機械拋光組合物，包含：(a)研磨劑顆粒；(b)鈷促進劑，其選自：具有式nr1r2r3的化合物，其中，r1、r2及r3獨立地選自氫、羧基烷基、經取代的羧基烷基、羥基烷基、經取代的羥基烷基及氨基羰基烷基，其中r1、r2及r3中沒有一個是氫或者其中之一為氫；二羧基雜環；雜環基烷基-α-氨基酸；n-(酰氨基烷基)氨基酸；未經取代的雜環；經烷基取代的雜環；以經取代的烷基取代的雜環；n-氨基烷基-α-氨基酸；及其組合；(c)鈷腐蝕抑制劑；(d)對鈷進行氧化的氧化劑；及(e)水，其中，該拋光組合物具有約3至約8.5的ph。
本發明還提供化學機械拋光基板的方法，包括：(i)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸，該化學機械拋光組合物包含：(a)研磨劑顆粒；(b)鈷促進劑，其選自：具有式nr1r2r3的化合物，其中，r1、r2及r3獨立地選自氫、羧基烷基、經取代的羧基烷基、羥基烷基、經取代的羥基烷基及氨基羰基烷基，其中r1、r2及r3中沒有一個是氫或者其中之一為氫；二羧基雜環；雜環基烷基-α-氨基酸；n-(酰氨基烷基)氨基酸；未經取代的雜環；經烷基取代的雜環；以經取代的烷基取代的雜環；n-氨基烷基-α-氨基酸；及其組合；(c)鈷腐蝕抑制劑；(d)對鈷進行氧化的氧化劑；及(e)水，其中，該拋光組合物具有約3至約8.5的ph；(ii)相對于該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物；及(iii)磨除該基板的至少一部分以拋光該基板。
具體實施方式
本發明提供化學機械拋光組合物，其包含以下物質、基本上由以下物質組成或由以下物質組成：(a)研磨劑顆粒；(b)鈷促進劑，其選自：具有式nr1r2r3的化合物，其中，r1、r2及r3獨立地選自氫、羧基烷基、經取代的羧基烷基、羥基烷基、經取代的羥基烷基及氨基羰基烷基，其中r1、r2及r3中沒有一個是氫或者其中之一為氫；二羧基雜環；雜環基烷基-α-氨基酸；n-(酰氨基烷基)氨基酸；未經取代的雜環；經烷基取代的雜環；以經取代的烷基取代的雜環；n-氨基烷基-α-氨基酸；及其組合；(c)鈷腐蝕抑制劑；(d)對鈷進行氧化的氧化劑；及(e)水，其中，該拋光組合物具有約3至約8.5的ph。
拋光組合物包含研磨劑(即，一種或多種研磨劑)。研磨劑可為呈顆粒的形式的任何適合的研磨劑或研磨劑組合。研磨劑可為任何適合的研磨劑，例如，研磨劑可為天然的或合成的，且可包含金屬氧化物、碳化物、氮化物、金剛砂、金剛石等。研磨劑也可為聚合物顆粒或經涂布的顆粒。研磨劑合乎期望地包含金屬氧化物、基本上由金屬氧化物組成或由金屬氧化物組成。典型地，金屬氧化物選自：氧化硅(silica)、氧化鋁(例如，α氧化鋁顆粒(即，α-氧化鋁)、γ氧化鋁顆粒(即，γ-氧化鋁)、δ氧化鋁顆粒(即，δ-氧化鋁)、或熱解氧化鋁顆粒)、二氧化鈰、氧化鋯、其共形成產物、以及它們的組合。在優選實施方式中，研磨劑顆粒合乎期望地為帶負電荷的(anionic)。
優選地，化學機械拋光組合物包含氧化硅研磨劑。氧化硅可為任何適合的氧化硅，例如，氧化硅可為濕法氧化硅或熱解氧化硅。優選地，氧化硅為濕法氧化硅。
濕法氧化硅可為任何適合的濕法氧化硅。舉例而言，濕法氧化硅可為經縮聚的氧化硅。經縮聚的氧化硅顆粒典型地通過縮合si(oh)4以形成膠體顆粒而制備，其中，膠體被定義為具有介于約1nm與約1000nm之間的平均粒度。這樣的研磨劑顆粒可根據美國專利5,230,833而制備，或可作為各種市售產品中的任一者而獲得，諸如akzo-nobelbindzil50/80產品及nalco1050、1060、2327及2329產品，以及可購自dupont、bayer、appliedresearch、nissanchemical、fuso及clariant的其它相似產品。
研磨劑顆粒可具有任何適合的表面電荷。優選地，研磨劑顆粒為帶負電荷的研磨劑顆粒。“帶負電荷的”意指研磨劑顆粒在拋光組合物的ph下具有負的表面電荷。研磨劑顆粒可在其天然狀態下在拋光組合物的ph下為帶負電荷的，或者，可使用本領域普通技術人員已知的任意方法來使研磨劑顆粒在拋光組合物的ph下為帶負電荷的，所述方法諸如(例如)通過表面金屬摻雜(例如，通過使用鋁離子的摻雜)，或通過運用系栓(tethered)有機酸、系栓的基于硫的酸或系栓的基于磷的酸的表面處理。
研磨劑可具有任何適合的平均粒度(即，平均粒徑)。研磨劑可具有約5nm或更大的平均粒度，例如，約10nm或更大、約15nm或更大、約20nm或更大、約25nm或更大、約30nm或更大、約35nm或更大、或約40nm或更大。可選擇地，或者此外，研磨劑可具有約150nm或更小的平均粒度，例如，約140nm或更小、約130nm或更小、約120nm或更小、約110nm或更小、或約100nm或更小。因此，研磨劑可具有在由以上端點中的任兩者界定的粒度分布中的最大值。舉例而言，研磨劑可具有如下平均粒度：約5nm至約150nm、約10nm至約140nm、約15nm至約130nm、約20nm至約120nm、約20nm至約110nm、約20nm至約100nm、約30nm至約150nm、約30nm至約140nm、約30nm至約130nm、約30nm至約120nm、約30nm至約110nm、約30nm至約100nm、約35nm至約150nm、約35nm至約140nm、約35nm至約130nm、約35nm至約120nm、約35nm至約110nm、或約35nm至約100nm。對于球形研磨劑顆粒，顆粒的大小為顆粒的直徑。對于非球形研磨劑顆粒，顆粒的大小為包圍該顆粒的最小球體的直徑。可使用任何適合的技術(例如，使用激光衍射技術)來量測研磨劑的粒度。適合的粒度量測儀器可購自(例如)malverninstruments(malvern,uk)。
研磨劑顆粒優選地在本發明的拋光組合物中是膠體穩定的。術語膠體是指顆粒在液體載劑(例如，水)中的懸浮液。膠體穩定性是指懸浮液隨時間的保持性。在本發明的上下文中，若出現如下情形便認為研磨劑是膠體穩定的：當將研磨劑置于100ml量筒中且使其無干擾地靜置兩小時之時，量筒的底部50ml中的顆粒濃度([b]，以g/ml為單位)與量筒的頂部50ml中的顆粒濃度([t]，以g/ml為單位)之間的差值除以研磨劑組合物中顆粒的初始濃度([c]，以g/ml為單位)小于或等于0.5(即，{[b]-[t]}/[c]≤0.5)。更優選地，[b]-[t]/[c]的值小于或等于0.3，且最優選地小于或等于0.1。
拋光組合物可包含任何適合量的研磨劑顆粒。若本發明的拋光組合物包含過少的研磨劑，則組合物可能未展現出足夠的移除速率。與此對比，若拋光組合物包含過多的研磨劑，則拋光組合物可能展現出不合乎期望的拋光性能和/或可能不是成本有效的和/或可能缺乏穩定性。拋光組合物可包含約10重量％或更少的研磨劑，例如，約9重量％或更少、約8重量％或更少、約7重量％或更少、約6重量％或更少、約5重量％或更少、約4重量％或更少、約3重量％或更少、約2重量％或更少、約1.5重量％或更少、約1重量％或更少、約0.9重量％或更少、約0.8重量％或更少、約0.7重量％或更少、約0.6重量％或更少、或約0.5重量％或更少的研磨劑。可選擇地，或者此外，拋光組合物可包含約0.05重量％或更多的研磨劑，例如，約0.1重量％或更多、約0.2重量％或更多、約0.3重量％或更多、約0.4重量％或更多、約0.5重量％或更多、或約1重量％或更多。因此，拋光組合物可包含由前述端點中的任兩者界定的量的研磨劑。舉例而言，拋光組合物可包含約0.05重量％至約10重量％的研磨劑，例如，0.1重量％至約10重量％、約0.1重量％至約9重量％、約0.1重量％至約8重量％、約0.1重量％至約7重量％、約0.1重量％至約6重量％、約0.1重量％至約5重量％、約0.1重量％至約4重量％、約0.1重量％至約3重量％、約0.1重量％至約2重量％、約0.2重量％至約2重量％、約0.3重量％至約2重量％、約0.4重量％至約2重量％、約0.5重量％至約2重量％、約0.1重量％至約1.5重量％、約0.2重量％至約1.5重量％、約0.3重量％至約1.5重量％、約0.4重量％至約1.5重量％、約0.5重量％至約1.5重量％、約0.1重量％至約1重量％、約0.2重量％至約1重量％、約0.3重量％至約1重量％、約0.4重量％至約1重量％、或約0.5重量％至約1重量％的研磨劑。
拋光組合物包含鈷促進劑，其選自：具有式nr1r2r3的化合物，其中，r1、r2及r3獨立地選自氫、羧基烷基、經取代的羧基烷基、羥基烷基、經取代的羥基烷基及氨基羰基烷基，其中r1、r2及r3中沒有一個是氫或者其中之一為氫；二羧基雜環；雜環基烷基-α-氨基酸；n-(酰氨基烷基)氨基酸；未經取代的雜環；經烷基取代的雜環；以經取代的烷基取代的雜環；n-氨基烷基-α-氨基酸；及其組合。
鈷促進劑可為選自本文中所敘述的化合物的種類的任何適合的鈷促進劑。在優選實施方式中，鈷促進劑為亞氨基二乙酸、2-[雙(2-羥基乙基)氨基]-2-(羥基甲基)-1,3-丙二醇、二羥乙基甘氨酸(bicine)、吡啶甲酸、二吡啶甲酸、組氨酸、[(2-氨基-2-氧基乙基)氨基]乙酸、咪唑、n-甲基咪唑、賴氨酸、或者它們的組合。
鈷促進劑可以任何適合的濃度存在于拋光組合物中。典型地，鈷促進劑可以約5mm或更大的濃度存在于拋光組合物中，例如，約10mm或更大、約15mm或更大、約20mm或更大、約25mm或更大、約30mm或更大、約35mm或更大、約40mm或更大、約45mm或更大、或約50mm或更大。可選擇地，或者此外，鈷促進劑可以約100mm或更小的濃度存在于拋光組合物中，例如，約95mm或更小、約90mm或更小、約85mm或更小、約80mm或更小、約75mm或更小、約70mm或更小、約65mm或更小、或約60mm或更小。因此，鈷促進劑可以由前述端點中的任兩者界定的濃度存在于拋光組合物中。舉例而言，鈷促進劑可以約5mm至約100mm的濃度存在于拋光組合物中，例如，約5mm至約90mm、約5mm至約80mm、約5mm至約70mm、約5mm至約60mm、約10mm至約100mm、約10mm至約90mm、約10mm至約80mm、約10mm至約70mm、約10mm至約60mm、約20mm至約100mm、約20mm至約90mm、約20mm至約80mm、約20mm至約70mm、或約20mm至約60mm。
拋光組合物包含鈷腐蝕抑制劑。鈷腐蝕抑制劑可為任何適合的鈷腐蝕抑制劑。在實施方式中，鈷腐蝕抑制劑包含陰離子型頭基以及c8-c14脂族尾基，例如，c8-c14烷基或c8-c14烯基尾基。陰離子型頭基可為任何適合的陰離子型頭基。在優選實施方式中，鈷腐蝕抑制劑包含具有結構r-con(ch3)ch2cooh的肌氨酸衍生物，其中，con(ch3)ch2cooh形成頭基，且r形成尾基。r基團典型地為c8-c13脂族基，且可為c8-c13烷基或c8-c13烯基，例如，c8烷基、c9烷基、c10烷基、c11烷基、c12烷基、c13烷基、c8烯基、c9烯基、c10烯基、c11烯基、c12烯基、或c13烯基。在其中鈷腐蝕抑制劑為肌氨酸衍生物的優選實施方式中，出于碳計數的目的，尾基的常規命名包括其上連接有r基團的羰基。因此，c12肌氨酸酯是指肌氨酸月桂酰基酯。當尾基為烯基(其中雙鍵不在尾基的末端處)時，烯基可具有e構型或z構型，或可為e異構體與z異構體的混合。鈷腐蝕抑制劑可為單一化合物，或可為兩種或更多種具有陰離子型頭基以及c8-c20脂族尾基的化合物的混合物或兩種或更多種如本文中所描述的具有c7-c19脂族r基團的肌氨酸衍生物的混合物，其限制條件為約75重量％或更多(例如，約80重量％或更多、約85重量％或更多、約90重量％或更多、或約95重量％或更多)的所述化合物包含陰離子型頭基以及c8-c14脂族尾基或為具有c8-c13脂族r基團的肌氨酸衍生物。
拋光組合物可包含任何適合量的鈷腐蝕抑制劑。拋光組合物可包含約1ppm或更多的鈷腐蝕抑制劑，例如，約5ppm或更多、約10ppm或更多、約20ppm或更多、約30ppm或更多、約40ppm或更多、或約50ppm或更多。可選擇地，或者此外，拋光組合物可包含約1000ppm或更少的鈷腐蝕抑制劑，例如，約900ppm或更少、約800ppm或更少、約700ppm或更少、約600ppm或更少、約500ppm或更少、約400ppm或更少、約300ppm或更少、或約200ppm或更少。因此，拋光組合物可包含由前述端點中的任兩者界定的量的鈷腐蝕抑制劑。舉例而言，拋光組合物可包含約1ppm至約1000ppm的鈷腐蝕抑制劑、約10ppm至約900ppm、約10ppm至約800ppm、約10ppm至約700ppm、約10ppm至約600ppm、約10ppm至約500ppm、約10ppm至約400ppm、約20ppm至約300ppm、約30ppm至約200ppm、約30ppm至約150ppm、約30ppm至約100ppm、或約50ppm至約100ppm。
應當理解，取決于拋光組合物的ph，前述肌氨酸衍生物可以鹽(例如，金屬鹽、銨鹽或其類似者)的形式、酸的形式或作為其酸與鹽的混合物而存在。肌氨酸衍生物的酸或鹽形式或其混合物適合用于制備拋光組合物。
拋光組合物包含使過渡金屬氧化的氧化劑。優選地，氧化劑使鈷氧化。氧化劑可為在拋光組合物的ph下具有足夠量值的氧化電位以使鈷氧化的任何適合的氧化劑。在優選實施方式中，氧化劑為過氧化氫。
拋光組合物可包含任何適合量的氧化劑。拋光組合物優選地包含約10重量％或更少(例如，約8重量％或更少、約6重量％或更少、約4重量％或更少、約2重量％或更少、約1重量％或更少、或約0.5重量％或更少)的過氧化氫。
拋光組合物可具有任何適合的ph。典型地，拋光組合物可具有約3或更大的ph，例如，約3.5或更大、約4或更大、約4.5或更大、約5或更大、約5.5或更大、約6或更大、約6.5或更大、或約7或更大。可選擇地，或者此外，拋光組合物可具有約8.5或更小的ph，例如，約8.4或更小、約8.3或更小、約8.2或更小、約8.1或更小、或約8或更小。因此，拋光組合物可具有由針對拋光組合物所敘述的以上端點中的任兩者界定的ph。舉例而言，拋光組合物可具有約3至約8.5的ph，例如，約3.5至約8.5、約4至約8.5、約4.5至約8.5、約5至約8.5、約5.5至約8.5、約6至約8.5、約6.5至約8.5、約6.5至約8.4、約6.5至約8.3、約6.5至約8.2、約6.5至約8.1、或約6.5至約8。
可使用任何適合的酸或堿來調整拋光組合物的ph。適合的酸的非限制性實例包括硝酸、硫酸、磷酸、以及諸如乙酸的有機酸。適合的堿的非限制性實例包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、及氫氧化銨。
化學機械拋光組合物任選地進一步包含一種或多種添加劑。示例性的添加劑包括調理劑、酸(例如，磺酸)、絡合劑(例如，陰離子型聚合物絡合劑)、螯合劑、殺生物劑、阻垢劑、分散劑等。
當存在時，殺生物劑可為任何適合的殺生物劑且可以任何適合的量存在于拋光組合物中。適合的殺生物劑為異噻唑啉酮殺生物劑。殺生物劑在拋光組合物中的量典型地為約1ppm至約50ppm，優選地為約10ppm至約40ppm，更優選地為約20ppm至約30ppm。
可通過任何適合的技術來制備拋光組合物，其中許多技術是本領域技術人員已知的。可以分批或連續工藝來制備拋光組合物。通常，可通過以任何次序組合拋光組合物的組分來制備拋光組合物。如本文中所使用的術語“組分”包括單獨的成分(例如，研磨劑、鈷促進劑、鈷腐蝕抑制劑、氧化劑、任選的ph調節劑等)以及成分(例如，研磨劑、鈷促進劑、鈷腐蝕抑制劑、氧化劑、任選的ph調節劑等)的任何組合。
舉例而言，可將研磨劑分散于水中。然后，可通過能夠將組分結合到拋光組合物中的任何方法來添加及混合鈷促進劑和鈷腐蝕抑制劑。可在制備拋光組合物期間的任何時刻添加氧化劑。可在使用之前制備拋光組合物，其中恰好在使用之前(例如，在使用之前約1分鐘內，或在使用之前約1小時內，在使用之前約7天內，或在使用之前約14天內)將一種或多種組分(諸如氧化劑)添加至拋光組合物。也可通過在拋光操作期間將組分混合于基板的表面處來制備拋光組合物。
可將拋光組合物作為包含研磨劑、鈷促進劑、鈷腐蝕抑制劑、氧化劑、任選的ph調節劑及水的單包裝體系供應。可選擇地，可將研磨劑作為在水中的分散體供應于第一容器中，且可將鈷促進劑、鈷腐蝕抑制劑、氧化劑、及任選的ph調節劑以干燥形式或作為在水中的溶液或分散體供應于第二容器中。合意的是，相對于拋光組合物的其它組分單獨地供應氧化劑，且在使用前不久(例如，在使用之前2周或2周內，在使用之前1周或1周內，在使用之前1天或1天內，在使用之前1小時或1小時內，在使用之前10分鐘或10分鐘內，或在使用之前1分鐘或1分鐘內)例如由最終使用者將之與拋光組合物的其它組分進行組合。第一或第二容器中的組分可呈干燥形式，而其它容器中的組分可呈水性分散體形式。此外，適合的是使第一及第二容器中的組分具有不同的ph值，或者，可選擇地，具有基本上相似或甚至相等的ph值。拋光組合物的各組分的其它的兩個容器組合、或者三個或更多個容器組合在本領域普通技術人員的知識范圍內。
本發明的拋光組合物還可作為濃縮物提供，該濃縮物意圖在使用之前用適量的水稀釋。在這樣的實施方式中，拋光組合物濃縮物可包含研磨劑、鈷促進劑、鈷腐蝕抑制劑及任選的ph調節劑、具有或不具有氧化劑，其量使得在用適量的水及氧化劑(如果尚未以適當的量存在的話)稀釋濃縮物時，拋光組合物的各組分就將以在上文針對各組分的所敘述的適當范圍內的量存在于拋光組合物中。舉例而言，研磨劑、鈷促進劑、鈷腐蝕抑制劑及任選的ph調節劑可各自以上文針對各組分所敘述的濃度的約2倍(例如，約3倍、約4倍、或約5倍)大的量的濃度而存在，使得當用等體積的(例如，分別用2倍等體積的水、3倍等體積的水、或4倍等體積的水)以及適當量的氧化劑稀釋濃縮物時，各組分將以在上文針對各組分所闡述的范圍內的量存在于拋光組合物中。此外，如本領域普通技術人員將理解的，濃縮物可含有存在于最終拋光組合物中的適當分率的水，以便確保其它組分至少部分地或完全地溶解于濃縮物中。
本發明還提供化學機械拋光基板的方法，包括：(i)使基板與如本文中所描述的拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；(ii)相對于基板移動拋光墊，其中化學機械拋光組合物在拋光墊與基板之間；及(iii)磨除基板的至少一部分以拋光該基板。
待使用本發明的方法拋光的基板可為任何適合的基板，尤其是含有鈷的基板。優選的基板包含至少一個層，尤其是用于拋光的暴露層，其包含鈷、基本上由鈷組成或由鈷組成，使得至少一部分的鈷被磨除(即移除)以拋光該基板。特別適合的基板包括但不限于用于半導體工業中的晶片。晶片典型地包含(例如)以下物質或由(例如)以下物質組成：金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬復合物、金屬合金、低介電材料、或者它們的組合。本發明的方法也可用于拋光包含鈷及鈷合金的基板，其可用于燃氣輪機及噴氣式飛機發動機用的渦輪葉片、整形外科植入物、修復用部件(諸如髖部及膝部的替換物)、牙齒修復物、高速鋼鉆頭及永磁鐵中。
本發明的拋光方法特別適于結合化學機械拋光(cmp)裝置而使用。典型地，該裝置包括：平臺，其在使用中時處于運動中且具有由軌道、線性或圓周運動引起的速度；拋光墊，其與平臺接觸且在運動中時隨著平臺而移動；及載體，其固持待通過接觸拋光墊的表面且相對于拋光墊的表面移動而拋光的基板。基板的拋光通過如下方式進行：將基板置放成與拋光墊及本發明的拋光組合物接觸，且然后使拋光墊相對于基板移動，以便磨除基板的至少一部分以拋光該基板。
基板可利用該化學機械拋光組合物以及任何適宜的拋光墊(例如，拋光表面)來平坦化或拋光。適宜的拋光墊包括(例如)紡織及非紡織的拋光墊。而且，適宜的拋光墊可包含具有各種密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮回彈能力、及壓縮模量的任何適宜的聚合物。適宜的聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、氟碳化合物、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、聚異氰脲酸酯、其共形成產物、及其混合物。
合意的是，該cmp裝置進一步包括原位拋光終點檢測系統，其中的許多是本領域中已知的。通過分析從工件表面反射的光或其它輻射來檢查和監控拋光過程的技術是本領域中已知的。這樣的方法描述于例如美國專利5,196,353、美國專利5,433,651、美國專利5,609,511、美國專利5,643,046、美國專利5,658,183、美國專利5,730,642、美國專利5,838,447、美國專利5,872,633、美國專利5,893,796、美國專利5,949,927及美國專利5,964,643中。合意的是，對于正被拋光的工件的拋光過程的進展的檢查或監控使得能夠確定拋光終點，即，確定何時終止對特定工件的拋光過程。
可以許多種方式來表征化學機械拋光過程，諸如在基板的移除速率、凹陷及侵蝕方面。
可使用任何適合的技術來測定基板的移除速率。用于測定基板的移除速率的適合的技術的實例包括：在使用本發明的拋光方法之前及之后稱重基板以測定每單位拋光時間所移除的基板的量，其可在每單位拋光時間所移除的基板的厚度方面與移除速率相關；及在使用本發明的拋光方法之前及之后測定基板的厚度以直接地量測每單位拋光時間的基板的移除率。
不希望受限于任何具體理論，據信，在3至8.5的ph范圍內，鈷表面由薄的氧化物-氫氧化物層構成。co2+表面可經水解以形成co(oh)2，其為可如下解離成鈷陽離子和氫氧根陰離子的弱堿：
coo+h2o→co(oh)2→co2++2oh-。
有效的鈷促進劑被認為螯合co2+且另外有效地中和所形成的氫氧根，從而避免了ph的增大以及伴隨的鈍化鈷表面的形成。包含胺官能團的促進劑可如下與鈷反應：
co2++2oh-+2rnh→co(rn)2+2h2o。
因此，含氨基的促進劑可螯合或以其它方式配位co2+且另外還有效地中和所形成的氫氧根。
另外，在3至8.5的ph范圍內，鈷表面被認為是帶正電荷的。包含陰離子型頭基以及脂族尾基的腐蝕抑制劑被認為是經由靜電引力而在鈷表面處組合(assemble)。在該特定實施方式中，有效的鈷促進劑在拋光組合物的ph下具有凈負電荷，以便與在鈷表面處的鈷腐蝕抑制劑競爭，且因此允許增大的鈷移除速率。
通過以下實施方式來例示本發明：
1.化學機械拋光組合物，包含：
(a)研磨劑顆粒，
(b)鈷促進劑，其選自：具有式nr1r2r3的化合物，其中，r1、r2及r3獨立地選自氫、羧基烷基、經取代的羧基烷基、羥基烷基、經取代的羥基烷基及氨基羰基烷基，其中r1、r2及r3中沒有一個是氫或者其中之一為氫；二羧基雜環；雜環基烷基-α-氨基酸；n-(酰氨基烷基)氨基酸；未經取代的雜環；經烷基取代的雜環；以經取代的烷基取代的雜環；n-氨基烷基-α-氨基酸；及其組合，
(c)鈷腐蝕抑制劑，
(d)對鈷進行氧化的氧化劑，及
(e)水，
其中該拋光組合物具有約3至約8.5的ph。
2.實施方式1的拋光組合物，其中，該拋光組合物包含約0.1重量％至約2重量％的研磨劑顆粒。
3.實施方式1或2的拋光組合物，其中，該鈷促進劑選自亞氨基二乙酸、吡啶甲酸、二吡啶甲酸、二羥乙基甘氨酸、[(2-氨基-2-氧基乙基)氨基]乙酸、賴氨酸、咪唑、組氨酸、2-[雙(2-羥基乙基)氨基]-2-(羥基甲基)-1,3-丙二醇、及其組合。
4.實施方式1-3中任一項的拋光組合物，其中，該鈷促進劑以約5mm至約100mm的濃度存在于該拋光組合物中。
5.實施方式1-4中任一項的拋光組合物，其中，該鈷腐蝕抑制劑包含陰離子型頭基以及c8-c14脂族尾基。
6.實施方式1的拋光組合物，其中，該鈷腐蝕抑制劑具有下式：rcon(ch3)cooh，其中r為c8-c13脂族基。
7.實施方式1-6中任一項的拋光組合物，其中，該拋光組合物包含約10ppm至約1000ppm的該鈷腐蝕抑制劑。
8.實施方式1-7中任一項的拋光組合物，其中，該氧化劑為過氧化氫。
9.實施方式1-8中任一項的拋光組合物，其中，該拋光組合物具有約7至約8的ph。
10.化學機械拋光基板的方法，包括：
(i)使基板與拋光墊及實施方式1-9中任一項的化學機械拋光組合物接觸，
(ii)相對于該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物，及
(iii)磨除該基板的至少一部分以拋光該基板。
11.實施方式10的方法，其中，該基板包含鈷，而且，該鈷的至少一部分被磨除以拋光該基板。
12.實施方式10或11的方法，其中，該基板包含半導體器件。
以下實施例進一步說明本發明，但當然不應被認作以任何方式限制其范圍。
實施例1
該實施例表明了由包含鈷促進劑且無鈷腐蝕抑制劑的拋光組合物展現出的鈷移除速率。運用拋光組合物1a至1v來拋光包含鈷毯覆層的單獨的基板。拋光組合物1a至1s為本發明的拋光組合物。拋光組合物1t至1v為對比拋光組合物。所有的拋光組合物均含有0.5重量％的具有70nm平均粒度的濕法氧化硅(自日本fusochemicalco.獲得的氧化硅)、ph為5至7的1重量％的過氧化氫、以及濃度為約40mm的促進劑。所述促進劑是如表1中所闡述的。在拋光之后，測定鈷的移除速率，且結果闡述在表1中。相對于針對含有甘氨酸的拋光組合物1r所觀測到的移除速率計算相對速率。
表1
如自表1中所闡述的結果明晰的，含有40mm促進劑的本發明拋光組合物1a至1q展現出這樣的鈷移除速率，其為含有甘氨酸的對比拋光組合物1r的鈷移除速率的約1.9-4.0倍。
實施例2
該實施例表明了由包含鈷促進劑的拋光組合物在具有及不具有鈷腐蝕抑制劑的兩種情況下展現出的鈷移除速率。
運用16種不同的拋光組合物在一側上分別地拋光十六個包含鈷毯覆層的相似基板。拋光組合物中的每一者均包含1重量％的濕法氧化硅及1重量％的過氧化氫。單個的拋光組合物進一步含有作為鈷促進劑的二羥乙基甘氨酸、hepes((4-(2-羥基乙基)-1-哌嗪乙磺酸))、乙醇胺、n-甲基咪唑、三乙醇胺、次氨基三乙酸、二吡啶甲酸或亞氨基二乙酸，而且，在以下二者中擇一：無鈷腐蝕抑制劑，或者，75ppm的n-椰油酰基肌氨酸(即，鈷腐蝕抑制劑)。
在拋光之后，針對每個基板，測定鈷移除速率。結果闡述在表2中。表2進一步闡述了在存在鈷腐蝕抑制劑的情況下所觀測到的移除速率與在不存在鈷腐蝕抑制劑的情況下的移除速率相比較的變化百分數，以及在所指示的ph下的鈷腐蝕抑制劑的凈電荷。
表2
如自表1中所闡述的結果明晰的，帶有在拋光組合物的ph下具有負凈電荷的鈷促進劑的拋光組合物展現出這樣的鈷移除速率，其范圍為：約-27％的降低～約+3％的輕微提高。帶有在拋光組合物的ph下具有中性或正凈電荷的鈷促進劑的拋光組合物展現出顯著降低的鈷移除速率，其范圍為：約-82％的降低～約-99％的降低。
實施例3
該實施例表明了由包含亞氨基二乙酸作為鈷促進劑的根據本發明實施方式的拋光組合物展現出的鈷移除速率。
運用五種不同的拋光組合物(拋光組合物3a至3e)在一側上分別地拋光五個包含鈷毯覆層的不同的基板。所有的拋光組合物均含有2重量％的具有70nm平均粒度的濕法氧化硅或具有100nm平均粒度的濕法氧化硅(這兩種氧化硅均自日本fusochemicalco.獲得)以及1重量％的過氧化氫(在ph為7至8下)。拋光組合物3a(本發明)進一步含有濃度為41mm的亞氨基二乙酸以及具有70nm平均粒度的濕法氧化硅。拋光組合物3b(本發明)進一步含有濃度為41mm的亞氨基二乙酸以及具有100nm平均粒度的濕法氧化硅。拋光組合物3c(本發明)進一步含有濃度為100mm的亞氨基二乙酸以及具有100nm平均粒度的濕法氧化硅。拋光組合物3d(對比)進一步含有濃度為41mm的甘氨酸以及具有70nm平均粒度的濕法氧化硅。拋光組合物3e(對比)進一步含有濃度為100mm的甘氨酸以及具有100nm平均粒度的濕法氧化硅。
在拋光之后，針對每個基板，測定鈷移除速率。結果闡述在表3中。
表3
如自表3中所闡述的結果明晰的，含有亞氨基二乙酸的本發明拋光組合物3a至3c展現出這樣的鈷移除速率，其為含有甘氨酸的對比拋光組合物3d及3e的鈷移除速率的約1.93-2.26倍。
將本文中引用的所有參考文獻(包括出版物、專利申請和專利)在此引入作為參考，其參考程度如同各參考文獻被單獨和具體說明以引入作為參考并且各參考文獻在本文中全部闡述一般。
在描述本發明的范圍(特別是所附權利要求的范圍)中使用術語“一個”和“一種”和“該”和“至少一個(種)”以及類似的指示物應理解為包括單數和復數，除非本文中另有說明或上下文明顯矛盾。在一個或多個項目的列表后使用術語“至少一個(種)”(例如，“a和b中的至少一個(種)”)解釋為意指選自所列項目中的一個(種)項目(a或b)或所列項目中的兩個(種)或更多個(種)項目的任何組合(a和b)，除非本文中另有說明或上下文明顯矛盾。術語“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”應理解為開放式術語(即，意味著“包括，但不限于”)，除非另有說明。本文中數值范圍的列舉僅僅用作單獨提及落在該范圍內的每個獨立值的簡寫方法，除非本文中另有說明，并且在說明書中引入每個獨立值，就如同其在這里被單獨列舉一樣。本文描述的所有方法可以任何適宜的順序進行，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾。本文中提供的任何和所有實例、或示例性語言(如，“例如”)的使用僅用來更好地說明本發明，而不是對本發明的范圍加以限定，除非另有說明。說明書中沒有語言應被理解為是在將任何非要求保護的要素表明為是本發明的實踐所必需的。
本文中描述了本發明的優選實施方式，包括本發明人已知的進行本發明的最佳模式。通過閱讀上述說明書，那些優選實施方式的變化對于本領域的普通技術人員來說將變得明晰。本發明人希望技術人員適當地采用這種變化，且本發明人希望本發明用不同于本文具體描述的方式進行實踐。因此，本發明包括適用法律所允許的、所附權利要求書中所列舉的主題的所有修改和等價物。此外，在其所有可能變化中的上述要素的任意組合包括在本發明中，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾。