CN108372431A - 针对钨的化学机械抛光方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种化学机械抛光含钨衬底以降低腐蚀速率并抑制钨凹陷和下层电介质侵蚀的方法。所述方法包括提供衬底；提供含有以下各者作为初始组分的抛光组合物：水、氧化剂、二羟基双硫化物、二羧酸、铁离子源、胶态二氧化硅研磨剂以及任选地pH调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在所述抛光垫与所述衬底之间的界面处建立动态接触；以及将所述抛光组合物分配到所述抛光垫与所述衬底之间的所述界面处或附近的抛光表面上；其中从所述衬底抛光掉一些钨(W)，降低腐蚀速率，抑制钨(W)凹陷以及钨(W)下层的电介质侵蚀。

Description

针对钨的化学机械抛光方法
技术领域
本发明针对化学机械抛光钨以抑制钨凹陷以及抑制下层电介质侵蚀并降低腐蚀速率的领域。更具体来说，本发明针对如下化学机械抛光钨以抑制钨凹陷以及抑制下层电介质侵蚀并降低腐蚀速率的方法：提供含钨衬底；提供含有以下各者作为初始组分的抛光组合物：水、氧化剂、二羟基双硫化物、二羧酸、铁离子源、胶态二氧化硅研磨剂以及任选地pH调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将抛光组合物分配到抛光垫与衬底之间的界面处或附近的抛光表面上，其中从衬底抛光掉一些钨。
背景技术
制造集成电路和其它电子装置时，在半导体晶片的表面上沉积或从其去除多个导电、半导电和介电材料层。导电、半导电和介电材料薄层可以通过多种沉积技术沉积。现代处理中的常见沉积技术包括物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)(又称为溅镀)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)以及电化学镀敷(electrochemical plating，ECP)。
随着材料层依序沉积和去除，晶片的最上表面变得不平坦。因为后续半导体处理(例如金属化)需要晶片具有平坦表面，所以晶片需要平坦化。平坦化适用于去除非所要表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮痕和被污染的层或材料。
化学机械平坦化或化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)是一种用于平坦化衬底(如半导体晶片)的常见技术。在常规CMP中，晶片安装在载具组件上并且与CMP设备中的抛光垫接触安置。载具组件向晶片提供可控压力，将其抵靠抛光垫按压。通过外部驱动力使垫相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其它抛光溶液。因此，通过对垫表面和浆料进行化学和机械作用对晶片表面抛光并且使其平坦。
电子行业中的衬底具有高集成度，其中半导体基底包括多层互连结构。层和结构包括多种材料，如单晶硅、多晶硅、原硅酸四乙酯、二氧化硅、氮化硅、钨、钛、氮化钛以及各种其它导电、半导电和介电材料。因为这些衬底需要包括CMP的各种处理步骤以形成最终多层互连结构，所以常常高度需要利用取决于预期应用而对特定材料具有选择性的抛光组合物和方法。不幸地，这类抛光组合物会造成导电材料的过度凹陷，此可导致介电材料的侵蚀。可能由这类凹陷和侵蚀引起的表面形状缺陷会进一步导致其它材料从衬底表面(如安置在导电材料或介电材料下方的阻挡层材料)非均匀去除并产生具有低于所需质量的衬底表面，这会不利地影响集成电路的性能。
化学机械抛光已变为用于在集成电路设计中的钨互连和接触插头形成期间抛光钨的优选方法。钨经常用于接触/通孔插头的集成电路设计中。通常，接触孔或通孔经由衬底上的介电层形成以暴露下层组件的区域，例如第一级金属化或互连。不幸地，用于抛光钨的许多CMP浆料造成凹陷问题。凹陷的严重程度会变化，但其通常严重到足以造成下层介电材料(如TEOS)的侵蚀。
与抛光金属(如钨)相关的另一问题是腐蚀。金属腐蚀是CMP的常见副作用。在CMP过程期间，除CMP的影响以外，保留在衬底表面上的金属抛光浆料继续腐蚀衬底。有时需要腐蚀；然而，在大多数半导体工艺中，欲降低或抑制腐蚀。腐蚀还可促进表面缺陷，如点蚀和穿孔。这些表面缺陷显著影响半导体器件的最终特性并妨碍其效用。因此，需要用于钨的CMP抛光方法和组合物，其抑制钨凹陷和下层介电材料(如TEOS)的侵蚀以及降低腐蚀速率。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光钨的方法，其包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下各者作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；氧化剂；二羟基双硫化物；胶态二氧化硅研磨剂；二羧酸或其盐；铁(III)离子源；以及任选地pH调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的化学机械抛光垫的抛光表面上；其中从衬底抛光掉一些钨。
本发明提供一种抛光钨的化学机械方法，其包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下各者作为初始组分的化学机械抛光组合物：水、氧化剂、二羟基双硫化物、具有负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂、二羧酸或其盐、铁(III)离子源以及任选地pH调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的化学机械抛光垫的抛光表面上；其中从衬底抛光掉一些钨；其中所提供的化学机械抛光组合物在200mm抛光机上、在80转/分钟的压板速度、81转/分钟的支架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下具有的钨去除速率；并且，其中化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和经聚氨基甲酸酯浸渍的无纺子垫。
本发明提供一种抛光钨的化学机械方法，其包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下各者作为初始组分的化学机械抛光组合物：水、氧化剂、量为至少50ppm的二羟基双硫化物、具有负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂、丙二酸或其盐、铁(III)离子源以及任选地pH调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的化学机械抛光垫的抛光表面上；其中从衬底抛光掉一些钨；其中所提供的化学机械抛光组合物在200mm抛光机上、在80转/分钟的压板速度、81转/分钟的支架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下具有的钨去除速率；其中化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和经聚氨基甲酸酯浸渍的无纺子垫。
本发明提供一种化学机械抛光钨的方法，其包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下各者作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；0.01到10wt％氧化剂，其中氧化剂是过氧化氢；50ppm到1000ppm二羟基双硫化物；0.01到10wt％具有负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂；100到1,400ppm丙二酸或其盐；100到1,000ppm铁(III)离子源，其中铁(III)离子是九水合硝酸铁；以及任选地pH调节剂；其中化学机械抛光组合物的pH值为1到7；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的化学机械抛光垫的抛光表面上；其中从衬底抛光掉一些钨。
本发明提供一种化学机械抛光钨的方法，其包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下各者作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；1到3wt％氧化剂，其中氧化剂是过氧化氢；50到300ppm二羟基双硫化物；0.2到5wt％具有负表面电荷的胶态二氧化硅研磨剂；120到1,350ppm丙二酸；250到400ppm铁(III)离子源，其中铁(III)离子源是九水合硝酸铁；以及任选地pH调节剂；其中化学机械抛光组合物的pH值为2到2.5；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的化学机械抛光垫的抛光表面上；其中从衬底抛光掉一些钨。
本发明的前述方法使用包含二羟基双硫化物的化学机械抛光组合物，所述方法抛光钨并抑制钨凹陷以及抑制下层电介质的侵蚀。所述方法还降低腐蚀速率。
具体实施方式
如本说明书通篇所使用，除非上下文另外指示，否则以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；g＝克；L＝升；mL＝毫升；μ＝μm＝微米；kPa＝千帕；mV＝毫伏；DI＝去离子；ppm＝百万分率＝mg/L；mm＝毫米；cm＝厘米；min＝分钟；rpm＝转/分钟；lbs＝磅；kg＝千克；W＝钨；S＝硫原子；HO＝羟基；ICP-OES＝电感耦合等离子体发射光谱仪；wt％＝重量％；PS＝抛光浆料；CS＝对照浆料；以及RR＝去除速率。
术语“化学机械抛光”或“CMP”是指单独借助于化学和机械力抛光衬底并且区别于将电偏压施加到衬底的电化学-机械抛光(electrochemical-mechanical polishing，ECMP)的过程。术语“TEOS”意指由原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)形成的二氧化硅。术语“亚烷基”意指视为通过打开双键衍生自烯烃(如乙烯：-CH2-CH2-)，或通过从不同碳原子去除两个氢原子衍生自烷烃的二价饱和脂族基或部分。术语“亚甲基”意指具有式：-CH2-的亚甲基桥或甲烷二基，其中碳原子与两个氢原子结合并且通过单键与分子其余部分中的两个其它相异原子连接。术语“烷基”意指具有通式：CnH2n+1的有机基团，其中“n”是整数并且“基”末端意指通过去除氢形成的烷烃片段。术语“部分”意指分子的部分或官能团。术语“一个(种)(a和an)”是指单数和复数二者。除非另外指出，否则所有百分比均按重量计。所有数值范围均具有包括性并可以任何顺序组合，除了符合逻辑的是这类数值范围被限制为合计100％。
本发明的抛光衬底的方法使用含有以下各者的化学机械抛光组合物：氧化剂；二羟基双硫化物；胶态二氧化硅研磨剂；二羧酸或其盐；铁(III)离子源；水；以及任选地pH调节剂，从而为在抑制钨凹陷、下层介电材料侵蚀并降低腐蚀速率的同时将钨从衬底表面去除做好准备。
优选地，本发明的二羟基双硫化物化合物具有以下通式：
HO-R1-S-R3-S-R2-OH (I)
其中R1和R2独立地选自亚甲基和具有2到4个碳原子的亚烷基，其中亚烷基可为被取代或未被取代的并且取代基为具有1到16个碳原子的直链或分支链烷基；并且R3是具有2到20个碳原子的亚甲基或亚烷基。优选地，R1和R2独立地选自亚甲基和具有2到3个碳原子的被取代或未被取代的亚烷基，其中取代基具有1到2个碳原子，如甲基或乙基。优选地，取代基是甲基。优选地，R3是亚甲基或具有2到6个碳原子的亚烷基。更优选地，R3是亚甲基或具有2到5个碳原子的亚烷基。甚至更优选地，R3是亚甲基或具有2到4个碳原子的亚烷基。最优选地，R1和R2独立地选自亚甲基和具有2个碳原子的被取代或未被取代的亚烷基，其中当取代基存在时，取代基优选地是甲基，并且R3是亚甲基或具有2到3个碳原子的亚烷基。尤其最优选地，R1和R2在二羟基双硫化物化合物中具有相同数目的碳原子。
具有式(I)的二羟基双硫化物的实例为2,4-二硫杂-1,5-戊二醇、2,5-二硫杂-1,6-己二醇、2,6-二硫杂-1,7-庚二醇、2,7-二硫杂-1,8-辛二醇、2,8-二硫杂-1,9-壬二醇、2,9-二硫杂-1,10-癸二醇、2,11-二硫杂-1,12-十二烷二醇、5,8-二硫杂-1,12-十二烷二醇、2,15-二硫杂-1,16-十六烷二醇、2,21-二硫杂-1,22-二十二烷二醇、3,5-二硫杂-1,7-庚二醇、3,6-二硫杂-1,8-辛二醇、3,8-二硫杂-1,10-癸二醇、3,10-二硫杂-1,8-十二烷二醇、3,13-二硫杂-1,15-十五烷二醇、3,18-二硫杂-1,20-二十烷二醇、4,6-二硫杂-1,9-壬二醇、4,7-二硫杂-1,10-癸二醇、4,11-二硫杂-1,14-十四烷二醇、4,15-二硫杂-1,18-十八烷二醇、4,19-二硫杂-1,22-二十二烷二醇、5,7-二硫杂-1,11-十一烷二醇、5,9-二硫杂-1,13-十三烷二醇、5,13-二硫杂-1,17-十七烷二醇、5,17-二硫杂-1,21-二十一烷二醇和1,8-二甲基-3,6-二硫杂-1,8-辛二醇。
优选二羟基双硫化物化合物的实例为2,4-二硫杂-1,5-戊二醇、2,5-二硫杂-1,6-己二醇、2,6-二硫杂-1,7-庚二醇、2,7-二硫杂-1,8-辛二醇、3,6-二硫杂-1,8-辛二醇、1,8-二甲基-3,6-二硫杂-1,8-辛二醇、2,8-二硫杂-1,9-壬二醇、4,6-二硫杂-1,9-壬二醇、2,9-二硫杂-1,10-癸二醇、3,8-二硫杂-1,10-癸二醇、3,5-二硫杂-1,7-庚二醇和4,7-二硫杂-1,10-癸二醇。
最优选二羟基双硫化物化合物的实例为2,4-二硫杂-1,5-戊二醇、2,5-二硫杂-1,6-己二醇、2,6-二硫杂-1,7-庚二醇、3,6-二硫杂-1,8-辛二醇和1,8-二甲基-3,6-二硫杂-1,8-辛二醇。尤其优选的二羟基双硫化物是3,6-二硫杂-1,8-辛二醇。
二羟基双硫化物化合物可以通过文献中已知的方法制备，如U.S.5,162,585中所描述。许多二羟基双硫化物化合物可以如从市售获得。
优选的是，本发明的化学机械抛光组合物不含具有氮部分或杂环结构的腐蚀抑制剂。
优选地，本发明的抛光衬底的方法包含：提供衬底，其中衬底包含钨和电介质；提供化学机械抛光组合物，其包含以下作为初始组分，优选地由以下组成：水；优选地呈至少0.01wt％到10wt％的量、更优选地呈0.1wt％到5wt％、仍更优选地1wt％到3wt％的量的氧化剂；呈至少50ppm、优选地50ppm到1000ppm、更优选地50ppm到500ppm、甚至更优选地50ppm到300ppm、仍更优选地150ppm到275ppm、最优选地200ppm到265ppm并且尤其最优选地在230ppm到260ppm范围(例如235-255ppm，或如245-255ppm)的量的二羟基双硫化物；优选地呈0.01wt％到10wt％、更优选地0.05wt％到7.5wt％、甚至更优选地0.1wt％到5wt％、仍更优选地0.2wt％到5wt％、最优选地0.2到2wt％的量的胶态二氧化硅研磨剂；优选地呈100ppm到1400ppm、更优选地120ppm到1350ppm的量的二羧酸、其盐或其混合物；铁(III)离子源，优选地其中铁(III)离子源是九水合硝酸铁；以及任选地pH调节剂；优选地，其中化学机械抛光组合物的pH值为1到7；更优选地，1.5到4.5；仍更优选地，1.5到3.5；仍甚至更优选地，2到3；最优选地2到2.5；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触；以及将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的化学机械抛光垫的抛光表面上；其中将至少一些钨抛光远离衬底。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，衬底包含钨和电介质。更优选地，所提供的衬底是包含钨和电介质的半导体衬底。最优选地，所提供的衬底是半导体衬底，其包含沉积在在电介质(如TEOS)中形成的空穴和沟槽中的至少一种内的钨。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物中所含有的作为初始组分的水是去离子水和蒸馏水中的至少一种以限制附带杂质。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有氧化剂作为初始组分，其中氧化剂选自由以下组成的群组：过氧化氢(H2O2)、单过硫酸盐、碘酸盐、过邻苯二甲酸镁、过氧乙酸和其它过酸、过硫酸盐、溴酸盐、过溴酸盐、过硫酸盐、过氧乙酸、高碘酸盐、硝酸盐、铁盐、铈盐、Mn(III)、Mn(IV)和Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、卤素、次氯酸盐和其混合物。更优选地，氧化剂选自过氧化氢、过氯酸盐、过溴酸盐；高碘酸盐、过硫酸盐和过氧乙酸。最优选地，氧化剂是过氧化氢。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有0.01到10wt％、更优选地0.1到5wt％；最优选地1到3wt％氧化剂作为初始组分。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有铁(III)离子源作为初始组分。更优选地，在本发明的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有铁(III)离子源作为初始组分，其中铁(III)离子源选自组成铁(III)盐的群组。最优选地，在本发明的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有铁(III)离子源作为初始组分，其中铁(III)离子源是九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有足以将1到200ppm、优选地5到150ppm、更优选地7.5到125ppm、最优选地10到100ppm铁(III)离子引入到化学机械抛光组合物中的铁(III)离子源作为初始组分。在尤其优选的化学机械抛光组合物中，以足以将10到150ppm引入到化学机械抛光组合物中的量包括铁(III)离子源。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有铁(III)离子源作为初始组分。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有100到1,000ppm、优选地150到750ppm、更优选地200到500ppm并且最优选地250到400ppm铁(III)离子源作为初始组分。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有100到1,000ppm、优选地150到750ppm、更优选地200到500ppm、最优选地250到400ppm铁(III)离子源作为初始组分，其中铁(III)离子源是九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有二羟基双硫化物作为初始组分。优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有至少50ppm、优选地50ppm到1000ppm、更优选地50ppm到500ppm、甚至更优选地50ppm到300ppm二羟基双硫化物，仍更优选地150ppm到275ppm、最优选地200ppm到265ppm和尤其最优选在230ppm到260ppm范围的二羟基双硫化物作为初始组分。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有具有正或负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有具有永久性负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂，其中化学机械抛光组合物的pH值为1到7、优选地1.5到4.5；更优选地1.5到3.5；仍更优选地2到3、最优选地2到2.5。仍更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有具有永久性负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂，其中化学机械抛光组合物的pH值为1到7、优选地1.5到4.5；更优选地1.5到3.5；仍更优选地2到3、最优选地2到2.5，如-0.1mV到-20mV的ζ电位所指示。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有胶态二氧化硅研磨剂作为初始组分，其中胶态二氧化硅研磨剂的平均粒度≤100nm，优选地为5到100nm；更优选地为10到60nm；最优选地为20到60nm，如通过动态光散射技术所测量。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有0.01到10wt％、优选地0.05到7.5wt％、更优选地0.1到5wt％、仍更优选地0.2到5wt％、最优选地0.2到2wt％胶态二氧化硅研磨剂。优选地，胶态二氧化硅研磨剂具有负ζ电位。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有二羧酸作为初始组分，其中二羧酸包括但不限于丙二酸、草酸、丁二酸、己二酸、顺丁烯二酸、苹果酸、戊二酸、酒石酸、其盐或其混合物。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有二羧酸作为初始组分，其中二羧酸选自由以下组成的群组：丙二酸、草酸、丁二酸、酒石酸、其盐和其混合物。仍更优选地，所提供的化学机械抛光组合物含有二羧酸作为初始组分，其中二羧酸选自由丙二酸、草酸、丁二酸、其盐和其混合物组成的群组。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有二羧酸丙二酸或其盐作为初始组分。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有1到2,600ppm、优选地100到1,400ppm、更优选地120到1,350ppm、仍更优选地130到1,100ppm二羧酸作为初始组分，其中二羧酸包括但不限于丙二酸、草酸、丁二酸、己二酸、顺丁烯二酸、苹果酸、戊二酸、酒石酸、其盐或其混合物。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有1到2,600ppm丙二酸、其盐或其混合物作为初始组分。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物含有100到1,400ppm、更优选地120到1,350ppm、仍更优选地130到1,350ppm二羧酸、丙二酸或其盐作为初始组分。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物的pH值为1到7。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物的pH值为1.5到4.5。仍更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物的pH值为1.5到3.5。仍甚至更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物的pH值为2到3。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物的pH值为2到2.5。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光组合物任选地含有pH调节剂。优选地，pH调节剂选自由无机和有机pH调节剂组成的群组。优选地，pH调节剂选自由无机酸和无机碱组成的群组。更优选地，pH调节剂选自由硝酸和氢氧化钾组成的群组。最优选地，pH调节剂是氢氧化钾。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫可以利用所属领域中已知的任何合适抛光垫。所属领域的一般技术人员知晓选择用于本发明的方法的适当化学机械抛光垫。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫选自纺织和无纺抛光垫。仍更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫包含聚氨基甲酸酯抛光层。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和聚氨基甲酸酯浸渍无纺子垫。优选地，所提供的化学机械抛光垫在抛光表面上具有至少一个凹槽。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，将所提供的化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或附近的所提供的化学机械抛光垫的抛光表面上。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，在所提供的化学机械抛光垫与衬底之间的界面处建立动态接触，具有垂直于所抛光衬底表面的0.69到34.5kPa下压力。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，其中所提供的化学机械抛光组合物的钨去除速率优选地更优选地更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，其中所提供的化学机械抛光组合物具有优选地更优选地的钨去除速率；并且具有>5的W/TEOS选择性。仍更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，其中以优选地 更优选地的去除速率；以及5到15的W/TEOS选择性将钨从衬底去除。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，其中以优选地 更优选地的去除速率；以及5到10的W/TEOS选择性，并且在200mm抛光机80转/分钟的压板速度、81转/分钟的支架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下将钨从衬底去除；并且，其中化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和聚氨基甲酸酯浸渍无纺子垫。
如以下实例中所说明，本发明的二羟基双硫化物CMP方法抑制钨凹陷以及抑制下层TEOS侵蚀并且进一步抑制腐蚀速率。
实例1
浆料配制物
此实例的化学机械抛光组合物通过组合呈表1中所列量的组分制备，其中其余部分是DI水并且使用45wt％氢氧化钾将组合物的pH值调节到表1中所列的最终pH值。
表1
1由安智电子材料公司(AZ Electronics Materials)制造的KLEBOSOLTM1598-B25(-)ζ电位研磨浆料，可购自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)；和
2可购自的3,6-二硫杂-1,8-辛二醇。
实例2
二羟基双硫化物CMP浆料的腐蚀速率性能
通过将W空白晶片(1cm×4cm)浸没到15g浆料样品中进行腐蚀测试。在10min之后将W晶片从测试浆料中去除。随后以9,000rpm离心溶液20min以去除浆料粒子。通过ICP-OES分析上清液以测定按重量计的钨量。假设蚀刻晶片表面积为4cm2，依据W质量换算腐蚀速率腐蚀测试结果列于表2中。
表2
腐蚀速率测试结果展示含有二羟基双硫化物3,6-二硫杂-1,8-辛二醇的化学机械抛光浆料比对照浆料(CS)更有效地减少含W晶片上的腐蚀。
实例3
化学机械抛光-二羟基双硫化物CMP浆料的凹陷和侵蚀性能
对安装在Applied Materials 200mm 抛光机上的200mm空白晶片进行抛光实验。对200mm空白厚TEOS薄片晶片加可购自Silicon Valley Microelectronics的W、Ti和TiN空白晶片进行抛光去除速率实验。除非另外规定，否则所有抛光实验均使用与SP2310子垫配对的IC1010TM聚氨基甲酸酯抛光垫(可购自Rohm and Haas ElectronicMaterials CMP Inc.)，在21.4kPa(3.1psi)的典型下压力、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、80rpm的工作台旋转速度和81rpm的支架旋转速度下进行。Kinik PDA33A-3菱形垫调节器(可购自基尼卡公司(Kinik Company))用于修整抛光垫。将抛光垫插入调节器，在80rpm(压板)/36rpm(调节器)下，使用9.0lbs(4.1kg)下压力调节15分钟且使用7.0lbs(3.2kg)下压力调节15分钟。对抛光垫进一步进行非原位调节，随后使用7lbs(3.2kg)的下压力抛光24秒。通过使用KLA-Tencor FX200计量工具测量抛光之前与之后的薄膜厚度来测定TEOS侵蚀深度。使用KLA-Tencor RS100C计量工具测定W去除和凹陷速率。如表3A和3B中所示，晶片具有不同的标准线宽特征。在此实例的表中，分子是指W并且分母是指TEOS。
表3A
表3B
总的来说，在浆料PS-2中包括二羟基双硫化物3,6-二硫杂-1,8-辛二醇的浆料相比于不包括二羟基双硫化物的浆料展示改善的性能。3,6-二硫杂-1,8-辛二醇浆料总体上展示W的凹陷减少并且TEOS的侵蚀减少。
实例4
W、TEOS去除速率和W、TEOS最大抛光温度
使用相同设备和参数基本上按实例3中所描述进行W和TEOS去除速率的抛光实验。晶片得自Silicon Valley Microelectronics。结果列于表4中。
表4
本发明的化学机械抛光组合物展示高于的良好W RR和良好的W/TEOS选择性。

Claims (8)

1.一种化学机械抛光钨的方法，其包含：
提供包含钨和电介质的衬底；
提供包含以下各者作为初始组分的化学机械抛光组合物：
水；
氧化剂；
二羟基双硫化物；
胶态二氧化硅研磨剂；
二羧酸；
铁(III)离子源；以及
任选地pH调节剂；
提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处建立动态接触；以及
将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫的所述抛光表面上以去除至少一些所述钨，所述抛光表面位于所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的所述界面处或附近。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在200mm抛光机上、在80转/分钟的压板速度、81转/分钟的支架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下具有的钨去除速率；并且其中所述化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和经聚氨基甲酸酯浸渍的无纺子垫。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物包含以下各者作为初始组分：
所述水；
0.01到10wt％所述氧化剂，其中所述氧化剂是过氧化氢；
50到1000ppm所述二羟基双硫化物；
0.01到10wt％所述胶态二氧化硅研磨剂；
1到2,600ppm所述二羧酸；
100到1,000ppm所述铁(III)离子源，其中所述铁(III)离子源是九水合硝酸铁；及，
任选地所述pH调节剂；
其中所述化学机械抛光组合物的pH值为1到7。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在200mm抛光机上、在80转/分钟的压板速度、81转/分钟的支架速度下、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下具有的钨去除速率；并且其中所述化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和经聚氨基甲酸酯浸渍的无纺子垫。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物包含以下各者作为初始组分：
所述水；
0.1到5wt％所述氧化剂，其中所述氧化剂是过氧化氢；
50到300ppm所述二羟基双硫化物；
0.05到7.5wt％所述胶态二氧化硅研磨剂；
100到1,400ppm所述二羧酸；
150到750ppm所述铁(III)离子源，其中所述铁(III)离子源是硝酸铁；以及，任选地所述pH调节剂；
其中所述化学机械抛光组合物的pH值为1.5到4.5。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在200mm抛光机上、在80转/分钟的压板速度、81转/分钟的支架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下具有的钨去除速率；并且其中所述化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和经聚氨基甲酸酯浸渍的无纺子垫。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物包含以下各者作为初始组分：
所述水；
0.1到3wt％所述氧化剂，其中所述氧化剂是过氧化氢；
150到275ppm所述羟基双硫化物；
0.1到5wt％所述胶态二氧化硅研磨剂；
120到1,350ppm所述二羧酸，其中所述二羧酸是丙二酸；
200到500ppm所述铁(III)离子源，其中所述铁(III)离子源是硝酸铁；以及
任选地所述pH调节剂；
其中所述化学机械抛光组合物的pH值为1.5到3.5。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在200mm抛光机上、在80转/分钟的压板速度为、81转/分钟的支架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流量、21.4kPa的标称下压力下具有的钨去除速率；并且其中所述化学机械抛光垫包含含有空芯聚合物微粒子的聚氨基甲酸酯抛光层和经聚氨基甲酸酯浸渍的无纺子垫。
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