包括钨侵蚀抑制剂的抛光组合物制造技术

包括能侵蚀钨的组合物和至少一种钨侵蚀抑制剂的化学机械抛光组合物和浆料，和使用其组合物和浆料抛光含钨基材的方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为1998年7月27日、中国申请号为98809580.7、专利技术名称为“包括钨侵蚀抑制剂的抛光组合物”的专利技术申请的分案申请。本专利
本专利技术涉及包括一种能够侵蚀钨的化合物和至少一种钨侵蚀抑制剂的一种化学机械抛光(CMP)组合物。该化学机械抛组合物可单独使用或与用于金属层和与制造半导体相关的薄薄膜抛光的其它化学试剂和磨料并用。现有技术的描述集成电路由在硅基材上或硅基材内形成的数百万个活化元件构成。这些开始时相互分离的活化元件互连形成功能电路和部件。这些元件通过使用公知的多层互连件互连。互连结构通常具有第一层金属化的互连层、第二层金属化层、和某些时候第三层和随后的金属化层。层间界电质如掺杂和不掺杂二氧化硅用于电隔离硅基材或阱(well)。不同互连层之间的电连接通过使用金属化的通路进行。US 4,789,648(这里作为参考引入)描述了制备金属化层和在绝缘薄膜中的金属通路的方法。在类似方法中。金属接触用于形成在阱中形成的互连层和元件之间的电连接。金属通路和触点通常填充钨，并通常使用粘结层如氮化钛(TiN)和/或(Ti)，由此将金属层如钨金属层与SiO2连接。在一个半导体制造方法中，金属通路或触点通过均厚金属沉积接着进行化学机械(CMP)步骤进行。在一典型方法中，经层间电介质(ILD)至互连线路或半导体基材侵蚀出通路孔。接着通常在ILD上形成薄粘结层如氮化钛和/或钛，该粘结层直接连接于侵蚀通路孔。然后将钨薄膜均厚沉积于粘结层上和侵蚀通路孔内。继续进行沉积直至通路孔填充钨为止。最后，通过化学机械抛光(CMP)除去过量的金属形成金属通路。制造和/或ILD的CMP方法公开于US 4,671,851、4,910,155和4,944,836中。在典型的化学机械抛光方法中，将基材直接与旋转抛光垫接触。用一载重物在基材背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在基材背面上保持向下的力。在抛光期间将磨料和化学活性溶液(通常称为“浆料”)涂于垫片上。该浆料通过与正在抛光的薄膜化学反应开始抛光过程。在硅片/垫片界面涂布浆料下通过垫片相对于基材旋转运动促进抛光过程。按此方式连续抛光直至除去绝缘体上所需的薄膜。浆料组合物在CMP步骤中一种重要的因素。可根据选取的氧化剂、磨料和其它合适的添加剂调节浆料，以按所需的抛光速率提供有效抛光，同时将表面缺陷、庇点、侵蚀、和具有钨通路的区域内的氧化物侵蚀降至最低。此外，抛光浆料可用于提供对目前集成技术中所用的其它薄薄膜材料如钛、氮化钛等的控制抛光选择性。CMP抛光浆料通常含磨料，如悬浮于含水氧化介质中的二氧化硅或氧化铝。例如，Yu等人的US 5,244,523报道含氧化铝、过氧化氢和氢氧化钾或氢氧化铵的浆料，该浆料可用于以预期速率在很少除去底层绝缘层下除去钨。Yu等人的US 5,209,816公开了包括在水介质中的高氯酸、过氧化氢和固体磨料的浆料。Cadien和Feller的US 5,340,370公开了钨抛光浆料，包括约0.1M铁氰化钾、约5重量％的二氧化硅和乙酸钾。加入乙酸使pH缓冲至约3.5。目前市购的绝大多数CMP浆料含高浓度溶解离子金属组分。结果，抛光基材因带电荷物质吸附于夹层内而被污染。这些物质可在接点和接触处迁移并改变元件的电性能，同时改变SiO2层的介电性能。这些变化会随时间推移降低集成电路的可靠性。因此，要求将硅片仅暴露于非常低浓度可运动金属离子的高纯化学物料中。CMP浆料组合物不断用能够侵蚀钨的化学组分配制，已试图改进抛光钨通路的速度。然而，在很多情况下所得CMP浆料组合物按这样的方式侵蚀钨将钨溶解，而不是将表面转化为具有改进的钨光性的软化氧化表面。由于这些化学组合物，因不合适的钨侵蚀出现深陷的钨堵塞物。深陷的钨通路(其中钨表面低于周围的绝缘表面)是一个问题，因为它们可造成与元件的其它部分的电接触问题。此外，可造成因钨深陷出现的问题的事实在于所得的非平面会使金属层进一步沉积在元件的下一层上。钨侵蚀还会造成钨通路不合适的“锁眼”。锁眼是这样现象孔侵蚀入钨通路的中心，随后该孔向通路的侧面迁移。该锁眼造成与深陷相同的接触和填充问题。因此需要一种既可高速抛光又不造成不合适的钨堵塞物深陷问题。本专利技术概述本专利技术涉及一种能够在最低侵蚀和/或腐蚀下高速抛光钨的化学机械抛光组合物。此外，本专利技术的化学机械抛光组合物能够在良好反表面均匀性下以控制速率抛光具有钨层的物质。本专利技术为本领域的这样一种化学机械抛光组合物，即该组合物能够非常高速率地抛光包括钨通路和波纹的基材，得到能够接受后继的未填充或无由不可接受的凹穴或栓孔引起的接触问题的金属化层的抛光基材。本专利技术进一步涉及用本专利技术浆料形式的化学机械抛光组合物抛光包括钨层的集成电路中的多个金属层的方法。在一个实施方案中，本专利技术为包括一种能够侵蚀钨的化合物和至少一种钨侵蚀抑制剂的化学机械抛光组合物。在另一实施方案中，本专利技术为包括一种能够侵蚀钨的化合物和至少一种钨侵蚀抑制剂的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂为氨烷基化合物，在pH低于约9.0下形成烷基铵离子的化合物和其混合物。在另一实施方案中，本专利技术为包括约1.0至约15.0wt％的二氧化硅、约0.001至约0.2wt％硝酸铁催化剂，约1.0至约10.0wt％的过氧化氢，约0.001至约2.0wt％至少一种钨侵蚀抑制剂的化学机械抛光组合物。在另一实施方案中，本专利技术为包括约0.5至约15.0wt％的二氧化硅、约0.001至约0.2wt％的硝酸铁、约1.0至约10.0wt％的过氧化氢、至少一种稳定剂和约0.001至约1.0wt％甘油的具有pH低于约4.0的化学机械抛光浆料。本专利技术还涉及抛光包括至少一钨层的基材的方法。该抛光方法从掺混至少一种能够侵蚀钨的化合物、至少一种钨侵蚀抑制剂和去离子水得到具有pH低于5.0的化学机械抛光组合物开始。然后将该化学机械抛光浆料涂于基材上，并通过垫片与基材接触足够长的时间，以从基材上除去至少一部分钨层。本专利技术通过以下条目内容来实现1.一种化学机械抛光组合物，包括能侵蚀钨的化合物；和至少一种钨侵蚀抑制剂。2.条目1的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂是包括含氮官能基的化合物。3.条目1的化学机械抛光组合物，其中可用作钨侵蚀抑制剂的化合物为包括至少一种选自含氮官能团杂环、硫化物、硫醇、烷基铵离子、或一个化合物中各官能基混合物的化合物。4.条目2的化学机械抛光组合物，其中含氮官能团化合物为含氮的杂环、形成烷基铵离子的化合物、氨基烷基、氨基酸和其混合物。5.条目2的化学机械抛光组合物，其中含氮官能团化合物选自2，3，5-三甲基吡嗪、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、喹啉、乙基吡咯、哒嗪、组氨酸、吡嗪、苯并咪唑和其混合物。6.条目1的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂选自还原的谷胱甘肽、半胱氨酸、2-巯基-苯并咪唑、胱氨酸胺、噻吩、巯基n-氧吡啶、盐酸硫胺、四乙基二硫化四烷基秋兰姆、2，5-二巯基-1，3-噻二唑及其混合物。7.条目1的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂是包括烷基铵离子官能团的化合物，这些化合物选自Monoquat isies(异硬脂酰基乙基亚氨基)、氢氧化十六烷基三甲基铵、alkaterge E(2-十七烷基-4-乙基-2唑啉4-甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光组合物，包括：　　　　能侵蚀钨的化合物；和　　　　至少一种钨侵蚀抑制剂，　　　　其中钨侵蚀抑制剂是（１）包括含氮官能基的化合物，该含氮官能团化合物为含氮的杂环、形成烷基铵离子的化合物、氨基烷基、氨基酸或其组合；或（２）包括至少一种选自含氮官能团杂环、硫化物、烷基铵离子、或一个化合物中各官能基混合物的化合物。

【技术特征摘要】
US 1997-7-28 08/901,803;US 1998-5-29 09/086,6591.一种化学机械抛光组合物，包括能侵蚀钨的化合物；和至少一种钨侵蚀抑制剂，其中钨侵蚀抑制剂是(1)包括含氮官能基的化合物，该含氮官能团化合物为含氮的杂环、形成烷基铵离子的化合物、氨基烷基、氨基酸或其组合；或(2)包括至少一种选自含氮官能团杂环、硫化物、烷基铵离子、或一个化合物中各官能基混合物的化合物。，2.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中含氮官能团化合物选自2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯、组氨酸、和其组合。3.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂选自2-巯基-苯并咪唑、胱氨酸胺、及其混合物。4.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中含氮官能团化合物为在pH小于约9时形成烷基铵离子的化合物。5.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂选自天然存在的氨基酸、合成的氨基酸和其混合物。6.权利要求1-5任一项的化学机械抛光组合物的水溶液。7.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中钨侵蚀抑制剂是至少一种在pH小于约5.0的水溶液中形成烷基铵离子的化合物。8.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中能侵蚀钨的组分具有能侵蚀钨的pH。9.权利要求1的化学机械抛光组合物，其中能侵蚀钨的化合物的pH大于约4.0。10.权利要求1-5和7-9中任一项的化学机械抛光组合物，其中能侵蚀钨的化合物是至少一种氧化剂。11.权利要求10的化学机械抛光组合物，其中氧化剂为至少一种过化合物。12.权利要求11的化学机械抛光组合物，其中过化合物是过氧化氢。13.权利要求12的化学机械抛光组合物，包括约0.5至约50重量％的过氧化氢。14.权利要求13的化学机械抛光组合物，包括约0.5至约10重量％的过氧化氢。15.权利要求1-5和7-14中任一项的化学机械抛光组合物，其中能侵蚀钨的化合物是至少一种含氟化合物。16.权利要求1-5和7-15中任一项的化学机械抛光组合物，还包括至少一种金属催化剂。17.权利要求16的化学机械抛光组合物，其中金属催化剂为选自具有多个氧化态的无机铁化合物和有机铁化合物的铁催化剂。18.权利要求17的化学机械抛光组合物，其中铁催化剂为硝酸铁。19.权利要求18的化学机械抛光组合物，包括约0.001至约2.0重量％的硝酸铁催化剂。20.权利要求1化学机械抛光组合物，其中能侵蚀钨的化合物是过氧化氢，以及其中该组合物还包括约0.001至约0.2重量％的铁催化剂。21.一种化学机械抛光浆料，包括权利要求1-5和7-20中任一项的化学机械抛光组合物和至少一种金属氧化物磨料。22.权利要求21的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料选自氧化铝、氧化铈、氧化锗、氧化硅、氧化钛、氧化锆及其混合物。23.权利要求21或22的化学机械抛光浆料，其中磨料为金属氧化物的水分散体。24.权利要求21-23中任一项的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料由具有尺寸分布低于约1.0μm和平均聚集体直径低于约0.4μm的金属氧化物聚集体组成。25.权利要求21-23中任一项的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料由具有初始颗粒尺寸低于0.400μm和表面积约10m2/g至约250m2/g的分离的单个金属氧化物球组成。26.权利要求21-25中任一项的化学机械抛光浆料，其中磨料的表面积为约5m2/g至约430m2/g。27.权利要求26的化学机械抛光浆料，其中磨料的表面积为约30m2/g至约170m2/g。28.权利要求21-27中任一项的化学机械抛光浆料，其中磨料为沉淀磨料或煅制磨料。29.权利要求21-27中任一项的化学机械抛光浆料，其中金属氧化物磨料为二氧化硅。30.权利要求28的化学机械抛光浆料，其中二氧化硅为煅制二氧化硅。31.权利要求1-5和7-20的化学机械抛光组合物，还包括至少一种稳定剂。32.权利要求21-30任何一项的化学机械抛光浆料，还包括至少一种稳定剂。33.权利要求31的化学机械抛光组合物或权利要求32的化学机械抛光浆料，包括至少一种选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、苄腈和其混合物的稳定剂。34.权利要求33的化学机械抛光组合物或化学机械抛光浆料，其中稳定剂为约1当量/单位催化剂至约15当量/单位催化剂草酸。35.一种化学机械抛光浆料，包括约1.0至约15.0重量％的二氧化硅；约0.001至约0.2重量％的硝酸铁；约1.0％至约10.0％重量的至少一种稳定剂，和约0.001至约1.0重量％的至少一种钨侵蚀抑制剂，其中钨侵蚀抑制剂是(1)包括含氮官能基的化合物，该含氮官能团化合物为含氮的杂环、形成烷基铵离子的化合物、氨基烷基、氨基...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文K格鲁姆宾，克里斯托弗C斯特赖恩兹，埃里克WG霍格伦，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]