包含阴离子型及阳离子型抑制剂的化学机械抛光组合物制造技术

用于抛光钨或钼的化学机械抛光组合物，其包含以下组分、基本上由以下组分组成、或由以下组分组成：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒；选自精氨酸、组氨酸、半胱氨酸、赖氨酸及其混合物的氨基酸；阴离子型聚合物或阴离子型表面活性剂；及任选的氨基酸表面活性剂。用于化学机械抛光包括钨层或钼层的基板的方法，该方法包括：使该基板与上述抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，及研磨该基板以自该基板移除该钨层或该钼层的一部分且由此抛光该基板。的一部分且由此抛光该基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含阴离子型及阳离子型抑制剂的化学机械抛光组合物
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年7月28日提交的名为Molybdenum CMP Composition and Method Including Dual Inhibitors的美国临时申请序列号63/057,639及2020年9月11日提交的名为Molybdenum CMP Composition and Method Including Dual Inhibitors的美国临时申请序列号63/077,036的权益。


[0003]本公开的实施方式涉及金属层的化学机械抛光，且更特定言之，涉及用于对钨及/或钼进行抛光的组合物及方法。

技术介绍

[0004]多种化学机械抛光(CMP)操作用于半导体设备的生产线前端(front
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line；FEOL)及生产线后端(back
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line；BEOL)处理这两者中。举例而言，浅沟槽隔离(STI)为在形成晶体管之前使用的FEOL方法，以在硅晶片中产生镶嵌有原硅酸四乙酯(TEOS)的图案。钨插塞及互连件以及铜互连件及双金属镶嵌方法为用于产生连接器件晶体管的金属线的网状物的BEOL方法。在这些方法中，将金属层沉积于在介电材料(例如TEOS)中形成的开口中。CMP用于自介电质移除过量金属且由此在其中形成导电插塞及/或互连件。
[0005]随晶体管尺寸持续缩减，使用常规互连技术已变得越来越具挑战性。最近，钼已作为用于先进节点应用的候选金属出现，例如用于替代BEOL互连件结构的下部金属层中(例如M1层、M2层及/或M3层中)的铜及/或钨。随着可能引入钼作为插塞及互连件金属，出现对于能够使含有钼的基板平坦化的CMP浆料的需求。
[0006]化学机械抛光组合物通常采用可对所抛光的金属具有化学侵蚀性的氧化剂，诸如过氧化氢。由于金属结构的特征尺寸极小，先进节点器件通常高度地易受到腐蚀问题的影响。钨及钼皆倾向于易受到过氧化氢诱导的腐蚀的影响。需要可移除钨及/或钼膜且有效地使含有钨及/或钼的基板平坦化同时不引起相应腐蚀的CMP浆料。

技术实现思路

[0007]公开了用于对具有钨层或钼层的基板进行抛光的化学机械抛光组合物。该抛光组合物包含以下、基本上由以下组成、或由以下组成：基于水的液体载剂；分散于液体载剂中的研磨剂颗粒；选自精氨酸、组氨酸、半胱氨酸、赖氨酸及其混合物的氨基酸；及阴离子型聚合物或阴离子型表面活性剂。进一步公开了对包括钨层或钼层的基板进行化学机械抛光的方法。该方法可包括：使该基板与上文所描述的抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，及研磨该基板以自该基板移除该钼层的一部分且由此对该基板进行抛光。
Instruments,Prairieville,Louisiana)或可获自Malvern 的研磨剂颗粒可具有约5nm或更大(例如约10nm或更大、约20nm或更大、约30nm或更大、约40nm或更大、约50nm或更大或约60nm或更大)的平均粒度。研磨剂颗粒可具有约300nm或更小(例如约250nm或更小、约200nm或更小、约180nm或更小或约150nm或更小)的平均粒度。因此，研磨剂颗粒可具有在由上述端值中的任两者界定的范围内的平均粒度。举例而言，研磨剂颗粒可具有在约5nm至约300nm(例如约10nm至约200nm、约20nm至约200nm或约50nm至约150nm)范围内的平均粒度。
[0015]抛光组合物可包括基本上任何适合量的研磨剂颗粒。在使用点处，抛光组合物可包括约0.01重量％或更多的研磨剂颗粒(例如约0.02重量％或更多、约0.05重量％或更多、约0.1重量％或更多、约0.2重量％或更多或0.5重量％或更多)。在使用点处，抛光组合物还可包括约20重量％或更少的研磨剂颗粒(例如约10重量％或更少、约5重量％或更少、约3重量％或更少或约2重量％或更少)。因此，抛光组合物中的研磨剂颗粒的使用点浓度可在由上述端值中的任两者界定的范围内。举例而言，抛光组合物中的研磨剂颗粒的量可在约0.01重量％至约20重量％(例如约0.02重量％至约10重量％、约0.05重量％至约5重量％、约0.1重量％至约3重量％或约0.1重量％至约2重量％)范围内。
[0016]所公开的抛光组合物中的研磨剂颗粒可包括基本上任何适合的表面电荷。分散颗粒(诸如氧化硅颗粒或氧化铝颗粒)上的电荷在本领域中通常称为ζ电位(或动电位)。颗粒的ζ电位是指围绕颗粒的离子的电荷与抛光组合物的本体溶液(例如，液体载剂及溶解于其中的任何其它组分)的电荷之间的电位差。ζ电位典型地取决于水性介质的pH值。对于给定的抛光组合物，颗粒的等电点定义为在ζ电位为零时的pH值。随着pH值升高或降低而远离等电点，表面电荷(且因此ζ电位)相应地减少或增加(达到负ζ电位值或正ζ电位值)。可使用市售仪器来获得分散体(诸如抛光组合物)的ζ电位，所述仪器诸如可获自Instruments的可获自Brookhaven Instruments的ZetaPlusζ电位分析仪及/或可获自Dispersion Technologies,Inc的电声频谱仪。
[0017]在某些优选的实施方式中，所公开的抛光组合物可有利地包括阴离子型研磨剂颗粒，例如包括阴离子型氧化硅颗粒、阴离子型氧化铝颗粒或其混合物。“阴离子型”意指研磨剂颗粒在抛光组合物的pH值下具有负的表面电荷。举例而言，研磨剂颗粒可具有约5mV或更高(例如，约10mV或更高、约15mV或更高或约20mV或更高)的负电荷(负ζ电位)。抛光组合物中的胶体氧化硅颗粒可具有约40mV或更低的负电荷。举例而言，研磨剂颗粒可具有在约
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5至约
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40mV(例如，约
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10至约
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40mV)范围内的ζ电位。
[0018]胶体氧化硅颗粒在其天然状态下、在抛光组合物的pH值下可为阴离子型的。在优选的实施方式中，经由表面金属掺杂及/或化学表面处理或部分表面处理(例如用有机酸、基于硫的酸、基于磷的酸及/或阴离子型聚合物)，使胶体氧化硅颗粒在抛光组合物的pH值下呈现阴离子性。这样的处理方法为本领域普通技术人员已知的(例如，如美国专利9,382,450中所公开)。
[0019]阴离子型氧化铝颗粒还可藉由用带负电荷的化合物处理颗粒表面的至少一部分表面来制备，该带负电荷的化合物例如包括有机酸、基于硫的酸、基于磷的酸及/或阴离子型聚合物。在某些实施方式中，氧化铝可包括α氧化铝且阴离子型聚合物可包括聚(2
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丙烯酰氨基
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甲基丙烷磺酸)或聚苯乙烯磺酸。
[0020]抛光组合物可有利地包括第一及第二化合物以降低或抑制钨或钼在抛光组合物中的腐蚀(蚀刻)速率。在这样的实施方式中，第一化合物可有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；研磨剂颗粒，其分散于该液体载剂中；氨基酸，其选自：精氨酸、组氨酸、半胱氨酸、赖氨酸及其混合物；及阴离子型聚合物或阴离子型表面活性剂。2.权利要求1的组合物，进一步包含：含铁的促进剂；及稳定剂，其与该含铁的促进剂结合。3.权利要求1的组合物，进一步包含过氧化氢氧化剂。4.权利要求1的组合物，其中该阴离子型聚合物选自聚磺酸、聚丙烯酸及聚磷酸。5.权利要求4的组合物，其中该阴离子型聚合物为包含磺酸单体单元的聚磺酸聚合物，其选自：聚乙烯基磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚(2
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丙烯酰氨基
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甲基丙烷磺酸)、聚(苯乙烯磺酸
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共聚
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顺丁烯二酸)及其混合物。6.权利要求5的组合物，其中该阴离子型聚合物为聚乙烯基磺酸(PVSA)或聚苯乙烯磺酸(PSSA)。7.权利要求6的组合物，其中该氨基酸选自精氨酸、组氨酸及其混合物。8.权利要求1的组合物，其中该阴离子型表面活性剂包含烷基及带负电荷的硫酸根或磺酸根基团。9.权利要求1的组合物，其中该阴离子型表面活性剂选自：十六烷基二苯醚二磺酸二钠、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸铵、聚氧乙烯苯乙烯化芳基硫酸铵及其组合。10.权利要求1的组合物，其中该研磨剂颗粒包含阴离子型氧化硅或阴离子型氧化铝。11.权利要求1的组合物，进一步包含氨基酸表面活性剂。12.权利要求11的组合物，其中该氨基酸表面活性剂包含选自以下的氨基酸基团：甘氨酸、丙氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸及谷氨酸。13.权利要求11的组合物，其中该氨基酸表面活性剂包含N
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椰油酰基
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DL
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丙氨酸三乙醇胺、椰油酸L
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精氨酸盐、甘氨酸、N
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甲基
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【专利技术属性】
技术研发人员：HY，
申请(专利权)人：CMC材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：