化学机械抛光(CMP)组合物在抛光包含钴和/或钴合金的基材中的用途制造技术

本发明专利技术涉及化学机械抛光(CMP)组合物(Q)在化学机械抛光包含(i)钴和/或(ii)钴合金的基材(S)中的用途，其中该CMP组合物(Q)包含：(A)无机颗粒，(B)聚(氨基酸)和/或其盐，(C)至少一种氨基酸，(D)至少一种氧化剂，(E)含水介质，其中该CMP组合物(Q)的pH为7至10。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化学机械抛光(CMP)组合物在抛光包含钴和/或钴合金的基材中的用途本专利技术实质上涉及化学机械抛光(CMP)组合物在抛光包含钴和/或钴合金的半导体工业的基材中的用途，该化学机械抛光组合物包含无机颗粒、作为腐蚀抑制剂的聚(氨基酸)、至少一种氨基酸、至少一种氧化剂及含水介质。本专利技术也涉及一种制造半导体装置的方法，其包括在该化学机械抛光(CMP)组合物存在下化学机械抛光基材或层。CMP组合物展示关于钴和/或钴合金的经改进且可调节的蚀刻行为，以及良好抛光性能。在半导体工业中，化学机械抛光(简写为CMP)为用于制造先进的光学、微电子机械和微电子材料和装置，例如半导体晶片的熟知技术。在制造用于半导体工业的材料和装置的过程中，CMP用于使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学与机械作用的相互作用实现待抛光表面的平坦化。化学作用由也称作CMP组合物或CMP浆料的化学组合物提供。机械作用通常由典型地压在待抛光表面上且安放在移动压板上的抛光垫进行。压板的移动通常为线性、旋转或轨道式。在典型CMP工艺步骤中，旋转晶片夹持具使待抛光晶片与抛光垫接触。一般将CMP组合物应用于待抛光晶片和抛光垫之间。随着在超大规模集成电路(ULSI)技术中特征尺寸连续缩减，铜互连结构的尺寸变得愈来愈小。为减少RC延迟，铜互连结构中的障壁或粘合层的厚度变得更薄。传统铜障壁/粘合层堆栈Ta/TaN不再适合，因为Ta的电阻率相对较高且铜不能直接电镀至Ta上。相比于Ta，钴具有更低电阻率且更便宜。Cu与Co之间的粘合为良好的。Cu可易于成核于Co上，铜也可直接电镀于钴上。在集成电路中，Co用作铜互连件的粘合或障壁层，同时Co也可用作内存装置中的纳米晶Co和用作MOSFET中的金属闸极。多孔低k介电材料已用于当前互连结构中。据报导，低k材料可易于受等离子体或抛光浆料损坏。在当前化学机械抛光处理中，为减少对低k介电质的损坏，当前大多数用于铜和障壁的浆料为酸性。但观测到铜和钴易于遭受溶解于含有氧化剂(例如过氧化氢)的酸性溶液中。这使铜和钴的抛光速率过高，使得其将诱发铜线的凹陷。另外，铜互连结构的侧壁上的钴粘合层的溶解可导致铜线分层且引起安全性问题。取决于超大规模集成电路(ULSI)技术中的所用整合方案，Co、Cu和低k介电材料以不同量和层厚度共存就选择性、腐蚀、移除速率和表面质量方面向用于半导体装置制造的化学机械抛光的组合物提出多个挑战。在现有技术中，包含无机颗粒、聚(氨基酸)、氨基酸、氧化剂及含水介质的CMP组合物在抛光半导体工业的基材中的用途为已知的，且描述于例如以下参考文献中。CN101463227B公开用化学机械抛光浆料抛光障壁层的方法，该化学机械抛光浆料包含：研磨剂颗粒、氧化剂、成膜剂、有机螯合剂(例如聚天冬氨酸)、稳定剂及水。抛光液体具有更高Ta/TaN移除率，可适用于覆盖材料(例如TEOS)、绝缘层材料(例如BD)的不同抛光步骤及Cu金属移除率选择比率需求，且可确保抛光后较低数量晶片表面缺陷及污染以及较高稳定性。CN101490192B公开用于抛光低介电材料的抛光液体，该抛光液体包含研磨剂、水及一或多种金属螯合剂、成膜剂唑及氧化剂，其中该金属螯合剂为聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸、水解聚马来酸酐、聚马来酸酐-聚丙烯酸共聚物、丙烯酸酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚物、丙烯酸-羟丙基丙烯酸酯共聚物或丙烯酸-丙烯酸-磷酸酯-磺酸酯共聚物。JP2009088080A1公开用于化学机械抛光的抛光溶液，其可有效地防止出现凹陷或磨蚀，同时显示出绝缘膜的高抛光速度。半导体装置的制造方法中用于化学机械抛光的抛光溶液含有胶态二氧化硅颗粒、基于苯并三唑的化合物、氧化剂及至少二价铵阳离子化合物。US2009/0127501A1公开用于硅晶片的抛光组合物，其包含二氧化硅、碱性化合物、具有羟基的多氨基多羧酸化合物及水。抛光组合物可防止镍、铬、铁、铜等的金属污染，特别是在抛光硅晶片(最初晶片CMP)中的铜污染。本专利技术的目的中的一个为提供CMP组合物的用途，其适合于化学机械抛光包含钴和/或钴合金的基材，且展示经改进的抛光性能，尤其钴和/或钴合金的低腐蚀以及钴和/或钴合金的可控制且可调节材料移除速率。此外，寻求使用如下CMP组合物的用途：其引起钴和/或钴合金的高材料移除速率，与低k介电材料及半导体基材的其他金属(例如铜)兼容，提供高质量表面修整，减少表面凹陷，储存稳定，且将在中性至碱性pH范围内为随时可用的。此外，将提供相应CMP方法。因此，发现化学机械抛光(CMP)组合物(Q)在化学机械抛光包含(i)钴和/或(ii)钴合金的基材(S)中的用途，其中该CMP组合物(Q)包含(A)无机颗粒，(B)聚(氨基酸)和/或其盐，(C)至少一种氨基酸，(D)至少一种氧化剂，(E)含水介质且其中CMP组合物(Q)的pH为7至10。根据本专利技术的另一方面，提供一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含(A)胶态二氧化硅颗粒，其总量为按相应CMP组合物的总重量计0,01重量％至3重量％，(B)至少一种聚(氨基酸)(B)，其选自聚(天冬氨酸)、聚(谷氨酸)、聚(赖氨酸)、天冬氨酸-谷氨酸共聚物、天冬氨酸-赖氨酸共聚物或谷氨酸-赖氨酸共聚物、或其盐、或其混合物，其总量为按相应CMP组合物的总重量计0,003重量％至0,15重量％，(C)至少一种氨基酸(C)，其选自甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、丝氨酸及脯氨酸或其盐，其总量为按相应CMP组合物的总重量计0,2重量％至0,9重量％，(D)过氧化氢，其总量为按相应CMP组合物的总重量计0,2重量％至2重量％，(E)含水介质，其中该CMP组合物(Q)的pH为7至10，其实现本专利技术的目的。此外，上述本专利技术的目的利用制造半导体装置的方法实现，该方法包括在该化学机械抛光(CMP)组合物(Q)存在下化学机械抛光用于半导体工业的基材(S)，其中该基材(S)包含(i)钴和/或(ii)钴合金。出乎意料地，可发现，根据本专利技术的CMP组合物(Q)的用途引起对包含钴和/或钴合金的基材的经改进腐蚀抑制以及高钴材料移除速率。优选实施方案解释于权利要求书及说明书中。应理解，优选实施方案的组合在本专利技术的范围内。根据本专利技术，该CMP组合物包含无机颗粒(A)。通常，无机颗粒(A)的化学性质不受特定限制。(A)可具有相同化学性质或为具有不同化学性质的颗粒的混合物。通常，具有相同化学性质的颗粒(A)优选。(A)可为-无机颗粒，例如金属、金属氧化物或碳化物，包括准金属、准金属氧化物或碳化物，或-无机颗粒的混合物。通常，(A)可为-一种类型的胶态无机颗粒，-一种类型的烟雾状无机颗粒，-不同类型的胶态和/或烟雾状无机颗粒的混合物。通常，胶态无机颗粒为利用湿式沉淀法制备的无机颗粒；烟雾状无机颗粒通过例如使用法在氧气存在下用氢气高温火焰水解例如金属氯化物前体来制备。优选地，无机颗粒(A)为胶态或烟雾状无机颗粒或其混合物。其中，金属或准金属的氧化物及碳化物为优选的。更优选地，颗粒(A)为氧化铝、氧化铈、氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化锰、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化锡、二氧化钛、碳化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆或其混合物或复合物。最优选地，颗粒(A)为氧化铝、氧化铈、二氧化硅、二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.化学机械抛光(CMP)组合物(Q)在化学机械抛光包含(i)钴和/或(ii)钴合金的基材(S)中的用途，其中CMP组合物(Q)包含(A)无机颗粒，(B)聚(氨基酸)和/或其盐，(C)至少一种氨基酸，(D)至少一种氧化剂，(E)含水介质，其中CMP组合物(Q)的pH为7至10。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.22 US 62/311,6561.化学机械抛光(CMP)组合物(Q)在化学机械抛光包含(i)钴和/或(ii)钴合金的基材(S)中的用途，其中CMP组合物(Q)包含(A)无机颗粒，(B)聚(氨基酸)和/或其盐，(C)至少一种氨基酸，(D)至少一种氧化剂，(E)含水介质，其中CMP组合物(Q)的pH为7至10。2.根据权利要求1的CMP组合物(Q)的用途，其中无机颗粒(A)为胶态无机颗粒。3.根据权利要求1或2的CMP组合物(Q)的用途，其中胶态无机颗粒为二氧化硅颗粒。4.根据权利要求1至3中任一项的CMP组合物(Q)的用途，其中聚(氨基酸)(B)为聚(天冬氨酸)、聚(谷氨酸)、聚(赖氨酸)、天冬氨酸-谷氨酸共聚物、天冬氨酸-赖氨酸共聚物或谷氨酸-赖氨酸共聚物、或其盐、或其混合物。5.根据权利要求1至4中任一项的CMP组合物(Q)的用途，其中聚(氨基酸)(B)为聚(天冬氨酸)和/或其盐。6.根据权利要求1至5中任一项的CMP组合物(Q)的用途，其中聚(氨基酸)(B)的总量为按相应CMP组合物的总重量计在0,003重量％至0,1重量％的范围内。7.根据权利要求1至6中任一项的CMP组合物(Q)的用途，其中至少一种氨基酸(C)为甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、丝氨酸及脯氨酸或其盐。8.根据权利要求1至7中任一项的CMP组合物(Q)的用途，其中至少一种氨基酸(C...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·劳特尔，H·O·格文茨，M·西伯特，兰永清，S·A·奥斯曼易卜拉欣，R·M·戈扎里安，魏得育，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE