具有阳离子型表面活性剂的加工钨的浆料制造技术

描述了用于对含有钨的基板的表面进行平面化的化学机械抛光组合物以及所述组合物的使用方法，所述组合物含有氧化硅研磨剂颗粒及阳离子型表面活性剂。

Processing of tungsten slurry with cationic surfactants

A chemical mechanical polishing composition for the surface of a substrate containing tungsten and a method for the use of the composition are described. The composition contains a silicon oxide abrasive particle and a cationic surfactant.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有阳离子型表面活性剂的加工钨的浆料
本专利技术涉及可用于化学-机械抛光(或平面化)含有钨的基板的表面的方法中的浆料。
技术介绍
可用于基板的化学-机械抛光(CMP)或平面化中的方法、材料及设备高度可变且其可用于加工宽范围的具有不同表面及最终应用的基板。通过CMP方法加工的基板包含处于各个制作阶段中的任一者处的光学产品及半导体基板。宽范围的CMP装置、浆料、抛光垫及方法已众所周知且许多正在持续研发中。设计抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)来加工(例如抛光、平面化)半导体基板的表面。一些这样的表面含有金属(例如钨)。抛光浆料可含有经选择以特别地用于加工某一类基板(例如用于抛光与不含金属或含有不为钨的金属的表面相对的含钨表面)的化学成分。这样的化学成分的实例尤其包含化学催化剂、抑制剂、螯合剂、表面活性剂、氧化剂；这些中的每一者可经选择以改善基板表面的金属或非金属组分的所需的加工。另外，抛光组合物可含有悬浮于水性介质中的研磨剂颗粒。还可基于所加工基板的类型来选择研磨剂颗粒的类型。某些类型的研磨剂颗粒可用于抛光含钨基板的表面，但不可用于加工其他CMP基板表面。抛光含钨基板的方法已变得对于半导体加工的先进节点是重要的。在常规的钨抛光操作中，将拟抛光的基板(晶片)安装于载体(抛光头)上，该载体继而安装于载体总成上且经定位与CMP装置(抛光工具)中的抛光垫接触。载体总成向基板提供可控的压力，从而抵靠抛光垫挤压基板。基板及垫通过外部驱动力相对于彼此发生移动。基板及垫的相对运动研磨且去除来自基板表面的材料，由此抛光基板。材料的抛光及去除可基于抛光组合物(例如存在于抛光浆料中的催化剂、氧化剂等)的化学活性及悬浮于抛光组合物中的研磨剂颗粒的机械活性的组合效应。涉及基板表面处的钨的半导体加工步骤的实例包含制备位于介电层内的钨“插塞”及“互连”结构。通过所述方法，将钨沉积于包含开口的介电层上，其中钨流入开口中以填充开口。过量的钨亦沉积于介电层上且必须去除。通过CMP抛光去除钨以留下填充至介电层的初始开口中的钨插塞及钨互连作为平面化基板表面的组件。随着半导体器件特征大小持续缩小，满足局部及整体平面性需求变得在CMP操作中(例如在钨抛光操作中)变得更难。阵列腐蚀(也称为氧化物腐蚀)、插塞及线凹进及钨蚀刻缺陷已知会危害平面性及整体器件完整性。举例而言，过量的阵列腐蚀可在后续光刻步骤中带来困难且引起可劣化电性能的电接触问题。钨蚀刻、钨腐蚀及插塞及线凹进亦可劣化电性能或甚至引起器件故障。期望地，抛光制程有效去除一定量的钨且不会在基板表面处产生不可接受的腐蚀或其他不期望的形貌效应。亦期望低的刮痕量及保留于抛光表面处的低的残余物量。尽管性能程度得以维持或改善，但半导体工业总是经受价格调降压力。需要高的加工生产量来达成期望的经济性。可使用钨或其他材料的高移除速率达成高的生产量。价格调降压力亦适用于CMP消耗品本身(例如浆料)，这意味着较低成本的浆料或可与较低操作成本或购置成本一起使用的浆料也将在经济上较为有利。在储存、传输或使用期间包含较少水(及(例如)较高浓度的研磨剂颗粒)可对购置成本具有显著的正向影响。根据上文，在半导体加工工业中持续需要可用于抛光含钨基板的CMP浆料，其在以下方面中的一者或多者中提供改善：经抛光表面的平面性、经抛光表面中的减少的缺陷(例如减少的刮痕及减少的残余物)、在加工期间减小的粒度生长(增加的研磨剂颗粒大小可对应于高缺陷性)、高的生产量(例如因钨、氧化物(例如TEOS)或这二者的有用或高的移除速率)及减小的整体成本(例如通过改善可浓缩性)。
技术实现思路
本专利技术人已发现用于通过化学机械抛光技术抛光含钨基板的表面的新颖且具有创造性的浆料，所述浆料有时在本文中称为“CMP组合物”、“浆料组合物”、“抛光组合物”、“CMP浆料”及诸如此类。该新颖的浆料含有液体载剂(例如水)、氧化硅研磨剂颗粒及阳离子型表面活性剂。用于CMP加工方法的先前的浆料包含各种类型的表面活性剂，包含某些不同的非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂及阳离子型表面活性剂。然而，已发现，许多这些表面活性剂与适于抛光钨表面的某些CMP浆料不相容。特定而言，包含带正电的氧化硅颗粒的CMP浆料通常与许多表面活性剂不相容，因为表面活性剂可(例如)通过在CMP加工之前或期间诱导或容许浆料中的颗粒生长而使浆料去稳定化。在其他情形下，表面活性剂可与研磨剂颗粒相容，但可对抛光性能引起有害效应(例如通过显著减小膜移除速率，由此降低了生产量)。根据本文所描述的某些方法及浆料，新颖的CMP组合物包含阳离子型表面活性剂。浆料可展现改善或出人意料的优点(例如在钨磨光CMP应用中的有用或改善的缺陷性性能、在储存期间的浆料稳定性或在使用期间的浆料稳定性)，优选地亦同时在加工期间得到可接受的移除速率(例如优选地同时对移除速率引起较小或无不利影响)。本文所描述的抛光组合物含有阳离子型表面活性剂及带正电的胶体氧化硅研磨剂颗粒。带正电的氧化硅颗粒可在颗粒表面处包含正电荷、在颗粒内部包含正电荷或在此二者处包含正电荷，且可优选地展现至少6毫伏的正电荷(如通过ζ电势量测所测定)。抛光浆料可包含非团聚颗粒、团聚颗粒或此二者，例如至少30％、40％或50％的由(例如)2、3或4个初级颗粒制得的团聚颗粒。阳离子型表面活性剂可为任一类型，其与带正电的氧化硅研磨剂颗粒及其他可选成分组合产生有效抛光基板的含钨表面的抛光组合物。与不含相同类型及量的阳离子型表面活性剂的在其它方面相当的CMP组合物相比，阳离子型表面活性剂可在储存、传输及使用期间有效稳定抛光浆料(例如如通过粒度生长所量测)；容许在加工期间获得钨及其他材料(例如TEOS)自基板表面的期望移除速率；且任选地及优选地展现改善的缺陷性性能(例如减少的刮痕、减少的残余物或这二者)。可与带正电的氧化硅颗粒组合用于钨抛光浆料中的阳离子型表面活性剂包含那些具有式1的阳离子型表面活性剂：其中n为至少1；X是P+或N+；且R1、R2、R3及R4中的每一者能够独立地选自：氢，饱和或不饱和的环状基团，其可经取代或未经取代且可任选地包含带电基团，线形或支化的烷基，其可为饱和的或任选地包含不饱和性，且其可包含饱和或不饱和的环状基团，其中的任一者可经取代或包含带电基团，及自R1、R2、R3及R4中的两者或三者形成的饱和或不饱和的环结构，该环任选地经取代，且其中阳离子型催化剂的n值及LogP满足下式：8(n-1)+LogP≥1根据式1的某些优选阳离子型表面活性剂化合物，R1、R2、R3及R4不皆为氢。优选地，R1、R2、R3及R4中的至少一者非氢；举例而言，R1、R2、R3、R4中的两者、三者或四者可非氢。在一些实施方式中，R1、R2、R3及R4中的每一者可独立地是具有1至12个碳原子(例如2至8个碳原子)且任选地含有一个或多个杂原子(例如氮原子，例如带电或未带电氮原子)的线形烷基。或者或另外，R1、R2、R3及R4中的一者或多者可包含任选地经取代且任选地含有杂原子(例如氮)的环状烷基或芳香族环，例如未经取代的6元烷基或芳香族的环或者芳香族或饱和的含氮环。同样，任选地，R1、R2、R3及R4中的一者或多者可包含带电基团，例如烷基化的阳离子型铵基团。本文所用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于加工含钨表面的化学机械抛光组合物，该浆料包含：液体载剂，分散于该液体载剂中的氧化硅研磨剂颗粒，所述颗粒在该浆料中于1至6的pH下具有至少8毫伏(mV)的正电荷，及式1的阳离子型表面活性剂：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.28 US 14/925,0541.用于加工含钨表面的化学机械抛光组合物，该浆料包含：液体载剂，分散于该液体载剂中的氧化硅研磨剂颗粒，所述颗粒在该浆料中于1至6的pH下具有至少8毫伏(mV)的正电荷，及式1的阳离子型表面活性剂：其中n为至少1；X是P+或N+；且R1、R2、R3及R4中的每一者能够独立地选自：氢，饱和或不饱和的环状基团，其可经取代或未经取代且可任选地包含带电基团，线形或支化的烷基，其可为饱和的或任选地包含不饱和性，且其可包含饱和或不饱和的环状基团，其中的任一者可经取代或包含带电基团，及自R1、R2、R3及R4中的两者或三者形成的饱和或不饱和的环结构，该环任选地经取代，且其中该阳离子型催化剂的n值及LogP满足下式：8(n-1)+LogP≥1。2.权利要求1的组合物，其中R1、R2、R3及R4中的每一者独立地是具有1-12个碳原子或2-8个碳原子的线形烷基。3.权利要求2的组合物，其中该阳离子型表面活性剂包含以下中的一者或其组合：四丁基铵、四戊基铵、四丁基鏻、三丁基甲基鏻、三丁基辛基鏻、或其盐。4.权利要求1的组合物，其中R1、R2及R3中的每一者独立地是各自具有1-12个碳原子或各自具有2-8个碳原子的线形烷基，且R4是包含任选地经取代且任选地含有杂原子的环状烷基或芳香族环的基团。5.权利要求4的组合物，其中该阳离子型表面活性剂是苄基三丁基溴化铵、或其盐。6.权利要求1的组合物，其中R1是任选地经取代或不饱和且具有1-12个碳原子或2-8个碳原子的直链或支链的烷基，且其中R2、R3及R4形成可任选地例如经含有饱和环结构或芳香族环结构的基团取代的芳香族环结构。7.权利要求6的组合物，其中该阳离子型表面活性剂包含以下中的一者或其组合：1-十二烷基吡啶鎓、1-十二烷基吡啶鎓、1-庚基-4(4-吡啶基)吡啶鎓、1-(4-吡啶基)吡啶鎓、甲基紫精、或其盐。8.权利要求1的组合物，其中，R1是氢；R2及R3各自独立地是各自具有1-12个碳原子或各自具有2-8个碳原子的烷基；且R4是具有4至约15个碳原子的含杂原子的烷基；且R4是含氮的烷基。9.权利要求8的组合物，其中该阳离子型表面活性剂是1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺、或其有用的盐。10.权利要求1的组合物，进一步包含不同于式1的阳离子型表面活性剂的含氮的抑制剂化合物。11.权利要求10的组合物，其中该含氮的抑制剂化合物包含至少一个氮基团及至少一个羧酸基团。12.权利要求10的组合物，其中该含氮的抑制剂化合物含有至少两个氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：K多克里，黄禾琳，富琳，
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