CN111074281B - 用于钨的化学机械抛光组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

用于化学机械抛光含有钨的衬底的组合物和方法，以至少抑制钨的腐蚀。所述组合物包含以下项作为初始组分：水；氧化剂；选择的脂肪胺乙氧基化物；二羧酸，铁离子来源；胶体二氧化硅磨料；以及任选地，pH调节剂；以及任选地，杀生物剂。所述化学机械抛光方法包括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；以及在抛光垫与衬底之间的界面处或界面附近将抛光组合物分配到抛光表面上；其中一些钨被从衬底上抛光掉并且抑制了钨的腐蚀。

Description

用于钨的化学机械抛光组合物和方法
技术领域
本发明涉及钨的化学机械抛光以至少抑制钨的腐蚀的领域。更具体地，本发明涉及用于钨的化学机械抛光的组合物和方法，以至少抑制钨的腐蚀，其是通过提供含有钨的衬底；提供抛光组合物，其含有以下项作为初始组分：水；氧化剂；足够的量的选择的脂肪胺乙氧基化物，以至少抑制钨的腐蚀；二羧酸，铁离子来源；胶体二氧化硅磨料；以及任选地，pH调节剂；以及任选地，杀生物剂；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；以及在抛光垫与衬底之间的界面处或界面附近将抛光组合物分配到抛光表面上，其中一些钨被从衬底上抛光掉并且至少抑制钨的腐蚀。
背景技术
在集成电路以及其他电子器件的制造中，将多层导电材料、半导电材料以及介电材料沉积在半导体晶片的表面上或从半导体晶片的表面上去除。可以通过许多沉积技术来沉积导电材料、半导电材料以及介电材料的薄层。在现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、以及电化学电镀(ECP)。
随着材料层被依次地沉积和去除，晶片的最上表面变成非平面的。因为后续的半导体加工(例如金属化)要求晶片具有平坦的表面，所以需要对晶片进行平坦化。平坦化可用于去除不希望的表面形貌和表面缺陷，诸如粗糙表面、附聚的材料、晶格损伤、划痕、以及被污染的层或材料。
化学机械平坦化、或化学机械抛光(CMP)是用于将衬底(诸如半导体晶片)平坦化的常见技术。在常规的CMP中，晶片被安装在托架组件上并且被定位成与CMP设备中的抛光垫接触。托架组件对晶片提供可控的压力，从而将晶片抵靠在抛光垫上。所述垫通过外部驱动力相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其他抛光液。如此，通过垫表面和浆料的化学和机械作用将晶片表面抛光并且使其成为平面。然而，在CMP中包含极大的困难。每种类型的材料要求独特的抛光组合物、适当设计的抛光垫、对于抛光和CMP后清洁两者的经优化的工艺设置以及必须为抛光特定材料的应用单独定制的其他因素。
化学机械抛光已经成为用于在集成电路设计中在形成钨互连和接触插塞期间抛光钨的优选的方法。钨经常被用于接触/通孔插塞的集成电路设计中。典型地，接触孔或通孔通过在衬底上的介电层而形成，以暴露下面组件的区域，例如第一级金属化或互连。钨是硬金属并且钨CMP在相对剧烈的设置下进行，这给钨CMP造成独特的挑战。不幸的是，许多用于抛光钨的CMP浆料因它们的侵蚀性而造成钨的腐蚀。钨的腐蚀是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超出CMP的作用继续腐蚀钨。有时腐蚀是希望的；然而，在大多数半导体工艺中会减少或优选地完全抑制腐蚀。
与CMP钨相关联的另一个问题是，不幸的是许多用于抛光钨的CMP浆料会造成过度抛光和凹陷的问题，从而产生不均匀或非平面的表面。术语“凹陷”是指在CMP期间从半导体上的金属互连前体以及其他特征过度(不希望的)去除金属，例如钨，由此在钨中导致不希望的空腔。凹陷是不希望的，因为除了导致非平面的表面之外，其还会不利地影响半导体的电性能。凹陷的严重程度可以变化，但是典型地其是足够严重的，造成下面的介电材料例如二氧化硅(TEOS)的侵蚀。侵蚀是不希望的，因为介电层理想地应为无瑕疵的并且没有空腔，以耐受半导体的最佳电性能。理想地，CMP配制品同时解决在钨抛光期间的凹陷问题和侵蚀问题两者；然而，CMP配制品可能抑制凹陷然而不能解决侵蚀，或牺牲对凹陷的抑制来防止侵蚀。
可能由此种凹陷和侵蚀造成的形貌上的缺陷可能会进一步导致附加的材料从衬底表面上不均匀地去除，例如布置在导电材料或介电材料之下的阻挡层材料，并且产生具有不太理想的品质的衬底表面，这可能不利地影响半导体集成电路的性能。此外，随着半导体表面上的特征变得越来越小型化，成功抛光半导体表面变得越来越困难。
因此，存在对于用于钨的CMP方法和组合物的需要，其至少抑制钨的腐蚀，但是优选地，其进一步同时减少凹陷和侵蚀。
发明内容
本发明提供了一种用于化学机械抛光钨的组合物，其包含以下项作为初始组分：水；氧化剂；具有以下通式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000031
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；胶体二氧化硅磨料；二羧酸或其盐；铁(III)离子来源；以及任选地，pH调节剂；以及任选地，杀生物剂。
本发明还涉及一种用于化学机械抛光钨的组合物，其包含以下项作为初始组分：水；氧化剂；至少10ppm的具有以下通式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000032
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；胶体二氧化硅磨料；二羧酸或其盐；铁(III)离子来源；以及任选地，pH调节剂；以及任选地，杀生物剂；其中，所述化学机械抛光组合物的pH为1-7。
本发明进一步涉及一种用于化学机械抛光钨的组合物，其包含以下项作为初始组分：水；0.01至10wt％的氧化剂；10至500ppm的具有以下通式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000041
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；0.01至15wt％的胶体二氧化硅磨料；1至2,600ppm的二羧酸或其盐；1至250ppm的铁(III)离子来源；以及任选地，pH调节剂；以及任选地，杀生物剂；其中，所述化学机械抛光组合物的pH为1.5-4.5。
本发明涉及一种化学机械抛光钨的方法，其包括：
提供包含钨和电介质的衬底；
提供化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；氧化剂；具有以下通式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000042
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；
胶体二氧化硅磨料；
二羧酸或其盐；
铁(III)离子来源；任选地，pH调节剂；以及，
任选地，杀生物剂；
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
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近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抛光表面上，以去除至少一些钨。
本发明还涉及一种化学机械抛光钨的方法，其包括：
提供包含钨和电介质的衬底；
提供化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；氧化剂；至少10ppm的具有以下通式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000051
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；
胶体二氧化硅磨料；
二羧酸或其盐；
铁(III)离子来源；任选地，pH调节剂；以及，
任选地，杀生物剂；其中，所述化学机械抛光组合物的pH为1-7；
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
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近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抛光表面上，以去除至少一些钨；其中，使用200mm的抛光机上的80转/分钟的压板速度、81转/分钟的托架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流速、21.4kPa的标称下压力，所提供的化学机械抛光组合物具有
Figure BDA0002236855540000052
的钨去除速率；并且其中，所述化学机械抛光垫包含含有聚合物中空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
本发明进一步涉及一种化学机械抛光钨的方法，其包括：
提供包含钨和电介质的衬底；
提供化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；0.01至10wt％的氧化剂；10至500ppm的具有以下通式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000061
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；
0.01至15wt％的胶体二氧化硅磨料；
1至2,600ppm的二羧酸或其盐；
1至250ppm的铁(III)离子来源；任选地，pH调节剂；以及，
任选地，杀生物剂；其中，所述化学机械抛光组合物的pH为1.5-4.5；
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
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近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抛光表面上，以去除至少一些钨；其中，使用200mm的抛光机上的80转/分钟的压板速度、81转/分钟的托架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流速、21.4kPa的标称下压力，所提供的化学机械抛光组合物具有
Figure BDA0002236855540000063
的钨去除速率；并且其中，所述化学机械抛光垫包含含有聚合物中空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
本发明的前述化学机械抛光组合物和方法抛光钨，并且至少抑制不希望的钨腐蚀；然而，本发明的前述化学机械抛光组合物和方法可以进一步地同时抑制凹陷和侵蚀。
具体实施方式
如本说明书通篇所使用的，除非上下文另有指示，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；
Figure BDA0002236855540000062
mV＝毫伏；DI＝去离子的；ppm＝百万分率＝mg/L；mm＝毫米；cm＝厘米；min＝分钟；rpm＝每分钟转数；lbs＝磅；kg＝千克；W＝钨；PO＝环氧丙烷；EO＝环氧乙烷；ICP-OES＝电感耦合等离子体光发射光谱法；DLS＝动态光散射；wt％＝重量百分比；以及RR＝去除速率。
术语“化学机械抛光”或“CMP”是指单独地凭借化学和机械力来抛光衬底的工艺，并且其区别于其中向衬底施加电偏压的电化学-机械抛光(ECMP)。术语“TEOS”意指由原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)分解而形成的二氧化硅。术语“平面”意指具有长度和宽度两个尺寸的基本上平坦的表面或平坦的形貌。术语“尺寸”是指线宽。除非在说明书中另外描述为具有取代基，否则术语“烷基”意指仅由碳和氢组成(烃基)并具有以下通式的有机化学基团：CnH2n+1。术语“烯基”意指其中从亚烷基(烷二基)中去除氢的有机化学基团，例如H2C＝CH-或HRC＝CH-，其中R是有机烃(烃基)基团。术语“一个/种(a/an)”是指单数和复数二者。除非另外指出，否则所有百分比均为重量百分比。所有数值范围都是包含端值的，并且可以按任何顺序组合，除了此数值范围被限制为加起来最高达100％是合乎逻辑的情况之外。
本发明的抛光含有钨的衬底的方法包括包含以下项(优选地由以下项组成)作为初始组分的化学机械抛光组合物：水；氧化剂；具有下式的脂肪胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000071
其中R是具有8至22个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，m和n是大于0的整数，例如1以及更大，其中m和n可以是相同或不同的，并且m+n的总和可以是2-20；胶体二氧化硅磨料；二羧酸或其盐；铁(III)离子来源；以及任选地，pH调节剂；以及任选地，杀生物剂，以提供从衬底表面去除钨，同时至少抑制钨的腐蚀，但是进一步地可以同时抑制凹陷和侵蚀两者。
优选地，本发明的脂肪胺乙氧基化物的R是具有8至18个碳原子的直链或支链烷基、或直链或支链烯基，其中m+n的总和为3至20，更优选地，R是具有18个碳原子的直链或支链烯基、或具有18个碳原子的直链或支链烷基，其中m+n的总和为3至20，甚至更优选地，R是具有18个碳原子的直链或支链烯基，并且m+n的总和为3至15，进一步优选地，R是具有18个碳原子的直链或支链烯基，并且m+n的总和为3至5，最优选地，R是具有18个碳原子的直链或支链烯基，并且m+n的总和＝3。
具有直链烯基的本发明的优选的脂肪胺乙氧基化物的实例是具有以下通式的油酰胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000081
其中m+n的总和如以上所描述，其中，甚至更优选地，m+n为3-15，进一步优选地，m+n的总和为3至5，并且最优选地m+n＝3。
具有直链烷基的本发明的优选的脂肪胺乙氧基化物的实例是具有以下通式的硬脂胺乙氧基化物：
Figure BDA0002236855540000082
其中m+n的总和如以上所描述，其中优选地，m+n＝20。
本发明的方法和化学机械抛光组合物进一步包括脂肪胺乙氧基化物作为初始组分，其中R是椰油胺(其是烃基团的混合物)，其中R是具有8至18个碳原子的烃基团，其中占主要地位的是C12和C14基团，并且R主要是直链。m+n的总和是以上描述的，优选地，m+n的总和为8至20，最优选地，m+n的总和＝20。
优选地，在本发明的化学机械抛光钨的方法中，本发明的化学机械抛光组合物包含优选地至少10ppm、更优选地10ppm至500ppm、甚至更优选地50ppm至300ppm、进一步优选地50ppm至200ppm、最优选地50至100ppm的本发明的脂肪胺乙氧基化物作为初始组分。
优选地，在本发明的化学机械抛光包含钨的衬底的方法中，作为初始组分包含于所提供的化学机械抛光组合物中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，其中所述氧化剂选自由以下各项组成的组：过氧化氢(H2O2)、单过硫酸盐、碘酸盐、过邻苯二甲酸镁、过乙酸和其他过酸、过硫酸盐、溴酸盐、过溴酸盐、过硫酸盐、过乙酸、过碘酸盐、硝酸盐、铁盐、铈盐、Mn(III)盐、Mn(IV)盐和Mn(VI)盐、银盐、铜盐、铬盐、钴盐、卤素、次氯酸盐以及其混合物。更优选地，氧化剂选自由以下各项组成的组：过氧化氢、高氯酸盐、过溴酸盐；过碘酸盐、过硫酸盐以及过乙酸。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10wt％、更优选地0.1至5wt％、最优选地1至3wt％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包含铁(III)离子来源作为初始组分。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)离子来源作为初始组分，其中所述铁(III)离子来源选自由铁(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)离子来源作为初始组分，其中所述铁(III)离子来源是硝酸铁(Fe(NO3)3)。
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够给所述化学机械抛光组合物中引入1至250ppm、优选地5至200ppm、更优选地7.5至150ppm、最优选地10至100ppm的铁(III)离子的铁(III)离子来源作为初始组分。
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包含铁(III)离子来源作为初始组分。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1,100ppm、优选地125至1000ppm、更优选地150至850ppm、并且最优选地175至700ppm的铁(III)离子来源作为初始组分。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1,100ppm、优选地150至1000ppm、更优选地150至850ppm、最优选地175至700ppm的铁(III)离子来源作为初始组分，其中所述铁(III)离子来源是硝酸铁(Fe(NO3)3)。
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负ζ电势的胶体二氧化硅磨料。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负ζ电势的胶体二氧化硅磨料，其中，所述化学机械抛光组合物具有1至7、优选地1.5至4.5、更优选地1.5至3.5、还更优选地2至3、最优选地2至2.5的pH。还更优选地，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负ζ电势的胶体二氧化硅磨料，其中，所述化学机械抛光组合物具有1至7、优选地1.5至4.5、更优选地1.5至3.5、还更优选地2至3、最优选地2至2.5的pH，如由-0.1mV至-20mV的ζ电势所指示的。
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体二氧化硅磨料作为初始组分，其中所述胶体二氧化硅磨料具有如通过动态光散射技术(DLS)测量的≤100nm、优选地5至100nm、更优选地10至90nm、最优选地20至80nm的平均粒度。
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15wt％、优选地0.05至10wt％、更优选地0.1至7.5wt％、还更优选地0.2至5wt％、最优选地0.2至2wt％的胶体二氧化硅磨料。优选地，胶体二氧化硅磨料具有负ζ电势。
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，其中所述二羧酸包括但不限于丙二酸、草酸、琥珀酸、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，其中所述二羧酸选自由以下各项组成的组：丙二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、其盐以及其混合物。还更优选地，所提供的化学机械抛光组合物含有二羧酸作为初始组分，其中所述二羧酸选自由以下各项组成的组：丙二酸、草酸、琥珀酸、其盐以及其混合物。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、还更优选地130至1,100ppm的二羧酸作为初始组分，其中所述二羧酸包括但不限于丙二酸、草酸、琥珀酸、己二酸、马来酸、苹果酸、戊二酸、酒石酸、其盐或其混合物。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。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1,400ppm、甚至更优选地120至1,350ppm、还更优选地130至1,350ppm的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具有1至7的pH。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具有1.5至4.5的pH。还更优选地，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具有1.5至3.5的pH。甚至还更优选地，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具有2至3的pH；并且最优选地2至2.5的pH。
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，所述pH调节剂选自由以下各项组成的组：无机pH调节剂以及有机pH调节剂。优选地，所述pH调节剂选自由以下各项组成的组：无机酸以及无机碱。更优选地，所述pH调节剂选自由以下各项组成的组：硝酸和氢氧化钾。最优选地，所述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组合物不包括季化合物。此类季化合物包括但不限于季铵化合物、季鏻化合物以及季锑化合物。
任选地，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表面活性剂。优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所述表面活性剂是含有PO或EO或PO/EO的表面活性剂。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所述表面活性剂是含有阴离子官能团的PO或EO或PO/EO表面活性剂。甚至更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所述表面活性剂是具有式(I)的阴离子醚硫酸盐：
CaH2a+1O-POb-EOd-SO3 -
其中a可以是12、15、18、20、22、25、28、30、35、38、40、42或44；b可以是0、2、5、8、10、12、14、16、18、20、30、40或50；并且d可以是0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、90或100，其前提是b和d不能同时为0，并且抗衡离子可以优选地是碱金属离子，例如钠阳离子或钾阳离子；或铵阳离子。优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所述阴离子醚硫酸盐是月桂基醚硫酸钠(SLES)。
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可以含有50ppm至1000ppm、优选地100ppm至900ppm、更优选地120ppm至600ppm、还更优选地140ppm至250ppm的阴离子醚硫酸盐作为初始组分。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50至1000ppm、更优选地100ppm至900ppm、甚至更优选地120ppm至600ppm、还更优选地140ppm至250ppm的阴离子醚硫酸盐的碱金属盐表面活性剂作为初始组分。还更优选地，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50ppm至1000ppm、优选地100ppm至900ppm、更优选地120ppm至600ppm、还更优选地140ppm至250ppm的月桂基醚硫酸钠作为初始组分。
任选地，抛光组合物可以含有杀生物剂，例如KORDEXTM MLX(9.5％-9.9％的甲基-4-异噻唑啉-3-酮、89.1％-89.5％的水以及≤1.0％的相关反应产物)或含有活性成分2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的KATHONTM ICP III，每个均由陶氏化学公司(Dow Chemical Company)(KATHONTM和KORDEXTM是陶氏化学公司的商标)制造。此类杀生物剂可以以本领域普通技术人员已知的常规量包含在本发明的化学机械抛光组合物中。
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不包括唑类化合物。此类唑类化合物包括但不限于苯并三唑、巯基苯并噻唑、甲苯基三唑以及咪唑。
优选地，所提供的衬底是包含钨和电介质(例如TEOS)的半导体衬底。
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是本领域已知的任何合适的抛光垫。本领域普通技术人员知道选择用在本发明方法中适当的化学机械抛光垫。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织造抛光垫和非织造抛光垫。还更优选地，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括聚氨酯抛光层。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括含有聚合物中空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。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，在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或界面附近将所提供的化学机械抛光组合物分配到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，使用0.69至34.5kPa的垂直于被抛光衬底的表面的下压力，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，所提供的化学机械抛光组合物具有
Figure BDA0002236855540000131
优选地
Figure BDA0002236855540000133
更优选地
Figure BDA00022368555400001311
的钨去除速率。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具有
Figure BDA0002236855540000132
优选地
Figure BDA0002236855540000137
更优选地
Figure BDA00022368555400001312
Figure BDA00022368555400001313
的钨去除速率；以及≥12的W/TEOS选择性。还更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，以
Figure BDA0002236855540000134
优选地
Figure BDA0002236855540000138
更优选地
Figure BDA00022368555400001314
的去除速率、以及12.5至22的W/TEOS选择性将钨从衬底上去除。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，以
Figure BDA00022368555400001310
Figure BDA0002236855540000139
优选地
Figure BDA0002236855540000135
的去除速率；以及12.8至21.5的W/TEOS选择性，并且使用在200mm的抛光机上的80转/分钟的压板速度、81转/分钟的托架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流速、21.4kPa的标称下压力将钨从衬底上去除；并且其中，化学机械抛光垫包含含有聚合物中空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
以下实例旨在说明本发明的化学机械抛光组合物对钨的腐蚀抑制性能、对凹陷和侵蚀的同时抑制、以及本发明的一个或多个实施例的W/TEOS选择性，但是以下实例并不旨在限制本发明的范围。
实例1
浆料配制品
此实例的化学机械抛光组合物是通过以下方式制备的：将组分以表1中列出的量组合，余量为DI水，并且用45wt％氢氧化钾调整组合物的pH至表1中列出的最终pH。
表1
Figure BDA0002236855540000141
1KLEBOSOLTM 1598-B25(-)ζ电势磨料浆料，由AZ电子材料公司(AZ ElectronicsMaterials)制造，从陶氏化学公司可获得。
表2
抛光浆料# 油酰胺乙氧基化度(m+n)
PS-1 3
PS-2 3
PS-3 3
PS-4 3
PS-5 5
PS-6 5
PS-7 5
PS-8 10
PS-9 15
PS-10 20
实例2
油酰胺乙氧基化物CMP浆料的腐蚀速率抑制性能
通过将W毯覆式(blanket)晶片(1cm x 4cm)浸入15g浆料样品中进行腐蚀测试。10min后将W晶片从被测试的浆料中移除。随后将溶液在9,000rpm下离心20min，以去除浆料颗粒。通过ICP-OES分析上清液，以确定钨的按重量计的量。由W质量(假设蚀刻晶片表面积为4cm2)转化得出腐蚀速率
Figure BDA0002236855540000152
腐蚀测试的结果在表3中。
表3
Figure BDA0002236855540000151
腐蚀速率测试的结果示出，对比不包括油酰胺乙氧基化物的对照，含有乙氧基化度(m+n)为3、5、10以及15的油酰胺乙氧基化物的化学机械抛光浆料显著减少了晶片上的W腐蚀。
实例3
浆料配制品
表4
Figure BDA0002236855540000161
1KLEBOSOLTM 1598-B25(-)ζ电势磨料浆料，由AZ电子材料公司制造，从陶氏化学公司可获得。
2pH用45wt％氢氧化钾调节。
表5
Figure BDA0002236855540000162
实例4
椰油胺乙氧基化物20CMP浆料以及硬脂胺乙氧基化物20CMP浆料的腐蚀速率抑制性能
通过将W毯覆式晶片(1cm x 4cm)浸入15g浆料样品中进行腐蚀测试。10min后将W晶片从被测试的浆料中移除。随后将溶液在9,000rpm下离心20min，以去除浆料颗粒。通过ICP-OES分析上清液，以确定钨的按重量计的量。由W质量(假设蚀刻晶片表面积为4cm2)转化得出腐蚀速率
Figure BDA0002236855540000163
腐蚀测试的结果在表6中。
表6
Figure BDA0002236855540000172
腐蚀速率测试的结果示出，对比不包含乙氧基化物的对照，含有乙氧基化度(m+n)为20的椰油胺乙氧基化物或硬脂胺乙氧基化物的化学机械抛光浆料显著减少了晶片上的W腐蚀。
实例5
脂肪胺乙氧基化物CMP浆料的化学机械抛光-凹陷和侵蚀性能
在安装在应用材料公司(Applied Materials)200mm
Figure BDA0002236855540000171
抛光机上的200mm毯覆式晶片上进行抛光实验。抛光去除速率实验在来自诺发公司(Novellus)的200mm毯覆式
Figure BDA0002236855540000173
厚的TEOS片状晶片以及从WaferNet公司、硅谷微电子公司(Silicon ValleyMicroelectronics)或SKW联合公司(SKW Associates，Inc.)可获得的W、Ti、和TiN毯覆式晶片上进行。除非另外说明，否则所有抛光实验均使用与SP2310子垫配对的IC1010TM聚氨酯抛光垫(从罗门哈斯电子材料CMP公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)可商购)，用21.4kPa(3.1psi)的典型下压力、125mL/min的化学机械抛光组合物流速、80rpm的台旋转速度、以及81rpm的托架旋转速度进行。使用Kinik PDA33A-3金刚石垫调节器(从中国砂轮企业股份有限公司(Kinik Company)可商购)来修整抛光垫。在80rpm(压板)/36rpm(调节器)下，使用9.0lbs(4.1kg)的下压力持续15分钟以及7.0lbs(3.2kg)的下压力持续15分钟将抛光垫用调节器打磨。在抛光之前使用7lbs(3.2kg)的下压力持续24秒对抛光垫进行进一步非原位调节。使用KLA-Tencor RS100C度量工具确定W凹陷率。如在表7中示出的，晶片具有不同的标准线宽特征。
表7
Figure BDA0002236855540000181
总体而言，本发明的包含油酰胺乙氧基化物(3EO)、硬脂胺乙氧基化物(20EO)以及椰油胺乙氧基化物(20EO)的化学机械抛光浆料具有比对照改进的凹陷和侵蚀。
实例8
W、TEOS去除速率以及W、TEOS最高抛光温度
对于W和TEOS去除速率的抛光实验基本上如在实例5中描述的使用相同的设备和参数进行。通过使用KLA-Tencor FX200度量工具测量抛光之前和之后的膜厚度来确定TEOS去除速率。使用KLA-Tencor RS100C度量工具确定W去除速率。晶片来自WaferNet公司或硅谷微电子公司。结果在表8中。
表8
Figure BDA0002236855540000182
本发明的包含油酰胺乙氧基化物(3EO)、硬脂胺乙氧基化物(20EO)以及椰油胺乙氧基化物(20EO)的化学机械抛光浆料示出良好的大于
Figure BDA0002236855540000185
Figure BDA0002236855540000184
的W RR、大于
Figure BDA0002236855540000183
的TEOS RR、以及良好的12至22的W/TEOS选择性。
实例9
浆料配制品
表9
Figure BDA0002236855540000191
1KLEBOSOLTM 1598-B25(-)ζ电势磨料浆料，由AZ电子材料公司制造，从陶氏化学公司可获得。
2pH用45wt％氢氧化钾溶液调节。
表10
Figure BDA0002236855540000192
实例10
油酰胺乙氧基化物3CMP浆料、椰油胺乙氧基化物20CMP浆料、以及硬脂胺乙氧基化物20CMP浆料的腐蚀速率抑制性能
通过将W毯覆式晶片(1cm x 4cm)浸入15g浆料样品中进行腐蚀测试。10min后将W晶片从被测试的浆料中移除。随后将溶液在9,000rpm下离心20min，以去除浆料颗粒。通过ICP-OES分析上清液，以确定钨的按重量计的量。由W质量(假设蚀刻晶片表面积为4cm2)转化得出腐蚀速率
Figure BDA0002236855540000202
腐蚀测试的结果在表11中。
表11
Figure BDA0002236855540000201
腐蚀速率测试的结果示出，对比不包含乙氧基化物的对照，含有乙氧基化度(m+n)为3的油酰胺乙氧基化物以及乙氧基化度(m+n)为20的椰油胺乙氧基化物和硬脂胺乙氧基化物的化学机械抛光浆料显著减少了晶片上的W腐蚀。
实例11
脂肪胺乙氧基化物CMP浆料的化学机械抛光-凹陷性能
对于此实例的化学机械设置如下：
工具：带有Titan SP头的AMAT Mirra。
浆料：PS-15、PS-16、PS-18、PS-19、PS-20、PS-21、以及PS-23。
垫：带有SP2310子垫的IC1000、1010凹槽。
盘：Kinik PDA33A-3(AD3CI-171040-3)。
方法：
垫打磨：80rpm/36rpm、9.0lbf CDF-15min+7.0lbf CDF-15min。
抛光：80rpm/81rpm、3.1psi、60sec、125ml/min。
调节：非原位：80rpm/36rpm、7.5lbf CDF、24sec。
方法/抛光程序：
垫打磨30min。
表12
Figure BDA0002236855540000211
本发明的包含油酰胺乙氧基化物(3EO)、硬脂胺乙氧基化物(20EO)以及椰油胺乙氧基化物(20EO)的化学机械抛光浆料具有比对照改进的凹陷性能。

Claims (7)

1.一种化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；氧化剂；
具有以下通式的油酰胺乙氧基化物：
Figure FDA0003336595030000011
其中m+n的总和为3-15；
胶体二氧化硅磨料；
二羧酸，
铁(III)离子来源；
任选地，pH调节剂；以及，
任选地，杀生物剂。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中，所述具有式(II)油酰胺乙氧基化物的量为至少10ppm。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中，m+n的总和为3至5。
4.一种化学机械抛光钨的方法，其包括：
提供包含钨和电介质的衬底；
提供化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：
水；
氧化剂；
具有下式的油酰胺乙氧基化物：
Figure FDA0003336595030000012
其中m+n的总和为3-15；
胶体二氧化硅磨料；
二羧酸，
铁(III)离子来源；以及，
任选地，pH调节剂；
任选地，杀生物剂；
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
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近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抛光表面上，以去除至少一些钨。
5.如权利要求4所述的方法，其中，使用200mm的抛光机上的80转/分钟的压板速度、81转/分钟的托架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流速、21.4kPa的标称下压力，所提供的化学机械抛光组合物具有≥
Figure FDA0003336595030000021
的钨去除速率；并且其中，所述化学机械抛光垫包含含有聚合物中空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所提供的化学机械抛光组合物包含以下项作为初始组分：
所述水；
0.01至10wt％的所述氧化剂；
30至500ppm的所述式(II)的油酰胺乙氧基化物；
0.01至15wt％的所述胶体二氧化硅磨料；
1至2,600ppm的所述二羧酸；
100至1,100ppm的所述铁(III)离子来源，其中所述铁(III)离子来源是硝酸铁；以及，
任选地，所述pH调节剂；
任选地，所述杀生物剂；并且，
其中所述化学机械抛光组合物具有1至7的pH。
7.如权利要求6所述的方法，其中，使用200mm的抛光机上的80转/分钟的压板速度、81转/分钟的托架速度、125mL/min的化学机械抛光组合物流速、21.4kPa的标称下压力，所提供的化学机械抛光组合物具有≥
Figure FDA0003336595030000022
的钨去除速率；并且其中，所述化学机械抛光垫包含含有聚合物中空心微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
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