CN102337081A - 具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法 - Google Patents

具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102337081A
CN102337081A CN2011101799287A CN201110179928A CN102337081A CN 102337081 A CN102337081 A CN 102337081A CN 2011101799287 A CN2011101799287 A CN 2011101799287A CN 201110179928 A CN201110179928 A CN 201110179928A CN 102337081 A CN102337081 A CN 102337081A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid ester
isocyanuric acid
compound
cmp
compsn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011101799287A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102337081B (zh
Inventor
史晓波
R·M·佩尔斯泰恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Versum Materials US LLC
Original Assignee
DuPont Air Products NanoMaterials LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DuPont Air Products NanoMaterials LLC filed Critical DuPont Air Products NanoMaterials LLC
Publication of CN102337081A publication Critical patent/CN102337081A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102337081B publication Critical patent/CN102337081B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法。本发明提供在CMP加工过程中和之后提供良好的腐蚀保护和低缺陷率水平的CMP组合物和相关的方法。这种组合物和方法可用于半导体制造中的CMP(化学机械平面化)(包括除去金属和/或阻挡层材料)，特别是用于低工艺节点应用中的CMP加工。

Description

具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年6月24日提交的美国临时专利申请序列号61/358,309的优先权。
发明背景
本发明涉及用于半导体制造的化学机械平面化(chemicalmechanical planarization)(CMP，化学机械抛光)。特别地，本发明涉及CMP在低(例如，22nm)工艺节点应用中的用途。
在第2阶段采用阻挡层CMP浆料(barrier CMP slurry)的CMP工艺通常用来去除和磨平图案化晶片的表面上的过量金属层和其他膜，以实现全面平面化。
当利用这种CMP工艺时，可以采用多步骤的CMP工艺，包括初始除去和磨平铜覆盖层(copper overburden)，被称为第1步铜CMP工艺，接着是阻挡层CMP工艺。阻挡层CMP工艺常常被称为阻挡或第2步CMP工艺。
不适合于半导体制造的特定的特征变形(featured distortion)，是由在化学机械抛光工艺中与铜通孔或金属线相互作用的化学成分的进一步腐蚀造成的对于铜通孔或金属线的损伤。因此，以下是非常重要的：在CMP浆料中确认和使用合适的缓蚀剂以在化学机械抛光工艺的过程中和之后减少和控制铜通孔或槽的进一步腐蚀。
在第2步CMP工艺中，阻挡层CMP浆料用于抛光处理。涉及使用阻挡层CMP浆料的化学反应包括：由用于阻挡层CMP浆料中的氧化剂(例如，H2O2)诱导的氧化反应。铜通孔或槽的表面和阻挡材料(如钽)被氧化为相关的金属氧化物膜，通常情况下，金属铜被氧化成氧化亚铜和氧化铜的混合物，而Ta被氧化为Ta2O5(Ta的优选氧化物形式)。在大多数情况下，可以化学键合铜阳离子和钽阳离子的螯合剂或配体用于钽阻挡层CMP浆料中以加速氧化铜和氧化钽的溶解，从而产生需要的铜通孔、槽和阻挡层的去除速率。通常情况下，研磨剂还用于大多数阻挡CMP浆料中；具有可变粒度的研磨剂在施加的压力下提供抛光垫和晶片表面之间的机械摩擦力。
一般来说，新抛光的铜通孔或槽将继续与用于CMP浆料中的化学成分相互作用，以发生进一步的腐蚀过程。进一步腐蚀的铜通孔或槽将导致IC芯片后续集成的一些缺陷问题。因此，缓蚀剂用于阻挡层CMP浆料中以保护铜通孔或槽在化学机械抛光工艺过程中和之后免受进一步腐蚀。例如，BTA(1-H-1，2，3-苯并三唑)为广泛已知的，并用作CMP浆料中的缓蚀剂。
理想情况下，由用于CMP浆料(例如，阻挡浆料)中的缓蚀剂形成的单层保护是优选的，但事实上，有时BTA倾向于在铜通孔或槽的表面上通过配位反应形成多层保护膜。当用于碱性溶液中时，BTA在腐蚀抑止方面也变得不那么有效。公认的BTA在抛光的铜通孔或槽表面上的钝化机制涉及形成聚合的BTA-Cun+络合物或四聚BTA-Cun+络合物的薄层。
BTA作为缓蚀剂的另一个缺点是，当由于形成聚合BTA-Cun+络合物的不溶性薄膜导致BTA浓度增加时，铜通孔或槽的去除速率一般会出现不希望的降低。因此，明显需要寻找新的缓蚀剂，其在CMP处理期间和之后保护金属表面免受腐蚀，且没有BTA和相关缓蚀剂所具有的上述缺点。本发明通过提供没有与BTA相关的缺点的新的有效缓蚀剂满足了这种需要。
发明内容
本文描述一种用于图案化的衬底表面(如，举例来说，图案化的半导体晶片)的化学机械平面化(“CMP”)的化学机械抛光浆料。更具体地，本文还描述用于抛光包括多层膜(如阻挡、低k或超低K、电介质和金属通孔或槽)的图案化晶片的CMP抛光组合物。这种化学机械抛光组合物对于用于图案化晶片的化学机械抛光的第二阶段特别有效，并提供至少下列之一：提供各种不同类型的薄膜的理想去除速率；提供晶片内非均匀性(“WIW NU％”)的理想低水平；导致CMP加工之后抛光晶片上存在低残留水平；和在各种薄膜间提供理想的选择性。
在一种实施方式中，本发明涉及一种组合物，包含：
a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；
b)研磨剂；和
c)氧化剂。
氰脲酸酯化合物可以是异氰脲酸酯。
在再另一种实施方式中，本发明涉及一种用于对在其上具有至少一个包含阻挡层材料的结构元件(feature)的表面进行化学机械平面化的方法，所述方法包括以下步骤：
A)使包括在其上具有至少一个包含阻挡层材料的结构元件的表面的衬底接触抛光垫；
B)输送抛光组合物，其包含：
a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；
b)研磨剂；和
c)氧化剂；
以及
C)用抛光组合物抛光衬底。
在再另一种实施方式中，本发明涉及一种用于对在其上具有至少一个包含金属的结构元件的表面进行化学机械平面化的方法，所述方法包括以下步骤：
A)使包括在其上具有至少一个包含金属材料的结构元件的表面的衬底接触抛光垫；
B)输送抛光组合物，其包含：
a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；
b)研磨剂；和
c)氧化剂；
以及
C)用抛光组合物抛光衬底。
具体实施方式
在一种实施方式中，本发明涉及一种组合物，其包含：a)氰脲酸酯化合物，其可以是异氰脲酸酯化合物；b)研磨剂；和c)氧化剂。
氰脲酸酯化合物和异氰脲酸酯化合物可以具有如下所示的通式结构：
Figure BSA00000527877600041
其中R、R’和R”可以具有以下四种关系中的任一种：
1.R＝R’＝R”
2.R＝R’，但不同于R”
3.R＝R”，但不同于R’
4.R不同于R’和R”，R’也不同于R”。
R、R’和R”可以是包含任何类型的官能团的任何分子部分，该官能团使得它们能够在图案化晶片的表面上(通常在那些金属通孔或槽的表面上，如铜)形成保护钝化层。R、R’和R”的部分的例子包括以下：例如，-OH，直链或支链C1-C8烷基和直链或支链C1-C8羟烷基(alkylol)。例如，R、R’和R”可以各自独立地为羟乙基、乙基或羟基。
R、R’和R”的其他例子如下：
在第1种情况中，R＝R’＝R”，官能团可以是具有通式结构-CnH2n-OH的羟烷醇。
在第2种情况中，R＝R’，但不同于R”：对于R和R’，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-OH的羟烷醇；对于为R”，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-NH2(或R2)的烷基胺。
在第3种情况中，R＝R”，但不同于R’：对于为R和R”，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-OH的羟烷醇；对于为R’，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-COOR的烷基羧酸酯。
在第4种情况中，R不同于R’和R”，R’也不同于R”：对于R，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-OH的羟烷醇；对于R’，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-COOR的烷基羧酸酯；对于R”，官能团可以为具有通式结构-CnH2n-NH2(或R2)的烷基胺。
氰脲酸酯化合物可以是异氰脲酸酯。合适的异氰脲酸酯包括但不限于1，3，5-三(2-羟基-C1-C4-烷基)异氰脲酸酯，比如，举例来说，1，3，5-三(2-羟乙基)异氰脲酸酯。在优选的实施方式中，异氰脲酸酯是1，3，5-三(2-羟乙基)异氰脲酸酯。
在另一种实施方式中，本发明涉及一种组合物，包含：a)草酸或草酸盐；b)研磨剂；和c)氧化剂。合适的草酸盐包括但不限于草酸铵和草酸钾。
本发明的合适的研磨剂包括但不限于，氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆及其混合物。例如，胶体二氧化硅优选用作本文所公开的组合物中的研磨剂。胶体二氧化硅可以由硅酸钠制备，或者可以由TEOS或TMOS制备。本发明可以利用各种表面改性的研磨剂，包括在美国专利7691287和7915071中所公开的那些。
合适的氧化剂包括，例如，一种或多种过氧化合物，其包含至少一个过氧基团(-O-O)。合适的过氧化合物包括，例如，过氧化物类(例如过氧化氢)、过硫酸盐类(例如单过硫酸盐类和二过硫酸盐类)、过碳酸盐类、其酸类、其盐类及其混合物。其他合适的氧化剂包括，例如，氧化的卤化物(例如，氯酸盐类、溴酸盐类、碘酸盐类、高氯酸盐类、过溴酸盐类、高碘酸盐类、其酸类及其混合物等)、过硼酸、过硼酸盐类、过碳酸盐类、过氧酸类(例如，过乙酸、过苯甲酸、间氯过苯甲酸、其盐类、其混合物等)、高锰酸盐类、铬酸盐类、铈化合物类、铁氰化物类(如铁氰化钾)、其混合物等。用于本文所述的组合物和方法中的某些具体氧化剂包括但不限于，过氧化氢、高碘酸、碘酸钾、高锰酸钾、过硫酸铵、钼酸铵、硝酸铁、硝酸、硝酸钾、氨和其他胺化合物及其混合物。过氧化氢和脲-过氧化氢是优选的氧化剂。
组合物可以进一步包含作为螯合剂或络合剂发挥作用的合适的化合物。各种有机酸类、有机胺类、有机氨基酸衍生物可以用作配体或螯合剂以与铜阳离子或钽阳离子形成络合物，以增强金属氧化层溶解过程。例如，苯磺酸是有用的络合剂。
表面活性剂可以作为表面润湿剂用于组合物中。可以作为表面润湿剂添加到阻挡层CMP浆料中的合适的表面活性剂化合物包括，例如，本领域的技术人员已知的众多非离子、阴离子、阳离子或两性表面活性剂中的任何一种。
组合物可以进一步包含pH调节剂以提高抛光组合物的稳定性，调整抛光组合物的离子强度和提高其操作和使用的安全性。pH调节剂可以用于提高或降低抛光组合物的pH。用于降低抛光组合物的pH的合适的pH调节剂包括但不限于，盐酸、硝酸、硫酸、氯乙酸、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、丙二酸、各种脂肪酸、各种多元羧酸及其混合物。用于提高抛光组合物的pH的合适的pH调节剂包括但不限于，氢氧化钾、氢氧化钠、氨、氢氧化四甲铵、乙二胺、哌嗪、聚乙烯亚胺、改性聚乙烯亚胺及其混合物。
根据本发明的包含新型缓蚀剂的组合物(和相关方法)具有以下功能：1)这种化学添加剂在组合物中用作缓蚀剂时有效地减少在化学机械抛光工艺的过程中和之后由连续接触所用的CMP浆料组合物中的化学成分导致的铜金属线表面的进一步的腐蚀。2)一般来说，用于本发明的组合物中的新的缓蚀剂包含使得这类缓蚀剂与新抛光的铜金属线的表面相互作用以在铜金属线的表面上产生薄保护层的配位原子。新的缓蚀剂可以被视为与铜金属线表面上的铜阳离子形成配位键的配体。3)CMP浆料组合物中的新缓蚀剂在以合理的浓度范围使用时，与使用包含BTA作为缓蚀剂的标准和参考阻挡层CMP浆料组合物(比较例)获得的去除速率相比，不会造成包括铜通孔或槽、阻挡层如钽和TaN、低k或超低k薄膜、电介质薄膜如源自TEOS的氧化硅的各种薄膜的去除速率的大变化。
本发明的方法
本发明的方法要求使用上述组合物(上文所公开的)用于包含金属(在一种实施方式中)或阻挡层材料(另一种实施方式中)的衬底的化学机械平面化。在该方法中，将衬底(例如，晶片)面向下放置在固定地附着于CMP抛光机的可旋转台板的抛光垫上。以这种方式，使得待抛光和平面化的衬底与抛光垫直接接触。在CMP处理过程中，晶片加载系统或抛光头用来保持衬底在适当位置，并相对于衬底的后侧施加向下的压力；同时台板和衬底旋转。抛光组合物(浆料)在CMP处理过程中应用(通常是连续地)到抛光垫上，以实现物质去除而磨平衬底。
一般对于金属(例如，钨和/或铜)的抛光，本方法所使用的浆料的pH可以是酸性、中性或碱性的。对于阻挡层材料(例如，钽和/或氮化钽)的抛光，本方法所使用的浆料的pH一般是碱性的，且在不同的实施方式中可以为7.1-12、8-11和9-11。在优选的实施方式中，pH为9.5至11.8。
对于本发明的阻挡层应用，对于本发明浆料的pH范围的选择在调节电介质薄膜如TEOS、低k薄膜如BD1和阻挡薄膜如Ta/TaN的去除速率方面非常重要，以具有合适的值而使得选择性值适于满足所选择的CMP抛光工艺的特殊要求。
虽然没有受限于理论，给出pH效应的如下解释。当本发明的浆料的pH低于7.1时，电介质薄膜和低k薄膜的去除速率太低，因为不存在足够的氢氧根阴离子。在碱性pH条件下，存在氢氧根阴离子，且这些阴离子可以与TEOS或低-k薄膜反应，这可以导致在薄膜表面上发生更高水平的水解反应，从而提供相对高的所需的去除速率。
当选择pH值在9.5-11.8之间的范围时，这种水解反应增强，从而导致TEOS和低k薄膜的去除速率提高。
本发明的组合物和方法特别适合于阻挡薄膜的CMP加工，所述阻挡薄膜包括但不限于钽、氮化钽、钛和氮化钛。
术语表
抛光垫：在CMP过程中使用由Narybeni America Corporation供应的抛光垫Fujibo H7000HN。
参数：
Figure BSA00000527877600081
埃-长度单位
BP：背压，以psi为单位
CMP：化学机械平面化＝化学机械抛光
CS：载体速度
DF：下向力：在CMP过程中施加的压力，单位psi
min：分钟
ml：毫升
mV：毫伏
psi：每平方英寸磅
PS：抛光工具的台板转速，以rpm(每分钟转数)计
SF：抛光组合物流，毫升/分钟
去除速率和选择性
Figure BSA00000527877600082
铜/BD/钽/TEOS的选择性＝在相同下向力(psi)下的Cu RR/BD RR/Ta RR/TEOS RR
实施例
总体实验程序
除非另有说明，所有百分比是重量百分比。在下面描述的实施例中，使用下面给出的程序和实验条件进行CMP实验。用于实施例中的CMP工具是由Applied Materials，3050 Bowers Avenue，Santa Clara，California，95054制造的Mirra
Figure BSA00000527877600091
。NarubeniAmerica Corporation供应的FujiboH7000HN垫用在进行无图案晶片(blanket wafer)抛光研究的台板上。通过抛光25个拟氧化物(dummy oxide)(由TEOS前体PETEOS，通过等离子增强CVD沉积)晶片磨合(break-in)垫。为使工具设置和垫磨合合格，在基线条件下，用DuPont Air Products NanoMaterials L.L.C.供应的SytonOX-K胶体二氧化硅抛光两个PETEOS监测(monitor)。使用电镀沉积的铜、Black Diamond(BD，低k电介质)、TEOS和钽晶片进行抛光实验。这些无图案晶片购自Silicon Valley Microelectronics，1150Campbell Ave，CA，95126和Advantiv Corporation。该薄膜的厚度规格概括如下：
铜：在硅上，
Figure BSA00000527877600093
电镀铜/
Figure BSA00000527877600094
铜晶种/
Figure BSA00000527877600095
Ta
钽：在硅上，
Figure BSA00000527877600096
的热氧化物
BD：BD1
Figure BSA00000527877600097
TEOS：
Figure BSA00000527877600098
通过使用Gamry Series G 300 Potentiostat/Galvanostat/ZRA进行电化学测量。使用Gamry ECHEM ANALYST软件套装进行数据分析。工作电极是连接到AFASR可调速转子型Pine Instruments的11mm铜盘。石墨棒用作反电极，电势以尽可能接近工作电极的Ag/AgCl参比电极为基准。铜盘最初用金刚砂打磨到1μm、然后用亚微米级硅胶抛光。恰在每次测量前，通过浸入29％的柠檬酸溶液5分钟进行最后的清洁和脱氧，接着用去离子水冲洗。所有实验在环境空气中进行，并且没有采用惰化(inerting)。
在使得静态电极用实验浆料配方平衡15分钟之后，开始电化学测量。通过以10mV/s从平衡开路电势(OCP)的25mV阴极至OCP的25mV阳极线性扫描，在以500rpm旋转的平衡电极上获得Tafel曲线。通过使用对于Butler-Volmer方程的拟合程序，提取腐蚀电流和腐蚀电势。
用装备有多通道板(Multiple Channel Plates，MCD)和聚焦的A1单色X射线源的PHI 5000VersaProbe分光计进行X射线光电子光谱法(XPS)实验。以117.4eV的通能(Pass Energy)、1.000eV的步幅和50msec的停留时间进行低分辨率探测扫描。以23.50eV的通能、0.100eV的步幅和100msec的停留时间进行高分辨率多重扫描。以29.35eV的通能、0.100eV的步幅和100msec的停留时间进行对深度剖面的高分辨率扫描。分析区域为具有45°的出射角(take-off angle)的200微米直径。CASAXPS软件用于使用传输函数校正的面积灵敏度因子(ASF)分析数据。离子枪设置为2kV、2μA具有4x4mm的光栅，以最小化溅射过程导致的样品损害。相对于来自Sigma Optical Metrology Consulting的18.7nm SiO2/Si校准蚀刻率。在SiO2上的溅射率确定为1.7nm·min-1。由于铜溅射比SiO2快2.4倍，实际溅射率假设为大约
Figure BSA00000527877600101
0.12分钟的溅射间隔用于获得所需的
Figure BSA00000527877600102
除去增量。
制成具有以下组成的用于实施例中的基础浆料：
Figure BSA00000527877600103
对于下面所示的7种浆料中的每一种，初始混合除过氧化氢之外的所有成分，测量pH(添加过氧化氢之前)，然后添加1％的过氧化氢，接着在达到平衡时测量pH(添加过氧化氢之后)。(有些浆料可能需要在添加过氧化氢后几小时才能显示达到平衡时的稳定pH)。
实施例1(比较)
以200ppm的水平添加苯并三唑(BTA)以产生用于与以下浆料相对比的标准浆料。在添加H2O2之前这种标准浆料的pH为大约11.2，而添加H2O2之后为大约10.65。
实施例2(比较)
以200ppm的水平添加CDI4302d添加剂(King Industries，Norwalk，CT供应的改性苯并三唑化合物)以产生测试浆料。在添加H2O2之前这种测试浆料的pH为大约11.1，添加H2O2之后为大约10.60。
实施例3(比较)
以200ppm的水平添加3，5-二氨基-1，2，4-三唑以产生测试浆料。在添加H2O2之前这种测试浆料的pH为大约10.9，添加H2O2之后为大约10.45。
实施例4(本发明)
以200ppm的水平添加1，3，5-三(2-羟乙基)异氰脲酸酯以产生测试浆料。在添加H2O2之前这种测试浆料的pH为大约11.3，添加H2O2之后为大约10.75。
实施例5(本发明)
以200ppm的水平添加草酸钾以产生测试浆料。在添加H2O2之前这种测试浆料的pH为大约11.0，添加H2O2之后为大约10.55。
实施例6(本发明)
以400ppm的水平添加草酸钾以产生测试浆料。在添加H2O2之前这种测试浆料的pH为大约11.2，添加H2O2之后为大约10.60。
实施例7(本发明)
以100ppm的水平添加1，3，5-三(2-羟乙基)异氰脲酸酯以产生测试浆料。以与本文所描述的对于表2概括的其他实施例相同的方式测量使用这种浆料的去除速率。对于这种浆料测得以下的去除速率：Ta：
Figure BSA00000527877600111
Figure BSA00000527877600112
BD1：
Figure BSA00000527877600113
Cu：
Figure BSA00000527877600114
和TEOS：
Figure BSA00000527877600115
在添加1重量％的过氧化氢后，上述浆料1-7的pH在大约10.4至大约10.8的范围内。
然后，如上面所说明的测定浆料1-5的腐蚀电流和腐蚀电压，并提供表1概括的结果。
表1：实施例1-5的浆料的腐蚀电压和腐蚀电流
Figure BSA00000527877600121
如表1所示，测试的缓蚀剂的腐蚀电流的相对强度与使用BTA作为缓蚀剂获得的值进行比较。当BTA的腐蚀电流与对于不同的潜在缓蚀剂测量的那些腐蚀电流比较时，三种不同的结果是可能的。第一种情况是，测试的潜在缓蚀剂在碱性pH溶液中产生的腐蚀电流比从包含BTA的碱性溶液获得的腐蚀电流高。第二种情况是，测试的潜在缓蚀剂产生的腐蚀电流与从包含BTA的碱性溶液获得的腐蚀电流非常相似。第三种情况是，测试的潜在缓蚀剂产生的腐蚀电流比从包含BTA的碱性溶液获得的腐蚀电流低。表1中的数据显示对于这些不同的观察中某一些的实例。当含有化学添加剂的碱性溶液的腐蚀电流比从含BTA的碱性溶液获得的腐蚀电流高时，这样的化学添加剂被认为在用于CMP浆料中时基本上没有腐蚀抑制效果。当含有化学添加剂的碱性溶液的腐蚀电流与从含BTA的碱性溶液获得的腐蚀电流非常相似时，这样的化学添加剂被认为在用于CMP浆料中时具有与BTA类似的腐蚀抑制效果。当含有化学添加剂的碱性溶液的腐蚀电流比从含BTA的碱性溶液获得的腐蚀电流低时，这样的化学添加剂被认为在用于CMP浆料中时具有比BTA更好的腐蚀抑制效果。
实施例1中的苯并三唑及实施例2和3中的相关抑制剂(CDI4302d和3，5-二氨基-1，2，4-三唑)都产生相对较高的腐蚀电流(I腐蚀)值。与此形成鲜明对比，实施例4中的1，3，5-三(2-羟乙基)异氰脲酸酯和实施例5中的草酸钾都表现出显著降低的腐蚀电流(I腐蚀)值，这表明如上文所讨论的，这两种添加剂是比苯并三唑和相关化合物有效得多的缓蚀剂。
基于电化学筛选测试结果，测试各种作为对于用于抛光实验中的阻挡层CMP浆料中BTA的替代缓蚀剂的化学添加剂，以提供然后经受分析的抛光晶片。对于抛光晶片的XPS深度剖面分析用来鉴定由不同缓蚀剂形成的保护层的厚度。XPS分析也用于表面元素分析以确认氮、氧和碳的存在。这三种元素的存在加上抛光晶片表面上的亚nm或nm厚度的保护层支持以下结论：某些所选择的化学添加剂可以用作所公开的阻挡层CMP浆料中的替代缓蚀剂。
然后利用上述方法使用实施例1-5的浆料进行抛光实验。结果列于表2中。
表2：实施例1、4、5和6的浆料的抛光去除速率。
Figure BSA00000527877600131
如表2所示，本发明的化学添加剂(不同于BTA或三唑类缓蚀剂)在替代BTA用于CMP浆料中时获得类似的Ta(钽)、BD1(黑金刚石1)和TEOS(正硅酸四乙酯)的去除速率，但Cu(铜)的去除速率下降。在抛光铜通孔或槽中的这种去除速率下降可以归因于与在比较浆料中由BTA提供的效应相比，由使用这些更强和更有效的缓蚀剂得到更强的钝化保护效应。

Claims (15)

1.一种组合物，包含：
a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；
b)研磨剂；和
c)氧化剂。
2.根据权利要求1的组合物，还包含选自螯合剂和络合剂的化合物。
3.根据权利要求1或2的组合物，还包含表面活性剂。
4.根据权利要求1-3中任一项的组合物，其中，所述化合物是氰脲酸酯或异氰脲酸酯，优选是异氰脲酸酯，更优选是1，3，5-三(2-羟基-C1-C4-烷基)异氰脲酸酯，且甚至更优选是1，3，5-三(2-羟乙基)异氰脲酸酯。
5.根据权利要求1-3中任一项的组合物，其中，所述化合物是草酸或草酸盐。
6.一种用于对在其上具有至少一个包含阻挡层材料的结构元件的表面进行化学机械平面化的方法，所述方法包括以下步骤：
A)使包括在其上具有至少一个包含阻挡层材料的结构元件的表面的衬底接触抛光垫；
B)输送抛光组合物，其包含：
a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；
b)研磨剂；和
c)氧化剂；
以及
C)用该抛光组合物抛光衬底。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述阻挡层材料选自钽和氮化钽。
8.根据权利要求6或7的方法，其中，所述氧化剂是过氧化氢。
9.根据权利要求6-8中任一项的方法，其中，所述抛光组合物的pH为7.1-12，优选为9.5至11.8。
10.根据权利要求6-9中任一项的方法，其中，所述化合物是异氰脲酸酯，优选是1，3，5-三(2-羟基-C1-C4-烷基)异氰脲酸酯。
11.一种用于对在其上具有至少一个包含金属的结构元件的表面进行化学机械平面化的方法，所述方法包括以下步骤：
A)使包括在其上具有至少一个包含金属材料的结构元件的表面的衬底接触抛光垫；
B)输送抛光组合物，其包含：
a)选自氰脲酸酯、异氰脲酸酯和草酸或其盐的化合物；
b)研磨剂；和
c)氧化剂；
以及
C)用该抛光组合物抛光衬底。
12.根据权利要求11的方法，其中，所述金属选自钽、铜和钨。
13.根据权利要求11或12的方法，其中，所述氧化剂是过氧化氢。
14.一种组合物，包含：
a)异氰脲酸酯；
b)研磨剂；和
c)氧化剂；
其中，所述抛光组合物的pH值为7.1-12。
15.根据权利要求14的组合物，其中，所述异氰脲酸酯是1，3，5-三(2-羟基-C1-C4-烷基)异氰脲酸酯。
CN201110179928.7A 2010-06-24 2011-06-24 具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法 Active CN102337081B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35830910P 2010-06-24 2010-06-24
US61/358,309 2010-06-24
US13/154,662 2011-06-07
US13/154,662 US8821751B2 (en) 2010-06-24 2011-06-07 Chemical mechanical planarization composition and method with low corrosiveness

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102337081A true CN102337081A (zh) 2012-02-01
CN102337081B CN102337081B (zh) 2015-06-03

Family

ID=46162638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110179928.7A Active CN102337081B (zh) 2010-06-24 2011-06-24 具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8821751B2 (zh)
KR (1) KR101296256B1 (zh)
CN (1) CN102337081B (zh)
TW (1) TWI454563B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150104940A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Air Products And Chemicals Inc. Barrier chemical mechanical planarization composition and method thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652274A (en) * 1985-08-07 1987-03-24 Minnesota Mining And Manufacturing Company Coated abrasive product having radiation curable binder
US5954997A (en) * 1996-12-09 1999-09-21 Cabot Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates
WO2001030928A1 (en) * 1999-10-28 2001-05-03 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing compositions and systems
CN1609155A (zh) * 2003-09-17 2005-04-27 Cmp罗姆和哈斯电子材料控股公司 用于半导体晶片的抛光组合物
CN1939992A (zh) * 2005-09-30 2007-04-04 住友电气工业株式会社 抛光浆、GaxIn1－xAsyP1－y晶体表面处理方法和GaxIn1－xAsyP1－y晶体衬底
CN101484276A (zh) * 2006-07-05 2009-07-15 日立化成工业株式会社 Cmp用研磨液及研磨方法
US20100075500A1 (en) * 2007-09-20 2010-03-25 Fujifilm Corporation Metal polishing slurry and chemical mechanical polishing method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940003574A (ko) 1992-08-03 1994-03-12 조동출 관장기
US6069080A (en) * 1992-08-19 2000-05-30 Rodel Holdings, Inc. Fixed abrasive polishing system for the manufacture of semiconductor devices, memory disks and the like
US6309560B1 (en) 1996-12-09 2001-10-30 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates
KR100857504B1 (ko) * 2000-12-01 2008-09-08 도요 고무 고교 가부시키가이샤 연마 패드용 쿠션층
US7842192B2 (en) * 2006-02-08 2010-11-30 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Multi-component barrier polishing solution
KR100823457B1 (ko) 2006-12-22 2008-04-21 테크노세미켐 주식회사 제올라이트를 함유하는 구리 화학 기계적 연마 조성물
US7691287B2 (en) 2007-01-31 2010-04-06 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Method for immobilizing ligands and organometallic compounds on silica surface, and their application in chemical mechanical planarization
US7915071B2 (en) 2007-08-30 2011-03-29 Dupont Air Products Nanomaterials, Llc Method for chemical mechanical planarization of chalcogenide materials

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652274A (en) * 1985-08-07 1987-03-24 Minnesota Mining And Manufacturing Company Coated abrasive product having radiation curable binder
US5954997A (en) * 1996-12-09 1999-09-21 Cabot Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates
WO2001030928A1 (en) * 1999-10-28 2001-05-03 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing compositions and systems
CN1609155A (zh) * 2003-09-17 2005-04-27 Cmp罗姆和哈斯电子材料控股公司 用于半导体晶片的抛光组合物
CN1939992A (zh) * 2005-09-30 2007-04-04 住友电气工业株式会社 抛光浆、GaxIn1－xAsyP1－y晶体表面处理方法和GaxIn1－xAsyP1－y晶体衬底
CN101484276A (zh) * 2006-07-05 2009-07-15 日立化成工业株式会社 Cmp用研磨液及研磨方法
US20100075500A1 (en) * 2007-09-20 2010-03-25 Fujifilm Corporation Metal polishing slurry and chemical mechanical polishing method

Also Published As

Publication number Publication date
US20120142191A1 (en) 2012-06-07
CN102337081B (zh) 2015-06-03
TWI454563B (zh) 2014-10-01
TW201200584A (en) 2012-01-01
KR20110140114A (ko) 2011-12-30
KR101296256B1 (ko) 2013-08-14
US8821751B2 (en) 2014-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2995662B1 (en) Polishing compositions and methods for polishing cobalt films
US7153335B2 (en) Tunable composition and method for chemical-mechanical planarization with aspartic acid/tolyltriazole
US7022255B2 (en) Chemical-mechanical planarization composition with nitrogen containing polymer and method for use
US6063306A (en) Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrate
US6362106B1 (en) Chemical mechanical polishing method useful for copper substrates
EP1090083B1 (en) Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates
US20050079803A1 (en) Chemical-mechanical planarization composition having PVNO and associated method for use
US20050194563A1 (en) Bicine/tricine containing composition and method for chemical-mechanical planarization
US7316977B2 (en) Chemical-mechanical planarization composition having ketooxime compounds and associated method for use
US20020033382A1 (en) Chemical mechanical polishing method useful for copper substrates
US7678702B2 (en) CMP composition of boron surface-modified abrasive and nitro-substituted sulfonic acid and method of use
US8841216B2 (en) Method and composition for chemical mechanical planarization of a metal
KR20000057476A (ko) 기계화학적 연마 구리 기판
US20090124173A1 (en) Compositions and methods for ruthenium and tantalum barrier cmp
US20090061630A1 (en) Method for Chemical Mechanical Planarization of A Metal-containing Substrate
US8697577B2 (en) Method and composition for chemical mechanical planarization of a metal or a metal alloy
CN102337081B (zh) 具有低腐蚀性的化学机械平面化组合物和方法
CN104884563A (zh) 用于抛光铜的cmp浆料组合物和使用其的抛光方法
JP2006066851A (ja) 化学的機械研磨用組成物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INE.

Free format text: FORMER OWNER: DUPONT AIR PRODUCTS NANOMATERI

Effective date: 20120709

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20120709

Address after: American Pennsylvania

Applicant after: Air Products and Chemicals, Inc.

Address before: Arizona, USA

Applicant before: DuPont Nanomaterials Gas Products Co.,Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170605

Address after: Arizona, USA

Patentee after: Versum Materials US, LLC

Address before: American Pennsylvania

Patentee before: Air Products and Chemicals, Inc.