CN106661430B - 钨化学机械抛光组合物 - Google Patents

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Abstract

化学机械抛光组合物，其包含具有结合到其中的化学化合物的胶态氧化硅研磨剂颗粒。所述化学化合物可包括：含氮的化合物，例如氨基硅烷；或者，含磷的化合物。用于采用这样的组合物的方法包括将所述组合物施加至半导体基板以移除至少一部分层。

Description

钨化学机械抛光组合物
相关申请
本申请要求标题为Tungsten Chemical Mechanical Polishing Composition的美国临时申请第62/017,002号以及标题为Colloidal Silica Abrasive for a ChemicalMechanical Polishing Composition的美国临时申请第62/017,100号的优先权，这两个申请均是在2014年6月25日提交的。
技术领域
本发明涉及化学机械抛光组合物、使用所述组合物来对包括钨层的基板进行化学机械抛光的方法、以及化学机械抛光组合物的制造方法。所述组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物，其结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部；含铁促进剂；而且，具有在约1.5至约7范围内的pH值。
背景技术
许多化学-机械抛光(CMP)操作用于半导体器件的生产线前段工艺(front-end-of-the-line；FEOL)及生产线后段工艺(back-end-of-the-line；BEOL)加工这两者。举例而言，通常采用以下CMP操作。浅沟槽隔离(STI)是在晶体管形成之前使用的FEOL工艺。电介质(例如，原硅酸四乙酯(TEOS))沉积于形成在硅晶片中的开口中。接着，使用CMP工艺以移除过量TEOS，导致TEOS的预定图案嵌于该硅晶片中的结构。钨插塞与互连以及铜互连与双镶嵌工艺是BEOL工艺，其用于形成连接元件晶体管的金属线的网络。在这些工艺中，钨或铜金属沉积于形成在介电材料(例如，TEOS)中的开口中。CMP工艺用于自该电介质移除过量钨或铜以在其中形成钨或铜的插塞和/或互连。层间电介质(ILD)材料(例如TEOS)沉积于金属互连水平面(层，level)之间以在所述水平面之间提供电绝缘。通常采用ILD CMP步骤以在构建后续互连水平面之前使所沉积的绝缘材料光滑及平坦化。
在常规CMP操作中，待抛光的基板(晶片)安装于载具(抛光头)上，该载具进而安装于载具组件上并且定位成接触CMP装置(抛光工具)中的抛光垫。该载具组件给该基板提供可控的压力，将该基板压靠于该抛光垫上。化学-机械抛光组合物通常施加至该垫的表面，同时该基板及垫相对于彼此移动。基板与垫(及所施加的抛光组合物)的相对运动研磨该基板的表面并自其移除一部分材料，从而抛光该基板。该基板的抛光通常借助于抛光组合物的化学活性(例如，通过化学促进剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。
用于抛光(或平坦化)基板表面的化学-机械抛光组合物及方法已为本领域所熟知。用于抛光电介质的抛光组合物(也称为浆料)通常包括氧化硅(silica)或铈土(ceria)研磨剂。所使用的那些氧化硅研磨剂通常具有高的pH值及高的氧化硅浓度(例如，大于12重量％)。用于抛光金属层(例如钨或铜)的抛光组合物通常包含氧化硅或矾土(alumina)研磨剂以及各种化学促进剂，例如氧化剂、螯合剂、催化剂等。
如本领域中所熟知的，半导体行业经受持续且严重的价格下滑压力。为了维持经济上有利的CMP工艺，需要高的生产量，因此需要所抛光的原材料的高移除速率(例如，ILDCMP工艺可需要TEOS的高移除速率，而钨CMP工艺可需要钨的高移除速率)。该价格下滑压力还延伸至CMP耗材本身(例如，延伸至CMP浆料及垫)。这样的价格压力对浆料配方设计者造成挑战，因为降低成本的压力常常与所需的浆料性能指标相冲突。在该行业中，对于在降低的总成本下提供高生产量的CMP浆料存在实际需要。
发明内容
公开了用于对包含钨层的基板(例如，半导体晶片)进行抛光的化学机械抛光组合物。所述抛光组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；以及结合到该胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部的化学物质。所述化学物质为含氮的化合物或含磷的化合物，举例来说，包括氨基硅烷或鏻硅烷化合物。所述抛光组合物进一步包含含铁促进剂。
附图说明
为了更全面地理解本文所公开的主题及其优点，现在参考结合附图的以下描述，所述附图描绘了具有聚集体分布的示例性胶态氧化硅颗粒的透射电子显微照片(TEM)。
具体实施方式
公开了化学机械抛光组合物。该组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；以及含铁促进剂。使包含氮或磷的化学物质(例如氨基硅烷化合物)结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，使得所述颗粒优选地在酸性pH值范围内具有永久性正电荷。如下文更详细地阐述的，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可在含有所述化学物质(例如，氨基硅烷化合物)的液体溶液中生长，使得所述化学物质在所述胶态氧化硅颗粒的生长期间变得结合到所述胶态氧化硅颗粒中。
进一步地，公开了使用上述抛光组合物来化学机械抛光基板的方法。举例而言，对包含钨层的基板进行抛光的方法可包括使该基板接触前述抛光组合物，使该抛光组合物相对于该基板移动，以及研磨该基板以从该基板移除一部分钨层并从而抛光该基板。
所公开的抛光组合物含有悬浮于液体载剂(例如，水)中的研磨剂胶态氧化硅颗粒的分散体。本文所用的术语胶态氧化硅颗粒是指经由湿法工艺(而非产生结构不同的颗粒的火成或火焰水解工艺)制备的氧化硅颗粒。适宜的分散体可包括聚集和非聚集的胶态氧化硅颗粒这两者。如本领域普通技术人员所知的，非聚集的颗粒是单独的离散颗粒，其形状可为球形或接近球形的、但也可具有其它形状。这些非聚集的颗粒被称为初级颗粒。聚集的颗粒为其中多个离散颗粒(初级颗粒)簇集或键合在一起以形成具有通常不规则形状的聚集体的颗粒。聚集的颗粒可包括两个、三个或更多个连接的初级颗粒。
如上文所述的，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒包含结合到所述颗粒内(即，在所述颗粒的内部中)的化学物质。该化学物质为含氮化合物或含磷化合物。当该化学物质为含氮化合物时，其优选包括含胺化合物或含铵化合物。当该化学物质为含磷化合物时，其优选包括含膦化合物或含鏻化合物。铵化合物可包含R1R2R3R4N+且鏻化合物可包含R1R2R3R4P+，其中R1、R2、R3、及R4独立地代表氢、C1-C6烷基、C7-C12芳烷基、或C6-C10芳基。这些基团当然可用一个或多个羟基进行进一步取代。
示例性的铵化合物可包括四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、乙基三甲基铵、及二乙基二甲基铵。在某些实施方式中，该铵化合物优选不为氨或铵(NH3或NH4 +)。
示例性的鏻化合物可包括四甲基鏻、四乙基鏻、四丙基鏻、四丁基鏻、四苯基鏻、甲基三苯基鏻、乙基三苯基鏻、丁基三苯基鏻、苄基三苯基鏻、二甲基二苯基鏻、羟甲基三苯基鏻、及羟乙基三苯基鏻。示例性的鏻化合物还可包括鏻硅烷化合物。
含氮化合物还可包括具有氨基的物质，例如伯胺、仲胺、叔胺、或季胺化合物。这样的含氮化合物可包括氨基酸，例如具有1至8个碳原子的氨基酸，例如，赖氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、亚氨基二乙酸、丙氨酸、缬氨酸、白氨酸、异白氨酸、丝氨酸、及苏氨酸。
在某些实施方式中，所述化学物质可包括优选具有1至6个碳原子的含氮的碱性催化剂。适宜的化合物可包括(例如)乙二胺、氢氧化四甲基铵(TMAH)、或乙氧基丙基胺(EOPA)。
在各种实施方式中，在胶态氧化硅研磨剂颗粒中，化学物质对氧化硅的摩尔比优选大于约0.1％(例如，大于约0.2％或大于约0.3％)且小于约10％(例如，小于5％或小于2％)或在约0.1％至约10％的范围内(例如，约0.2％至约5％、约0.2％至约2％、或约0.3％至约2％)。胶态氧化硅研磨剂颗粒的氮含量还可大于约0.15毫摩尔/克SiO2(例如，大于约0.2毫摩尔/克SiO2)。
氨基硅烷化合物是最优选的含氮化合物。这样的氨基硅烷化合物可包含伯氨基硅烷、仲氨基硅烷、叔氨基硅烷、季氨基硅烷、及多足(multi-podal)(例如，二足)氨基硅烷。该氨基硅烷化合物可包括基本上任何适宜的氨基硅烷，例如含丙基的氨基硅烷、或包括丙基胺的氨基硅烷化合物。适宜的氨基硅烷的实例可包括双(2-羟乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基)氨基丙基三烷氧基硅烷、氨基丙基三烷氧基硅烷、(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苄基-N,N,N-三甲基铵、双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、(N-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚乙烯亚胺、三烷氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、N-苯基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、4-氨基丁基三烷氧基硅烷、及其混合物。本领域普通技术人员应易于理解，氨基硅烷化合物通常在水性介质中水解(或部分水解)。因此，理解，通过列举氨基硅烷化合物，氨基硅烷和/或其水解(或部分水解)物质和/或其缩合物质可结合到胶态氧化硅研磨剂颗粒中。
在其中含氮化合物为氨基硅烷化合物的实施方式中，在所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，氨基硅烷化合物对氧化硅的摩尔比优选小于约10％(例如，小于约8％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、或小于约2％)。该摩尔比还优选(但非必须)大于约0.1％(例如，大于约0.2％或大于约0.3％)。理解，在所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，氨基硅烷化合物对氧化硅的摩尔比可大约等于其中生长有胶态氧化硅研磨剂颗粒的液体溶液中的氨基硅烷化合物对产生氧化硅的化合物的摩尔比。
理解，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可包含两种或更多种结合到所述颗粒中的上述化学物质。举例而言，在一个胶态氧化硅实施方式中，所结合的第一化学物质可包括氨基硅烷化合物且所结合的第二化学物质可包括铵化合物，例如季胺。在其中该第一化学物质为铵且该第二化学物质为季胺的实施方式中，第一化学物质对第二化学物质的摩尔比优选小于约5:1。
包含带正电荷的胶态氧化硅研磨剂颗粒的CMP组合物已公开于(例如)美国专利7,994,057及8,252,687中。在这些专利中，氧化硅颗粒上的正电荷经由用带正电荷的化学化合物(例如，含季胺的化合物或含氨基硅烷的化合物)处理颗粒的外表面来达成。尽管当利用包含这样的带正电荷的氧化硅研磨剂颗粒的CMP组合物时可达成某些益处，但是，表面处理剂的使用可掩蔽(或遮蔽)颗粒表面(例如，表面上的硅烷醇和/或硅氧烷基团)，使得研磨剂可能不总是具有与未经处理的氧化硅研磨剂相同的一些所需性质。举例而言，表面处理可不利地影响该组合物的贮存寿命以及使组合物浓缩的能力。而且，表面处理化合物的使用可对CMP后的晶片清洁操作造成挑战。
本发明的一个方面是认识到：可选择地，带正电荷的胶态氧化硅研磨剂颗粒可经由将某些带正电荷的化学物质结合到所述研磨剂颗粒中(即，将化学物质在表面下结合到颗粒的内部中)而获得。具有提供正电荷的内部化学物质的胶态氧化硅研磨剂颗粒可(例如)经由使所述研磨剂颗粒在含所述化学物质的液体溶液中生长来制造，使得所述化学物质在所述胶态氧化硅颗粒的生长期间变得结合到所述胶态氧化硅颗粒的至少一部分中。可选择地，这样的研磨剂颗粒可经由用该化学物质处理常规胶态氧化硅颗粒且然后在该化学物质上生长额外的氧化硅(且由此利用额外的氧化硅覆盖该化学物质)来制造。尽管该化学物质由内部结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，但理解，该化学物质的一部分可处于颗粒表面处或靠近该颗粒表面(使得该化学物质在表面内以及表面处)。
在第一实施方式中，具有内部化学物质的胶态氧化硅研磨剂颗粒可(例如)经由以下制造：(i)提供液体溶液(例如，包括在预定pH值下的水)且(ii)将该液体溶液与产生氧化硅的化合物及化学物质组合，由此使得胶态氧化硅颗粒在该液体溶液中生长，以获得包含胶态氧化硅颗粒的分散体，所述胶态氧化硅颗粒具有结合到其中的化学物质。可选择地，化学物质可包含在(i)中所提供的液体溶液中。所述产生氧化硅的化合物可包括(例如)原硅酸四甲酯(TMOS)、原硅酸四乙酯(TEOS)、硅酸、碱金属或铵的硅酸盐、或四卤化硅。该方法类似于美国专利8,529,787中所公开的方法，在所述美国专利中，将TMOS连续添加至包含碱性催化剂的母液中(相似性在于产生氧化硅的化合物与液体溶液组合以产生胶态氧化硅颗粒)。
该方法可进一步包括处理该分散体以获得化学-机械抛光组合物，该组合物包含具有结合到其中的化学物质的胶态氧化硅颗粒。该处理可包括(例如)用水稀释该分散体和/或蒸馏该分散体以移除在所述胶态氧化硅颗粒生长期间所获得的甲醇或乙醇副产物。可选择地和/或另外地，该处理可包括将该pH值调节至所需值和/或添加其它化学组分，例如氧化剂、促进剂、催化剂、缓冲剂、螯合剂、腐蚀抑制剂、成膜剂、表面活性剂、抛光均匀性添加剂、杀生物剂等。该处理不包括将自所述胶态氧化硅颗粒烧掉(或以其它方式移除)化学物质的高温煅烧步骤，因为期望所述化学物质保留于所述胶态氧化硅颗粒中。
水性液体溶液中溶解的化学物质可包括上述物质中的任何一种或多种，但最优选地，包括氨基硅烷化合物。所述化学物质可以基本上任何适宜的量添加至液体溶液中，使得足够的量结合到所述胶态氧化硅颗粒中(其中所述颗粒优选–尽管非必须–包括小于10重量％的结合到其中的化学物质)。该水性液体溶液可进一步任选地包含碱性催化剂，例如，包括醚胺、亚乙基胺、四烷基胺、和/或醇胺。适宜的碱性催化剂可包括有机碱催化剂，例如乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、氨、脲、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化四甲基铵(TMAH)、四甲基胍、氢氧化四乙基铵、氨基丙基吗啉、己氧基丙基胺、乙氧基丙基胺(EOPA)、Jeffamine HK-511、或其组合。在某些实施方式中，该碱性催化剂可优选具有1至6个碳原子。可选择地和/或另外地，该碱性催化剂可包括氢氧化钾(KOH)。所添加的碱性催化剂的量可经选择以使得该水性液体溶液的pH值通常在约7至约14的范围内且优选在约9至约12的范围内。
该液体溶液可任选地进一步包含意欲用作胶态氧化硅生长的成核位点的胶态氧化硅颗粒。在这样的实施方式中，最终的胶态氧化硅可被认为具有核-壳结构(或多层结构)，其中，核(内层)包含初始添加至液体溶液的胶态氧化硅颗粒且壳(外层)包含在该核上生长且包含内部化学物质(在内部的化学物质)(例如氨基硅烷)的氧化硅。在具有核-壳结构的颗粒中，该壳可具有基本上任何适宜的厚度，例如大于1纳米(例如，大于2纳米、大于3纳米、或大于5纳米)。理解，所公开的实施方式并不限于具有核-壳结构的胶态氧化硅颗粒，因为该内部化学物质(例如，氨基硅烷)可分布遍及基本上整个颗粒。
在第二实施方式中，具有内部化学物质的胶态氧化硅研磨剂颗粒可(例如)经由以下制造：(i)提供高pH值的硅酸盐溶液(例如，硅酸钠或硅酸钾溶液)，(ii)处理该硅酸盐溶液以使硅酸盐阴离子质子化并形成硅酸(例如，经由添加酸至该溶液中或使该溶液穿过离子交换柱)，这进而使胶态氧化硅颗粒在反应容器中沉淀并生长，及(iii)将化学物质添加至该反应容器，以使其变得结合到正在生长的胶态氧化硅颗粒中。该硅酸盐溶液优选具有在约11至约13范围内的pH值。该硅酸盐溶液可穿过离子交换柱进入至该反应容器中，这往往使pH值降低至在约2至约5范围内的值。所述化学物质可以基本上任何适宜的量(且以基本上任何适宜的速率)添加至该反应容器中，使得足够的量结合到所述胶态氧化硅颗粒中(其中，所述颗粒优选-尽管非必须-包含小于10重量％的结合到其中的化学物质)。
在第三实施方式中，胶态氧化硅研磨剂颗粒可经由(例如)以下制造：利用化学物质处理(例如，表面处理)常规胶态氧化硅颗粒，然后在该经处理的胶态氧化硅上(即，在该化学物质上)生长额外的氧化硅。举例而言，含氮化合物(例如季胺化合物或氨基硅烷化合物)可添加至含有胶态氧化硅的分散体中(例如，如美国专利7,994,057及8,252,687中所教导的)。在足以允许所述氮化合物变得与所述胶态氧化硅颗粒缔合(例如，化学键合或静电缔合)的时间之后，可将产生氧化硅的化合物(例如，TMOS、TEOS、硅酸、碱金属或铵的硅酸盐、或四卤化硅)添加至该分散体中。该分散体可任选地加热(例如，至45℃)以促进所述胶态氧化硅颗粒的进一步生长，使得化学物质(表面处理剂)变得结合到该颗粒中。这样的胶态氧化硅颗粒可视为具有至少两个层——包含该经处理的胶态氧化硅的第一内层以及沉积于该内层上从而使化学物质结合到颗粒中的氧化硅的第二外层。
可选择地，带正电荷的胶态氧化硅研磨剂颗粒可经由将带正电荷的化学物质结合到所述研磨剂颗粒中，接着进一步键合(经由表面处理)相同或不同化学物质至该颗粒表面来获得。这样的研磨剂颗粒可(例如)通过以下制造：首先在含有化学物质的液体溶液中生长所述胶态氧化硅颗粒(例如，使用上述方法中的一种)，使得该化学物质在所述胶态氧化硅颗粒生长期间变得结合到所述胶态氧化硅颗粒中的至少一部分中，且接着随后表面处理所述颗粒。举例而言，在一个实施方式中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可包含内部化学物质，该内部化学物质包括具有1至6个碳原子的含氮的碱性催化剂(例如，前面所述的乙二胺、TMAH、或EOPA)。所述研磨剂颗粒可接着利用(例如)氨基硅烷化合物进一步进行表面处理。这样的胶态氧化硅研磨剂颗粒可使用极低表面处理水平(含量，level)的氨基硅烷来有利地达成高的电荷水平(且从而可能掩蔽表面上的较小百分比的硅烷醇和/或硅氧烷基团)。
在其中所述胶态氧化硅研磨剂颗粒包含具有1至6个碳原子的含氮的内部碱性催化剂且利用氨基硅烷化合物进一步表面处理的实施方式中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可包含低含量的内部化学物质，例如小于0.20毫摩尔/克的氮。在这样的实施方式中，所述颗粒在经该表面处理之前的ζ电位在pH值为4下可小于15毫伏(例如，小于13毫伏或小于10毫伏)。同样地，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可包含低含量的键合至该表面的氨基硅烷化合物，例如，达到表面上的硅烷醇基团的不到4％(例如，不到3％、或者不到或等于2％)(假定4.5个SiOH/平方纳米及氧化硅的BET表面积)。
理解，用于制造具有内部化学物质的胶态氧化硅颗粒的上述方法产生其中胶态氧化硅颗粒悬浮于液体载剂中的分散体。在制造本文所述的化学-机械抛光组合物中，该分散体可稀释至胶态氧化硅颗粒的预定浓度。而且，其它化学化合物可根据需要地添加至分散体(在稀释之前或之后)。这样的化学化合物可包括本文所公开的所述化合物中的基本上任一种。
该胶态氧化硅颗粒可具有基本上任何适宜的聚集度。举例而言，该胶态氧化硅研磨剂可为基本上非聚集的，因为其主要包括初级颗粒。可选择地，该胶态氧化硅研磨剂可部分地聚集。部分地聚集可意味着所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的50％或更高包括两个或更多个聚集的初级颗粒或者所述胶态氧化硅颗粒的30％或更高(或45％或更高)包括三个或更多个聚集的初级颗粒。这样的部分聚集的胶态氧化硅研磨剂可(例如)使用其中初级颗粒首先在溶液中生长的多步骤工艺来制备，例如如美国专利5,230,833中所述的。接着，可将溶液的pH值调节至酸性值、保持预定的时间期间以促进聚集(或部分聚集)，例如如美国专利8,529,787中所述的。任选的最后步骤可允许聚集体(以及任何剩余的初级颗粒)的进一步生长。
所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可进一步具有聚集体分布，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的20％或更高包括不到三个初级颗粒(即，非聚集的初级颗粒或仅具有两个初级颗粒的聚集颗粒，也称为单体和二聚体)且所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的50％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒。
附图描绘了用于CMP组合物的具有上述聚集体分布的示例性胶态氧化硅颗粒的透射电子显微照片(TEM)。示例性的TEM描绘了具有1至6个初级颗粒的胶态氧化硅颗粒。计数了总共16个颗粒，其中的三个由单个初级颗粒组成，其中的两个由两个聚集的初级颗粒组成，其中的五个由三个聚集的初级颗粒组成，其中的两个由四个聚集的初级颗粒组成，其中的三个由五个聚集的初级颗粒组成，且其中的一个由六个聚集的初级颗粒组成。所描绘的图像还包括未被计数的在右上方的看上去为大颗粒者(描绘于20处)，因为根据图像不清楚该特征是单一聚集体还是彼此靠近放置的多个聚集体。考虑到在任一图像中的颗粒数量相对少，应理解：为了获得聚集体分布的显著的统计学量测，通常需要评估大量TEM图像。
具有本文所述聚集体分布的胶态氧化硅研磨剂颗粒可(例如)如上文关于美国专利5,230,833及8,529,787所述的来进行生长。可选择地，具有聚集体分布(如上文所定义)的胶态氧化硅研磨剂颗粒可通过将初级颗粒添加至部分聚集或聚集的胶态氧化硅来制备。举例而言，可将胶态氧化硅初级颗粒添加至具有部分聚集的胶态氧化硅颗粒的分散体中，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的50％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒，使得所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的5％或更高为初级颗粒。在这样的实施方式中，所述聚集胶态氧化硅颗粒可具有在约40纳米至约60纳米范围内的平均粒径，而所述胶态氧化硅初级颗粒可具有在约15纳米至约35纳米范围内的平均粒径。而且，该抛光组合物可包含约1重量％至约4重量％的所述聚集胶态氧化硅颗粒及约0.05重量％至约0.5重量％的未聚集的胶态氧化硅初级颗粒。
悬浮于分散体中的颗粒的粒径在工业中可使用各种方式定义。在本文所公开的实施方式中，粒径定义为通过从Malvern 获得的量测的。所述研磨剂颗粒可具有基本上适用于具体CMP操作的任何粒径。所述研磨剂颗粒优选具有约10纳米或更大(例如，约20纳米或更大、约30纳米或更大、或约40纳米或更大)的平均粒径。所述研磨剂颗粒优选还具有约100纳米或更小(例如，约80纳米或更小、约70纳米或更小、或约60纳米或更小)的平均粒径。因此，所述研磨剂颗粒可具有在约10纳米至约100纳米(例如，约20纳米至约80纳米、或约30至约70、或约40至约60)范围的平均粒径。
所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可进一步具有基本上任何适宜的初级粒径。在某些实施方式中，该初级粒径可在约15纳米至约35纳米(例如，约20纳米至约30纳米)的范围内。而且，对于初级颗粒而言，所有颗粒皆具有大约相同的尺寸可为有利的(使得该胶态氧化硅具有窄的初级粒径分布)。举例而言，超过90％(例如，超过95％、超过98％、或超过99％)的所述初级颗粒可具有在约15纳米至约35纳米(例如，约20纳米至约30纳米)范围内的初级粒径。此外，该初级粒径的标准偏差可小于约5纳米。
所述抛光组合物可包含基本上任何适宜量的胶态氧化硅颗粒，然而，一般而言，期望使用量的点是低的，以降低CMP操作的成本。用于整体钨(bulk tungsten)移除的抛光组合物可包含约0.1重量％或更高的胶态氧化硅研磨剂颗粒(例如，约0.2重量％或更高、约0.3重量％或更高、或约0.4重量％或更高)。使用抛光组合物的点可包含约3重量％或更少的胶态氧化硅研磨剂颗粒(例如，约2重量％或更少、约1.5重量％或更少、或约1重量％或更少)。优选地，在这样的用于整体钨移除的抛光组合物中，胶态氧化硅颗粒的量在约0.1重量％至约3重量％的范围内，且更优选约0.2重量％至约2重量％(例如，约0.2重量％至约1重量％)。
用于钨磨光(buffing)操作的抛光组合物可包含约0.3重量％或更高的胶态氧化硅研磨剂颗粒(例如，约0.5重量％或更高、约0.8重量％或更高、或约1重量％或更高)。使用抛光组合物的点可包含约5重量％或更少的胶态氧化硅研磨剂颗粒(例如，约4重量％或更少、约3.5重量％或更少、或约3重量％或更少)。优选地，在这样的用于钨磨光的抛光组合物中，胶态氧化硅颗粒的量在约0.3重量％至约5重量％的范围内，且更优选约0.8重量％至约4重量％(例如，约1重量％至约4重量％)。
本发明的抛光组合物可有利地作为浓缩物提供，该浓缩物意欲在使用前用适当量的水稀释。在这样的实施方式中，该浓缩物可包含超过5重量％的胶态氧化硅(例如，超过约8重量％、超过约10重量％、或超过约12重量％)。该浓缩物还可包含小于约25重量％的胶态氧化硅(例如，小于约22重量％、小于约20重量％、或小于约18重量％)。该浓缩物优选包含约5重量％至约25重量％的胶态氧化硅(例如，约8重量％至约22重量％、约10重量％至约20重量％、或约12重量％至约18重量％)。取决于所述抛光组合物中的其它添加剂的含量，该浓缩物可任选地包含约5重量％至约20重量％的胶态氧化硅(例如，约8重量％至约15重量％)。
使用液体载剂来促进研磨剂及任何任选的化学添加剂向待抛光(例如，平坦化)的适宜的基板的表面的施加。该液体载剂可为任何适宜的载剂(例如，溶剂)，包括低级醇(例如，甲醇、乙醇等)、醚(例如，二烷、四氢呋喃等)、水、及其混合物。优选地，该液体载剂包含水(更优选地去离子水)、基本上由水(更优选地去离子水)组成、或者由水(更优选地去离子水)组成。
所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可任选地在该抛光组合物中具有永久性正电荷。分散的颗粒(例如胶态氧化硅颗粒)上的电荷在本领域中通常称为ζ电位(或动电位)。颗粒的ζ电位是指颗粒周围的离子的电荷与抛光组合物的本体溶液(bulk solution)(例如，液体载剂和溶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ζ电位为零时的pH值。随着pH值增大或减小地远离等电点，表面电荷(以及因此的ζ电位)相应地降低或增加(朝向负的或正的ζ电位值)。分散体(例如，抛光组合物)的ζ电位可使用从Dispersion Technologies,Inc.(BedfordHills,NY)购得的DT-1202型声学及电声学谱仪来获得。
该抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒优选具有约6毫伏或更高(例如，约8毫伏或更高、约10毫伏或更高、约13毫伏或更高、约15毫伏或更高、或约20毫伏或更高)的永久性正电荷。该抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒可具有约50毫伏或更低(例如，约45毫伏或更低、约40毫伏或更低、或约35毫伏或更低)的永久性正电荷。优选地，所述胶态氧化硅颗粒具有在约6毫伏至约50毫伏范围内(例如，约10毫伏至约45毫伏、约15毫伏至约40毫伏、或约20毫伏至约40毫伏)的永久性正电荷。
永久性正电荷意指氧化硅颗粒上的正电荷不易于例如通过冲洗、稀释、过滤等而发生反转。永久性正电荷可为将带正电荷的物质结合到颗粒中的结果。永久性正电荷可进一步由颗粒与带正电荷的物质之间的共价相互作用导致，且与可作为(例如)颗粒与带正电荷的物质之间的静电相互作用的结果的可逆正电荷不同。
然而，如本文使用的，至少6毫伏的永久性正电荷意指所述胶态氧化硅颗粒的ζ电位在以下的三步骤过滤试验后保持高于6毫伏。通过Millipore Ultracell再生纤维素超滤盘(例如，具有100,000道尔顿的分子量(Mw)截止值及6.3纳米的孔径)来过滤一定体积的抛光组合物(例如，200毫升)。收集剩余的分散体(由超滤盘截留的约65毫升分散体)并补充经pH调节的去离子水。去离子水使用适宜的无机酸(例如硝酸)将pH值调节至抛光组合物的初始pH值。针对总共三个过滤循环重复此程序。然后量测经三次过滤及补充的抛光组合物的ζ电位并与初始抛光组合物的ζ电位相比较。该三步骤过滤试验下文通过实施例(实施例7)进一步阐明。
虽然不希望受限于理论，但据信由超滤盘截留的分散体(经截留的分散体)包含氧化硅颗粒以及可能位于颗粒中或与颗粒的表面缔合(例如，与颗粒表面键合、附着、静电相互作用、或接触)的任何化学组分(例如，带正电荷的物质)。至少一部分该液体载剂及溶于其中的化学组分穿过该超滤盘。据信，补充经截留的分散体至初始体积会干扰初始抛光组合物中的平衡，使得与颗粒表面缔合的化学组分会趋于新的平衡。位于颗粒中或者与颗粒表面强烈缔合(例如，共价键合)的组分保持与颗粒一起，使得在那里趋于很少，即使该颗粒的正ζ电位有任何改变的话。相反地，与颗粒表面具有较弱缔合(例如，静电相互作用)的一部分组分在该体系趋向新平衡时可返回该溶液，由此导致正ζ电位降低。据信，针对总共三次超滤及补充循环重复此过程将扩大上述效应。
优选地，在初始抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒的ζ电位与上述三步骤过滤试验之后(在校正由过滤试验所产生的离子强度差异后)的抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒的ζ电位间具有极小差异。举例而言，优选地，初始抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒的ζ电位与所述三步骤过滤试验后的胶态氧化硅颗粒的ζ电位相比高出不到约10毫伏(例如，高出不到约7毫伏、高出不到约5毫伏、或甚至高出不到约2毫伏)。换言之，优选在所述三步骤过滤试验之后的胶态氧化硅颗粒的ζ电位与初始抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒的ζ电位相比降低不到10毫伏(或降低不到7毫伏、或不到5毫伏、或不到2毫伏)。举例而言，在其中初始抛光组合物中的胶态氧化硅颗粒的ζ电位为30毫伏的实施方式中，所述三步骤过滤试验后的胶态氧化硅颗粒的ζ电位优选大于20毫伏(或大于23毫伏、或大于25毫伏、或大于28毫伏)。
所述抛光组合物可为酸性的，具有小于约7、例如在约1.5至约7范围内的pH值。用于整体钨移除的抛光组合物可具有约1或更高(例如，约1.5或更高、或约2或更高)的pH值。优选地，这样的抛光组合物具有约6或更低(例如，约5或更低、或约4或更低)的pH值。更优选地，这样的抛光组合物可具有在约1至约6范围内(例如，约1.5至约5、或约2至约4、或约2至约3.5)的pH值。用于钨磨光操作的抛光组合物可具有约2或更高(例如，约2.5或更高、或约3或更高)的pH值。优选地，这样的组合物可具有约6或更低(例如，约5或更低、或约4.5或更低)的pH值。更优选地，这样的抛光组合物具有在约2至约6范围内(例如，约2.5至约5、或约3至约4.5)的pH值。
抛光组合物的pH可通过任何适宜的方式达成和/或保持。抛光组合物可基本上包括任何适合的pH调节剂或缓冲体系。举例而言，适合的pH调节剂可包括硝酸、硫酸、磷酸、苯二甲酸(phthalic acid)、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、马来酸、氢氧化铵及其类似物，而适宜的缓冲剂可包括磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、丙二酸盐、草酸盐、硼酸盐、铵盐及其类似物。
抛光组合物的任选的实施方式可进一步包括含铁促进剂。如本文所用的含铁促进剂为在钨CMP操作期间提高钨移除速率的含铁的化学化合物。举例而言，含铁促进剂可包括能溶解的含铁催化剂，例如，在美国专利第5,958,288号及第5,980,775号中所公开的。这样的含铁催化剂可溶于液体载剂中且可包括例如正铁(铁III)或亚铁(铁II)化合物，诸如硝酸铁、硫酸铁、铁的卤化物(包括氟化物、氯化物、溴化物及碘化物以及高氯酸盐、过溴酸盐及高碘酸盐)及有机铁化合物(诸如乙酸铁、乙酰丙酮化铁、柠檬酸铁、葡糖酸铁、丙二酸铁、草酸铁、苯二甲酸铁及琥珀酸铁)、以及它们的混合物。
含铁促进剂也可包括与胶态氧化硅颗粒表面结合(例如，涂布或键结)的含铁催化剂或者含铁活化剂(例如产生自由基的化合物)，例如，在美国专利第7,029,508号及第7,077,880号中所公开的。举例而言，含铁促进剂可与胶态表面颗粒的表面上的硅烷醇基团键结。在一个实施方式中，含铁促进剂可包括含硼的稳定剂及含铁的催化剂。在这样的实施方式中，稳定剂和催化剂可基本上占据胶态氧化硅颗粒上的可利用的表面位点的任何百分率，例如，可利用的表面位点的超过1％、超过50％、或者超过80％。
抛光组合物中的含铁促进剂的量可根据所使用的氧化剂(如果存在的话)(在下文中对任选的氧化剂作了更详细的公开)以及促进剂的化学形式而变化。当使用优选的氧化剂过氧化氢(或其类似物)且使用能溶解的含铁催化剂(诸如硝酸铁)时，以组合物的总重量计，催化剂可以足以提供约0.1至约3000ppm Fe范围的量存在于组合物中。优选地，抛光组合物包括约1ppm或更高的Fe(例如，约5ppm或更高、约10ppm或更高、或者约20ppm或更高)。优选地，抛光组合物包括约500ppm或更低的Fe(例如，约200ppm或更低、约100ppm或更低、或者约50ppm或更低)。抛光组合物可因此包括约1至约500ppm Fe的范围(例如，约3ppm至约200ppm、约5ppm至约100ppm、或者约10ppm至约50ppm)。
包括含铁促进剂的抛光组合物的实施方式可进一步包括稳定剂。在没有这样的稳定剂的情况下，含铁促进剂及氧化剂(如果存在的话)可以使得氧化剂随时间迅速降解(劣化)的方式发生反应。稳定剂的添加往往降低含铁促进剂的有效性，使得添加至抛光组合物中的稳定剂的类型及量的选择可对CMP效能具有显著影响。稳定剂的添加可导致形成稳定剂/促进剂配合物，其抑制促进剂与氧化剂(如果存在的话)发生反应，同时使促进剂保留足够的活性以促进快速的钨抛光速率。
可用的稳定剂包括磷酸、有机酸、膦酸盐化合物、腈、以及与金属结合并降低其对过氧化氢分解产物及其混合物的反应性的其它配体。酸稳定剂可以其共轭形式使用，例如，可使用羧酸盐(酯)代替羧酸。当在本文中使用术语“酸”来描述可用的稳定剂时，该术语还意指酸稳定剂的共轭碱。举例而言，术语“己二酸”意指己二酸及其共轭碱。稳定剂可单独或以组合形式使用并且显著地降低了氧化剂(诸如过氧化氢)的分解速率。
优选的稳定剂包括磷酸、乙酸、苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、丙二胺四乙酸(PDTA)、以及它们的混合物。优选的稳定剂可以约1当量/含铁促进剂(equivalent per iron containing accelerator)至约3.0重量％或更高(例如，约3当量至约10当量)的范围内的量添加至本发明的组合物中。如本文所用的，术语“当量/含铁促进剂”意指：在组合物中，每个铁离子一个稳定剂分子。举例而言，2当量/含铁促进剂计意指：每个催化剂离子两个稳定剂分子。
抛光组合物可任选地进一步包括氧化剂。氧化剂可在浆料制造过程中或恰好在CMP操作之前添加至抛光组合物中(例如，在位于半导体制造设备处的储罐中)。优选的氧化剂包括无机或有机的过化合物(per-compound)。过化合物(如本文所定义的)为含有至少一个过氧基团(-O--O-)的化合物或含有处于其最高氧化态的元素的化合物。含有至少一个过氧基团的化合物的实例包括但不限于过氧化氢及其加合物(诸如脲过氧化氢及过碳酸盐)、有机过氧化物(诸如过氧化苯甲酰、过乙酸、及二-叔丁基过氧化物)、单过硫酸盐(SO5 ＝)、二过硫酸盐(S2O8 ＝)及过氧化钠。含有处于其最高氧化态的元素的化合物的实例包括但不限于高碘酸、高碘酸盐、过溴酸、过溴酸盐、高氯酸、高氯酸盐、过硼酸及过硼酸盐以及高锰酸盐。最优选的氧化剂为过氧化氢。
氧化剂可以例如约0.1重量％至约10重量％的范围内的量存在于抛光组合物中。在其中使用过氧化氢氧化剂及能溶解的含铁促进剂的优选实施方式中，氧化剂可以约0.1重量％至约6重量％(例如，约0.2重量％至约5重量％、约0.3重量％至约4重量％、或者约0.5重量％至约3重量％)的范围内的量存在于抛光组合物中。
抛光组合物可任选地进一步包括抑制钨蚀刻的化合物。适宜的抑制剂化合物抑制了固体钨向能溶解的钨化合物的转化，同时允许经由CMP操作的有效的固体钨移除。作为可用的钨蚀刻抑制剂的化合物的类别包括具有含氮官能团(诸如含氮杂环、烷基铵离子、氨基烷基及氨基酸)的化合物。可用的氨基烷基腐蚀抑制剂包括例如己胺、四甲基-对苯二胺、辛胺、二亚乙基三胺、二丁基苯甲胺、氨基丙基硅烷醇、氨基丙基硅氧烷、十二烷胺、它们的混合物、以及合成及天然存在的氨基酸(包括例如赖氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸(氨基乙酸))。
抑制剂化合物可替代性地和/或另外地包括在液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物。胺化合物可包括伯胺、仲胺、叔胺或季胺。胺化合物可进一步包括一元胺、二元胺、三元胺、四元胺、或者具有大量重复胺基(例如，4个或更多个胺基)的基于胺的聚合物。
在抛光化合物的某些实施方式中，胺化合物可包括长链烷基。长链烷基意指胺化合物包括具有至少10个碳原子(例如，至少12个碳原子或至少14个碳原子)的烷基。这样的胺化合物可包括例如十二烷胺、十四烷胺、十六烷胺、十八烷胺、油胺、N-甲基二辛胺、N-甲基十八烷胺、椰油酰氨丙基氧化胺、苯甲基二甲基十六烷基氯化铵、苯扎氯铵、椰油烷基甲基[聚氧亚乙基(15)]氯化铵、十八烷基甲基[聚氧亚乙基(15)]氯化铵、鲸蜡基三甲基溴化铵、及其类似物。
在抛光组合物的某些实施方式中，胺化合物可包括多阳离子型胺。多阳离子型胺(当该术语在本文使用时)为具有多个(两个或更多个)胺基的胺化合物，其中，所述胺基中的每一者均为阳离子(即，具有正电荷)。因此，多阳离子型胺可包括多季胺。多季胺意指胺化合物包括2至4个季铵基团，使得多季胺为二季胺、三季胺或四季胺化合物。二季胺化合物可包括例如N,N'-亚甲基双(二甲基十四烷基溴化铵)、1,1,4,4-四丁基哌嗪二二溴化物、N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂(tallow)-1,3-丙烷-二铵二氯化物、N,N'-六亚甲基双(氢氧化三丁基铵)、十烃溴铵(decamethonium bromide)、双十二烷基-四甲基-1,4-丁烷二胺二碘化物(didodecyl-tetramethyl-1,4-butanediaminium diiodide)、1,5-二甲基-1,5-二氮杂(diazonia)双环(3.2.2)壬烷二溴化物等。三季胺化合物可包括例如N(1),N(6)-双十二烷基-N(1),N(1),N(6),N(6)-四甲基-1,6-己烷二胺二碘化物(diaminiumdiiodide)。四季胺化合物可包括例如甲烷四基(tetrayl)四(溴化四甲基铵)。多季胺化合物可进一步包括长链烷基(例如，具有10个或更多个碳原子)。例如，具有长链烷基的多季胺化合物可包括N,N'-亚甲基双(二甲基十四烷基溴化铵)、N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂-1,3-丙烷-二铵二氯化物、双十二烷基-四甲基-1,4-丁烷二胺二碘化物(diaminiumdiiodide)、及N(1),N(6)-双十二烷基-N(1),N(1),N(6),N(6)-四甲基-1,6-己烷二胺二碘化物(diaminium diiodide)。
多阳离子型胺也可为其中各胺基经质子化(且因此具有正电荷)的多阳离子型的。例如，双阳离子型胺(诸如四甲基-对苯二胺)包括两个在低于胺化合物的pKa的抛光组合物pH值下可被质子化(且因此带正电)的叔碳型胺基。
在抛光组合物的某些实施方式中，胺化合物可包括基于胺的聚合物。这样的聚合物包括四个或更多个胺基。该基于胺的聚合物可包括，例如，三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、及包括以下含胺官能团的聚合物：甲基丙烯酰氧基-乙基三甲基甲基硫酸铵、二烯丙基二甲基氯化铵、及甲基丙烯酰氨基-丙基三甲基氯化铵。
该抛光组合物可包括任何适宜浓度的抑制剂化合物。总体而言，希望该浓度足够高以提供适当的蚀刻抑制，但足够低以使得该化合物可溶解且不会使钨抛光速率降至低于可接受的水平。可溶解意指该化合物完全溶于液体载剂中或其在液体载剂中形成胶束(micelle)或者以胶束的形式运送。可能需要根据众多及多种因素来改变该抑制剂化合物的浓度，所述因素，例如，包括该抑制剂化合物的溶解度、该抑制剂化合物中的胺基数量、烷基的长度、蚀刻速率抑制与抛光速率抑制之间的关系、所使用的氧化剂、氧化剂的浓度等。在某些期望的实施方式中，抛光组合物中的胺化合物的浓度可在约0.1μM至约10mM的范围内(即，约10-7M至约10-2M)。例如，在使用具有高分子量的基于胺的聚合物的实施方式中，该浓度可在该范围的较低端(例如，约10-7M至约10-4M)。在使用相对简单的胺化合物(具有较少胺基及较低分子量)的其它实施方式中，该浓度可在该范围的较高端(例如，约10-5M至约10-2M)。
在某些化学-机械抛光应用(例如，浅沟槽应用)中，钨和硅氧材料可与硅氮材料(例如硅氮化物(氮化硅，silicon nitride；SiN))共同被抛光。在具体应用中，可期望达成硅氧材料及硅氮材料这两者的高移除速率(例如，使得TEOS:SiN抛光速率选择性小于约15:1且使得TEOS和SiN的抛光速率大于钨的抛光速率)。因此，该化学-机械抛光组合物可任选地进一步包含硅氮抛光促进剂。该硅氮抛光促进剂可包括(例如)基本上任何适宜的多元酸，例如多羧酸和/或多膦酸。示例性的多羧酸可包括(例如)草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、酒石酸、磺基琥珀酸、和/或苯二甲酸。理解，这样的多羧酸通常可以其共轭形式使用，例如，可使用羧酸盐(酯)代替羧酸。当在本文中使用术语“酸”来描述可用的硅氮促进剂时，该术语还意指酸的共轭碱。
适宜的多膦酸可包括(例如)亚甲基膦酸化合物及二膦酸化合物，例如1-羟基亚乙基-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)、及双(六亚甲基三胺五(亚甲基膦酸))。理解，这样的多膦酸通常可以其共轭形式使用，例如，可使用膦酸盐(酯)代替膦酸(如上文关于羧酸所阐述的)。上述多膦酸化合物的适宜的实例是以商品名出售的(Italmatch Chemicals,Genova,Italy)。
该化学-机械抛光组合物可任选地进一步包含用于改善晶片内抛光速率均匀性(例如，晶片边缘对中心的抛光速率比值或差异)的均匀性添加剂。该均匀性添加剂可(例如)包括：聚醚，例如聚乙二醇及聚醚胺；多元醇，例如乙二醇、丙二醇、及聚乙烯醇；和/或含胺化合物，例如氨基苯酚、羟基吡啶、及溴化十六烷基三甲基铵。
已观察到，当抛光组合物的电导率是低的时，所公开的抛光组合物的某些实施方式达成较高的二氧化硅(silicon dioxide)(TEOS)抛光速率。这样的实施方式可有利地用于钨磨光应用。因此，抛光组合物的实例可有利地具有小于2000微西门子/厘米(μS/cm)的电导率(例如，小于1500微西门子/厘米、小于1000微西门子/厘米、小于800微西门子/厘米、小于500微西门子/厘米、小于400微西门子/厘米、或小于300微西门子/厘米)。
该抛光组合物可任选地进一步包含杀生物剂。该杀生物剂可为任何适宜的杀生物剂，例如异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中的杀生物剂的量可在约1ppm至约50ppm的范围内，且优选约1ppm至约20ppm。
该抛光组合物可使用任何适宜的技术来制备，其中的许多是本领域技术人员已知的。该抛光组合物可以间歇或连续工艺制备。一般而言，该抛光组合物可通过将其组分以任何顺序组合来制备。本文所用的术语“组分”包括单独的成分(例如，胶态氧化硅、含铁促进剂、稳定剂、胺化合物等)。
所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可在水性液体载剂中生长，例如，如上文所述的。接着，可将所得的分散体稀释并(例如)经由添加酸将pH值调节至预定值。接着，可添加其它任选的组分(例如含铁促进剂和稳定剂)并通过能够将所述组分并入抛光组合物中的任意方法来混合。氧化剂可在抛光组合物的制备期间的任何时间添加。举例而言，该抛光组合物可在使用之前制备，其中，一种或多种组分(例如，氧化剂)在即将开始CMP操作之前添加(例如，在CMP操作的约1分钟内、或约10分钟内、或约1小时内、或约1天内、或约1周内)。该抛光组合物亦可在CMP操作期间通过在基板的表面处(例如，在抛光垫上)混合所述组分来制备。
抛光组合物可作为包含具有内部化学物质(例如，氨基硅烷化合物)的胶态氧化硅、含铁促进剂、任选的稳定剂、任选的杀生物剂、以及水的单包装体系提供。期望地，使氧化剂与抛光组合物的其它组分分开供应，而且，在即将使用之前(例如，使用之前1周或更短、使用之前1天或更短、使用之前1小时或更短、使用之前10分钟或更短、或使用之前1分钟或更短)，经由(例如)最终使用者，使氧化剂与抛光组合物的其它组分组合。抛光组合物的所述组分的各种其它双容器、或三容器、或者多容器的组合是在本领域普通技术人员的知识范围内。
本发明的抛光组合物可有利地作为浓缩物提供，该浓缩物意欲在使用前用适当量的水稀释。在这样的实施方式中，该抛光组合物浓缩物可包含具有如上文所述的结合到其中的带正电荷的物质的胶态氧化硅研磨剂颗粒以及其它任选的添加剂，其量使得当用适当量的水稀释该浓缩物时，该抛光组合物的各组分将以在上文中针对各组分所列举的适当范围内的量存在于该抛光组合物中。举例而言，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒可以上文中针对各组分所列举的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍、约5倍、或甚至约10倍)的量存在于抛光组合物中，以便当浓缩物用等体积的水(例如，分别用2等体积的水、3等体积的水、4等体积的水、或甚至9等体积的水)稀释时，各组分将以在上文所阐明的范围内的量存在于该抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员所理解的，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分数的水以确保其它组分至少部分或完全溶于浓缩物中。
在一个实施方式中，适宜的浓缩物包含至少10重量％的分散于基于水的液体载剂中的上述胶态氧化硅研磨剂颗粒中的一种(例如，包含结合到颗粒的外表面的内部的含氮化合物(例如氨基硅烷化合物)或含磷化合物(例如鏻硅烷化合物)的胶态氧化硅)。所述胶态氧化硅颗粒可任选地具有至少10毫伏的永久性正电荷。所述经浓缩的组合物可进一步包含含铁促进剂以及前面所述的其它任选组分。而且，所述组合物的pH值可在约2至约4.5的范围内。
尽管本发明的抛光组合物可用于抛光任何基板，但该抛光组合物可特别用于抛光包含至少一种金属(包括钨)及至少一种介电材料的基板。钨层可沉积在一个或多个例如包括钛及氮化钛(TiN)的阻挡层上。介电层可为金属氧化物，例如，源自于原硅酸四乙酯(TEOS)的硅氧化物层、多孔金属氧化物、多孔或非多孔的经碳掺杂的硅氧化物、经氟掺杂的硅氧化物、玻璃、有机聚合物、经氟化的有机聚合物、或者任何其它适宜的高或低k值的绝缘层。
在一个实施方式中，对包括钨及硅氧材料(例如TEOS)的基板进行化学机械抛光的方法是利用所公开的抛光组合物中的一种，举例而言，具有酸性pH值且小于约4重量％的胶态氧化硅研磨剂颗粒。在这样的实施方式中，TEOS的平均移除速率在2.0psi的下压力(downforce)下可高于1000埃/分钟(或甚至高于1300埃/分钟)。而且，TEOS的移除速率可高于钨的移除速率(即，TEOS:W的选择性可高于1)。在其中基板进一步包含硅氮材料的实施方式中，硅氮材料的移除速率亦可高于钨的移除速率。
在另一实施方式中，对包括钨和硅氧材料(例如TEOS)的基板进行化学机械抛光的方法利用了所公开的抛光组合物中的一种，例如，具有小于4的pH值且具有小于约2重量％的胶态氧化硅研磨剂颗粒的抛光组合物。在这样的实施方式中，钨的平均移除速率在2.5psi的下压力下可高于2000埃/分钟(或甚至高于2300埃/分钟)。而且，TEOS的移除速率在1.5psi的下压力下可小于50埃/分钟(或小于30埃/分钟)，使得W:TEOS的选择性高于40:1。这样的抛光速率可在具有基本上任何适宜直径的晶片上(例如，在200毫米直径的晶片、300毫米直径的晶片、或450毫米直径的晶片上)达成。
本发明的抛光方法特别适合于与化学-机械抛光(CMP)装置共同使用。典型地，该装置包含：平台(platen)，当使用时，该平台运动且具有由轨道、线性、或圆周运动所产生的速度；抛光垫，其接触该平台且在运动时随该平台移动；以及载具(carrier)，其固持待通过与该抛光垫的表面接触并相对于该抛光垫的表面移动而抛光的基板。该基板的抛光通过如下发生：将该基板放置成与抛光垫和本发明的抛光组合物接触，且随后使该抛光垫相对于该基板移动，从而磨除该基板的至少一部分(例如，如本文所述的钨、钛、氮化钛、和/或介电材料)以抛光该基板。
基板可利用该化学-机械抛光组合物以及任何适宜的抛光垫(例如，抛光表面)来平坦化或抛光。适宜的抛光垫包括(例如)纺织及非纺织的抛光垫。而且，适宜的抛光垫可包含具有各种密度、硬度、厚度、压缩性、压缩回弹能力、及压缩模量的任何适宜的聚合物。适宜的聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。
理解，本公开内容包括许多实施方式。这些实施方式包括，但不限于，以下实施方式。
在第一实施方式中，化学机械抛光组合物可包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部的氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物；含铁促进剂；以及在约1.5至约7范围内的pH值。
在第二实施方式中，化学机械抛光组合物可包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部的化学物质，其中所述化学物质为含氮的化合物或含磷的化合物；含铁促进剂；以及在约2至约4.5范围内的pH值。
第三实施方式可包括第一或第二实施方式，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少10毫伏的永久性正电荷。
第四实施方式可包括第一或第二实施方式，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少15毫伏的永久性正电荷。
第五实施方式可包括第一实施方式至第四实施方式中的任一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有在约30纳米至约70纳米范围内的平均粒径。
第六实施方式可包括第一实施方式至第四实施方式中的任一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有在约40纳米至约60纳米范围内的平均粒径。
第七实施方式可包括第一实施方式至第六实施方式中的任一个，包含约0.2重量％至约2重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
第八实施方式可包括第一实施方式至第六实施方式中的任一个，包含约1重量％至约4重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
第九实施方式可包括第一实施方式至第八实施方式中的任一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的30％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒。
第十实施方式可包括第一实施方式至第八实施方式中的任一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的50％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒，且所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的20％或更高为单体或二聚体。
第十一实施方式可包括第一实施方式以及第三实施方式至第十实施方式中的任一个，其中，所述氨基硅烷化合物包含丙基、伯胺、或季胺。
第十二实施方式可包括第一实施方式以及第三实施方式至第十一实施方式中的任一个，其中，所述氨基硅烷化合物包含双(2-羟乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基)氨基丙基三烷氧基硅烷、氨基丙基三烷氧基硅烷、(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苄基-N,N,N-三甲基铵、双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、(N-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚乙烯亚胺、三烷氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、N-苯基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、4-氨基丁基三烷氧基硅烷、或其混合物。
第十三实施方式可包括第一实施方式以及第三实施方式至第十二实施方式中的任一个，具有在约2.0至约4.5范围内的pH值。
第十四实施方式可包括第一实施方式至第十三实施方式中的任一个，其中，所述含铁促进剂包含能溶解的含铁催化剂。
第十五实施方式可包括第十四实施方式，进一步包含结合至所述能溶解的含铁催化剂的稳定剂，所述稳定剂选自：磷酸、乙酸、苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、及其混合物。
第十六实施方式可包括第一实施方式至第十五实施方式中的任一个，进一步包含过氧化氢氧化剂。
第十七实施方式可包括第一实施方式至第十六实施方式中的任一个，具有小于1000微西门子/厘米的电导率。
第十八实施方式可包括第一实施方式至第十七实施方式中的任一个，进一步包含在所述液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物。
第十九实施方式可包括第十八实施方式，其中，所述胺化合物包含具有12个或更多个碳原子的烷基。
第二十实施方式可包括第十八实施方式，其中，所述胺化合物为多季胺化合物。
第二十一实施方式可包括第十八实施方式，其中，所述胺化合物为具有四个或更多个胺基团的含胺的聚合物。
第二十二实施方式可包括第一实施方式至第二十一实施方式中的任一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有核-壳结构，其中外壳设置于内核上面，该氨基硅烷化合物或该化学物质结合到该外壳中。
第二十三实施方式可包括第一实施方式至第二十二实施方式中的任一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有大于1.90克/立方厘米的密度。
第二十四实施方式可包括第一实施方式至第二十三实施方式中的任一个，其中，在所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，该氨基硅烷化合物或该化学物质对氧化硅的摩尔比小于10％。
第二十五实施方式可包括第一实施方式或第二实施方式中的一个，其中：所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少10毫伏的永久性正电荷；所述含铁促进剂包含能溶解的含铁催化剂；所述组合物进一步包含结合至所述能溶解的含铁催化剂的稳定剂；所述组合物进一步包含在所述液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物；所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的30％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒；以及所述组合物具有在约2至约3.5范围内的pH值。
第二十六实施方式可包括第二十五实施方式，进一步包含约0.2重量％至约2重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
第二十七实施方式可包括第一实施方式或第二实施方式中的一个，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少10毫伏的永久性正电荷；所述含铁促进剂包含能溶解的含铁催化剂；所述组合物进一步包含结合至所述能溶解的含铁催化剂的稳定剂；所述组合物进一步包含在所述液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物；所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的30％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒；以及所述组合物具有在约3至约4.5范围内的pH值以及小于约1000微西门子/厘米的电导率。
第二十八实施方式可包括第二十七实施方式，进一步包含约1重量％至约4重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
对包括钨层的基板进行化学机械抛光的第一方法可包括：(a)使该基板接触包括第一实施方式至第二十八实施方式中任一项的化学机械抛光组合物；(b)使该抛光组合物相对于该基板移动；以及(c)研磨该基板，以从该基板移除该钨层的一部分并从而抛光该基板。
化学机械抛光的第二方法可包括第一方法，其中：该基板进一步包含硅氧材料；以及，该硅氧材料在(c)中的移除速率大于或等于钨在(c)中的移除速率。
化学机械抛光的第三方法可包括第二方法，其中：该基板进一步包含硅氮材料；以及，该硅氮材料在(c)中的移除速率大于或等于钨在(c)中的移除速率。
化学机械抛光的第四方法可包括第一方法，其中：该基板进一步包含硅氧材料；以及，钨在(c)中的移除速率是该硅氧材料在(c)中的移除速率的至少40倍。
化学机械抛光组合物的制造方法可包括：(a)提供液体溶液；(b)使该液体溶液、产生氧化硅的化合物、及氨基硅烷化合物组合，由此导致胶态氧化硅颗粒的生长，从而获得包含胶态氧化硅颗粒的分散体，所述胶态氧化硅颗粒具有结合到其中的该氨基硅烷化合物；(c)使含铁促进剂混入到所述分散体中；以及(d)将所述分散体的pH值调节至在约2至约4.5范围内的值。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应理解为以任何方式限制本发明的范围。在这些实施例中，所报告的ζ电位值使用DT-1202型声学及电声学谱仪(自DispersionTechnologies购得)量测且所报告的粒径值使用自Malvern 购得的量测。
实施例1
在该实施例中评估各抛光组合物的钨和硅氧化物(TEOS)的抛光速率。该实施例展示了胶态氧化硅、含铁促进剂、氧化剂、以及胶态氧化硅的平均粒径对钨和TEOS的抛光速率的影响。抛光组合物1A至1E各自包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷(氨基硅烷)是使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。组合物1A至1C以及1E具有60纳米的平均粒径，而组合物1D具有48纳米的平均粒径。抛光组合物1F包括自Fuso Chemical Company(Tokyo,Japan)购得的PL2胶态氧化硅。向九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)与水的混合物中加入包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体，以获得相应的抛光组合物。接着，将过氧化氢添加至组合物1C至1E。组合物1A至1F各自包含1重量％的胶态氧化硅。表1A列出了胶态氧化硅的粒径、以及过氧化氢和Fe(NO3)3·9H2O的浓度。
表1A
通过使用Logitech II型CDP抛光机(Logitech Ltd.,Glasgow,UK)及IC1010抛光垫在3psi的下压力、100rpm的平台速度、及125毫升/分钟的浆料流动速率下抛光具有钨或TEOS层的2英寸(50毫米)晶片来获得钨和TEOS的抛光速率。抛光速率显示于表1B中。
表1B
自表1B所示的结果明晰，可使用各种配制物(1A至1D)达成高的TEOS速率。此外，在包含含铁促进剂及氧化剂的配制物(1C至1E)中达成高的钨速率。
实施例2
在该实施例中评价各抛光组合物的钨蚀刻速率、胶态氧化硅的ζ电位、以及抛光组合物的电导率。该实施例展示了各种钨蚀刻抑制剂对这些量度的影响。抛光组合物2A至2K各自包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)及水的混合物中，使得该组合物中的最终浓度为如下：1.0重量％的胶态氧化硅、30ppm的九水合硝酸铁、及61.8ppm的丙二酸。然后，用硝酸将各组合物的pH值调节至4.0。
各添加剂(蚀刻抑制剂)的浓度列示如下：(2A)无添加剂，(2B)30ppm的多季铵(polyquaternium)-10(作为 SC-240购得)，(2C)800ppm的甘氨酸，(2D)800ppm的赖氨酸，(2E)30ppm的溴化十六烷基三甲基铵，(2F)30ppm的异硬脂酰氨基丙基月桂基乙酰基二甲基氯化铵(isostearamidopropyl laurylacetodimonium chloride)(作为 IALA购得)，(2G)30ppm的经羟基化的聚醚季铵氯化物(hydroxylatedpolyether quaternary ammonium chloride)，(2H)30ppm的N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂-1,3-丙烷-二铵二氯化物，(2I)30ppm的季化聚乙烯基咪唑，(2J)30ppm的3152，及(2K)30ppm的椰油酰基肌氨酸(cocoyl sarcosine)(作为C购得)。
为了获得各抛光组合物的钨蚀刻速率，将该组合物首先加热至45℃，之后添加过氧化氢至2％的浓度。在该温度下保持5分钟以便恢复至45℃后，将具有钨层的2英寸晶片浸没于所述抛光组合物内5分钟。经由在浸渍于所述抛光组合物中之前及之后得到的电阻率测量结果来测定钨的移除速率。各抛光组合物的电导率、ζ电位及钨蚀刻速率在表2中给出。
表2
自表2所示的结果明晰，各钨蚀刻抑制剂可与胶态氧化硅组合使用以降低钨的蚀刻速率，而不会显著地影响ζ电位。
实施例3
在该实施例中评估各抛光组合物的钨和硅氧化物(TEOS)的抛光速率。该实施例展示了铁浓度及各种钨蚀刻抑制剂对抛光速率的影响。抛光组合物3A至3I各自包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)及水的混合物中，以获得各抛光组合物。将相应的钨蚀刻抑制剂添加至各组合物。所述组合物各自包含0.5重量％的具有约55纳米的平均粒径的胶态氧化硅研磨剂。各组合物在3.0的pH值(使用硝酸调节)下进一步包含2.0重量％过氧化氢、以及8.0当量丙二酸/铁离子。表3A列示了组合物3A至3I各自的Fe(NO3)3·9H2O及钨蚀刻抑制剂的浓度。
表3A
使用 CMP工具来获得钨和TEOS的抛光速率。在IC1010抛光垫上抛光其表面上沉积有钨层或TEOS层的200毫米(8英寸)晶片。钨晶片在3.5psi及2.0psi的下压力下进行抛光，而TEOS晶片在1.5psi的下压力下进行抛光。所有晶片均在100rpm的平台速度、及150毫升/分钟的浆料流动速率下进行抛光。抛光速率显示于表3B中。
表3B
自表3B所示的结果明晰，使用包括本文所公开的胶态氧化硅及各种钨蚀刻抑制剂的抛光组合物可达成高的钨移除速率以及高的W:TEOS选择性(例如，大于40:1、70:1或甚至100:1)。
实施例4
在该实施例中评价两种抛光组合物的钨、钛和硅氧化物(TEOS)的抛光速率以及氧化物的侵蚀。该实施例展示了胶态氧化硅研磨剂颗粒对这些量度的影响。抛光组合物4A包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。平均粒径为约55纳米。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁、及水的混合物中。对照组合物包含经3-(氨基丙基)三甲氧基硅烷表面处理的100纳米的胶态氧化硅。抛光组合物各自包含0.5重量％的相应的胶态氧化硅。抛光组合物进一步包含2.0重量％过氧化氢、307ppm Fe(NO3)3·9H2O、668ppm丙二酸、40ppm钨蚀刻抑制剂、以及8ppm的杀生物剂，pH值为2.3(使用硝酸调节)。
通过使用 CMP工具及IC1010抛光垫在2.5psi及1.5psi的下压力下抛光具有适当层的300毫米(12英寸)直径的晶片来获得抛光速率。平台速度为100rpm且浆料流动速率为200毫升/分钟。通过抛光300毫米的MIT854图案化晶片(自Silyb WaferServices购得)来获得氧化物的侵蚀值。各图案化晶片在2.0psi下抛光25秒且在1.5psi下抛光45秒(至终点)。抛光速率显示于表4A中。氧化物的侵蚀值显示于表4B中。
表4A
表4B
自表4A及4B所示的结果明晰，与包括经氨基硅烷表面处理的胶态氧化硅的相同组合物相比，使用具有内部氨基硅烷的胶态氧化硅(如本文所公开的)提供了经改善的钨移除速率、经改善的钛移除速率、降低的TEOS移除速率、以及降低的氧化物侵蚀。
实施例5
在该实施例中评估两种抛光组合物的钨及硅氧化物(TEOS)的抛光速率。该实施例展示了铁的浓度和钨蚀刻抑制剂的浓度对钨及TEOS的抛光速率的影响。抛光组合物5A至5F包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、及水的混合物中。各组合物包含2.0重量％的具有约55纳米的平均粒径的胶态氧化硅。所述组合物进一步包含2.0重量％过氧化氢、以及丙二酸对Fe(NO3)3·9H2O的8:1的固定摩尔比，而且pH值为4.0。Fe(NO3)3·9H2O及钨蚀刻抑制剂的浓度显示于表5A中。
表5A
CMP组合物 Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·9H<sub>2</sub>O(ppm) 钨蚀刻抑制剂(ppm)
5A 45 50
5B 45 37
5C 60 37
5D 60 50
5E 45 63
5F 60 63
通过使用 CMP工具及IC1010抛光垫在1.0、2.0、及3.0psi的下压力下抛光具有适当层的300毫米(12英寸)直径的晶片来获得抛光速率。平台速度为100rpm且浆料流动速率为200毫升/分钟。钨和TEOS的抛光速率显示于表5B中。TEOS对钨的选择性在表5C中给出。
表5B
表5C
自表5B及5C所示的结果明晰，可达成高的TEOS移除速率，使得TEOS:W的选择性可在约4:1至约0.8:1的范围内。在该实施例中，TEOS的移除速率通常高于钨的移除速率。
实施例6
在该实施例中评估两种抛光组合物的钨及硅氧化物(TEOS)的抛光速率。该实施例展示了铁浓度及钨蚀刻抑制剂浓度对钨和TEOS的抛光速率的影响。抛光组合物6A至6E包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、及水的混合物中。各组合物包含3.0重量％的具有约55纳米的平均粒径的胶态氧化硅。所述组合物进一步包含丙二酸对Fe(NO3)3·9H2O的8:1的固定摩尔比、以及37ppm的钨蚀刻抑制剂，而且pH值为4.0。Fe(NO3)3·9H2O和过氧化氢的浓度显示于表6A中。
表6A
CMP组合物 Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·9H<sub>2</sub>O(ppm) 过氧化氢(重量％)
6A 60 2
6B 60 4
6C 75 3
6D 90 2
6E 90 4
通过使用 CMP工具及IC1010抛光垫在1.0、1.5、及2.0psi的下压力下抛光具有适当层的300毫米(12英寸)直径的晶片来获得抛光速率。平台速度为100rpm且浆料流动速率为200毫升/分钟。钨和TEOS的抛光速率显示于表6B中。TEOS对钨的选择性在表6C中给出。
表6B
表6C
自表6B及6C所示的结果明晰，可达成高的TEOS移除速率，使得TEOS:W的选择性可在约2:1至约0.8:1的范围内。在该实施例中，TEOS的移除速率通常高于钨的移除速率。
实施例7
在该实施例中评估两种抛光组合物的钨、硅氧化物(TEOS)及硅氮化物(SiN)的抛光速率。该实施例展示了膦酸的加入对于钨、TEOS及SiN的抛光速率的影响。抛光组合物7A至7D包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、及水的混合物中。各组合物包含2.0重量％的具有约55纳米的平均粒径的胶态氧化硅。各组合物进一步包含2.0重量％过氧化氢、20ppm Fe(NO3)3·9H2O、丙二酸对Fe(NO3)3·9H2O的8:1的固定摩尔比、以及500ppm甘氨酸、2010，而且，pH值为3.0。
通过使用 CMP工具及VP3100抛光垫在1.5psi的下压力下抛光具有适当层的300毫米(12英寸)直径的晶片来获得抛光速率，其中，平台速度为100rpm且浆料流动速率为250毫升/分钟。表7列示了各组合物中的1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(2010)的量、以及TEOS、钨和SiN的抛光速率。
表7
自表7所示的结果明晰，可达成TEOS及SiN的高的速率，使得TEOS:W的选择性高于3:1且SiN:W的选择性在约1:1(7B)至约2.5:1(7D)的范围内。
实施例8
在该实施例中评估两种钨磨光(buff)抛光组合物的钨及硅氧化物(TEOS)的抛光速率。对比抛光组合物8A包含自Fuso Chemical Company(Tokyo Japan)购得的PL-3C。PL-3C为经表面处理的胶态氧化硅，其中，该胶态氧化硅表面是经氨基丙基三烷氧基硅烷处理(键合)的。平均粒径为约0.07微米。抛光组合物8B包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。平均粒径为约0.06微米。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁、及水的混合物中。抛光组合物(8A及8B)各自包含10ppm(以重量计)的Fe(NO3)3·9H2O、60ppm(以重量计)的丙二酸、500ppm(以重量计)的甘氨酸、2.0重量％的相应的胶态氧化硅颗粒、以及2重量％的过氧化氢，pH值为4.0。
通过使用 CMP工具及IC1010抛光垫在1.5psi的下压力下抛光具有适当层的200毫米(8英寸)直径的晶片来获得抛光速率。平台及载具速度分别为93rpm及87rpm且浆料流动速率为150毫升/分钟。表8列举了两种抛光组合物的胶态氧化硅粒径、ζ电位、以及TEOS和钨的抛光速率。
表8
自表8所示的结果明晰，本发明的抛光组合物8B具有超过对比抛光组合物8A的TEOS抛光速率的2倍的TEOS抛光速率。而且，与对比组合物相比，本发明组合物的钨抛光速率高出接近20％。
实施例9
在该实施例中评估两种浓缩抛光组合物的贮存期稳定性。对比抛光组合物9A包含自Fuso Chemical Company(Tokyo Japan)购得的PL-3C。PL-3C为经表面处理的胶态氧化硅，其中，该胶态氧化硅表面是经氨基丙基三烷氧基硅烷处理(键合)的。平均粒径为约0.07微米。抛光组合物9B包含具有核壳结构的胶态氧化硅研磨剂颗粒，其中，水解或部分水解的氨基丙基三烷氧基硅烷使用类似于以下实施例11中所述的程序结合到该壳中。平均粒径为约0.06微米。接着，将包含前述胶态氧化硅研磨剂颗粒的浓缩分散体添加至包含丙二酸、九水合硝酸铁、及水的混合物中。抛光组合物(9A及9B)各自包含4.0重量％的相应的胶态氧化硅、20ppm(以重量计)的Fe(NO3)3·9H2O、100ppm(以重量计)的丙二酸、以及0.1重量％的甘氨酸，pH值为4.0。表9显示了两种组合物的贮存期稳定性的数据。
表9
抛光组合物 初始的粒径(微米) 三天的粒径(微米)
9A 0.07 0.5
9B 0.06 0.06
自表9所示的结果明晰，与对比的浓缩抛光组合物9A相比，本发明的浓缩抛光组合物9B显著地更为稳定。在三天后，观察到，对比组合物形成了从胶态悬浮液沉降出来的大的聚集颗粒(约0.5微米)。本发明组合物是稳定的，其中，未观察到沉降且未观察到平均粒径随着时间的变化。
实施例10
在该实施例中评估两种抛光组合物的图案化硅氧化物(TEOS)抛光速率以及氧化物侵蚀。所述抛光组合物是与实施例8中所评估的抛光组合物相同的。因此，抛光组合物10A是与抛光组合物8A相同的，而且，抛光组合物10B是与抛光组合物8B相同的。
通过使用 CMP工具及IC1010抛光垫在1.5psi的下压力下抛光200毫米(8英寸)直径的图案化晶片来获得抛光数据。平台及载具速度分别为93rpm及87rpm，而且，浆料流动速率为150毫升/分钟。针对具有0.18微米线宽及50％图案密度的图案量测TEOS氧化物图案的抛光速率、氧化物侵蚀、以及台阶高度(step height)。结果显示于表10中。
表10
抛光组合物 TEOS图案的速率(埃/分钟) 侵蚀(埃) 台阶高度(埃)
10A 270 580 650
10B 1150 380 290
自表10所示的结果明晰，本发明抛光组合物10B与对比抛光组合物10A相比具有优良的图案化晶片性能。举例而言，本发明抛光组合物10B的TEOS图案速率是对比组合物10A的TEOS图案速率的4倍，而且，本发明抛光组合物具有显著降低的氧化物侵蚀(降低35％)及台阶高度(降低55％)。
实施例11
如下制备化学-机械抛光组合物。将其量为2,604克的BS-1H胶态氧化硅分散体(10.5重量％的具有约35纳米平均粒径的胶态氧化硅分散体，自Fuso Chemical Company(Tokyo,Japan)购得)添加至5,882克的DI水中。将3-乙氧基丙基胺(EOPA)添加至混合物中，从而将pH值调节至10，且由此获得母液。接着，将该母液加热至80℃。将1872.3克四甲氧基硅烷及16.3克3-氨基丙基三甲氧基硅烷的混合物以180分钟的持续时间在恒定的速率下(在约10.5克/分钟的速率下)添加至该母液中，同时将液体温度保持在80℃。获得包含胶态氧化硅颗粒的胶态氧化硅分散体，其中，所述胶态氧化硅颗粒具有含有氨基硅烷(或者水解或部分水解的氨基硅烷)的外部氧化硅壳。通过在常压下进行加热蒸馏，将该胶态氧化硅分散体浓缩至4,600毫升。将3,000毫升体积的DI水添加至所述分散体中，以便在蒸馏期间取代甲醇(并保持体积)。最终的分散体具有约20.1重量％的胶态氧化硅浓度。
将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)特此通过参考引入，其参考程度如同每一篇参考文献被单独地和具体地说明以通过参考引入且在本文中被全部地阐述一样。
在描述本发明的范围中(尤其是在下列权利要求的范围中)使用术语“一个(种)(a,an)”和“所述(该，the)”以及类似指示物将被解释为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外说明。本文中数值范围的列举仅仅意图用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非在本文中另外说明，且在说明书中引入每个独立的值，就如同其在本文中被单独地列举一样。本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施方式、或示例性语言(如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限制，除非另外说明。本说明书中没有语言应被解释为将任何非要求保护的要素指明为对于本发明的实践所必需的。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读上述描述后，那些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员可变得明晰。本发明人希望熟练技术人员在适当时采用这样的变型，且本发明人意图让本发明用不同于本文中具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括如由适用的法律所允许的附于此的权利要求书中所叙述的主题的所有变型和等同物。此外，上述要素的以其所有可能的变型的任何组合被本发明所涵盖，除非在本文中另外说明或相反与上下文明显矛盾。

Claims (33)

1.化学机械抛光组合物，包含：
基于水的液体载剂；
分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；
氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物，其结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部；
含铁促进剂；以及
在1.5至7范围内的pH值。
2.化学机械抛光组合物，包含：
基于水的液体载剂；
分散在该液体载剂中的胶态氧化硅研磨剂颗粒；
结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部的化学物质，其中所述化学物质为：含磷的化合物，或者，除氨基硅烷以外的含氮的化合物；
含铁促进剂；以及
在2至4.5范围内的pH值。
3.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少10毫伏的永久性正电荷。
4.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少15毫伏的永久性正电荷。
5.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有在30纳米至70纳米范围内的平均粒径。
6.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有在40纳米至60纳米范围内的平均粒径。
7.权利要求1-2中任一项的组合物，包含0.2重量％至2重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
8.权利要求1-2中任一项的组合物，包含1重量％至4重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
9.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的30％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒。
10.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的50％或更高包括三个或更多个聚集的初级颗粒，且所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的20％或更高为单体或二聚体。
11.权利要求1的组合物，其中，所述氨基硅烷化合物包含丙基、伯胺、或季胺。
12.权利要求1的组合物，其中，所述氨基硅烷化合物包含双(2-羟乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基)氨基丙基三烷氧基硅烷、氨基丙基三烷氧基硅烷、(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苄基-N,N,N-三甲基铵、双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、(N-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚乙烯亚胺、三烷氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、N-苯基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、4-氨基丁基三烷氧基硅烷、或其混合物。
13.权利要求1的组合物，具有在2.0至4.5范围内的pH值。
14.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述含铁促进剂包含能溶解的含铁催化剂。
15.权利要求14的组合物，进一步包含结合至所述能溶解的含铁催化剂的稳定剂，所述稳定剂选自：磷酸、乙酸、苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、及其混合物。
16.权利要求1-2中任一项的组合物，进一步包含过氧化氢氧化剂。
17.权利要求1-2中任一项的组合物，具有小于1000微西门子/厘米的电导率。
18.权利要求1-2中任一项的组合物，进一步包含在所述液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物。
19.权利要求18的组合物，其中，所述胺化合物包含具有12个或更多个碳原子的烷基。
20.权利要求18的组合物，其中，所述胺化合物为多季胺化合物。
21.权利要求18的组合物，其中，所述胺化合物为具有四个或更多个胺基团的含胺的聚合物。
22.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有核-壳结构，其中外壳设置于内核上面，该氨基硅烷化合物或该化学物质结合到该外壳中。
23.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有大于1.90克/立方厘米的密度。
24.权利要求1-2中任一项的组合物，其中，在所述胶态氧化硅研磨剂颗粒中，该氨基硅烷化合物或该化学物质对氧化硅的摩尔比小于10％。
25.权利要求1-2中任一项的组合物，其中：
所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少10毫伏的永久性正电荷；
所述含铁促进剂包含能溶解的含铁催化剂；
所述组合物进一步包含结合至所述能溶解的含铁催化剂的稳定剂；
所述组合物进一步包含在所述液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物；以及
所述组合物具有在2至3.5范围内的pH值。
26.权利要求25的组合物，进一步包含0.2重量％至2重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
27.权利要求1-2中任一项的组合物，其中：
所述胶态氧化硅研磨剂颗粒具有至少10毫伏的永久性正电荷；
所述含铁促进剂包含能溶解的含铁催化剂；
所述组合物进一步包含结合至所述能溶解的含铁催化剂的稳定剂；
所述组合物进一步包含在所述液体载剂中的处于溶解状态下的胺化合物；以及
所述组合物具有在3至4.5范围内的pH值以及小于1000微西门子/厘米的电导率。
28.权利要求27的组合物，进一步包含1重量％至4重量％的所述胶态氧化硅研磨剂颗粒。
29.用于对包括钨层的基板进行化学机械抛光的方法，该方法包括：
(a)使该基板接触权利要求1-28中任一项的化学机械抛光组合物；
(b)使该抛光组合物相对于该基板移动；以及
(c)研磨该基板，以从该基板移除该钨层的一部分并从而抛光该基板。
30.权利要求29的方法，其中：
该基板进一步包含硅氧材料；以及
该硅氧材料在(c)中的移除速率大于或等于钨在(c)中的移除速率。
31.权利要求30的方法，其中：
该基板进一步包含硅氮材料；以及
该硅氮材料在(c)中的移除速率大于或等于钨在(c)中的移除速率。
32.权利要求29的方法，其中：
该基板进一步包含硅氧材料；以及
钨在(c)中的移除速率是该硅氧材料在(c)中的移除速率的至少40倍。
33.化学机械抛光组合物的制造方法，该方法包括：
(a)提供液体溶液；
(b)使该液体溶液、产生氧化硅的化合物、及氨基硅烷化合物组合，由此导致胶态氧化硅颗粒的生长，从而获得包含胶态氧化硅颗粒的分散体，所述胶态氧化硅颗粒具有结合到其外表面的内部的该氨基硅烷化合物；
(c)使含铁促进剂混入到所述分散体中；以及
(d)将所述分散体的pH值调节至在2至4.5范围内的值。
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9631122B1 (en) * 2015-10-28 2017-04-25 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten-processing slurry with cationic surfactant
US9534148B1 (en) * 2015-12-21 2017-01-03 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of polishing semiconductor substrate
US10066126B2 (en) * 2016-01-06 2018-09-04 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten processing slurry with catalyst
KR102600276B1 (ko) * 2016-03-01 2023-11-08 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드 화학적 기계적 연마 방법
JP6663033B2 (ja) * 2016-03-01 2020-03-11 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド 基板を化学機械研磨する方法
US9803108B1 (en) * 2016-10-19 2017-10-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous compositions of stabilized aminosilane group containing silica particles
US10037889B1 (en) * 2017-03-29 2018-07-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Cationic particle containing slurries and methods of using them for CMP of spin-on carbon films
US10600655B2 (en) * 2017-08-10 2020-03-24 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing method for tungsten
US20190085209A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten cmp
US10711158B2 (en) * 2017-09-28 2020-07-14 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous silica slurry and amine carboxylic acid compositions for use in shallow trench isolation and methods of using them
US20190211228A1 (en) * 2018-01-09 2019-07-11 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten bulk polishing method with improved topography
KR102005963B1 (ko) * 2018-05-26 2019-07-31 에스케이이노베이션 주식회사 식각액 조성물 및 실란화합물
US10995238B2 (en) * 2018-07-03 2021-05-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings Neutral to alkaline chemical mechanical polishing compositions and methods for tungsten
US11111435B2 (en) 2018-07-31 2021-09-07 Versum Materials Us, Llc Tungsten chemical mechanical planarization (CMP) with low dishing and low erosion topography
JP7028120B2 (ja) * 2018-09-20 2022-03-02 Jsr株式会社 化学機械研磨用水系分散体及びその製造方法、並びに化学機械研磨方法
CN111378375B (zh) * 2018-12-28 2022-05-13 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液
CN111378373A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 安集微电子（上海）有限公司 一种用于抛光钨的化学机械抛光液
US10604678B1 (en) * 2019-02-08 2020-03-31 Rohrn and Haas Electronic Materials CMP Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing of tungsten using a method and composition containing quaternary phosphonium compounds
US11992914B2 (en) 2019-03-27 2024-05-28 Fujimi Incorporated Polishing composition, polishing method, and method for producing substrate
WO2020245904A1 (ja) * 2019-06-04 2020-12-10 昭和電工マテリアルズ株式会社 研磨液、分散体、研磨液の製造方法及び研磨方法
CN114080437B (zh) * 2019-08-09 2023-10-27 巴斯夫欧洲公司 用于抑制钨蚀刻的组合物和方法
JP7351697B2 (ja) * 2019-09-30 2023-09-27 日揮触媒化成株式会社 シリカ粒子分散液及びその製造方法
TW202122517A (zh) * 2019-12-03 2021-06-16 日商Ｊｓｒ股份有限公司 化學機械研磨用組成物及化學機械研磨方法
KR20210079573A (ko) * 2019-12-20 2021-06-30 주식회사 케이씨텍 유기막 연마용 슬러리 조성물
CN113004800B (zh) * 2019-12-20 2024-04-12 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN113122140B (zh) * 2019-12-30 2024-05-03 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液
CN113122141A (zh) * 2019-12-30 2021-07-16 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液
KR20220123295A (ko) * 2020-01-07 2022-09-06 씨엠씨 머티리얼즈, 인코포레이티드 유도체화된 폴리아미노산
KR20210095465A (ko) * 2020-01-23 2021-08-02 삼성에스디아이 주식회사 텅스텐 패턴 웨이퍼 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 텅스텐 패턴 웨이퍼의 연마 방법
KR102623640B1 (ko) * 2020-07-22 2024-01-11 삼성에스디아이 주식회사 텅스텐 패턴 웨이퍼 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 텅스텐 패턴 웨이퍼의 연마 방법
US20220112401A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Cmp slurry composition for polishing tungsten pattern wafer and method of polishing tungsten pattern wafer using the same
CN113604154B (zh) * 2021-07-09 2022-07-12 万华化学集团电子材料有限公司 一种钨插塞化学机械抛光液、制备方法及其应用
KR102638622B1 (ko) * 2021-07-22 2024-02-19 에스케이엔펄스 주식회사 반도체 공정용 연마 조성물 및 연마 조성물을 적용한 반도체 소자의 제조 방법
WO2023007722A1 (ja) * 2021-07-30 2023-02-02 昭和電工マテリアルズ株式会社 研磨液及び研磨方法
WO2023171290A1 (ja) * 2022-03-08 2023-09-14 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
WO2023178286A1 (en) * 2022-03-18 2023-09-21 Merck Patent Gmbh Chemical mechanical planarization using amino-polyorganosiloxane-coated abrasives

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1242729A (zh) * 1996-11-26 2000-01-26 卡伯特公司 用于金属cmp的组合物和浆料
CN1646650A (zh) * 2002-02-11 2005-07-27 杜邦空中产品纳米材料公司 附着在固体上并用于增强cmp配方的形成自由基的活化剂
CN101802116A (zh) * 2007-09-21 2010-08-11 卡伯特微电子公司 利用经氨基硅烷处理的研磨剂颗粒的抛光组合物和方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5230833A (en) 1989-06-09 1993-07-27 Nalco Chemical Company Low sodium, low metals silica polishing slurries
ATE312895T1 (de) 1996-07-25 2005-12-15 Dupont Air Prod Nanomaterials Zusammensetzung und verfahren zum chemisch- mechanischen polieren
US5958288A (en) * 1996-11-26 1999-09-28 Cabot Corporation Composition and slurry useful for metal CMP
JP2003520283A (ja) 1999-07-07 2003-07-02 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション シラン改質砥粒を含有するｃｍｐ組成物
US7077880B2 (en) 2004-01-16 2006-07-18 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Surface modified colloidal abrasives, including stable bimetallic surface coated silica sols for chemical mechanical planarization
US6776810B1 (en) * 2002-02-11 2004-08-17 Cabot Microelectronics Corporation Anionic abrasive particles treated with positively charged polyelectrolytes for CMP
US7022255B2 (en) * 2003-10-10 2006-04-04 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Chemical-mechanical planarization composition with nitrogen containing polymer and method for use
US20100146864A1 (en) * 2005-08-10 2010-06-17 Catalysts & Chemicals Industries Co., Ltd Nodular Silica Sol and Method of Producing the Same
US8106229B2 (en) 2006-05-30 2012-01-31 Nalco Company Organically modifid silica and use thereof
TW200817497A (en) * 2006-08-14 2008-04-16 Nippon Chemical Ind Polishing composition for semiconductor wafer, production method thereof, and polishing method
JP5275595B2 (ja) * 2007-08-29 2013-08-28 日本化学工業株式会社 半導体ウエハ研磨用組成物および研磨方法
EP2197972B1 (en) 2007-09-21 2020-04-01 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition and method utilizing abrasive particles treated with an aminosilane
JP5428205B2 (ja) 2008-06-04 2014-02-26 日立化成株式会社 金属用研磨液
WO2010033156A2 (en) 2008-09-19 2010-03-25 Cabot Microelectronics Corporation Barrier slurry for low-k dielectrics
WO2010035613A1 (ja) 2008-09-26 2010-04-01 扶桑化学工業株式会社 屈曲構造及び／又は分岐構造を持つシリカ二次粒子を含有するコロイダルシリカ及びその製造方法
WO2010085324A1 (en) * 2009-01-20 2010-07-29 Cabot Corporation Compositons comprising silane modified metal oxides
JP2011216582A (ja) 2010-03-31 2011-10-27 Fujifilm Corp 研磨方法、および研磨液
KR101243331B1 (ko) 2010-12-17 2013-03-13 솔브레인 주식회사 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법
US8980122B2 (en) * 2011-07-08 2015-03-17 General Engineering & Research, L.L.C. Contact release capsule useful for chemical mechanical planarization slurry
KR101349758B1 (ko) 2011-12-26 2014-01-10 솔브레인 주식회사 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법
JP5972660B2 (ja) 2012-03-28 2016-08-17 株式会社アドマテックス コロイドシリカの製造方法及びｃｍｐ用スラリーの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1242729A (zh) * 1996-11-26 2000-01-26 卡伯特公司 用于金属cmp的组合物和浆料
CN1646650A (zh) * 2002-02-11 2005-07-27 杜邦空中产品纳米材料公司 附着在固体上并用于增强cmp配方的形成自由基的活化剂
CN101802116A (zh) * 2007-09-21 2010-08-11 卡伯特微电子公司 利用经氨基硅烷处理的研磨剂颗粒的抛光组合物和方法

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