CN108372459A - 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的方法，以降低腐蚀速率并抑制钨的凹陷和下层电介质的侵蚀。所述方法包括提供衬底；提供含有以下作为初始组分的抛光组合物：水；氧化剂；硫醇烷氧基化合物；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产生动态接触；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界面处或附近的抛光表面上；其中一些钨(W)被抛光离开所述衬底，降低腐蚀速率，抑制钨(W)的凹陷以及钨(W)下层的电介质侵蚀。

Description

钨的化学机械抛光方法
技术领域
本发明涉及对钨进行化学机械抛光以抑制钨的凹陷以及抑制下层电介质的侵蚀并降低腐蚀速率的领域。更具体来说，本发明涉及通过以下对钨进行化学机械抛光以抑制钨的凹陷以及抑制下层电介质的侵蚀并降低腐蚀速率的方法：提供含钨衬底；提供含有以下作为初始组分的抛光组合物：水；氧化剂；硫醇烷氧基化合物；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产生动态接触；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，其中一些钨被抛光离开衬底。
背景技术
在集成电路和其它电子装置的制造中，多层导电、半导电和电介质材料沉积在半导体晶片的表面上或从半导体晶片的表面去除。导电、半导电和电介质材料的薄层可以通过多种沉积技术来沉积。现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(又称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷(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。由于后续半导体加工(例如金属化)需要晶片具有平坦表面，所以晶片需要被平面化。平面化可用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、附聚材料、晶格损伤、划痕和污染层或材料。
化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是用于使衬底(如半导体晶片)平面化的常见技术。在常规CMP中，晶片安装在载体组合件上并且定位成与CMP设备中的抛光垫接触。载体组合件向晶片提供可控制的压力，将其压靠在抛光垫上。垫通过外部驱动力相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片和抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其它抛光溶液。因此，通过衬垫表面和浆料的化学和机械作用，晶片表面被抛光并变平。
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。层和结构包括各种各样的材料，如单晶硅、多晶硅、原硅酸四乙酯、二氧化硅、氮化硅、钨、钛、氮化钛和各种其它导电、半导电和电介质材料。因为这些衬底需要各种加工步骤，包括CMP以形成最终的多层互连结构，所以通常非常期望利用取决于预期应用的对特定材料具有选择性的抛光组合物和方法。令人遗憾的是，这类抛光组合物会造成导电材料的过度凹陷，这会导致电介质材料的侵蚀。可能由这类凹陷和侵蚀导致的表面形貌缺陷可能进一步导致从衬底表面(如布置在导电材料或电介质材料下方的阻挡层材料)非均匀地去除附加材料，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。
在集成电路设计中形成钨互连和接触插塞期间，化学机械抛光已成为抛光钨的优选方法。钨常常用于接触/通孔插头的集成电路设计。通常，通过衬底上的电介质层形成接触或通孔以暴露下层组件的区域，例如第一级金属化或互连。令人遗憾的是，用于抛光钨的许多CMP浆料导致凹陷的问题。凹陷的严重程度可以变化，但通常严重到足以引起下层电介质材料(如TEOS)的侵蚀。
与抛光金属(如钨)相关的另一个问题是腐蚀。金属腐蚀是CMP的常见副作用。在CMP工艺期间，残留在衬底表面上的金属抛光浆料继续腐蚀衬底超过CMP的作用。有时需要腐蚀；然而，在大多数半导体工艺中，腐蚀会被减少或抑制。腐蚀也可能导致表面缺陷，如点蚀和穿孔。这些表面缺陷显著影响半导体装置的最终性能并妨碍其有用性。因此，需要一种用于钨的CMP抛光方法和组合物，其抑制钨的凹陷和如TEOS等下层电介质材料的侵蚀，并且降低腐蚀速率。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光钨的方法，包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；氧化剂；硫醇烷氧基化合物；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产生动态接触；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；其中一些钨被抛光离开衬底。
本发明提供一种抛光钨的化学机械方法，包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；氧化剂；硫醇烷氧基化合物；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产生动态接触；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；其中一些钨被抛光离开衬底；其中所提供的化学机械抛光组合物在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下的钨去除速率≥ 以及其中化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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。
本发明提供一种抛光钨的化学机械方法，包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；氧化剂；至少50ppm的量的硫醇烷氧基化合物；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产生动态接触；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；其中一些钨被抛光离开衬底；其中所提供的化学机械抛光组合物在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下的钨去除速率≥其中化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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。
本发明提供一种化学机械抛光钨的方法，包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；0.01至10重量％的氧化剂，其中氧化剂是过氧化氢；50ppm至1000ppm的硫醇烷氧基化合物；0.01至10重量％的具有负ζ电位的胶态二氧化硅研磨剂；100至1,400ppm丙二酸或其盐；100至1,000ppm的铁(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值是1至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产生动态接触；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；其中一些钨被抛光离开衬底。
本发明提供一种化学机械抛光钨的方法，包含：提供包含钨和电介质的衬底；提供包含以下作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；1至3重量％的氧化剂，其中氧化剂是过氧化氢；50至500ppm的硫醇烷氧基化合物、0.2至2重量％的具有负表面电荷的胶态二氧化硅研磨剂；120至1,350ppm的丙二酸；250至400ppm的铁(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值是2至3；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产生动态接触；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；其中一些钨被抛光离开衬底。
本发明的前述方法使用包含硫醇烷氧基化合物的化学机械抛光组合物来抛光钨并抑制钨的凹陷，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
如本说明书通篇所用，以下缩写具有以下含义，除非上下文另有说明：℃＝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；lbs＝磅；kg＝千克；W＝钨；S＝硫原子；HO＝羟基；ICP-OES＝电感耦合等离子体光学发射光谱；wt％＝重量％；PS＝抛光浆料；CS＝对照浆料；和RR＝去除速率。
术语“化学机械抛光”或“CMP”是指仅通过化学和机械力抛光衬底的方法，并且不同于将电偏压施加到衬底的电化学机械抛光(ECMP)。术语“TEOS”意指由原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)形成的二氧化硅。术语“硫醇烷氧基”意指分子中具有至少一个硫醇基或部分，即-C-SH或R-SH，巯基键合到碳，其中R表示烷基或其它有机取代基；和至少一个烷氧基或醚官能团，如乙氧基官能团：(-CH2-CH2-O-)的脂肪族有机化合物。术语“醚”意指氧连接到两个烷基的有机化合物：R-O-R'。术语“烷基”意指具有以下通式的有机基团：CnH2n+1，其中“n”是整数并且“基”端意指通过去除氢形成的烷烃片段。术语“部分”意指分子的一部分或官能团。术语“一(a)”和“一(an)”是指单数和复数。除非另外指出，否则所有百分比都以重量计。所有的数值范围都是包含性的并且可以任何顺序组合，除非合乎逻辑的是，这类数值范围被限制为合计达到100％。
本发明的抛光衬底的方法使用化学机械抛光组合物，其含有氧化剂；硫醇烷氧基化合物；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，以便从衬底表面去除钨，同时抑制钨的凹陷、下层电介质材料的侵蚀并降低腐蚀速率。
优选地，本发明的硫醇烷氧基化合物具有以下通式：
其中R1包含氢、羟基、硫醇、羧基或直链或支链(C1-C4)烷基；R2和R3可以是相同或不同的并且包含氢或直链或支链(C1-C4)烷基；m、n和q是整数，其中m是1至4的整数，n是1至6的整数并且q是1至2的整数。优选地，R1是羟基或硫醇，更优选地，R1是硫醇。优选地，R2和R3可以是相同或不同的并且是氢或(C1-C2)烷基，更优选地，R2和R3是相同的并且都是氢。优选地，m是1至3的整数，更优选地，m是1至2的整数，最优选地，m是2。优选地，n是1至3的整数，更优选地，n是1至2的整数，最优选地，n是2。优选地，q是2。
具有式(I)的硫醇烷氧基化合物的实例是聚乙二醇二硫醇；3-氧杂-1,5-戊二硫醇；3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇(三乙二醇二硫醇)；四(乙二醇)二硫醇、聚(乙二醇)甲基醚硫醇；2-[2-[2-(2-巯基乙氧基)]乙氧基]乙醇；2-[2-[2-(2-巯基乙氧基)乙氧基]乙氧基]乙酸；和2-巯基乙氧基乙醇。优选地，硫醇烷氧基化合物是3-氧杂-1,5-戊二硫醇和3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇。最优选地，硫醇烷氧基化合物是3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇。
硫醇烷氧基化合物可以通过所属领域和文献中已知的方法制备。许多硫醇烷氧基化合物可以从商业上获得，如来自
优选地，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钨腐蚀抑制剂。
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；提供包含以下、优选地由以下组成作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；优选地至少0.01重量％至10重量％的量、更优选地0.1重量％至5重量％的量、再更优选地1重量％至3重量％的氧化剂；至少50ppm、优选地50ppm至1000ppm、更优选地50ppm至800ppm、甚至更优选地50ppm至300ppm、再更优选地50ppm至275ppm、最优选地50ppm至250的量的优选地具有式(I)的硫醇烷氧基化合物；优选地0.01重量％至10重量％、更优选地0.05重量％至7.5重量％、甚至更优选地0.1重量％至5重量％、再更优选地0.2重量％至2重量％的量的胶态二氧化硅研磨剂；优选地100ppm至1400ppm、更优选地120ppm至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值是1至7；更优选地1.5至4.5；再更优选地1.5至3.5；甚至更优选地2至3、最优选地2至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产生动态接触；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；其中至少一些钨被抛光离开衬底。
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，其包含沉积在形成于如TEOS的电介质中的孔和沟槽中的至少一个内的钨。
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作为初始组分含有的水是去离子水和蒸馏水中的至少一种以限制附带的杂质。
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、高溴酸盐、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、次氯酸盐及其混合物。更优选地，氧化剂选自过氧化氢、高氯酸盐、高溴酸盐；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至10重量％、更优选地0.1至5重量％；最优选地1至3重量％的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)离子源选自铁(III)盐组成的组。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至200ppm、优选地5至150ppm、更优选地7.5至125ppm、最优选地10至100ppm的铁(III)离子引入化学机械抛光组合物中的铁(III)离子源作为初始组分。尤其优选的是，包括足以将10至150ppm的铁(III)离子引入到化学机械抛光组合物中的铁(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至1,000ppm、优选地150至750ppm、更优选地200至500ppm并且最优选地250至400ppm的铁(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至1,000ppm、优选地150至750ppm、更优选地200至500ppm、最优选地250至400ppm的铁(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优选地具有式(I)的硫醇烷氧基化合物作为初始组分。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至1000ppm、更优选地50ppm至800ppm、甚至更优选地50ppm至300ppm、再更优选地50ppm至275ppm、最优选地50ppm至250ppm作为初始组分。当胶态二氧化硅研磨剂具有永久性正ζ电位时，优选地具有式(I)的硫醇烷氧基化合物优选地以500ppm至1000ppm、更优选地600ppm至1000ppm、甚至更优选地600ppm至800ppm的量包括于化学机械抛光组合物中作为初始组分。
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值是1至7、优选地1.5至4.5；更优选地1.5至3.5；再更优选地2至2.5。再更优选地，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值是1至7、优选地1.5至4.5；更优选地1.5至3.5；再更优选地2至3并且最优选地2至2.5，如由-0.1mV至-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5至100nm；更优选地10至60nm；最优选地20至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至10重量％、优选地0.05至7.5重量％、更优选地0.1至5重量％、甚至更优选地0.2至5重量％、最优选地0.2至2重量％的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、乙二酸、丁二酸、己二酸、马来酸、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组：丙二酸、乙二酸、丁二酸、酒石酸、其盐及其混合物。再更优选地，所提供的化学机械抛光组合物含有二羧酸作为初始组分，其中二羧酸选自由以下组成的组：丙二酸、乙二酸、丁二酸、其盐及其混合物。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至2,600ppm、优选地100至1,400ppm、更优选地120至1,350ppm、再更优选地130至1,100ppm的二羧酸作为初始组分，其中二羧酸包括但不限于丙二酸、乙二酸、丁二酸、己二酸、马来酸、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至2,600ppm的丙二酸、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至1,400ppm、更优选地120至1,350ppm、再更优选地130至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值是1至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值是1.5至4.5。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值是1.5至3.5。再更优选地，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值是2至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值是2至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调节剂组成的组。优选地，pH调节剂选自由无机酸和无机碱组成的组。更优选地，pH调节剂选自由硝酸和氢氧化钾组成的组。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的抛光垫。所属领域的一般技术人员知道选择适当的化学机械抛光垫用于本发明的方法中。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。再更优选地，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聚合中空型芯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于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，在垂直于所抛光衬底的表面的0.69至34.5kPa的下压力下，在所提供的化学机械抛光垫与衬底之间的界面处产生动态接触。
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的钨去除速率≥ 优选地≥更优选地≥并且W/TEOS选择性≥3。再更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，其中钨是以≥优选地≥更优选地≥的去除速率；和3至60的W/TEOS选择性从衬底去除。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，其中钨是以≥优选地≥更优选地≥的去除速率；和5至30的W/TEOS选择性并且在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下从衬底去除；并且其中化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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，本发明的硫醇烷氧基化合物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
浆料配制品
此实例的化学机械抛光组合物通过将表1中所列量的组分与余量的去离子水组合并且使用45重量％氢氧化钾将组合物的pH值调节至表1中所列的最终pH值来制备。
表1
1由AZ Electronics Materials制造、可从陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany)购得的KLEBOSOLTM 1598-B25(-)ζ电位研磨剂浆料；和
2来自的3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇。
实例2
3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇CMP浆料的腐蚀速率性能
腐蚀测试是通过将W覆盖晶片(1cm×4cm)浸入15g浆料样品中进行的。10分钟后将W晶片从测试浆料中去除。随后将溶液以9,000rpm离心20分钟以去除浆料粒子。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，腐蚀速率由W质量转换而来。腐蚀测试的结果在表2中。
表2
腐蚀速率测试结果显示，含有3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇的化学机械抛光浆料比对照浆料(CS-1)更好地有效减少了含W晶片的腐蚀。
实例3
化学机械抛光-3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇CMP浆料的凹陷和侵蚀性能
抛光实验在安装在Applied Materials 200mm抛光机上的200mm覆盖晶片上进行。抛光去除速率实验在200mm的覆盖厚TEOS片状晶片加可从Silicon ValleyMicroelectronics购得的W、Ti和TiN覆盖晶片上进行。除非另外规定，否则所有抛光实验都是使用与SP2310子垫配对的IC1010TM聚氨基甲酸酯抛光垫(可购自Rohm and HaasElectronic Materials CMP公司)在21.4kPa(3.1psi)的典型下压力、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、80rpm的工作台旋转速度和81rpm的载体旋转速度下进行的。使用Kinik PDA33A-3金刚石垫调整器(可购自Kinik公司)来修整抛光垫。在80rpm(压板)/36rpm(调整器)下使用9.0lbs(4.1kg)的下压力持续15分钟和7.0lbs(3.2kg)的下压力持续15分钟使调整器进入抛光垫。在抛光之前，使用7lbs(3.2kg)的下压力将抛光垫进一步非原位调整24秒。通过使用KLA-Tencor FX200计量工具在抛光前后测量膜厚来确定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。
3A
3B
总体而言，包括3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇的浆料相比不包括3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇的浆料表现出改善的性能。3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇浆料总体上显示出W的凹陷减少和TEOS的侵蚀减少。
实例4
W、TEOS去除速率和W、TEOS最大抛光温度
基本上如实例3所述，使用相同的设备和参数进行W和TEOS去除速率的抛光实验。晶片来自Silicon Valley Microelectronics。结果在表4中。
表4
本发明的化学机械抛光组合物显示出大于的良好W RR和大于5的良好W/TEOS选择性。
实例5
浆料配制品
此实例的化学机械抛光组合物通过将表5中所列量的组分与余量的去离子水组合并且使用45重量％氢氧化钾将组合物的pH值调节至表5中所列的最终pH值来制备。
表5
3由Fuso Chemical有限公司制造的FUSO HL-3(+)ζ电位研磨剂浆料；和
4来自的3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇。
实例6
3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇CMP浆料的腐蚀速率性能
腐蚀测试是通过将W覆盖晶片(1cm×4cm)浸入15g浆料样品中进行的。10分钟后将W晶片从测试浆料中去除。随后将溶液以9,000rpm离心20分钟以去除浆料粒子。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，腐蚀速率由W质量转换而来。腐蚀测试结果在表6中。
表6
腐蚀速率测试结果显示，含有3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇的化学机械抛光浆料比对照浆料(CS-2)更好地有效减少了含W晶片的腐蚀。
实例7
浆料配制品
此实例的化学机械抛光组合物通过将表7中所列量的组分与余量的去离子水组合并且使用45重量％氢氧化钾将组合物的pH值调节至表7中所列的最终pH值来制备。
表7
3由Fuso Chemical有限公司制造的FUSO HL-3(+)ζ电位研磨剂浆料；和
4来自的3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇。
实例8
化学机械抛光-3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇CMP浆料的凹陷和侵蚀性能
抛光实验在安装在Applied Materials 200mm抛光机上的200mm覆盖晶片上进行。抛光去除速率实验在200mm的覆盖厚TEOS片状晶片加可从Silicon ValleyMicroelectronics购得的W、Ti和TiN覆盖晶片上进行。除非另外规定，否则所有抛光实验都是使用与SP2310子垫配对的IC1010TM聚氨基甲酸酯抛光垫(可购自Rohm and HaasElectronic Materials CMP公司)在21.4kPa(3.1psi)的典型下压力、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、80rpm的工作台旋转速度和81rpm的载体旋转速度下进行的。使用Kinik PDA33A-3金刚石垫调整器(可购自Kinik公司)来修整抛光垫。在80rpm(压板)/36rpm(调整器)下使用9.0lbs(4.1kg)的下压力持续15分钟和7.0lbs(3.2kg)的下压力持续15分钟使调整器进入抛光垫。在抛光之前，使用7lbs(3.2kg)的下压力将抛光垫进一步非原位调整24秒。通过使用KLA-Tencor FX200计量工具在抛光前后测量膜厚来确定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8A和8B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。
8A
8B
总体而言，包括3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇的浆料相比不包括3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇的浆料表现出改善的性能。3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇浆料总体上显示出W的凹陷减少和TEOS的侵蚀减少。
实例9
W、TEOS去除速率和W、TEOS最大抛光温度
基本上如实例8所述，使用相同的设备和参数进行W和TEOS去除速率的抛光实验。晶片来自Silicon Valley Microelectronics。结果在表9中。
表9
本发明的化学机械抛光组合物显示出大于的良好W RR和大于10的良好W/TEOS选择性。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光钨的方法，包含：
提供包含钨和电介质的衬底；
提供包含以下作为初始组分的化学机械抛光组合物：
水；
氧化剂；
硫醇烷氧基化合物；
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产生动态接触；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与所述衬底之间的界面处或附近的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。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学机械抛光组合物的所述硫醇烷氧基化合物具有下式：
其中R1包含氢、羟基、硫醇、羧基或直链或支链(C1-C4)烷基；R2和R3可以是相同或不同的并且包含氢或直链或支链(C1-C4)烷基；m、n和q是整数，其中m是1至4的整数，n是1至6的整数并且q是1至2的整数。
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在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下的以及，其中所述化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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。
4.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作为初始组分：
所述水；
0.01至10重量％的所述氧化剂，其中所述氧化剂是过氧化氢；
50至1000ppm的所述硫醇烷氧基化合物；
0.01至10重量％的所述胶态二氧化硅研磨剂；
1至2,600ppm的所述二羧酸；
100至1,000ppm的所述铁(III)离子源，其中所述铁(III)离子源是九水合硝酸铁；
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值是1至7。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下的以及，其中所述化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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。
6.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作为初始组分：
所述水；
0.1至5重量％的所述氧化剂，其中所述氧化剂是过氧化氢；
50至800ppm的所述硫醇烷氧基化合物；
0.05至7.5重量％的所述胶态二氧化硅研磨剂；
100至1,400ppm的所述二羧酸；
150至750ppm的所述铁(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值是1.5至4.5。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下的以及，其中所述化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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。
8.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作为初始组分：
所述水；
0.1至3重量％的所述氧化剂，其中所述氧化剂是过氧化氢；
50至300ppm的所述硫醇烷氧基化合物；
0.1至5重量％的所述胶态二氧化硅研磨剂；
120至1,350ppm的所述二羧酸，其中所述二羧酸是丙二酸；
200至500ppm的所述铁(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值是1.5至3.5。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所提供的所述化学机械抛光组合物在80转/分的压板速度、81转/分的载体速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流动速率、在200mm抛光机上21.4kPa的标称下压力下的以及，其中所述化学机械抛光垫包含含有聚合中空型芯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。
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