CN111094481A - 用于钨化学机械抛光的组合物 - Google Patents

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Abstract

用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物，其包括基于水的液体载剂、分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒、含铁的促进剂及具有氨基酸单体的阳离子型聚合物。用于化学机械抛光包括钨层的基板的方法，其包括使该基板与上述抛光组合物接触、相对于该基板移动该抛光组合物、及研磨该基板以自该基板移除一部分该钨并由此抛光该基板。

Description

用于钨化学机械抛光的组合物
背景技术
用于抛光(或平坦化)基板表面的化学机械抛光(CMP)组合物及方法在本领域中是公知的。用于抛光位于半导体基板上的金属层(诸如钨)的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)可包括悬浮于水性溶液中的研磨剂颗粒及化学促进剂，诸如氧化剂、螯合剂、催化剂等。
在常规CMP操作中，将待抛光的基板(晶片)安装于载体(抛光头)上，该载体(抛光头)又安装于载体总成上且在CMP装置(抛光工具)中与抛光垫接触放置。载体总成向基板提供可控的压力，按压基板与抛光垫相抵。基板及垫通过外部驱动力相对于彼此移动。基板与垫的相对运动自基板表面研磨且移除一部分材料，由此抛光基板。通过垫与基板的相对移动的基板抛光可进一步通过抛光组合物的化学活性(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂及其它化合物)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性辅助。
在典型的钨插塞及互连工艺中，钨沉积于介电质上以及其中所形成的开口内。然后，在CMP操作期间，移除介电层上的过量的钨以在介电质内形成钨插塞及互连。由于半导体器件的特征尺寸持续缩减，因此，在CMP操作中(例如，在钨CMP操作中)，满足局域及全域平坦度要求已变得更为困难。阵列侵蚀(也称为氧化物侵蚀)、插塞及线的凹进(recessing)(也称为凹陷(dishing))、以及钨蚀刻缺陷已知有损于平坦度及整体器件完整性。举例而言，过度的氧化物侵蚀和/或凹陷可在后续的光刻步骤中导致困难以及造成可降低电学性能的电接触问题。钨蚀刻/腐蚀也可降低电学性能或甚至引起器件失效。因此，在工业中，对于在钨CMP操作期间提供改善的平坦度的钨CMP浆料(或组合物)存在着需求。
发明内容
公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物。该抛光组合物包括基于水的液体载剂、分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒、含铁的促进剂及具有氨基酸单体的阳离子型聚合物。在一个实施方案中，研磨剂颗粒可包括胶体氧化硅(硅石，二氧化硅)(silica)且阳离子型聚合物可包括聚赖氨酸。进一步公开了用于化学机械抛光包括钨层的基板的方法。该方法可包括使该基板与上述抛光组合物接触、相对于该基板移动该抛光组合物、以及研磨该基板以自该基板移除一部分该钨并由此抛光该基板。
具体实施方式
公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光(CMP)组合物。该抛光组合物包括基于水的液体载剂、分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒、含铁的促进剂及具有氨基酸单体的阳离子型聚合物(在本文中也被称作聚氨基酸)。该CMP组合物可基本上包括任何含有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物(包括均聚物及共聚物)。式(I)描绘了包括氨基酸单体的例示性均聚物。共聚物包括两种或更多种不同的单体单元。在合适的共聚物中，单体单元中的至少一者为氨基酸。
Figure BDA0002412523050000021
在式(I)中，L1、L2、X1及X2中的至少一者包括带正电的基团。带正电的基团的实例可包括可滴定的氨基-及烷基-氨基取代基，其可在浆料pH下质子化(例如，在约2的pH下，或在约3的pH下，或在约4、5或6的pH下质子化)。带正电的基团还可含有具有永久性正电荷的基团，诸如四烷基铵基团。其它含氮的带正电的基团的非限制性实例可包括咪唑鎓基团、吡啶鎓基团及胍鎓(guanidinium)基团(包括可滴定的对应的烷基化盐)。其它带正电的基团可包括鏻基团和/或锍基团。在其中X1和/或X2含有带正电的基团的情况下，L1和/或L2可任选地为任何连接基团。在其中X1和/或X2含有带正电的基团(诸如可滴定的氨基)的某些化合物中，L1及L2为任选的。在其中L1和/或L2含有带正电的基团的某些其它化合物中，X1及X2可基本上为任何基团，例如，包括氢或烷基。R1、R2及R3可基本上为包括例如OH、H或烷基的任何合适的取代基。R2及R3可基本上包括形成单体单元之间的键合的任何官能团。小写字母n用于指示由单体单元的键合产生的聚合物的重复单元。
如上文所指出的，聚氨基酸可为合适的氨基酸单体的均聚物(诸如式(I)中所描绘的)或以合适的方式包括合适的氨基酸单体与至少一种其它单体单元的共聚物。均聚物聚氨基酸化合物通常是优选的。
在优选的实施方案中，聚氨基酸化合物包括酸离解常数(pKa)大于约5，例如在约5至约14的范围内或优选地在约6至约11(或约6至约8)的范围内的可滴定的基团。表1列举了若干种聚氨基酸及其相应的pKa值。在表1中，化合物1-4的pKa值在优选范围中。化合物5和6的pKa值小于5。
表1
化合物 聚氨基酸 pKa 参考
1 α-聚-L-赖氨酸 10.1 以实验方式确定
2 ε-聚-L-赖氨酸 7.2 以实验方式确定
3 聚-L-精氨酸 12.5 L.Bromberg等人，Polymer，第48卷，2007，第7490-7498页
4 聚-L-组氨酸 6.5 D.Mavrogorgis等人，Polymer Chem.，第5卷，2014，第6256-6277页
5 α-聚-L-谷氨酸 4.6 E.Kokufuta等人，Biosystems，第10卷，1978，第299-306页
6 聚-天冬氨酸 4.4 E.Kokufuta等人，BioSystems，第9卷，1977，第211-214页
在表1中，使用电位滴定以实验方式确定α-聚-L-赖氨酸及ε-聚-L-赖氨酸(化合物1及2)的pKa值。以终点(EP)模式(EP＝最终pH＝pH 12)，使用配备有DG115-SC型pH探针的Mettler-Toledo Model T5自动滴定器，在10mL滴定管中使用作为滴定剂的0.5N KOH来进行滴定。通过也来自Mettler Toledo的LabX软件驱动自动滴定器数据收集及分析。通过混合52毫克聚赖氨酸盐酸盐(即，4700道尔顿MW的自Alamanda Polymers获得的α-聚-L-赖氨酸盐酸盐或自Bonding Chemical获得的ε-聚-L-赖氨酸盐酸盐)与2.5克1N硝酸(AldrichChemicals)及水以获得150克的总质量来制备聚赖氨酸溶液。搅拌混合物并然后超声处理10分钟。如上文所述的，自动滴定所述溶液。通过减去水基线滴定数据中的相应的酸对照溶液(酸对照＝2.5g的在水中的1N硝酸至具有150g的总质量)来归一化所得的滴定数据。用非线性最小二乘法算法拟合所添加的归一化KOH的体积与(vs)pH值的所得的经归一化的滴定数据来提供以实验方式确定的pKa值。
在最优选的实施方案中，聚氨基酸化合物可包括例如聚赖氨酸、聚精氨酸和/或聚组氨酸。研磨剂颗粒可基本上包括任何合适的研磨剂颗粒，例如包括胶体氧化硅。在一个实施方案中，抛光组合物包括能够溶解的含铁的催化剂、与该含铁的催化剂结合的稳定剂、胶体氧化硅、聚赖氨酸及在约1.0至约5.0范围内的pH。可任选地用经官能化的硅烷化合物处理胶体氧化硅以赋予永久性的阳离子或阴离子型电荷。举例而言，用氨基硅烷化合物处理胶体氧化硅可赋予永久性正电荷。
应当理解，可有利地将所公开的CMP组合物用于批量(大量，bulk)钨移除和/或钨磨光(buff)CMP操作(其在本领域中有时称作第一及第二步骤钨CMP操作)。批量(大量，bulk)移除操作可需要较高的钨移除速率而磨光操作可需要较低的缺陷水平。还可有利地将所公开的CMP组合物用于单步骤钨CMP操作。不意欲将所公开的实施方案限于任何特定的CMP操作。
抛光组合物含有悬浮于液体载剂中的研磨剂颗粒。研磨剂颗粒可基本上包括任何合适的研磨剂材料，诸如金属氧化物颗粒、金刚石颗粒和/或陶瓷颗粒。金属氧化物颗粒可包括例如氧化硅和/或氧化铝研磨剂颗粒。陶瓷颗粒可包括诸如立方氮化硼或碳化硅的材料。所公开的实施方案在研磨剂颗粒方面不受限制。
在某些实施方案中(诸如在以下所公开的实施例中)，研磨剂可包括胶体氧化硅、火成(热解)氧化硅、或其混合物。如本文中所使用，术语胶体氧化硅颗粒是指经由湿法而非经由产生结构上不同的颗粒的火成或火焰水解方法制备的氧化硅颗粒。胶体氧化硅颗粒可为聚集或非聚集的。非聚集的颗粒为单独的离散颗粒，其形状可为球形或近似球形，但也可具有其它形状(诸如，大体椭圆形、正方形或矩形的横截面)。聚集的颗粒为这样的颗粒，在所述颗粒中，多个离散颗粒簇集或粘结在一起以形成具有大体不规则形状的聚集体。
研磨剂颗粒可基本上具有任何合适的粒径。在工业中，可使用多种手段定义悬浮于液体载剂中的颗粒的粒径。举例而言，粒径可定义为包围颗粒的最小球体的直径且可使用多种市售仪器来量测，例如，所述市售仪器包括CPS盘式离心机，DC24000HR型(得自于CPSInstruments,Prairieville,Louisiana)或可获自Malvern
Figure BDA0002412523050000041
的
Figure BDA0002412523050000042
研磨剂颗粒的平均粒径可为约5nm或更大(例如，约20nm或更大、约40nm或更大、约50nm或更大、或约60nm或更大)。研磨剂颗粒可具有约200nm或更小(例如，约160nm或更小、约140nm或更小、约120nm或更小、或约100nm或更小)的平均粒径。因此，研磨剂颗粒可具有约5nm至约200nm(例如，约20nm至约160nm、约40nm至约140nm、约50nm至约120nm、或约60nm至约100nm)的范围内的平均粒径。
抛光组合物可基本上包括任何合适量的研磨剂颗粒。抛光组合物典型地包括约0.01重量％或更高的研磨剂颗粒(例如，约0.05重量％或更高)。更典型地，抛光组合物可包括约0.1重量％或更多(例如，约0.2重量％或更多、约0.5重量％或更多、或1重量％或更多)的研磨剂颗粒。抛光组合物中的研磨剂颗粒的量典型地为约30重量％或更少，且更典型地约20重量％或更少(例如，约10重量％或更少、约5重量％或更少、或约3重量％或更少)。优选地，抛光组合物中的研磨剂颗粒的量在约0.01重量％至约30重量％，且更优选约0.05重量％至约20重量％(例如，约0.1重量％至约20重量％、约0.1重量％至约10重量％、约0.1重量％至约5重量％、或约0.2重量％至约3重量％)的范围内。
使用液体载剂有助于将研磨剂及任何任选的化学添加剂施用至待抛光(例如，平坦化)的基板的表面。液体载剂可为包括低级醇(例如，甲醇、乙醇等)、醚(例如，二
Figure BDA0002412523050000051
烷、四氢呋喃等)、水及其混合物的任何适合的载剂(例如，溶剂)。优选地，液体载剂包含水(更优选去离子水)、基本上由水(更优选去离子水)组成、或由水(更优选去离子水)组成。
在其中研磨剂颗粒包含氧化硅(诸如胶体或火成氧化硅)的实施方案中，氧化硅颗粒可任选地在抛光组合物中具有正电荷。分散颗粒(诸如氧化硅颗粒)上的电荷在本领域中通常称为ζ电位(或动电位)。颗粒的ζ电位是指围绕颗粒的离子的电荷与抛光组合物的本体溶液(例如，液体载剂及溶解于其中的任何其它组分)的电荷之间的电位差。典型地，ζ电位取决于水性介质的pH。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。随着pH升高或降低而偏离等电点，表面电荷(以及因此的ζ电位)相应地降低或提高(至负或正的ζ电位值)。可使用市售仪器(诸如，可获自Malvern Instruments的Zetasizer、可获自Brookhaven Instruments的ZetaPlusζ电位分析仪、和/或可获自DispersionTechnologies,Inc.的电声频谱仪(electro-acoustic spectrometer))来获得分散体(诸如抛光组合物)的ζ电位。
在某些实施方案中，研磨剂颗粒包含具有约6mV或更高(例如，约10mV或更高、约15mV或更高、或约20mV或更高)的永久性正电荷的胶体氧化硅颗粒。抛光组合物中的胶体氧化硅颗粒可具有约50mV或更低(例如，约45mV或更低、或约40mV或更低)的永久性正电荷。优选地，胶体氧化硅颗粒具有在约6mV至约50mV(例如，约10mV至约45mV、约15mV至约40mV、或约20mV至约40mV)的范围内的永久性正电荷。
永久性正电荷意指氧化硅颗粒上的正电荷不容易例如经由冲洗、稀释、过滤及其类似方法逆转。永久性正电荷可为例如阳离子型化合物与胶体氧化硅共价键结的结果。永久性正电荷与可逆正电荷相反，可逆正电荷可为例如阳离子型化合物与胶体氧化硅之间的静电相互作用的结果。
尽管如此，如本文所使用的，至少6mV的永久性正电荷意指胶体氧化硅颗粒的ζ电位在三步超滤测试后保持高于6mV，该三步超滤测试进一步详细地描述于共同转让的美国专利9,238,754中，其以全文引用的方式并入本文中。
在抛光组合物中的具有永久性正电荷的胶体氧化硅颗粒可例如经由用至少一种如共同转让的美国专利7,994,057及9,028,572中所公开的氨基硅烷化合物处理颗粒来获得。替代地，在抛光组合物中的具有永久性正电荷的胶体氧化硅颗粒可通过在如共同转让的美国专利9,422,456中所公开的胶体氧化硅颗粒中结合化学物质(诸如氨基硅烷化合物)来获得。
抛光组合物通常是酸性的，其pH小于约7。抛光组合物典型地具有约1或更高(例如，约1.5或更高、约2或更高、约2.5或更高、或约3或更高)的pH。优选地，抛光组合物具有约6或更低(例如约5或更低、约4.5或更低、约4或更低、或约3.5或更低)的pH。抛光组合物可因此具有在约1至约6(例如，约2至约5、约2至约4.5、或约2.5至约4.5)的范围内的pH。用于批量(大量，bulk)钨移除的抛光组合物可优选具有在约2至约4(例如，约2至约3.5)的范围内的pH。用于钨磨光操作的抛光组合物可优选具有在约3至约5(例如，约3至约4.5)的范围内的pH。抛光组合物的pH可通过任何适合的手段达成和/或维持。抛光组合物可基本上包括任何合适的pH调节剂或缓冲体系。举例而言，合适的pH调节剂可包括硝酸、硫酸、磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、顺丁烯二酸、氢氧化铵等，而合适的缓冲剂可包括磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、丙二酸盐、乙二酸盐、硼酸盐、铵盐等。
抛光组合物的任选的实施方案可进一步包括含铁的促进剂。如本文中所使用的，含铁的促进剂为在钨CMP操作期间增加钨移除速率的含铁的化合物。举例而言，含铁的促进剂可包括诸如美国专利5,958,288及5,980,775中所公开的能够溶解的含铁的催化剂。这样的含铁的催化剂可溶于液体载剂中，且可包括例如：三价铁(铁III)或二价铁(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、羧酸铁、乙酰丙酮化铁、柠檬酸铁、葡糖酸铁、丙二酸铁、乙二酸铁、邻苯二甲酸铁及丁二酸铁；以及它们的混合物。
含铁的促进剂还可包括与胶体氧化硅颗粒的表面结合(例如，涂布或键结)的含铁的催化剂或含铁的活化剂(例如，产生自由基的化合物)，诸如在美国专利7,029,508及7,077,880中所公开的。举例而言，含铁的促进剂可与胶体表面颗粒的表面上的硅烷醇基团键结。
抛光组合物中的含铁的促进剂的量可根据所用的氧化剂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)且使用能够溶解的含铁的催化剂(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0.5至约3000ppm Fe范围的量存在于组合物中。抛光组合物可包括约1ppm或更多的Fe(例如，约2ppm或更多、约5ppm或更多、或约10ppm或更多)。抛光组合物优选包括约500ppm或更少的Fe(例如，约200ppm或更少、约100ppm或更少、或约50ppm或更少)。抛光组合物可因此包括约1至约500ppm Fe的范围(例如，约2至约200ppm、约5至约100ppm、或约10至约50ppm)。用于批量(大量，bulk)钨移除的抛光组合物可优选包括约5至约50ppm的Fe(例如，约10至约40ppm的Fe)。用于钨磨光操作的抛光组合物可优选包括约0.5至约20ppm Fe(例如，约1至约10ppm Fe)。
包括含铁的促进剂的抛光组合物的实施方案可进一步包括稳定剂。在没有这样的稳定剂的情况下，含铁的促进剂及氧化剂(若存在的话)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的促进剂的有效性，使得添加至抛光组合物的稳定剂的类型及量的选择可对CMP性能具有显著影响。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(若存在的话)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(酯)化合物、腈、以及与金属结合并降低其对过氧化氢分解的反应性的其它配体、及其混合物。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。本文用以描述可用的稳定剂的术语“酸”也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，且显著降低氧化剂(诸如过氧化氢)的分解速率。
优选的稳定剂包括磷酸、乙酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、天冬氨酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、顺丁烯二酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、丙二胺四乙酸(PDTA)及其混合物。可将优选的稳定剂以约1当量/含铁的促进剂至约3.0重量％或更高(例如，约3至约10当量)的范围内的量添加至本发明的组合物中。如本文中所使用的，术语“当量/含铁的促进剂”意指组合物中的每个铁离子一个稳定剂分子。举例而言，2当量/含铁的促进剂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。可在浆料制造过程期间或恰好在CMP操作之前将氧化剂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)。如本文中所定义的过化合物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至约10重量％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够溶解的含铁的促进剂的优选实施方案中，氧化剂可以约0.1至约6重量％(例如，约0.2至约5重量％、约0.3至约4重量％、或约0.5至约3重量％)的范围内的量存在于抛光组合物中。
抛光组合物进一步包括在液体载剂中呈溶解状态的具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物(在本文中也称作聚氨基酸化合物)。应当理解，聚氨基酸化合物为衍生自氨基酸单体的聚合物。聚氨基酸化合物旨在用于抑制钨插塞及线的凹进(即，凹陷)且特别是钨线(互连)的凹进以及减少阵列侵蚀。合适的聚氨基酸化合物可进一步(尽管非必要)抑制钨蚀刻。基本上可采用任何合适的聚氨基酸，例如上文根据式(I)所公开的那些。这样的合适的聚氨基酸可包括聚精氨酸、聚鸟氨酸、聚组氨酸及聚赖氨酸。优选的聚氨基酸化合物包括聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸。最优选的聚氨基酸化合物包括聚赖氨酸。
应当理解，聚赖氨酸可包括由D-赖氨酸和/或L-赖氨酸构成的ε-聚赖氨酸和/或α-聚赖氨酸。聚赖氨酸可因此包括α-聚-L-赖氨酸、α-聚-D-赖氨酸、ε-聚-L-赖氨酸、ε-聚-D-赖氨酸及其混合物。在某些优选实施方案中，聚赖氨酸为ε-聚-L-赖氨酸。进一步地，应当理解，聚氨基酸化合物(或多种聚氨基酸化合物)可以任何可获取的形式(例如，共轭酸或共轭碱)使用，且可使用聚氨基酸的盐形式代替聚氨基酸(或除了聚氨基酸之外使用聚氨基酸的盐形式)。在本文的上下文中用以描述适用的聚氨基酸添加剂的术语“酸”旨在意指聚氨基酸及可通过调节pH以改变可能存在的任何能够滴定的官能团而获取的任何形式。这样的形式包括其共轭碱或共轭酸以及它们的任何其它盐。举例而言，术语“聚赖氨酸”意指聚赖氨酸氨基酸以及由胺官能团的质子化形成的其共轭酸。
聚氨基酸化合物可基本上具有任何合适的分子量及多分散指数。举例而言，聚氨基酸的分子量可在约1至约100kDa的范围内。然而，应当理解，所公开的实施方案不受聚氨基酸化合物的分子量或多分散指数的限制。
抛光组合物中的聚氨基酸化合物的量可根据所用的特定聚氨基酸、所用的氧化剂、以及促进剂的化学形式而变化。当使用优选的聚氨基酸聚赖氨酸(例如，ε-聚-L-赖氨酸)且使用优选的过氧化氢氧化剂及能够溶解的含铁的催化剂时，以组合物的总重量计，聚赖氨酸可以约1至约1000ppm范围内的量存在于组合物中。抛光组合物优选包括约1ppm或更多的聚赖氨酸(例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约15ppm或更多、或约20ppm或更多)。抛光组合物优选包括约1000ppm或更少的聚赖氨酸(例如，约500ppm或更少、约200ppm或更少、约100ppm或更少、约75ppm或更少、约50ppm或更少、或约25ppm或更少)。抛光组合物可因此包括约1至约1000ppm范围内的聚赖氨酸(例如，约1至约500ppm、约1至约200ppm、约1至约100ppm、约1至约50ppm、约5至约500ppm、约5至约200ppm、约5至约100ppm、约5至约50ppm、或约5至约25ppm的聚赖氨酸)。
抛光组合物可任选地包括这样的化合物，其提供进一步的钨蚀刻抑制(即，除了由聚氨基酸提供的任何钨蚀刻抑制以外)。这样的任选的化合物(当包括时)旨在用于抑制固体钨转换为能够溶解的钨化合物并同时允许经由CMP操作有效地移除固体钨。可适用的化合物的种类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。合适的钨蚀刻抑制剂更详细地公开于美国专利6,136,711及9,238,754中。
抛光组合物可任选地进一步包括杀生物剂。杀生物剂可包括任何合适的杀生物剂，例如异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中的杀生物剂的量典型地在约1ppm至约50ppm，且优选约1ppm至约20ppm的范围内。
抛光组合物可使用任何适合的技术制备，其中的许多是本领域技术人员已知的。抛光组合物可以分批或连续方法制备。一般而言，抛光组合物可通过以任何次序组合其组分来制备。如本文中所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如，研磨剂颗粒、含铁的促进剂、聚氨基酸等)。
举例而言，氧化硅可分散于水性液体载剂中。然后，可添加其它组分(诸如含铁的促进剂、稳定剂、聚氨基酸以及杀生物剂)并通过能够将组分结合至抛光组合物中的任何方法混合。可在制备抛光组合物期间的任何时刻添加氧化剂。举例而言，可在使用之前制备抛光组合物，其中恰好在CMP操作之前(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)添加一种或多种组分(诸如氧化剂)。还可通过在CMP操作期间在基板表面处(例如，在抛光垫上)混合组分来制备抛光组合物。
本发明的抛光组合物也可作为旨在用于在使用之前用适量水稀释的浓缩物提供。在这样的实施方案中，抛光组合物浓缩物可包括研磨剂颗粒、聚氨基酸化合物、任选的含铁的促进剂及稳定剂、任选的杀生物剂、以及水，含或不含氧化剂，所述组分的量使得在以适量的水及氧化剂(若尚未以适当的量存在的话)稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在上文针对各组分所列举的适当范围内的量存在于抛光组合物中。举例而言，研磨剂颗粒、聚氨基酸化合物及任选的含铁的促进剂及稳定剂可各自以上文针对各组分所列举的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍、或约5倍)的量存在于抛光组合物中，使得当用等体积的水(例如，分别1等体积的水、2等体积的水、3等体积的水、或甚至4等体积的水)与适量氧化剂一起稀释浓缩物时，各组分将以在上文针对各组分所述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员所理解的，浓缩物可含有适当比率的存在于最终抛光组合物中的水，以确保其它组分至少部分或完全溶解于浓缩物中。
尽管本发明的抛光组合物可用于抛光任何基板，但该抛光组合物特别适用于抛光包括至少一种包含钨的金属及至少一种介电材料的基板。钨层可沉积于一个或多个例如包括钛和/或氮化钛(TiN)的阻挡层上。介电层可为金属氧化物，诸如衍生自原硅酸四乙酯(TEOS)的硅氧化物层、多孔的金属氧化物、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、或任何其它适合的高k或低k的绝缘层。
本发明的抛光方法尤其适合于与化学机械抛光(CMP)装置结合使用。典型地，该装置包括：压板，当使用时，其处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度；抛光垫，其与压板接触且在运动时随压板移动；及载体，其固持待通过接触抛光垫表面且相对于其移动而被抛光的基板。基板的抛光通过以下进行：使基板与抛光垫及本发明的抛光组合物接触放置，然后，相对于基板移动抛光垫，以便研磨基板的至少一部分(诸如本文所述的钨、钛、氮化钛和/或介电材料)以抛光基板。
可使用化学机械抛光组合物以任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)来平坦化或抛光基板。合适的抛光垫包括，例如，编织和非编织的抛光垫。此外，合适的抛光垫可包括具有各种密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，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、以及它们的混合物。
应当理解，本公开内容包括多个实施方案。这些实施方案包括但不限于以下实施方案。
在第一实施方案中，一种化学机械抛光组合物，其包括：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒、含铁的促进剂；及具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物。
第二实施方案可包括第一实施方案，其中该研磨剂颗粒包含胶体氧化硅研磨剂。
第三实施方案可包括第二实施方案，其中该胶体氧化硅研磨剂的永久性正电荷为至少10mV。
第四实施方案可包括前三个实施方案中的任一者，其中该含铁的促进剂包含能够溶解的含铁的催化剂。
第五实施方案可包括第四实施方案且进一步包括与该能够溶解的含铁的催化剂结合的稳定剂，该稳定剂选自：磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、天冬氨酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、顺丁烯二酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其混合物。
第六实施方案可包括前五个实施方案中的任一者且进一步包括过氧化氢氧化剂。
第七实施方案可包括前六个实施方案中的任一者且具有在约1.0至约5.0范围内的pH。
第八实施方案可包括前七个实施方案中的任一者，其中该阳离子型聚合物包含根据下式的化合物
Figure BDA0002412523050000121
其中L1、L2、X1及X2中的至少一者包括带正电的基团且R1、R2及R3为H、OH或烷基。
第九实施方案可包括第八实施方案，其中该阳离子型聚合物的酸离解常数(pKa)大于约5。
第十实施方案可包括第八实施方案，其中该阳离子型聚合物的酸离解常数(pKa)为6至11。
第十一实施方案可包括第八实施方案，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸中的至少一者。
第十二实施方案可包括第十一实施方案，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸。
第十三实施方案可包括第十二实施方案，其中该阳离子型聚合物包含ε-聚-L-赖氨酸。
第十四实施方案可包括第八实施方案，包括按重量计约1至约200ppm的该阳离子型聚合物。
第十五实施方案可包括第八实施方案，包括按重量计约5至约50ppm的该阳离子型聚合物。
第十六实施方案可包括第八实施方案，其中阳离子型聚合物具有在约1至约100kDa的范围内的分子量。
在第十七实施方案中，一种化学机械抛光组合物，其包括：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的胶体氧化硅研磨剂颗粒；能够溶解的含铁的催化剂；与该能够溶解的含铁的催化剂结合的稳定剂；具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物，该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸中的至少一者；其中该组合物具有在约1至约5范围内的pH。
第十八实施方案可包括第十七实施方案，其中该阳离子型聚合物为聚赖氨酸。
在第十九实施方案中，一种化学机械抛光包括钨层的基板的方法，其包括(a)使该基板与包含以下的抛光组合物接触：(i)基于水的液体载剂；(ii)分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒；(iii)含铁的促进剂；及(iv)具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物；(b)相对于该基板移动该抛光组合物；及(c)研磨该基板以自该基板移除一部分该钨并由此抛光该基板。
第二十实施方案可包括第十九实施方案，其中该研磨剂颗粒包含永久性正电荷为至少10mV的胶体氧化硅。
第二十一实施方案可包括第十九或第二十实施方案，其中：(i)该含铁的促进剂包含能够溶解的含铁的催化剂；及(ii)该抛光组合物进一步包含与该能够溶解的含铁的催化剂结合的稳定剂，该稳定剂选自：磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、天冬氨酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、顺丁烯二酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其混合物。
第二十二实施方案可包括第十九至第二十一实施方案中的任一者，其中：(i)该抛光组合物进一步包含过氧化氢氧化剂；及(ii)该抛光组合物具有在约1.0至约5.0范围内的pH。
第二十三实施方案可包括第十九至第二十二实施方案中的任一者，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸中的至少一者。
第二十四实施方案可包括第二十三实施方案，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸。
第二十五实施方案可包括第二十三实施方案，包括按重量计约1至约200ppm的该阳离子型聚合物。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
实施例1
将九种抛光组合物(对照物A及B及实施例1A、1B、1C、1D、1E、1F及1G)制备成浓缩物，所述浓缩物在即将使用之前用水稀释2:1。组合物1A-1G包括不同浓度的ε-聚-L-赖氨酸(范围为30至3000ppm(按重量计))。九种抛光组合物中的每一者通过将浓缩的胶体氧化硅(诸如可商购自Akzo Nobel、Fuso及Nalco)添加至包括丙二酸、硝酸铁、TBAH(氢氧化四丁基铵)、适量的ε-聚-L-赖氨酸及
Figure BDA0002412523050000141
杀生物剂的混合物中来制备。胶体氧化硅具有120nm的平均粒径。对照物A不包括ε-聚-L-赖氨酸。对照物B包括3000ppm(按重量计)的赖氨酸代替ε-聚-L-赖氨酸。九种抛光组合物中的每一者包括2700ppm(按重量计)的四丁基氢氧化铵(TBAH)、81ppm(按重量计)的丙二酸、3.7ppm(按重量计)的九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、7.5重量％的胶体氧化硅及15ppm(按重量计)的Kathon LX。使用硝酸将pH调节至3.05。ε-聚-L-赖氨酸的浓度如下文更详细地描述的那样变化。
评估上述九种抛光组合物中的每一者的钨蚀刻速率。本实施例表明ε-聚-L-赖氨酸对钨蚀刻速率的影响。为了获得各抛光组合物的钨蚀刻速率，首先将组合物稀释为一份抛光组合物比两份去离子水。然后，将抛光组合物加热至45℃，其后，添加过氧化氢至0.5重量％的浓度。在等待5分钟以便温度返回至45℃之后，将具有钨层的两英寸晶片浸没于抛光组合物(钨侧向上)5分钟。经由浸入抛光组合物中之前及之后进行的电阻率测量来测定钨移除速率。
钨蚀刻速率显示于表2中。对照物A不包括ε-聚-L-赖氨酸或赖氨酸。对照物B不包括ε-聚-L-赖氨酸及1000ppm(按重量计)赖氨酸(在稀释之后)。组合物1A-1G包括如表2中所指示的10ppm(1A)、25ppm(1B)、50ppm(1C)、100ppm(1D)、250ppm(1E)、500ppm(1F)及1000ppm(1G)的ε-聚-L-赖氨酸。表2中列出的所有ε-聚-L-赖氨酸的浓度均为在用去离子水2:1稀释之后。
表2
Figure BDA0002412523050000151
如自表2中列举的结果明晰的，包括在50至1000ppm(按重量计)的范围内的ε-聚-L-赖氨酸浓度的组合物1C至1G所展现的W蚀刻速率为对照物A(无抑制剂)的W蚀刻速率的二十分之一或更低以及对照物B(1000ppm(按重量计)赖氨酸)的W蚀刻速率的四分之一或更低。
实施例2
制备二十四种抛光组合物(实施例2A至2X)。除了添加剂的类型及浓度之外，所制备的抛光组合物是相同的。测量各抛光组合物的钨蚀刻速率，并评估添加剂的影响。使用如上文实施例1中所述的相同程序来测量钨蚀刻速率(其中，也如实施例1中所述的，将过氧化氢加至0.5重量％的浓度)。
通过将浓缩的胶体氧化硅(
Figure BDA0002412523050000152
PL-2)添加至包括丙二酸、硝酸铁及
Figure BDA0002412523050000153
杀生物剂的混合物中来制备抛光组合物中的每一者，使得胶体氧化硅浓度为3.0重量％。抛光组合物中的每一者包括25ppm(按重量计)的丙二酸、12ppm(按重量计)的九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)及15ppm(按重量计)的Kathon LX。使用硝酸将pH调节至2.5。然后，在蚀刻测试之前，将适当的添加剂化合物添加至抛光组合物中。添加剂的浓度为50或100ppm(按重量计)。
表3列举了添加剂化合物及相应的浓度以及针对各抛光组合物测量的钨蚀刻速率。如自表3中列举的结果明晰的，包括ε-聚赖氨酸及α-聚赖氨酸添加剂的抛光组合物2A/2B、2O/2P及2Q/2R展现出非常低的钨静态蚀刻速率。此外，包括聚组氨酸及聚精氨酸添加剂的抛光组合物2S/2T及2W/2X也展现出非常低的钨静态蚀刻速率。
表3
Figure BDA0002412523050000161
实施例3
在本实施例中评估三种抛光组合物的钨抛光速率及线的凹进(凹陷)。本实施例表明在钨CMP操作期间聚赖氨酸对凹陷的抑制作用。使用与上文关于实施例1所述的类似的程序获得CMP组合物(其中将浓缩的胶体氧化硅添加至包括丙二酸及硝酸铁的混合物中)。三种抛光组合物中的每一者包括445ppm(按重量计)的丙二酸、206ppm(按重量计)的九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、0.33重量％的阳离子型的经氨基硅烷处理的胶体氧化硅(如美国专利7,994,057及9,028,572中所公开的那样制备)、15ppm(按重量计)的Kathon LX及2.0重量％的pH为2.3(使用硝酸调节的pH)的过氧化氢。经处理的胶体氧化硅具有120nm的平均粒径。对照物C抛光组合物不包括其它成分。对照物D抛光组合物包括25ppm(按重量计)的阳离子型聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)。抛光组合物3A包括25ppm(按重量计)的ε-聚-L-赖氨酸。
通过抛光毯覆式钨晶片来获得钨抛光速率。通过抛光具有组合的钛/氮化钛阻挡层的2k Silyb 854钨图案化晶片(可获自Silyb Wafer Services)来获得线的凹进的值。在2.0psi的下压力、115rpm的压板速度及121rpm的头速度下，使用
Figure BDA0002412523050000172
CMP抛光工具及
Figure BDA0002412523050000173
E6088抛光垫来抛光晶片。浆料流动速率为90ml/分钟。将各图案化晶片抛光至光学终点加额外的30％过度抛光。采用原子力显微镜(AFM)表面轮廓仪测量，跨越1×1微米的线特征，获得线的凹进的值。钨抛光速率及线的凹进的值显示于表4中。
表4
Figure BDA0002412523050000171
如自表4中列举的结果明晰的，使用ε-聚-L-赖氨酸使得线的凹进与对照物C相比降低近四倍且与对照物D相比降低近三倍。
实施例4
在本实施例中评估九种抛光组合物的钨抛光速率及线的凹进(凹陷)。本实施例表明在钨CMP操作期间阳离子型聚氨基酸对凹陷的影响。使用与上文关于实施例1所述类似的程序获得CMP组合物(其中，将浓缩的胶体氧化硅添加至包括丙二酸及硝酸铁的混合物中)。抛光组合物中的每一者包括445ppm(按重量计)的丙二酸、206ppm(按重量计)的九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、0.33重量％的阳离子型的经氨基硅烷处理的胶体氧化硅(如美国专利7,994,057及9,028,572中所公开的那样制备)、15ppm(按重量计)的Kathon LX及2.0重量％的pH为2.3(使用硝酸调节的pH)的过氧化氢。经处理的胶体氧化硅具有120nm的平均粒径。
对照物C抛光组合物不包括其它成分。对照物E抛光组合物包括500ppm(按重量计)的L-赖氨酸。其它抛光组合物含有其剂量经调节以使得所有化合物均以等摩尔的单体量存在的聚合物(或抑制剂)。对照物F抛光组合物包括8.6ppm(按重量计)的α-聚-L-天冬氨酸。对照物G抛光组合物包括9.3ppm(按重量计)的α-聚-L-谷氨酸。
抛光组合物4A-4E分别包括10ppm(按重量计)的ε-聚-L-赖氨酸(4A)、10ppm(按重量计)的α-聚-D-赖氨酸(4B)、11.5ppm(按重量计)的α-聚-L-精氨酸盐酸盐(4C)、10ppm(按重量计)的4700道尔顿MW的α-聚-L-赖氨酸盐酸盐(4D)及12.5ppm(按重量计)的66,000DaMW的α-聚-L-赖氨酸氢溴酸盐(4E)。表5示出对照物F、对照物G及组合物4A至4E的聚氨基酸pKa值。自表1获得这些值。假定组合物4B及4E的值与表1中所给出的组合物4D的值相同。
通过抛光毯覆式钨晶片来获得钨抛光速率。通过抛光具有氮化钛阻挡层的2kSilyb 854钨图案化晶片(可获自Silyb Wafer Services)来获得线的凹进的值。在2.0psi的下压力、115rpm的压板速度及121rpm的头速度下，使用
Figure BDA0002412523050000181
CMP抛光工具及
Figure BDA0002412523050000182
E6088抛光垫来抛光晶片。浆料流动速率为90ml/分钟。将各图案化晶片抛光至光学终点加额外的30％过度抛光。采用原子力显微镜(AFM)表面轮廓仪测量，跨越1×1微米的线特征，获得线的凹进的值。钨抛光速率及线的凹进的值显示于表5中。
表5
Figure BDA0002412523050000191
注：W凹进的典型的测量不确定度为
Figure BDA0002412523050000192
如自表5中列举的结果明晰的，与不含抑制剂的实施例(对照物C)相比，使用pKa<5的非阳离子型聚氨基酸(对照物F&G)不显著减少钨线的凹进。同时，非聚合物型的氨基酸L-赖氨酸(对照物E)将线的凹进减少至与抛光组合物4B-4E相同的程度，观测到钨移除速率降低超过50％。相对于对照物E，与对照物C在钨抛光速率方面无相应降低相比，抛光组合物4A至4E在线的凹进方面实现了显著的减少。在最优的实施例中，使用ε-聚-L-赖氨酸导致钨突起(负向凹进)，这对于很多整合方案而言都是高度合乎期望的特性。实施例4B、4D及4E的比较进一步表明对聚合物分子量及立体化学的改变不显著影响钨CMP性能。
实施例5
在本实施例中评估五种抛光组合物的钨抛光速率及线的凹进(凹陷)。本实施例表明在钨CMP操作期间ε-聚-L-赖氨酸浓度对钨抛光速率及凹陷的影响。使用与上文关于实施例1所述类似的程序获得CMP组合物(其中，将浓缩的胶体氧化硅添加至包括丙二酸及硝酸铁的混合物中)。抛光组合物中的每一者包括445ppm(按重量计)的丙二酸、206ppm(按重量计)的九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、0.33重量％的阳离子型的经氨基硅烷处理的胶体氧化硅(如美国专利7,994,057及9,028,572中所公开的那样制备)、15ppm(按重量计)的Kathon LX及2.0重量％的pH为2.3(使用硝酸调节的pH)的过氧化氢。经处理的胶体氧化硅具有120nm的平均粒径。对照物C抛光组合物不包括其它成分(即，不包括ε-聚-L-赖氨酸)。如表6中所指示的，抛光组合物5A-5D包括12ppm(5A)、25ppm(5B)、50ppm(5C)及75ppm(5D)的ε-聚-L-赖氨酸。
通过抛光毯覆式钨晶片来获得钨抛光速率。通过抛光具有氮化钛阻挡层的2kSilyb 854钨图案化晶片(可获自Silyb Wafer Services)来获得线的凹进的值。在2.0psi的下压力、115rpm的压板速度及121rpm的头速度下，使用
Figure BDA0002412523050000201
CMP抛光工具及
Figure BDA0002412523050000202
E6088抛光垫来抛光晶片。浆料流动速率为90ml/分钟。将各图案化晶片抛光至光学终点加额外的30％过度抛光。采用原子力显微镜(AFM)表面轮廓仪测量，跨越1×1微米的线特征，获得线的凹进的值。钨抛光速率及线的凹进的值显示于表5中。
表6
Figure BDA0002412523050000203
如自表6中列举的结果明晰的，ε-聚-L-赖氨酸的添加显著减少钨线的凹进。在该特定的例示性配方中，具有小于或等于25ppm的ε-聚-L-赖氨酸浓度的组合物为优选的。
实施例6
在本实施例中评估两种磨光抛光组合物的钨、TEOS及图案化场氧化物的抛光速率以及线的侵蚀及线的凹进(凹陷)。本实施例表明在钨磨光CMP操作期间ε-聚-L-赖氨酸对减少线的侵蚀的影响。两种抛光组合物中的每一者包括100ppm(按重量计)的丙二酸、54ppm(按重量计)的九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、2重量％的阳离子型胶体氧化硅(如共同转让的美国专利9,422,456的实施例13中所公开的那样制备)、15ppm(按重量计)的Kathon LX及0.80重量％的pH为4.4(使用硝酸调节的pH)的过氧化氢。抛光组合物7A和还含有额外的1600ppm的甘氨酸，而抛光组合物7B含有额外的25ppm的ε-聚-L-赖氨酸。
通过抛光毯覆式钨及TEOS晶片来获得钨及TEOS抛光速率。通过使用AppliedMaterials 200mm
Figure BDA0002412523050000211
抛光工具及
Figure BDA0002412523050000212
E6088抛光垫抛光2k Silyb 854钨图案化晶片来获得图案氧化物场移除速率、侵蚀值及线的凹进的值。用可获自CabotMicroelectronics的商业W8051(2％H2O2)本体(bulk)浆液预抛光(准备)Silyb 854钨图案化晶片。钨磨光抛光条件如下：下压力＝2.5psi，压板速度＝100rpm，头速度＝101rpm及浆料流动速率＝50ml/分钟。表7中示出的图案抛光时间是基于以在图案上的
Figure BDA0002412523050000214
的TEOS移除为目标的毯覆式TEOS的移除速率。采用原子力显微镜(AFM)表面轮廓仪测量，跨越3×1微米的线特征，获得侵蚀及线的凹进的值。毯覆物及图案的抛光结果阐述于表7中。
表7
Figure BDA0002412523050000213
如自表7中列举的结果明晰的，ε-聚-L-赖氨酸的添加显著减少氧化物侵蚀，同时保持高度地有利的线突起。
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)在此引入作为参考，其参考程度如同各参考文献被单独和具体说明以引入作为参考并且各参考文献在本文中全部阐述一般。
在描述本发明的范围(特别是所附权利要求的范围)中使用术语“一个”和“一种”和“该”以及类似的指示物应理解为包括单数和复数，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的列举仅仅用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非本文中另有说明，并且在说明书中引入每个独立值，就如同其在这里被单独列举一样。本文描述的所有方法可以任何适合的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实例、或示例性语言(如，“例如(诸如)”)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定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是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案，包括本发明人已知的进行本发明的最佳模式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方案的变化对于本领域的普通技术人员来说将变得明晰。本发明人希望技术人员适当地采用这种变化，且本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括适用法律所允许的、所附权利要求书中所列举的主题的所有修改和等价物。此外，本发明涵盖上述要素在其所有可能变化中的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

Claims (25)

1.化学机械抛光组合物，包含：
基于水的液体载剂；
分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒，
含铁的促进剂；及
具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物。
2.权利要求1的组合物，其中该研磨剂颗粒包含胶体氧化硅研磨剂。
3.权利要求2的组合物，其中该胶体氧化硅研磨剂具有至少10mV的永久性正电荷。
4.权利要求1的组合物，其中该含铁的促进剂包含能够溶解的含铁的催化剂。
5.权利要求4的组合物，进一步包含与该能够溶解的含铁的催化剂结合的稳定剂，该稳定剂选自：磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、天冬氨酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、顺丁烯二酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其混合物。
6.权利要求1的组合物，进一步包含过氧化氢氧化剂。
7.权利要求1的组合物，具有在约1.0至约5.0的范围内的pH。
8.权利要求1的组合物，其中该阳离子型聚合物包含根据下式的化合物：
Figure FDA0002412523040000011
其中L1、L2、X1及X2中的至少一者包括带正电的基团且R1、R2及R3为H、OH或烷基。
9.权利要求8的组合物，其中该阳离子型聚合物具有大于约5的酸离解常数(pKa)。
10.权利要求8的组合物，其中该阳离子型聚合物具有6至11的酸离解常数(pKa)。
11.权利要求8的组合物，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸中的至少一者。
12.权利要求11的组合物，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸。
13.权利要求12的组合物，其中该阳离子型聚合物包含ε-聚-L-赖氨酸。
14.权利要求8的组合物，包含按重量计约1至约200ppm的该阳离子型聚合物。
15.权利要求8的组合物，包含按重量计约5至约50ppm的该阳离子型聚合物。
16.权利要求8的组合物，其中该阳离子型聚合物具有在约1至约100kDa的范围内的分子量。
17.化学机械抛光组合物，包含：
基于水的液体载剂；
分散于该液体载剂中的胶体氧化硅研磨剂颗粒，
能够溶解的含铁的催化剂；
与该能够溶解的含铁的催化剂结合的稳定剂；
具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物，该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸中的至少一者；及
其中该组合物具有在约1至约5范围内的pH。
18.权利要求17的组合物，其中该阳离子型聚合物为聚赖氨酸。
19.化学机械抛光包括钨层的基板的方法，该方法包括：
(a)使该基板与包含以下组分的抛光组合物接触：
(i)基于水的液体载剂；
(ii)分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒；
(iii)含铁的促进剂；及
(iv)具有氨基酸单体单元的阳离子型聚合物；
(b)相对于该基板移动该抛光组合物；及
(c)研磨该基板以自该基板移除该钨的一部分，并由此抛光该基板。
20.权利要求19的方法，其中该研磨剂颗粒包含具有至少10mV的永久性正电荷的胶体氧化硅。
21.权利要求19的方法，其中：
(i)该含铁的促进剂包含能够溶解的含铁的催化剂；及
(ii)该抛光组合物进一步包含与该能够溶解的含铁的催化剂结合的稳定剂，该稳定剂选自：磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、天冬氨酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、顺丁烯二酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其混合物。
22.权利要求19的方法，其中：
(i)该抛光组合物进一步包含过氧化氢氧化剂；及
(ii)该抛光组合物具有在约1.0至约5.0的范围内的pH。
23.权利要求19的方法，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸、聚精氨酸及聚组氨酸中的至少一者。
24.权利要求23的方法，其中该阳离子型聚合物包含聚赖氨酸。
25.权利要求23的方法，包含按重量计约1至约200ppm的该阳离子型聚合物。
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Applicant after: CMC Materials Co.,Ltd.

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Applicant before: Cabot Microelectronics Corp.

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Applicant after: CMC Materials Co.,Ltd.

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