具有催化剂的加工钨的浆料制造技术

描述了适用于化学机械加工(例如，抛光或平坦化)含有钨的基板的表面的方法的组合物(例如，浆料)，所述浆料含有研磨剂颗粒、金属阳离子催化剂、含磷的两性离子型化合物及任选的诸如氧化剂的成分；还描述了与所述组合物组合使用或加工的方法及基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有催化剂的加工钨的浆料
本专利技术涉及适用于化学机械加工(例如，抛光或平坦化)含有钨的基板的表面的方法的组合物(例如，浆料)，所述浆料含有金属阳离子催化剂。
技术介绍
适用于包括抛光或平坦化基板的方法的化学机械加工(CMP)的方法、材料及设备是高度变化的，且能够用于加工宽范围的具有不同表面及最终用途的基板。藉由CMP方法加工的基板包括处于制造的各个阶段中的任一者的光学产品、半导体基板及其它微电子器件基板。已熟知宽范围的CMP装置、浆料、抛光垫及方法，同时，正在连续开发新产品。各种液体组合物(亦称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)经设计以在与垫一起使用以研磨半导体基板的表面时加工所述表面。尤其在半导体加工的先进节点的情况下，用于加工含有钨及介电材料两者的表面的方法已变得尤其重要。在从钨制备功能结构的步骤中，基板能够以具有图案化的非钨(例如，介电)材料的非连续表面开始，该表面具有需要用钨填充的三维空隙(诸如，沟道、孔洞、间隙、沟槽及其类似者)。钨能够以不仅填充空隙而且在非连续表面上方产生过量钨的连续层以确保完全填充空隙的方式沉积于该表面上方。然后，移除过量的钨以暴露出具有沉积至图案化的非钨(例如，介电)材料之间的空隙中的钨特征的初始图案化材料的表面。具有安置于介电特征之间的钨特征的基板的实例为包括设置于介电材料的特征之间的钨“插塞”及“互连”结构的类型的半导体基板。为了制造这样的结构，在含有至少部分由介电材料(例如，硅氧化物)制成的图案化结构的表面上方施加钨。图案化介电表面为经结构化的，即，非平坦的，意味着：其包括除了藉由所存在的诸如沟道或孔洞的空隙而中断且变得不连续的之外，基本上平整或平坦的表面。当将钨施加至经结构化的含介电体的表面时，用钨填充空隙且在表面上方形成过量钨的连续层。在接下来的步骤中，藉由CMP加工来移除过量钨以暴露出下伏的介电层及制造安置于介电材料的空隙之间的钨的平坦表面。藉由一些方法，在非覆盖介电表面的单一步骤中移除钨。藉由其它方法，可使用“两步”制程。在第一步骤中，移除过量钨的较大部分但不暴露介电层。该步骤通常称作“批量(bulk)”移除步骤，在其期间需要高的钨移除速率。后续(第二)步骤可用于移除残余的钨并暴露出下伏的介电体及钨表面。该步骤有时称作“抛光”步骤，其中高的钨移除速率可能是重要的，但其中其它效能需求也是重要的。抛光浆料可含有经特定选择以用于加工某一类型的基板(例如，用于抛光与不含金属或含有不同于钨的金属的不同表面相对的含钨表面)的化学成分。这样的化学成分的实例包括化学催化剂、化学稳定剂、抑制剂、表面活性剂、氧化剂等。可选择这些单独成分中的每种以改善在基板的表面处的材料的所需加工(例如，有效移除)。另外，CMP加工组合物典型地含有研磨剂颗粒。也可基于被加工的基板的类型选择研磨剂颗粒的类型。某些类型的研磨剂颗粒可适用于抛光含钨基板表面但可能并不适用于加工其它CMP基板表面。含金属的催化剂(例如，由在液体(例如水性)介质中解离以产生金属阳离子的含金属的可溶性盐提供的含金属的催化剂)在过去已用于自基板表面移除钨的CMP加工。金属盐在液体中解离以产生充当催化剂的金属阳离子，提高钨的移除速率，在氧化剂的存在下尤其如此。金属阳离子有助于钨氧化物在基板表面处形成，然后移除该钨氧化物。溶解以产生阳离子型金属催化剂的可溶性金属盐(包括含铁的盐)的实例描述于美国专利5,958,288及5,980,775中，这些文献的全部内容以引用的方式并入本文中。例示性的铁阳离子催化剂可以可溶于液体(例如，水性)载剂的铁盐形式提供于CMP浆料中。盐可为三价铁(铁III)或二价铁(铁II)的化合物(诸如，铁的硝酸盐、铁的硫酸盐、铁的卤化物(包括氟化物、氯化物、溴化物、碘化物以及高氯酸盐、过溴酸盐及高碘酸盐))或有机铁化合物(诸如，铁的乙酸盐、乙酰丙酮化物、柠檬酸盐、葡糖酸盐、丙二酸盐、草酸盐、邻苯二甲酸盐、丁二酸盐等)。另外，通常地，包含稳定剂，与金属阳离子一起用于控制组合物中的游离金属阳离子的量，由此有意地将催化剂的效果降低至所需程度。参见例如美国专利第5,980,775号及第6,068,787号。稳定剂可与金属阳离子形成络合物，以使其反应性降低所需的量。过去用于CMP浆料的稳定剂的实例包括磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、丙二酸、膦酸、草酸等。当加工包括钨及非钨(例如，氧化物)材料这两者的表面时，各种效能特征对于有效地制造高品质的经加工的基板是高度重要的。良好的加工产量需要高的钨移除速率。而且，高度需要与氧化物相比高比率的钨移除速率，有时称作“可调节性”或“选择性”。提供钨及氧化物的优越移除性质(移除速率、选择性)的浆料可制造据称呈现优异“表面形貌”的经加工的基板(下文更详细地描述)，该表面形貌是由经加工的基板制造高品质器件所必需的。但是，移除性质必须与其它效能因素(诸如，一些CMP加工化学品引起钨腐蚀(特别是引起钨插塞结构的腐蚀)的倾向)平衡。高程度的腐蚀藉由提高由基板制备的器件中的缺陷水平来降低经加工的基板的品质。高的腐蚀速率已与浆料的高的静态蚀刻速率相关。作为更一般的情况，商用CMP浆料产品应在制备、长期储存、运输及使用期间呈现高的稳定性水平。稳定的浆料是在储存期间并不过度地分离或沉降(例如，藉由悬浮研磨剂颗粒的沉降)、在储存期间并不呈现过度的粒径生长且在使用期间并不呈现过度的粒径生长(这将提高在经加工的基板的表面处的缺陷(尤其是刮擦)存在的水平)的浆料。经加工的基板必须呈现优异的表面形貌。在具有由金属及氧化物材料的组合制成的表面的经加工的基板中，表面形貌特性包括称作氧化物“侵蚀”、金属“凹陷”及其组合效果(其称作“台阶高度”)的物理现象。在一种通常称作线及空隙(L&S)图案的基板表面图案类型中，表面包括线场(linefield)及空隙。线场或图案化场包括金属及氧化物的线阵列。线场分布在连续介电材料的场(空隙)中。线阵列包括金属及氧化物线(诸如，钨及硅氧化物的线)，且可具有任何密度或尺寸，例如交替的1微米宽的金属线及1微米宽的氧化物线(即，50％1微米阵列)，或交替的不同尺寸或密度的线，例如1微米宽的金属线及3微米宽的氧化物线(即，25％1×3微米阵列)。为了比较，连续介电材料的场可典型地在尺寸上更大，且具有诸如硅氧化物(例如TEOS)的连续介电材料的表面。连续介电材料的例示性场(或“空隙”)可为100μm×100μm区域。为了评价这样的线及空隙基板的后抛光图案效能，诸如藉由光学方法使用可商购的设备来判定在连续介电场处出现的绝对氧化物损失(材料移除)。连续介电场用作阵列中的相对图案量测值的参考。举例而言，可藉由相对于连续场氧化物的AFM或轮廓测定法来量测由交替的钨金属及TEOS氧化物线组成的线阵列。侵蚀表征为氧化物的相对高度的差异，例如，与连续场氧化物相比的在线阵列中的1微米的TEOS线。正侵蚀值解释为氧化物线与连续场氧化物相比的相对凹入。金属凹陷典型地是指在线阵列中的金属线与氧化物线相比的相对高度。举例而言，在50％1×1微米线阵列中，200埃的凹陷值解释为钨线相对于氧化物线的200埃凹入。增加侵蚀及凹陷提供了总台阶高度，在此情况下为自凹入的(凹陷的钨)至场氧化物。可藉由将凹陷及侵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.化学机械加工组合物，包含：液体载剂，研磨剂颗粒，催化剂，其包含：金属阳离子，及两性离子型化合物，其能够在该组合物中与该金属阳离子形成络合物，该两性离子型化合物包含在该组合物中具有负电荷的含磷基团及在该组合物中具有正电荷的阳离子型基团。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 US 14/988,8911.化学机械加工组合物，包含：液体载剂，研磨剂颗粒，催化剂，其包含：金属阳离子，及两性离子型化合物，其能够在该组合物中与该金属阳离子形成络合物，该两性离子型化合物包含在该组合物中具有负电荷的含磷基团及在该组合物中具有正电荷的阳离子型基团。2.权利要求1的组合物，其中该组合物具有低于7的pH且该负电荷位于磷酸根、次膦酸根或膦酸根基团处。3.权利要求1的组合物，其中该正电荷位于氮原子处。4.权利要求1的组合物，其中该两性离子型化合物具有根据式1的结构：其中：R1及R2独立地选自带负电的氧(-O-)，和羟基(-OH)，或经二价氧接合至磷原子的有机基团，使得R1及R2中的至少一者是提供该负电荷的带负电的氧；n为0或1；L为连接基团；且R3为呈现该正电荷的有机基团。5.权利要求4的组合物，其中R1及R2中的一者是提供该负电荷的带负电的氧，且R1及R2中的另一者是-OH。6.权利要求4的组合物，其中R1及R2中的一者是提供该负电荷的带负电的氧，且R1及R2中的另一者是经二价氧接合至该磷原子的有机基团R4：其中R4为经取代或未经取代的饱和的支链或直链的烷基。7.权利要求4的组合物，其中R3是提供该正电荷的包含氮原子的胺官能化有机基团。8.权利要求7的组合物，其中该胺官能化有机基团选自-NH3+、季铵及芳族杂环胺。9.权利要求7的组合物，其中该胺官能化有机基团为-NH3+，且L为经取代或未经取代的二价亚烷基。10.权利要求9的组合物，其中L是经取代的，其包含选自羟基、磷酸根基团、膦酸根基团及其组合的取代基。11.权利要求4的组合物，其中L及R3一起形成包括一个或多个饱和或芳族的环结构的有机基团。12.权利要求11的组合物，其中L及R3一起形成包括一个或多个含杂原子的饱和或芳族的环结构的有机基团，且所述环结构中的一者或多者含有带电或不带电的选...

【专利技术属性】
技术研发人员：KP多克里，黄禾琳，M卡恩斯，G惠特纳，
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