用于钨材料的化学机械抛光的组合物及方法技术

本发明专利技术提供用于抛光含钨基材的化学机械抛光(CMP)方法。随本发明专利技术方法一起使用的抛光组合物包含水性载剂、研磨剂、多氨基化合物、金属离子、螯合剂、氧化剂及任选的氨基酸。本发明专利技术方法有效地移除钨，同时减少表面缺陷，例如，典型地与钨CMP相关的凹坑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及抛光组合物及方法。更具体地说，本专利技术涉及适用于抛光钨表面的化学机械抛光组合物。
技术介绍
半导体晶片典型地包含诸如硅或砷化镓的基材，各种金属层已沉积于其上。钨(W)用于各种半导体应用中，包含作为薄膜层或作为钨插塞以在多层互连之间进行连接。在钨的一种通常用途中，藉由毯覆式钨沉积、接着进行化学机械抛光(CMP)过程而形成金属化通孔或触点。在典型的方法中，通过层间介电质蚀刻“通孔”并通常在该层间介电质上及通孔内形成薄TiN粘合层。接着，在该粘合层上及通孔内沉积钨膜作为毯覆。该沉积持续至该通孔全部充满钨。然后，藉由化学机械抛光移除形成于该层间介电质的顶表面上的金属膜，从而形成金属通孔或插塞。用于基材的表面的CMP的组合物及方法是本领域中公知的。用于半导体基材(例如，集成电路)的含金属表面的CMP的抛光组合物(也称作抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)典型地含有研磨剂、各种添加剂化合物及类似物。在常规CMP技术中，将基材载体或抛光头安装在载体总成上并与CMP装置中的抛光垫接触放置。该载体总成向该基材提供可控压力，促使该基材紧靠该抛光垫。该垫与附着基材的载体彼此相对运动。该垫与基材的相对运动用于研磨该基材的表面以自该基材表面移除部分材料，从而抛光该基材。典型地，藉由抛光组合物的化学活性(例如，藉由氧化剂或其他存在于CMP组合物中的添加剂)及/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性进一步帮助抛光基材表面。典型的研磨材料包含二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化钛。用以移除钨层的CMP方法可不合乎期望地导致在钨层或钨插塞内形成凹坑。当使用过度抛光(over-polishing)以确保完全移除跨过晶片表面的钨膜时，钨凹陷(凹坑，recessing)增加。钨凹陷导致表面的非平面性，其可损害电路的完整性。凹陷还对在器件的后续水平面上的层沉积产生各种复杂情况。对于减少钨凹陷并同时保持有用的钨移除速率的用于含钨基材的CMP的组合物及方法存在持续的需要。本专利技术解决了这些持续的需要。
技术实现思路
描述了一种适用于抛光含钨基材的CMP方法。该方法包括使用CMP抛光组合物研磨该基材的表面，该CMP抛光组合物包括水性载剂流体、基本上由水性载剂流体组成、或者由水性载剂流体组成，该水性载剂流体含有颗粒状硅石研磨剂、多氨基化合物、至少一种选自过渡金属的离子(例如，三价铁离子(ferric ion))及第IIIA/IVA族金属的离子(例如，锡离子)的金属离子、螯合剂、氧化剂及任选的氨基酸。当用于本文描述的组合物中时，这些添加剂导致钨凹坑(其在根据通常的CMP方法抛光钨时出现)的减少。优选地，该颗粒状硅石研磨材料在使用点处以0.05重量百分数(重量％)至3重量％(例如，0.1至1.5重量％)范围内的浓度存在于该组合物中。该颗粒状硅石研磨材料可为任何适合在用于抛光半导体材料的CMP组合物中使用的硅石研磨材料，优选胶体硅石。在一些实施方式中，所述多氨基化合物包括至少一种多(乙烯亚胺)化合物(例如三亚乙基四胺、四亚乙基五胺及五亚乙基六胺)、基本上由至少一种多(乙烯亚胺)化合物(例如三亚乙基四胺、四亚乙基五胺及五亚乙基六胺)组成、或者由至少一种多(乙烯亚胺)化合物(例如三亚乙基四胺、四亚乙基五胺及五亚乙基六胺)组成。优选地，所述多氨基化合物在使用点处以1至2000百万分率(ppm)(例如，5至1000ppm)范围内的浓度存在于该组合物中。该金属离子可在多种氧化态之间循环，且在使用点处优选以5至1000ppm(例如，10至500ppm)范围内的浓度存在于该组合物中。该螯合剂可为任何可螯合该CMP组合物的金属离子组分的化合物，且优选包括至少一种选自以下的化合物、基本上由至少一种选自以下的化合物组成、或者由至少一种选自以下的化合物组成：丙二酸、甲基丙二酸、乙基丙二酸、苯基丙二酸及羟基亚乙基-1,1-二膦酸(例如，DEQUEST 2010)。优选地，该螯合剂在使用点处以10至4000ppm(例如，50至2000ppm)范围内的浓度存在于该组合物中。在一些实施方式中，本文描述的方法利用金属离子与螯合剂的摩尔比在0.5:1至2:1的范围内的抛光组合物。该氧化剂在使用点处优选以0.1至10重量百分数(例如，0.5至5重量％)范围内的浓度存在于该组合物中。在一些优选实施方式中，该氧化剂包括过氧化氢、基本上由过氧化氢组成、或者由过氧化氢组成。该抛光组合物可任选地包含例如浓度在500ppm(0.05重量％)至3000ppm(0.3重量％)范围内的氨基酸。该氨基酸可为任何适合在CMP组合物中作为腐蚀抑制剂使用的氨基酸。在一些实施方式中，该氨基酸包括甘氨酸或赖氨酸、基本上由甘氨酸或赖氨酸组成、或者由甘氨酸或赖氨酸组成。本文描述的CMP方法优选包括以下步骤：使用抛光垫及本专利技术的CMP组合物研磨该基材的表面，及在该抛光垫与该基材之间产生相对运动，同时保持部分该CMP组合物与在该垫与该基材之间的基材表面接触一段足以自该表面移除至少部分钨的时间。附图说明图1提供使用表1中描述为组合物6的CMP组合物自抛光钨图案化晶片获得的钨凹坑深度的图。图2提供使用表1中描述为组合物7的CMP组合物自抛光钨图案化晶片获得的钨凹坑深度的图。具体实施方式描述用于抛光含钨基材的方法，其涉及使用CMP组合物研磨基材表面。在优选实施方式中，藉由在抛光垫与基材之间存在CMP组合物的情况下使该抛光垫与该基材的表面接触来达成研磨。本文描述的方法容许移除或抛光钨层，同时减少出现的钨凹陷的数量。在本文描述的方法中所使用的CMP组合物包括水性载剂流体，其含有：颗粒状硅石研磨剂；多氨基化合物；至少一种选自过渡金属的离子及第IIIA/IVA族金属的离子的金属离子；螯合剂；氧化剂；以及任选的氨基酸。合适的抛光垫可由任何材料(包含固体、发泡体、纺织或非纺织的材料)构成或组成。若需要，则该垫可包含沟槽。用于形成该垫的合适的聚合材料包含例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化物、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、其共形成的产物、以及它们的混合物。可用于本文描述的CMP方法中的硅石研磨材料包含任何适用于半导体材料的CMP的颗粒状硅石研磨材料。胶体硅石是优选的研磨剂。优选地，硅石研磨剂以0.05至3重量百分数(例如，0.1至1.5重量％)范围内的浓度存在于该组合物中。所述研磨剂颗粒优选具有10nm至100nm范围内的平均粒度。这样的硅石材料的实例包含通常具有球形颗粒的硅石、具有扁球形或“茧形”颗粒的硅石及类似物。所述硅石可包括基本上纯的二氧化硅或者可包括掺杂有其他本领域公知的金属(诸如铝或钾)的硅石。合乎期望地，该研磨剂悬浮于该CMP组合物中，更特定言之，悬浮于该CMP组合物的水性组分中。当该研磨剂悬浮于该CMP组合物中时，该研磨剂优选是胶体稳定的。术语“胶体”是指研磨剂颗粒在液体载剂中的悬浮液。“胶体稳定性”是指悬浮液随时间的保持性。在本专利技术的上下文中，如果当将研磨剂置于100mL量筒中并使其无搅动地静置2小时的时间时，量筒底部50mL中的颗粒浓度([B]，以g/mL表示)与量筒顶部50mL中的颗粒浓度([T]，以g/mL表示)之间的差除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于抛光含钨基材的化学机械抛光(CMP)方法，其包括使用CMP组合物研磨该基材的表面，该CMP组合物包括含有以下物质的水性载剂：(a)多氨基化合物；(b)至少一种金属离子，其选自过渡金属的离子及第IIIA/IVA族金属的离子；(c)螯合剂；(d)颗粒状硅石研磨剂；(e)氧化剂；及(f)任选的氨基酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 US 61/951,6701.用于抛光含钨基材的化学机械抛光(CMP)方法，其包括使用CMP组合物研磨该基材的表面，该CMP组合物包括含有以下物质的水性载剂：(a)多氨基化合物；(b)至少一种金属离子，其选自过渡金属的离子及第IIIA/IVA族金属的离子；(c)螯合剂；(d)颗粒状硅石研磨剂；(e)氧化剂；及(f)任选的氨基酸。2.权利要求1的方法，其中该多氨基化合物包括至少一种多(乙烯亚胺)化合物。3.权利要求1的方法，其中该多氨基化合物包括式H2N-(CH2CH2NH)n-CH2CH2-NH2的化合物，其中n为2、3、4或5。4.权利要求1的方法，其中该至少一种金属离子及该螯合剂以0.5:1至2:1的相应摩尔比存在。5.权利要求1的方法，其中该螯合剂包括至少一种选自以下的化合物：丙二酸、甲基丙二酸、乙基丙二酸、苯基丙二酸及羟基亚乙基-1,1-二膦酸。6.权利要求1的方法，其中该硅石研磨剂包括胶体硅石。7.权利要求1的方法，其中该组合物包括至少一种选自甘氨酸及赖氨酸的氨基酸。8.权利要求1的方法，其中该金属离子包括三价铁离子。9.权利要求1的方法，其中该氧化剂包括过氧化氢。10.权利要求1的方法，其中该多氨基化合物在使用点处以1至2000百万分率(ppm)范围内的浓度存在于该组合物中。11.权利要求1的方法，其中该金属离子在使用点处以5至1000ppm范围内的浓度存在于该组合物中。12.权利要求1的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林致安，陈湛，
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