抛光组合物及其使用方法技术

本发明专利技术提供一种抛光组合物，其包括磨料；可选的pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；及钴腐蚀抑制剂。及钴腐蚀抑制剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抛光组合物及其使用方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请主张2019年10月15日申请的美国临时申请号62/915,290的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文中。

技术介绍

[0003]半导体工业不断地被驱动以通过方法、材料及集成创新进一步小型化装置来改进芯片性能。早期材料创新包括引入铜来代替铝作为互连结构中的导电材料，且将钽(Ta)/氮化钽(TaN)用作扩散阻档层以使Cu导电材料与非导电/绝缘体介电材料分离。铜(Cu)由于其较低电阻率及优异抗电迁移性能而被选择作为互连材料。
[0004]然而，随着较新一代芯片的特征缩小，多层Cu/阻档层/介电堆叠必须更薄且更适形，以维持后段工艺(Back End of Line，BEOL)中的有效互连电阻率。更薄的Cu及Ta/TaN阻挡膜方案在沉积中具有电阻率及可挠性问题。举例而言，在较小尺寸及高级制造节点的情况下，电阻率会呈指数性下降且晶体管电路速度(在前段工艺(FEOL)处)的改进则会因来自导电Cu/阻档层布线(BEOL)的延迟而减半。钴(Co)已成为用作衬垫材料、阻档层以及导电层的主要候选物。此外，还正在研究钴在多种应用诸如W金属触点、插塞、通孔及闸极材料中作为钨(W)金属的替代物。
[0005]许多目前可用的CMP浆液经特定设计以移除在早期芯片设计中更常见的材料，诸如前述铜及钨。这些早期CMP浆液中的某些组分可能会引起钴中的有害及不可接受的缺陷，因为钴更易受化学腐蚀影响。因此，当在钴层上使用铜抛光浆液时，通常会发生不可接受的腐蚀、晶圆形貌及移除速率选择性。
[0006]随着钴(Co)作为金属组件在半导体制造中的使用日益增加，存在对可有效地抛光含Co表面上的介电组件或阻档层组件且无显著的Co腐蚀的CMP浆液的需求。

技术实现思路

[0007]提供此
技术实现思路
以介绍下文在实施方式中进一步描述的概念的选择。此
技术实现思路
并不意欲标识所请求标的之关键特征或基本特征，其也不意欲用于辅助限制所要求保护的主题的范围。
[0008]如本文所定义，除非另外说明，否则所表示的所有百分比应理解为相对于化学机械抛光组合物的总重量的重量百分比。
[0009]在一个方面中，本文公开的实施方案涉及一种抛光组合物，包括磨料；可选的pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；及钴腐蚀抑制剂，其中所述阻挡膜移除速率增强剂不同于所述钴移除速率增强剂。
[0010]在另一方面中，本文公开的实施方案涉及一种抛光组合物，包括磨料；可选的pH调节剂；有机酸或其盐；氨基酸；烷醇胺或阳离子聚合物；含唑腐蚀抑制剂；及阴离子表面活性剂，其中所述有机酸不同于所述氨基酸。
[0011]在又一方面中，本文公开的实施方案涉及一种抛光基板的方法，包括以下步骤：将
本文中所述的抛光组合物涂覆至基板的表面，其中所述表面包括钴；且使垫与所述基板的表面接触且相对于所述基板移动所述垫。
[0012]从下述描述及所附权利要求来看，所要求保护的主题的其他方面及优点是显而易见的。
具体实施方式
[0013]本文所公开的实施方案一般涉及组合物及使用所述组合物来抛光基板的方法，所述基板包括至少钴部分，更具体而言，可包括至少钴及介电(TEOS、SiN、低k等)部分。本文中所公开的组合物本质上可为碱，且可为非选择性钴打磨浆料(即，表现出约1:1的介电/钴抛光选择率)。
[0014]伴随引入钴(Co)作为阻挡层、导电层及/或W替代物，存在对CMP浆料的市场需求，所述CMP浆料可以有效材料移除速率抛光Co且不会经受显著的Co腐蚀(即，具有适中的Co移除速率)，且在其他金属及金属氮化物或氧化物(Cu、Ti、TiN、Ta、TaN、Ta2O5、TiO2、Ru、ZrO2、HfO2等)及介电膜(SiN、二氧化硅、多晶硅(Poly
‑
Si)、低k介电材料(例如掺碳的二氧化硅)等)的抛光速率方面具有选择性范围。举例而言，在移除大量材料的侵蚀整体抛光步骤之后，通常需要进行打磨抛光步骤以便获得所需表面形貌。在一些实施方案中，用于打磨抛光的组合物将以比在整体抛光步骤期间发生的速率低的速率或以对各组分大致相同(例如，在10％内或在5％内)的移除速率来移除介电材料及金属(例如，TEOS、SiN及Co)，以便获得所需表面形貌。由于Co比Cu及其他贵金属更具有化学反应性，所以防止Co腐蚀在先进节点浆料设计中极具挑战性。现有金属抛光浆料在抛光包括Co的表面方面能力不足，因为其在CMP工艺期间遭受Co腐蚀问题。另外，一般需要在抛光期间移除一定量的Co，以在图案化半导体基板中形成光滑表面用于后续制造过程。
[0015]在一个或多个实施方案中，本文所公开的抛光组合物包括磨料；pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；及钴腐蚀抑制剂。
[0016]在一个或多个实施方案中，根据本文所公开的抛光组合物可包括约0.1重量％至约25重量％的磨料、0重量％至约10重量％的pH调节剂、约0.01重量％至约3重量％的阻挡膜移除速率增强剂、约0.001重量％至约15重量％的TEOS移除速率抑制剂、约0.01重量％至约5重量％的钴移除速率增强剂、约0.001重量％至约3重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.001重量％至约1重量％的钴腐蚀抑制剂及剩余百分比(例如约20重量％至99重量％)的溶剂(例如去离子水)。
[0017]在一个或多个实施方案中，本公开内容提供一种浓缩抛光浆料，其可在使用之前用水稀释至多为二倍、或至多为三倍、或至多为四倍、或至多为六倍、或至多为八倍、或至多为十倍。在其他实施方案中，本公开内容提供一种用于钴基板上的使用点(point
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of
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use，POU)抛光浆料，其包含上述抛光浆料、水和可选的氧化剂。
[0018]在一个或多个实施方案中，POU抛光浆料可包括约0.1重量％至约12重量％的磨料、0重量％至约3重量％的pH调节剂、约0.01重量％至约1重量％的阻挡膜移除速率增强剂、约0.001重量％至约10重量％的TEOS移除速率抑制剂、约0.01重量％至约2重量％的钴移除速率增强剂、约0.001重量％至约0.5重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.001重量％至约
0.5重量％的钴腐蚀抑制剂、可选的约0.1重量％至约5重量％的氧化剂及约75重量％至约99重量％的溶剂(例如去离子水)。
[0019]在一个或多个实施方案中，浓缩抛光浆料可包括约1重量％至约25重量％的磨料、0重量％至约10重量％的pH调节剂、约0.1重量％至约3重量％的阻挡膜移除速率增强剂、约0.01重量％至约15重量％的TEOS移除速率抑制剂、约0.1重量％至约5重量％的钴移除速率增强剂、约0.01重量％至约3重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.01重量％至约1重量％的钴腐蚀抑制剂及剩余百分比(例如约20重量％至约98.5重量％)的溶剂(例如去离子水)。
[0020]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种抛光组合物，包含：磨料；可选地，pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；以及钴腐蚀抑制剂；其中，所述阻挡膜移除速率增强剂不同于所述钴移除速率增强剂。2.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述磨料选自由以下所组成的组：氧化铝；二氧化硅；二氧化钛；二氧化铈；氧化锆；氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈或氧化锆的共形成产物；包被的磨料；表面改性的磨料及其混合物。3.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述磨料的含量为所述组合物的约0.1重量％至约25重量％。4.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述组合物包含所述pH调节剂，且所述pH调节剂选自由以下所组成的组：氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、氢氧化四丁基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四甲基铵、氢氧化乙基三甲基胺、氢氧化二乙基二甲基铵、氢氧化二甲基二丙基铵、氢氧化苄基三甲基铵、氢氧化三(2
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羟乙基)甲基铵、氢氧化胆碱及其任何组合。5.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述pH调节剂的含量为所述组合物的约0.01重量％至约10重量％。6.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述阻挡膜移除速率增强剂选自由以下所组成的组的有机酸或其盐：葡萄糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、丙二酸、甲酸、草酸、乙酸、丙酸、丁二酸、乳酸、氨基乙酸、苯氧基乙酸、N
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二甘氨酸、磷酸、二甘醇酸、甘油酸、三(羟甲基)三甲基甘氨酸、苯甲酸、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、喷替酸、二氨基环己烷四乙酸、乙基磷酸、氰基乙基磷酸、苯基磷酸、乙烯基磷酸、聚(乙烯基膦酸)、1
‑
羟基乙烷
‑
1,1
‑
二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、N,N,N',N'
‑
乙二胺四(亚甲基膦酸)、正己基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸及其盐以及其混合物。7.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述阻挡膜移除速率增强剂的含量为所述组合物的约0.01重量％至约3重量％。8.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述TEOS移除速率抑制剂为含胺化合物，所述含胺化合物选自由烷醇胺及阳离子聚合物组成的组。9.如权利要求8所述的抛光组合物，其中，所述烷醇胺为仲胺或叔胺。10.如权利要求9所述的抛光组合物，其中，所述烷醇胺选自由以下所组成的组：二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基异丙醇胺、三异丙醇胺、二异丙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、异丙醇二乙醇胺、异丙基二乙醇胺、丁基二乙醇胺、环己基二乙醇胺、氨丙基二乙醇胺、氨丙基二异丙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基乙醇胺、二仲丁醇胺、丁基乙醇胺、N
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乙酰乙醇胺及其混合物。11.如权利要求8所述的抛光组合物，其中，所述TEOS移除速率抑制剂为阳离子聚合物。
12.如权利要求11所述的抛光组合物，其中，所述阳离子聚合物选自由以下所组成的组：聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚葡萄胺糖、聚(二烯丙基二甲基铵盐)、聚(酯胺)、聚(酰氨基胺)、聚赖氨酸、聚(烯丙胺)、聚(氨基
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共
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酯)、多鸟氨酸、聚(2
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乙基
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恶唑啉)、聚季铵盐、包括至少一个含受阻胺的基团的阳离子聚合物以及其混合物。13.如权利要求12所述的抛光组合物，其中，所述含受阻胺的基团为2,2,6,6
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四甲基哌啶基。14.如权利要求11所述的抛光组合物，其中，所述阳离子聚合物的数均分子量为约500g/mol至约50,000g/mol。15.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁燕南，胡斌，温立清，张书维，
申请(专利权)人：富士胶片电子材料美国有限公司，
类型：发明
国别省市：