用于钨磨光的组合物制造技术

用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物，其包括水基液体载剂及分散于该液体载剂中的胶体二氧化硅研磨剂颗粒。所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒具有至少6mV的永久正电荷。所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒中的30%或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
用于抛光(或平面化)基板表面的化学机械抛光(CMP)组合物及方法是本领域中所熟知的。用于抛光半导体基板上金属层(例如钨)的抛光组合物(也称为抛光浆液、CMP浆液、及CMP组合物)可包括悬浮于水溶液中的研磨剂颗粒和化学促进剂(例如氧化剂、螯合剂、催化剂等)。在常规CMP操作中，待抛光的基板(晶片)安装于载体(抛光头)上，该载体继而安装于载体总成上及在CMP装置(抛光工具)中与抛光垫接触放置。该载体总成向该基板提供可控压力，将该基板压向该抛光垫。所述基板及垫通过外部驱动力相对于彼此移动。所述基板与垫的相对运动从基板表面磨除及移除一部分材料，从而抛光该基板。通过抛光组合物的化学活性(例如，通过存在于该CMP组合物中的氧化剂及其他化学化合物)及/或悬浮于该抛光组合物中的研磨剂的机械活性，可进一步帮助经由垫与基板的相对移动的基板抛光。在典型的钨插塞及互连工艺中，钨沉积在介电质的上方以及介电质中所形成的开口内。介电层上的过量钨随后在CMP操作期间移除以在介电质内部形成钨插塞及互连。随着半导体器件的特征尺寸持续缩小，满足局部及全面平面性需求已经在CMP操作(例如，钨CMP操作)中变得更加困难。已知，阵列腐蚀(也称为氧化物腐蚀)、插塞及线凹槽(recessing)、及钨蚀刻缺陷会损害平面性及整体器件完整性。例如，过度的阵列腐蚀可导致在后续的光刻步骤中的困难而且引起可降低电效能的电接触问题。钨蚀刻/腐蚀及插塞及线凹槽也可降低电效能或甚至引起器件故障。为满足局部及全面平面性需求，商业化的钨CMP操作有时采用多个抛光步骤。例如，可采用第一步骤来从该基板移除块体钨金属，同时可采用第二步骤来从下部介电层移除任何残留的钨及各种粘合剂层。有时也采用第二抛光步骤来从下部介电层移除缺陷。尽管这样的多步骤抛光操作可改良器件的平面性，但在工业中仍需要进一步改良，尤其是针对适用于第二抛光步骤的钨CMP浆液(或组合物)。
技术实现思路
本专利技术公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物。该组合物包括水基液体载剂及分散于该液体载剂中的胶体二氧化硅研磨剂颗粒。所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒。所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒进一步具有至少6mV的永久正电荷。本专利技术进一步公开了用于化学机械抛光包括钨层的基板的方法。该方法可包括使该基板与上述抛光组合物接触，使该抛光组合物相对于该基板移动，及研磨该基板以从该基板移除一部分钨并从而抛光该基板。附图说明为了更完整地理解所公开的主题及其优点，现参照结合附图1的下文描述，图1描绘了来自分散液的实例胶体二氧化硅颗粒的透射电子显微镜照片(TEM)，其中该分散液中的胶体二氧化硅颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒。具体实施方式本专利技术公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物。该组合物包括水基液体载剂及分散于该液体载剂中的胶体二氧化硅研磨剂颗粒。所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒。所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒进一步具有至少6mV的永久正电荷。该抛光组合物可任选地进一步包括1重量％至4重量％的所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒、含铁的促进剂、氧化剂、在该液体载剂中的处于溶解状态的胺化合物，在3至4范围内的pH，及/或小于1000μS/cm的电导率。所述胶体二氧化硅颗粒的平均粒度可任选地在40nm至70nm范围内。本专利技术进一步公开了用于化学机械抛光包括钨层的基板的方法。该方法可包括使基板与上述抛光组合物接触、使该抛光组合物相对于该基板移动、及研磨该基板以从该基板移除一部分钨并从而抛光该基板。在抛光期间，二氧化硅的移除速率可大于或等于钨的移除速率。该抛光组合物含有悬浮于液体载剂(例如，水)中的胶体二氧化硅研磨剂颗粒分散液。本文使用的术语胶体二氧化硅颗粒是指通过湿法(而非制得结构不同的颗粒的火成或火焰水解法)制备得的二氧化硅颗粒。适宜的分散液可同时包括聚集及非聚集的胶体二氧化硅颗粒。如本领域普通技术人员已知，非聚集颗粒是在形状上可为球形或接近球形的独立的离散颗粒，但也可具有其他形状(例如，一般地，椭圆、正方形、或矩形横截面)。这些非聚集颗粒称为初级颗粒。聚集颗粒是其中多个离散颗粒(初级颗粒)聚集或结合在一起以形成一般具有不规则形状的聚集物的颗粒。用于所公开的抛光组合物中的胶体二氧化硅分散液可称为至少部分聚集的，因为所述分散液中的胶体二氧化硅颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒。优选地，该胶体二氧化硅为沉淀或缩聚的二氧化硅，其可使用本领域普通技术人员已知的任何方法来制备，例如通过溶胶凝胶方法或通过硅酸盐离子交换。缩聚二氧化硅颗粒通常通过缩合Si(OH)4以形成大体上球形的颗粒来制备。前体Si(OH)4可，例如，通过水解高纯度烷氧基硅烷、或通过酸化水性硅酸盐溶液来获得。美国专利第5,230,833号公开一种在溶液中制备胶体二氧化硅颗粒的方法。可(例如)使用多步骤方法来制备部分聚集的分散液(其中在该分散液中的胶体二氧化硅颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒)，其中，首先使初级颗粒在溶液中生长，例如如在该’833专利中所描述的。随后，可将该溶液的pH调节至酸性值持续预定时段以促进聚集(或部分聚集)。任选的最终步骤可允许所述聚集物(及任何残留的初级颗粒)进一步生长。图1为分散液中的实例胶体二氧化硅颗粒的透射电子显微镜照片(TEM)，其中，该分散液中的胶体二氧化硅颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒。该实例TEM在10处描绘了初级颗粒，在20处描绘了包括两个初级颗粒的聚集物，且在30处描绘了包括三个或更多个初级颗粒的聚集物。所显示的实例TEM包括12个胶体二氧化硅颗粒，其中三个为初级颗粒，其中两个为包括两个初级颗粒的聚集物，且剩余七个为包括三个或更多个初级颗粒的聚集物。颗粒的粒度为围绕该颗粒的最小球的直径。该部分聚集的分散液可具有任何适宜的粒度，例如，在5至150nm范围内的平均粒度(聚集物尺寸)。所述研磨剂颗粒可具有20nm或更高(例如，25nm或更高、30nm或更高、40nm或更高、或45nm或更高)的平均粒度(聚集物尺寸)。所述研磨剂颗粒可具有100nm或更低(例如，90nm或更低、80nm或更低、70nm或更低、或65nm或更低)的平均粒度(聚集物尺寸)。由此，所述研磨剂颗粒可具有在20nm至90nm(例如，25nm至90nm、或30nm至90nm)范围内的平均粒度(聚集物尺寸)。优选地，该分散液具有在40至70nm范围内或45至65nm范围内的平均粒度。所述胶体二氧化硅颗粒的粒度可使用动态光散射工具例如获自Malvern(Worcestershire，UK)的来测量。该抛光组合物可包括任何适宜量的胶体二氧化硅颗粒。该抛光组合物通常包括0.01重量％或更多胶体二氧化硅(例如，0.05重量％或更多)。更通常地，该抛光组合物可包括0.1重量％或更多(例如，1重量％或更多、5重量％或更多、7重量％或更多、10重量％或更多、或12重量％或更多)胶体二氧化硅颗粒。抛光组合物中的胶体二氧化硅颗粒的量通常为30重量％或更低，及更通常为20重量％或更低(例如，15重量％或更低、10重量％或更低、本文档来自技高网...

【技术保护点】
化学机械抛光组合物，其包含：水基液体载剂；分散于该液体载剂中的胶体二氧化硅研磨剂颗粒，其中，所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒，所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒具有至少6mV的永久正电荷；含铁的促进剂；及氧化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 US 14/222,0861.化学机械抛光组合物，其包含：水基液体载剂；分散于该液体载剂中的胶体二氧化硅研磨剂颗粒，其中，所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒中的30％或更多包括三个或更多个聚集的初级颗粒，所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒具有至少6mV的永久正电荷；含铁的促进剂；及氧化剂。2.权利要求1的组合物，其中，该含铁的促进剂包括能溶解的含铁催化剂。3.权利要求1的组合物，其进一步包含结合至该能溶解的含铁催化剂的稳定剂，该稳定剂选自：磷酸、醋酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、以及它们的混合物。4.权利要求1的组合物，其中，该氧化剂包括过氧化氢。5.权利要求1的组合物，其具有在3至4范围内的pH。6.权利要求1的组合物，其具有低于1000μS/cm的电导率。7.权利要求1的组合物，其具有低于600μS/cm的电导率。8.权利要求1的组合物，其中，所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒具有在40nm至70nm范围内的平均粒度。9.权利要求1的组合物，其中，所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒具有在45nm至65nm范围内的平均粒度。10.权利要求1的组合物，其包含1重量％至4重量％的所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒。11.权利要求1的组合物，其进一步包含在该液体载剂中的处于溶解状态的胺化合物。12.权利要求1的组合物，其中：该组合物具有在3至4范围内的pH，该组合物具有低于1000μS/cm的电导率，该组合物具有1重量％至4重量％的所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒；及所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒具有在40nm至70nm范围内的平均粒度。13.化学机械抛光组合物，其包含：水基液体载剂；分散于该液体载剂中的胶体二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：富琳，J戴萨德，S格拉宾，
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