铜阻挡物的化学机械抛光组合物制造技术

化学机械抛光组合物，其包含具有结合到其中的化学化合物的胶态氧化硅研磨剂颗粒。所述化学化合物可包括：含氮的化合物，例如氨基硅烷；或者，含磷的化合物。用于采用这样的组合物的方法包括将所述组合物施加至半导体基板以移除铜、铜阻挡物及介电层中至少一者的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜阻挡物的化学机械抛光组合物相关申请本申请要求标题为CopperBarrierPolishingComposition的美国临时申请第62/017,073号以及标题为ColloidalSilicaAbrasiveforaChemicalMechanicalPolishingComposition的美国临时申请第62/017,100号的优先权，这两个申请均是在2014年6月25日提交的。
技术介绍
许多化学-机械抛光(CMP)操作用于半导体器件的生产线前段工艺(front-end-of-the-line；FEOL)及生产线后段工艺(back-end-of-the-line；BEOL)加工这两者。举例而言，通常采用以下CMP操作。浅沟槽隔离(STI)是在晶体管形成之前使用的FEOL工艺。电介质(例如，原硅酸四乙酯(TEOS))沉积于形成在硅晶片中的开口中。接着，使用CMP工艺以移除过量TEOS，导致TEOS的预定图案嵌于该硅晶片中的结构。钨插塞与互连以及铜互连与双镶嵌工艺是BEOL工艺，其用于形成连接元件晶体管的金属线的网络。在这些工艺中，钨或铜金属沉积于形成在介电材料(例如，TEOS)中的开口中。CMP工艺用于自该电介质移除过量钨或铜以在其中形成钨或铜的插塞和/或互连。层间电介质(ILD)材料(例如TEOS)沉积于金属互连水平面(层，level)之间以在所述水平面之间提供电绝缘。通常采用ILDCMP步骤以在构建后续互连水平面之前使所沉积的绝缘材料光滑及平坦化。在常规CMP操作中，待抛光的基板(晶片)安装于载具(抛光头)上，该载具进而安装于载具组件上并且定位成接触CMP装置(抛光工具)中的抛光垫。该载具组件给该基板提供可控的压力，将该基板压靠于该抛光垫上。化学-机械抛光组合物通常施加至该垫的表面，同时该基板及垫相对于彼此移动。基板与垫(及所施加的抛光组合物)的相对运动研磨该基板的表面并自其移除一部分材料，从而抛光该基板。该基板的抛光通常借助于抛光组合物的化学活性(例如，通过化学促进剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。用于抛光(或平坦化)基板表面的化学-机械抛光组合物及方法已为本领域所熟知。用于抛光电介质的抛光组合物(也称为浆料)通常包括氧化硅(silica)或铈土(ceria)研磨剂。所使用的那些氧化硅研磨剂通常具有高的pH值及高的氧化硅浓度(例如，大于12重量％)。用于抛光金属层(例如钨或铜)的抛光组合物通常包含氧化硅或矾土(alumina)研磨剂以及各种化学促进剂，例如氧化剂、螯合剂、催化剂等。如本领域中所熟知的，半导体行业经受持续且严重的价格下滑压力。为了维持经济上有利的CMP工艺，需要高的生产量，因此需要所抛光的原材料的高移除速率(例如，ILDCMP工艺或铜阻挡物CMP工艺可需要TEOS的高移除速率，而钨CMP工艺可需要钨的高移除速率)。该价格下滑压力还延伸至CMP耗材本身(例如，延伸至CMP浆料及垫)。这样的价格压力对浆料配方设计者造成挑战，因为降低成本的压力常常与所需的浆料性能指标相冲突。在该行业中，对于在降低的总成本下提供高生产量的CMP浆料存在实际需要。
技术实现思路
公开了用于对包含铜层的基板(例如，半导体晶片)进行抛光的化学机械抛光组合物。所述抛光组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；以及结合到该胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部的化学物质。所述化学物质为含氮的化合物或含磷的化合物，举例来说，包括氨基硅烷或鏻硅烷化合物。所述抛光配混物可进一步包含：铜抛光抑制剂和铜络合剂中的至少一种；以及氧化剂。附图说明为了更全面地理解本文所公开的主题及其优点，现在参考结合附图的以下描述，所述附图描绘了具有聚集体分布的示例性胶态氧化硅颗粒的透射电子显微照片(TEM)。具体实施方式公开了化学机械抛光组合物。该组合物包含：基于水的液体载剂；以及，分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒。使包含氮或磷的化学物质(例如氨基硅烷化合物)结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，使得所述颗粒优选地在酸性pH值范围内具有永久性正电荷。如下文更详细地阐述的，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可在含有所述化学物质(例如，氨基硅烷化合物)的液体溶液中生长，使得所述化学物质在所述胶态氧化硅颗粒的生长期间变得结合到所述胶态氧化硅颗粒中。所述抛光配混物可进一步包含：铜抛光抑制剂和铜络合剂中的至少一种；以及氧化剂。进一步地，公开了使用上述抛光组合物来化学机械抛光基板的方法。举例而言，对包含铜层和铜阻挡物层(例如钽或钽氮化物(氮化钽，tantalumnitride))的基板进行抛光的方法可包括使该基板接触前述抛光组合物，使该抛光组合物相对于该基板移动，以及研磨该基板以从该基板移除铜层和铜阻挡物层的一部分并从而抛光该基板。所公开的抛光组合物含有悬浮于液体载剂(例如，水)中的研磨剂胶态氧化硅颗粒的分散体。本文所用的术语胶态氧化硅颗粒是指经由湿法工艺(而非产生结构不同的颗粒的火成或火焰水解工艺)制备的氧化硅颗粒。适宜的分散体可包括聚集和非聚集的胶态氧化硅颗粒这两者。如本领域普通技术人员所知的，非聚集的颗粒是单独的离散颗粒，其形状可为球形或接近球形的、但也可具有其它形状。这些非聚集的颗粒被称为初级颗粒。聚集的颗粒为其中多个离散颗粒(初级颗粒)簇集或键合在一起以形成具有通常不规则形状的聚集体的颗粒。聚集的颗粒可包括两个、三个或更多个连接的初级颗粒。如上文所述的，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒包含结合到所述颗粒内(即，在所述颗粒的内部中)的化学物质。该化学物质为含氮化合物或含磷化合物。当该化学物质为含氮化合物时，其优选包括含胺化合物或含铵化合物。当该化学物质为含磷化合物时，其优选包括含膦化合物或含鏻化合物。铵化合物可包含R1R2R3R4N+且鏻化合物可包含R1R2R3R4P+，其中R1、R2、R3、及R4独立地代表氢、C1-C6烷基、C7-C12芳烷基、或C6-C10芳基。这些基团当然可用一个或多个羟基进行进一步取代。示例性的铵化合物可包括四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、乙基三甲基铵、及二乙基二甲基铵。在某些实施方式中，该铵化合物优选不为氨或铵(NH3或NH4+)。示例性的鏻化合物可包括四甲基鏻、四乙基鏻、四丙基鏻、四丁基鏻、四苯基鏻、甲基三苯基鏻、乙基三苯基鏻、丁基三苯基鏻、苄基三苯基鏻、二甲基二苯基鏻、羟甲基三苯基鏻、及羟乙基三苯基鏻。示例性的鏻化合物还可包括鏻硅烷化合物。含氮化合物还可包括具有氨基的物质，例如伯胺、仲胺、叔胺、或季胺化合物。这样的含氮化合物可包括氨基酸，例如具有1至8个碳原子的氨基酸，例如，赖氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、亚氨基二乙酸、丙氨酸、缬氨酸、白氨酸、异白氨酸、丝氨酸、及苏氨酸。在某些实施方式中，所述化学物质可包括优选具有1至6个碳原子的含氮的碱性催化剂。适宜的化合物可包括(例如)乙二胺、氢氧化四甲基铵(TMAH)、或乙氧基丙基胺(EOPA)。在各种实施方式中，在胶态氧化硅研磨剂颗粒中，化学物质对氧化硅的摩尔比优选大于约0.1％(例如，大于约0.2％或大于约0.3％)且小于约10％(例如，小于5％或小于2％)或在约0.1％至约10％的范围内(例如，约0.2％至约5％、约0.2％本文档来自技高网...

【技术保护点】
化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物，其结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部；氧化剂；以及铜抛光抑制剂和铜络合剂中的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.25 US 62/017,073;2014.06.25 US 62/017,1001.化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物，其结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部；氧化剂；以及铜抛光抑制剂和铜络合剂中的至少一种。2.化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部的化学物质，其中所述化学物质为含氮的化合物或含磷的化合物；氧化剂；铜抛光抑制剂和铜络合剂中的至少一种；以及在约3至约7范围内的pH值。3.权利要求1和2之一的组合物，具有在约3至约6范围内的pH值。4.权利要求1-3中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少13毫伏的永久性正电荷。5.权利要求1-4中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有在约30纳米至约70纳米范围内的平均粒径。6.权利要求1-5中任一项的组合物，包含约1重量％至约10重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。7.权利要求1-6中任一项的组合物，包含约2重量％至约6重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。8.权利要求1-7中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的30％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒。9.权利要求1-7中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的50％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒，且所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的20％或更高为单体或二聚体。10.权利要求1和3-9中任一项的组合物，其中，所述氨基硅烷化合物包含丙基、伯胺、或季胺。11.权利要求1和3-10中任一项的组合物，其中，所述氨基硅烷化合物包含双(2-羟乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷)、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基丙基三烷氧基硅烷、氨基丙基三烷氧基硅烷、(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷)、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苄基-N,N,N-三甲基铵、(双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、(N-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚乙烯亚胺、三烷氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、N-苯基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、4-氨基丁基三烷氧基硅烷、或者它们的混合物。12.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：富琳，S格拉宾，J戴萨德，翁巍，刘磊，A利奥诺夫，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：发明
国别省市：美国,US