CN113710761A - 用于钨擦光应用的经表面涂覆的研磨剂颗粒 - Google Patents

用于钨擦光应用的经表面涂覆的研磨剂颗粒 Download PDF

Info

Publication number
CN113710761A
CN113710761A CN202080029221.5A CN202080029221A CN113710761A CN 113710761 A CN113710761 A CN 113710761A CN 202080029221 A CN202080029221 A CN 202080029221A CN 113710761 A CN113710761 A CN 113710761A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
polishing composition
monomer units
polishing
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080029221.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113710761B (zh
Inventor
简智贤
吕龙岱
黄宏聪
黄禾琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CMC Materials LLC
Original Assignee
CMC Materials LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CMC Materials LLC filed Critical CMC Materials LLC
Publication of CN113710761A publication Critical patent/CN113710761A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113710761B publication Critical patent/CN113710761B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/10—Treatment with macromolecular organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/04—Aqueous dispersions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物；和(b)水。本发明还提供一种用所述抛光组合物化学机械地抛光基板，尤其是包含钨、硅氧化物、和氮化物的基板的方法。

Description

用于钨擦光应用的经表面涂覆的研磨剂颗粒
背景技术
用于抛光(或平坦化)基板(基材)的表面的化学机械抛光(CMP)组合物和方法是本领域中公知的。用于抛光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浆料和CMP组合物)可包括悬浮于水溶液中的研磨剂颗粒和化学加速剂诸如氧化剂、螯合剂、催化剂等。
在常规CMP操作中，待抛光的基板(晶片)安装于载体(抛光头)上，载体又安装于载体组件上且在CMP设备(抛光工具)中与抛光垫接触地安置。载体组件向基板提供可控的压力，对基板加压使其抵靠着抛光垫。基板和垫通过外部驱动力相对于彼此移动。基板与垫的相对运动从基板的表面研磨和移除材料的一部分，由此抛光基板。可进一步通过抛光组合物的化学活性(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂和其它化合物)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性来辅助通过垫与基板的相对移动的基板抛光。
在典型的钨插塞和互连工艺中，钨沉积在电介质上方和形成于其中的开口内。在介电层上方的过量的钨然后在CMP操作期间被移除以在电介质内形成钨插塞和互连。在大部分钨被移除之后，基板表面可经历擦光(buff)抛光步骤以移除残渣和向表面提供更均匀的拓朴结构(topology)。擦光抛光是高要求的，因为在基板特征诸如钨插塞和互连内的侵蚀(其为从特征内的过度金属移除，导致非平坦性)必须被最小化或者更优选地甚至被消除。擦光步骤涉及抛光两种或更多种不同的材料，诸如钨、电介质、以及阻挡材料诸如硅氮化物(氮化硅)，且因此需要不同材料的移除速率的恰当平衡以实现合适的表面形貌。
含有基于二氧化硅的研磨剂的常规抛光组合物在抛光包含钨的基板时典型地导致高的粗糙度、差的形貌和边缘过度侵蚀问题。相反，包含经处理的氧化铝的抛光组合物可提供良好的形貌性能，但典型地遭受不合适的移除速率。侵蚀指的是基板特征内的钨的过度移除，导致非平坦的表面形貌。为了使侵蚀最小化或者甚至减少侵蚀，抛光组合物必须呈现出优化的材料移除速率，使得从基板表面特征移除钨与移除硅氧化物和/或SiN被平衡，以导致优化的表面形貌。
因此，持续需要开发用于钨大量抛光(粗抛，bulk polishing)和擦光应用的新的抛光方法和组合物，其在使侵蚀最小化或消除侵蚀的同时提供良好的表面形貌和平坦度(例如，减少的尖端化(fanging)和减少的边缘过度侵蚀)。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物，和(b)水。
本发明还提供一种化学机械地抛光基板的方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物，和(b)水，(iv)使所述基板与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触，和(v)使所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物相对于所述基板移动以研磨所述基板的至少一部分，从而抛光所述基板。
具体实施方式
在实施方式中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下、基本上由以下组成、或由以下组成：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中氧化铝颗粒表面涂覆有阴离子聚合物，和(b)水。本发明的化学机械抛光组合物的研磨剂为混合颗粒研磨剂，使得研磨剂包含二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝颗粒两者。
本发明抛光组合物的二氧化硅颗粒可为任何合适的二氧化硅颗粒。在实施方式中，二氧化硅颗粒包括胶态二氧化硅颗粒、铝掺杂二氧化硅颗粒、或其组合。说明性的胶态二氧化硅颗粒包括，例如，可商购自Fuso Chemical Co.(日本东京)的PL-3D、PL-2和PL-5胶态二氧化硅(一次颗粒尺寸分别为约35nm、25nm和60nm)。说明性的铝掺杂二氧化硅颗粒(例如，经铝酸盐处理的)包括可购自Nissan Chemical(Santa Clara，CA)的SNOWTEXTM-O二氧化硅。
根据本发明的方面，氧化铝颗粒携带净的负电荷。可以向氧化铝颗粒提供负电荷的任何合适的方式获得带负电荷的氧化铝颗粒。典型地，氧化铝颗粒被涂覆(例如，被表面涂覆有阴离子聚合物)。本发明抛光组合物的氧化铝颗粒可为被表面涂覆有阴离子聚合物的任何合适的氧化铝颗粒。
氧化铝颗粒优选地具有包含(例如，涂覆有)阴离子聚合物的表面。阴离子聚合物与悬浮于含水载体中或固定于抛光垫上的氧化铝颗粒相互作用，典型地静电相互作用，以涂覆(覆盖)研磨剂颗粒的表面的至少一部分。特别地，阴离子聚合物与在CMP组合物的pH下具有合适的ζ(zeta)电位的氧化铝颗粒缔合。ζ电位指的是跨越固体与液体的界面的电位，特别地跨越围绕带电的胶态颗粒(例如，氧化铝颗粒)的离子的扩散层的电位。氧化铝颗粒的ζ电位将随着pH而变化。例如，具有正的ζ电位的氧化铝颗粒可与阴离子聚合物静电相互作用。此外，在氧化铝颗粒表面上具有充足的正的位点的拥有略微负的ζ电位的氧化铝颗粒可与一种(个)或多种(个)阴离子聚合物静电相互作用。氧化铝颗粒优选在CMP组合物的pH下具有正的ζ电位。在阴离子聚合物与氧化铝颗粒相互作用时，氧化铝颗粒的ζ电位降低。
由于α氧化铝颗粒在未经处理的/未经涂覆的状态下典型地具有带正电荷的表面，因此阴离子聚合物与α氧化铝颗粒的缔合导致所述聚合物或共聚物上的酸性官能团的至少部分的去质子化，从而使所述聚合物在与氧化铝颗粒的缔合中带负电荷。所得聚合物涂覆的颗粒在2至9的pH范围内具有小于-10mV的ζ电位。
氧化铝颗粒可为热解氧化铝颗粒或非热解α-氧化铝颗粒。热解氧化铝颗粒通常为一次颗粒的聚集体的形式，在没有显著的能量输入的情况下，所述聚集体不容易分解成单独的一次颗粒。尽管一次颗粒通常是球形的，但聚集体为一次颗粒的链状结构且通常不是球形的。非热解α-氧化铝颗粒为氧化铝的结晶形式且典型地不形成聚集体。在优选实施方式中，氧化铝颗粒为非热解α-氧化铝颗粒。
本发明抛光组合物的研磨剂颗粒可具有任何合适的平均颗粒尺寸(例如，平均颗粒直径)。颗粒的颗粒尺寸为包围所述颗粒的最小的球的直径。研磨剂颗粒的平均颗粒尺寸可为约10nm或更大、例如约15nm或更大、约20nm或更大、约25nm或更大、约35nm或更大、约45nm或更大、约50nm或更大、约55nm或更大、约60nm或更大、约75nm或更大、或约100nm或更大。替代地或另外，研磨剂颗粒的平均颗粒尺寸可为约1,000nm或更小、例如约950nm或更小、约950nm或更小、约900nm或更小、约850nm或更小、约800nm或更小、约750nm或更小、约700nm或更小、约650nm或更小、约600nm或更小、约650nm或更小、约500nm或更小、约475nm或更小、约450nm或更小、约425nm或更小、约400nm或更小、约375nm或更小、约350nm或更小、约325nm或更小、约300nm或更小、约275nm或更小、约250nm或更小、约225nm或更小、约200nm或更小、约175nm或更小、约160nm或更小、约150nm或更小、约125nm或更小、约115nm或更小、约100nm或更小、约90nm或更小、或约80nm或更小。例如，研磨剂颗粒的平均颗粒尺寸可为约25nm至约250nm、例如约35nm至约200nm、约45nm至约150nm、约50nm至约125nm、约55nm至约120nm、或约60nm至约115nm。因此，研磨剂颗粒可具有由前述端点中的任意两个所界定的平均颗粒尺寸。例如，研磨剂颗粒的平均颗粒尺寸可为约10nm至约1,000nm、约25nm至约950nm、约30nm至约900nm、约35nm至约850nm、约40nm至约800nm、约45nm至约750nm、约50nm至约700nm、约55nm至约650nm、约60nm至约600nm、约75nm至约550nm、约100nm至约500nm、约25nm至约450nm、约30至约400nm、约35nm至约350nm、约40nm至约300nm、约45nm至约250nm、或约50nm至约200nm。
可使用任何合适的技术例如光散射技术来测量研磨剂颗粒的颗粒尺寸。合适的颗粒尺寸测量仪器可从例如Malvern Instruments(英国Malvern)获得。
热解氧化铝颗粒的平均颗粒尺寸可为约30nm或更大、例如约40nm或更大、约50nm或更大、约60nm或更大、约70nm或更大、约80nm或更大、约90nm或更大、或约100nm或更大。替代地或另外，热解氧化铝颗粒的平均颗粒尺寸可为约250nm或更小、例如约230nm或更小、约210nm或更小、约190nm或更小、约170nm或更小、或约150nm或更小。因此，热解氧化铝颗粒可具有在由前述端点中的任意两个所界定的范围内的平均颗粒尺寸。例如，热解氧化铝颗粒的平均颗粒尺寸可为约30nm至约250nm、例如约80nm至约250nm、约80nm至约210nm或约100nm至约150nm。
抛光组合物可包含任何合适浓度的研磨剂。如果本发明的抛光组合物包含太少的研磨剂，则组合物可无法呈现出充分的移除速率。相反，如果抛光组合物包含太多的研磨剂，则组合物可呈现出不合乎需要的抛光性能，可引起表面缺陷诸如刮痕，可不具有成本效益，和/或可缺乏稳定性。抛光组合物可包含约10重量％或更少的研磨剂，例如约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少、或约5重量％或更少。替代地或另外，抛光组合物可包含约0.1重量％或更多的研磨剂，例如约0.2重量％或更多、约0.3重量％或更多、约0.4重量％或更多、约0.5重量％或更多、或约1重量％或更多。因此，抛光组合物可以由前述端点中的任意两个所界定的量包含研磨剂。例如，抛光组合物可包含约0.1重量％至约10重量％的研磨剂，例如约0.1重量％至约9重量％的研磨剂、约0.1重量％至约8重量％的研磨剂、约0.1重量％至约7重量％的研磨剂、约0.1重量％至约6重量％的研磨剂、约0.1重量％至约5重量％的研磨剂、约0.1重量％至约5重量％的研磨剂、约0.2重量％至约5重量％的研磨剂、约0.3重量％至约5重量％的研磨剂、约0.4重量％至约5重量％的研磨剂、约0.5重量％至约5重量％的研磨剂、约0.6重量％至约5重量％的研磨剂、约0.7重量％至约5重量％的研磨剂、约0.8重量％至约5重量％的研磨剂、约0.9重量％至约5重量％的研磨剂、或约1重量％至约5重量％的研磨剂。
与本发明的方面一致，本发明抛光组合物的氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物。不希望受任何特定理论束缚，认为，氧化铝颗粒经由在阳离子研磨剂颗粒与阴离子聚合物之间的氢键键合和/或经由在阳离子研磨剂颗粒与阴离子聚合物之间的静电相互作用而被阴离子聚合物进行表面涂覆。阴离子聚合物可为任何合适的阴离子聚合物。
在实施方式中，阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：羧酸单体单元、磺酸单体单元、膦酸单体单元、及其组合。
在一些实施方式中，阴离子聚合物包含磺酸的重复单元或由磺酸的重复单元组成。在一些实施方式中，阴离子聚合物包含以下或由以下组成：磺酸单体单元与羧酸单体单元的重复单元的组合(即，共聚物)。在一些实施方式中，阴离子聚合物包含以下或由以下组成：磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合(即，共聚物)。在一些实施方式中，阴离子聚合物由磺酸单体单元的重复单元组成。在其它实施方式中，阴离子聚合物为磺酸单体单元与羧酸单元或膦酸单体单元的共聚物。所述共聚物可为包含以下或由以下组成的任何合适的共聚物：磺酸单体单元和羧酸单体单元的组合、或磺酸单体单元和膦酸单体单元的组合。
合适的磺酸单体单元的非限制性实例包括2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)、4-乙烯基苯磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸2-磺基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、苯乙烯磺酸钠、和2-丙烯-1-磺酸、以及其盐、其组合等。
合适的羧酸单体的非限制性实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、琥珀酸、对苯二甲酸、天冬氨酸、其组合等。
合适的膦酸单体的非限制性实例包括具有一个或多个不饱和C＝C键的二膦酸或多膦酸，诸如亚乙烯基-1,1-二膦酸、对-乙烯基苄基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸、铵双膦酸二乙酯(甲基)丙烯酸酯(ammonium bisdiethylphosphonate(meth)acrylate)、丙烯酰胺膦酸酯(acrylamide phosphonate)单体、其组合等。
通过磺酸单体单元与羧酸单体单元的组合或磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合的共聚来制造共聚物不是必须的。还考虑可通过以下来制备合适的共聚物：对前体共聚物进行后聚合处理，随后将共聚物转化成具有磺酸单体单元和羧酸单体单元或者磺酸单体单元和膦酸单体单元的组合的共聚物。
所述共聚物可为无规共聚物或嵌段共聚物。在实施方式中，所述共聚物为无规共聚物。
在另一实施方式中，阴离子聚合物包括共聚物，所述共聚物包含磺酸单体单元与羧酸单体单元的组合。
在又一实施方式中，阴离子聚合物包括共聚物，所述共聚物包含磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合。
在实施方式中，阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、琥珀酸、对苯二甲酸、天冬氨酸、马来酸酐、4-乙烯基苯磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸2-磺基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、2-丙烯-1-磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸、亚乙烯基-1,1-二膦酸、对-乙烯基苄基膦酸二甲酯、铵双膦酸二乙酯(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺膦酸酯单体、乙烯基膦酸、磷酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、及其组合。
在优选实施方式中，阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元和丙烯酸单体单元(AA-AMPS)组成。根据该实施方式，共聚物可没有限制地具有在10:1至1:10的摩尔比范围内的2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元和丙烯酸单体单元。
在另一优选实施方式中，阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元(AMPS)组成。
阴离子聚合物(例如，共聚物)可具有任何合适的分子量。阴离子聚合物的平均分子量可为约500g/mol或更大、例如约1,000g/mol或更大、约2,000g/mol或更大、约3,000g/mol或更大、约4,000g/mol或更大、约5,000g/mol或更大、约6,000g/mol或更大、约7,000g/mol或更大、约8,000g/mol或更大、约9,000g/mol或更大、约10,000g/mol或更大、约15,000g/mol或更大、约20,000g/mol或更大、约40,000g/mol或更大、或约50,000g/mol或更大。替代地或另外，阴离子聚合物的平均分子量可为约100,000g/mol或更小、例如约95,000g/mol或更小、约90,000g/mol或更小、约85,000g/mol或更小、约80,000g/mol或更小、约75,000g/mol或更小、约70,000g/mol或更小、约65,000g/mol或更小、约60,000g/mol或更小、约55,000g/mol或更小、或约50,000g/mol或更小。因此，阴离子聚合物可具有由前述端点中的任意两个所界定的平均分子量。例如，阴离子聚合物的平均分子量可为约1,000g/mol至约100,000g/mol、约1,000g/mol至约90,000g/mol、约1,000g/mol至约80,000g/mol、约1,000g/mol至约70,000g/mol、约1,000g/mol至约60,000g/mol、约1,000g/mol至约50,000g/mol、约2,000g/mol至约50,000g/mol、约3,000g/mol至约50,000g/mol、约4,000g/mol至约50,000g/mol、或约5,000g/mol至约50,000g/mol。
氧化铝颗粒可涂覆有任何合适量的阴离子聚合物。还设想，可将阴离子聚合物添加至抛光组合物以原位涂覆氧化铝颗粒。
可用阴离子聚合物(例如共聚物)以任何合适的方式对氧化铝颗粒进行表面涂覆。在实施方式中，在添加至抛光组合物之前，将氧化铝颗粒用共聚物、任选地在溶剂的存在下进行处理。氧化铝颗粒可在单独步骤中在水中被表面涂覆以形成经表面涂覆的氧化铝颗粒的分散体，且所得的经表面涂覆的氧化铝颗粒的分散体用于制备抛光组合物。在一些实施方式中，氧化铝颗粒可在不存在溶剂的情况下、或在除抛光组合物的水以外的溶剂的存在下、或在与抛光组合物的水组合的额外的溶剂中被表面涂覆。所述额外的溶剂可例如通过共沸蒸馏除去以提供在基本上不含额外的溶剂的水中的经表面涂覆的氧化铝颗粒的分散体。在另外的实施方式中，在用于抛光组合物的制备中之前，经表面涂覆的氧化铝颗粒可经由过滤、离心、喷雾干燥、或任何合适的技术被分离为基本上干燥的材料，即，基本上不含任何溶剂。在还另外的实施方式中，在将氧化铝颗粒和阴离子聚合物(即，共聚物)组合至抛光组合物中时，经表面涂覆的氧化铝颗粒原位形成。在优选实施方式中，通过如下形成经表面涂覆的氧化铝颗粒：将氧化铝颗粒和阴离子聚合物在pH等于或小于氧化铝颗粒的等电点的含水介质中组合以形成氧化铝颗粒和阴离子聚合物的含水分散体，然后使氧化铝颗粒和阴离子聚合物的含水分散体经历条件以彻底混合所述含水分散体。在实施方式中，使所述含水分散体经历高剪切混合。
氧化铝颗粒可包含任何合适量的阴离子聚合物(例如，共聚物)。阴离子聚合物的量指的是存在于抛光组合物中的阴离子聚合物的总量。氧化铝颗粒可包含约1ppm或更多的阴离子聚合物，例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多、或约50ppm或更多。替代地或另外，氧化铝颗粒可包含约500ppm或更少的阴离子聚合物，例如，约450ppm或更少、约400ppm或更少、约350ppm或更少、约300ppm或更少、约250ppm或更少、约200ppm或更少、约150ppm或更少、或约100ppm或更少。因此，氧化铝颗粒可以由前述端点中的任意两个所界定的量包含阴离子聚合物。例如，氧化铝颗粒可包含约1ppm至约500ppm、例如约5ppm至约450ppm、约10ppm至约400ppm、约10ppm至约350ppm、约10ppm至约300ppm、约10ppm至约250ppm、约10ppm至约200ppm、约10ppm至约100ppm、约10ppm至约90ppm、约10ppm至约80ppm、约10ppm至约70ppm、约10ppm至约60ppm、约10ppm至约50ppm、约10ppm至约40ppm、约20ppm至约300ppm、约20ppm至约250ppm、约20ppm至约200ppm、约20ppm至约150ppm、或约20ppm至约100ppm的阴离子聚合物。
在另外的实施方式中，抛光组合物以基于抛光组合物中的研磨剂的重量的量包含阴离子聚合物。例如，基于抛光组合物中的研磨剂的重量，抛光组合物可含有约0.01重量％或更多的阴离子聚合物，例如，约0.05重量％或更多、约0.1重量％或更多、约0.2重量％或更多、约0.3重量％或更多、约0.4重量％或更多、约0.5重量％或更多、约0.6重量％或更多、约0.7重量％或更多、约0.8重量％或更多、约0.9重量％或更多、或约1重量％或更多。替代地或另外，基于抛光组合物中的研磨剂的重量，抛光组合物可含有约5重量％或更少的阴离子聚合物，例如，约4.5重量％或更少、约4重量％或更少、约3.5重量％或更少、约3重量％或更少、约2.5重量％或更少、或约2重量％或更少。因此，抛光组合物可以由前述端点中的任意两个所界定的相对于研磨剂的重量比率包含阴离子聚合物。例如，基于抛光组合物中的研磨剂的重量，抛光组合物可含有约0.01重量％至约5重量％的阴离子聚合物，例如，约0.05重量％至约5重量％、约0.1重量％至约5重量％、约0.2重量％至约5重量％、约0.3重量％至约5重量％、约0.4重量％至约5重量％、约0.5重量％至约5重量％、约0.5重量％至约4.5重量％、约0.5重量％至约4重量％、约0.5重量％至约3.5重量％、约0.5重量％至约3重量％、约0.6重量％至约3重量％、约0.7重量％至约3重量％、约0.8重量％至约3重量％、约0.9重量％至约3重量％、或约1重量％至约3重量％。
包含二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝颗粒的研磨剂在本发明抛光组合物中合乎需要地为胶态稳定的。术语胶体指的是研磨剂颗粒在液体载体(例如水)中的悬浮液。胶态稳定性指的是该悬浮液对于一段时间的维持性。在本发明的上下文中，如果当将包含二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝颗粒的研磨剂置于100mL量筒中且使其没有搅动地静置2小时的时间时，在量筒底部50mL中的颗粒的浓度([B]，以g/mL计)与量筒顶部50mL中的颗粒的浓度([T]，以g/mL计)之间的差值除以研磨剂组合物中的颗粒的初始浓度([C]，以g/mL计)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，则研磨剂被认为是胶态稳定的。更优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且最优选地小于或等于0.1。
在一些实施方式中，化学机械抛光组合物进一步包含氧化剂。不希望受任何特定理论束缚，认为，氧化剂有助于提高抛光速率，即，用作速率加速剂。氧化剂可为任何合适的氧化剂。在一些实施方式中，氧化剂包含铁离子。铁离子可由任何合适的铁离子来源提供。在一些实施方式中，氧化剂可包含金属的盐。例如，铁离子可由包含无机阴离子诸如硝酸根离子(例如，硝酸铁)、氰根离子(例如，铁氰酸根离子)等的铁盐提供。氧化剂还可包括铁的有机铁(III)化合物，诸如但不限于乙酸盐、乙酰丙酮化物、柠檬酸盐、葡糖酸盐、乙二酸盐、邻苯二甲酸盐和琥珀酸盐、和其混合物。
在一些实施方式中，氧化剂包括含氧基的氧化剂。合适的含氧基的氧化剂的非限制性实例包括过硫酸盐、溴酸盐过硫酸盐、碘酸盐过硫酸盐、过溴酸盐过硫酸盐、高碘酸盐过硫酸盐、过氧化物、有机过氧基化合物诸如过氧乙酸、过硫酸氢钾制剂(oxone)等。
化学机械抛光组合物可包含任何合适的量的氧化剂。化学机械抛光组合物可包含约1ppm或更多的氧化剂、例如约5ppm或更多、约25ppm或更多、约50ppm或更多、约75ppm或更多、或约100ppm或更多。替代地或另外，抛光组合物可包含约2,000ppm或更少的氧化剂、例如约1,500ppm或更少、约1,000ppm或更少、约500ppm或更少、或约250ppm或更少。因此，抛光组合物可以由前述端点中的任意两个所界定的量包含氧化剂。例如，化学机械抛光组合物可包含约1ppm至约2,000ppm的氧化剂，约5ppm至约1,500ppm、约25ppm至约1,000ppm、约50ppm至约500ppm、或约75ppm至约250ppm的氧化剂。
在一些实施方式中，化学机械抛光组合物的氧化剂进一步包括过氧化氢。过氧化氢，当存在时，可以任何合适的量存在于抛光组合物中。例如，抛光组合物可包含约0.1重量％至约10重量％的过氧化氢，例如，约0.5重量％至约10重量％、或约0.5重量％至约5重量％。
在一些实施方式中，化学机械抛光组合物进一步包含腐蚀抑制剂。不希望受任何特定理论束缚，腐蚀抑制剂有助于抑制金属(例如，钨)蚀刻，且因此用作腐蚀抑制剂。如熟练技术人员所理解的，一种或多种腐蚀抑制剂化合物抑制固体金属转化成可溶性的金属化合物，而同时允许经由CMP操作有效移除固体金属。合适的腐蚀抑制剂的非限制性实例包括，例如，甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、丙氨酸、或其组合。
在优选实施方式中，化学机械抛光组合物包含甘氨酸。
其它说明性腐蚀抑制剂包括具有含氮官能团的化合物，诸如含氮杂环、烷基铵离子、氨基烷基、和如本文中所述的腐蚀抑制剂(即，天然和合成存在的)。在优选实施方式中，抛光组合物包含选自以下的腐蚀抑制剂：己胺、四甲基对苯二胺、辛胺、二亚乙基三胺、二丁基苄胺、氨基丙基硅烷醇、氨基丙基硅氧烷、十二烷胺、酪氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、胱氨酸、赖氨酸、甘氨酸(氨基乙酸)、及其组合。
抛光组合物可包含任何合适量的腐蚀抑制剂。如果组合物包含太少的腐蚀抑制剂，则组合物可无法呈现出充足的抛光性能。相反，如果抛光组合物包含太多的腐蚀抑制剂，则组合物可无法具有成本效益和/或可缺乏稳定性。因此，抛光组合物可包含约10重量％或更少的腐蚀抑制剂，例如，约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少、约5重量％或更少、约4重量％或更少、约3重量％或更少、或约2重量％或更少。替代地或另外，抛光组合物可包含约0.01重量％或更多的腐蚀抑制剂，例如，约0.05重量％或更多、约0.1重量％或更多、约0.5重量％或更多、约1重量％或更多、或约1.5重量％或更多。因此，抛光组合物可以由前述端点中的任意两个所界定的量包含腐蚀抑制剂。例如，抛光组合物可以约0.01重量％至约10重量％、例如约0.05重量％至约9重量％、约0.1重量％至约8重量％、约0.5重量％至约7重量％、约1重量％至约6重量％、约1.5重量％至约5重量％、或约2重量％至约4重量％的量包含腐蚀抑制剂。
在实施方式中，抛光组合物以约0.02重量％至约0.2重量％、例如约0.05重量％、约0.1重量％或约0.15重量％的量包含腐蚀抑制剂。
在一些实施方式中，化学机械抛光组合物进一步包含稳定剂。典型地，稳定剂包括有机羧酸。稳定剂有助于使氧化剂的铁离子(当存在时)稳定。不希望受任何特定理论束缚，认为，稳定剂(例如，有机羧酸)有助于防止铁离子使组合物中的其它组分随着时间推移而分解，即，减轻铁离子的反应性。此外，认为，稳定剂的添加降低含有铁离子的氧化剂的有效性，使得添加至抛光组合物的稳定剂的类型和量的选择可对CMP性能具有显著影响。不希望受任何特定理论束缚，认为，稳定剂的添加可导致形成稳定剂/氧化剂络合物，其抑制氧化剂的反应性，而同时容许氧化剂保持为充分活性的以促进快速钨抛光速率。
优选的稳定剂包括有机羧酸诸如例如乙酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、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)、和其混合物。在实施方式中，稳定剂为丙二酸。稳定剂可以其共轭物形式使用，例如，可使用羧酸根代替羧酸。术语“酸”还包括酸的一种或多种共轭碱。例如，术语“己二酸”包括己二酸和其共轭碱。有机羧酸可单独或组合使用且显著降低氧化剂诸如过氧化氢分解的速率。
抛光组合物可包含任何合适量的稳定剂。如果组合物包含太少的稳定剂，则组合物可无法呈现出充足的抛光性能或者为不稳定的。相反，如果抛光组合物包含太多的有机羧酸，则组合物可无法具有成本效益和/或可缺乏稳定性。因此，抛光组合物可包含约10重量％或更少的稳定剂，例如，约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少、约5重量％或更少、约4重量％或更少、约3重量％或更少、或约2重量％或更少。替代地或另外，抛光组合物可包含约0.01重量％或更多的稳定剂，例如，约0.05重量％或更多、约0.1重量％或更多、约0.5重量％或更多、约1重量％或更多、或约1.5重量％或更多。因此，抛光组合物可以由前述端点中的任意两个所界定的量包含稳定剂。例如，抛光组合物可包含约0.001重量％至约10重量％、例如约0.005重量％至约9重量％、约0.01重量％至约8重量％、约0.05重量％至约7重量％、约0.1重量％至约6重量％、约0.5重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、或约1.5重量％至约3重量％的量的稳定剂。
在一种实施方式中，抛光组合物包含约0.01重量％至约1重量％(例如，约0.05重量％)的量的稳定剂。在另一实施方式中，抛光组合物包含约0.1重量％的量的稳定剂。
在一些实施方式中，化学机械抛光组合物进一步包含有机膦酸。不希望受任何特定理论束缚，认为，有机膦酸增加硅氧化物的抛光速率，由此用作氧化物移除速率促进剂。包括有机膦酸被认为改善移除速率且减少经抛光的氧化物表面上的缺陷。有机膦酸，当存在时，可为任何合适的有机膦酸。合适的有机膦酸的非限制性实例包括2-氨基乙基膦酸、1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、乙烷-1-羟基-1,1-二膦酸、乙烷-1-羟基-1,1,2-三膦酸、乙烷-1,2-二羧基-1,2-二膦酸、甲烷羟基膦酸、2-膦酰基丁烷-1,2-二羧酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸、α-甲基膦酰基琥珀酸、及其组合。
抛光组合物可包含任何合适量的有机膦酸。抛光组合物可包含约0.01重量％或更多的有机膦酸，例如，约0.02重量％或更多、约0.03重量％或更多、约0.04重量％或更多、约0.05重量％或更多、约0.06重量％或更多、约0.07重量％或更多、约0.08重量％或更多、约0.09重量％或更多、或约0.1重量％或更多的有机膦酸。替代地或另外，抛光组合物可包含约2重量％或更少、例如约1.9重量％或更少、约1.8重量％或更少、约1.7重量％或更少、约1.6重量％或更少、约1.5重量％或更少、约1.4重量％或更少、约1.3重量％或更少、约1.2重量％或更少、约1.1重量％或更少、或约1重量％或更少的有机膦酸。因此，抛光组合物可以由前述端点中的任意两个所界定的量包含有机膦酸。例如，抛光组合物可含有约0.01重量％至约2重量％、约0.01重量％至约1重量％、约0.02重量％至约1重量％、约0.03重量％至约1重量％、约0.04重量％至约1重量％、约0.05重量％至约0.5重量％、或约0.1重量％至约0.5重量％的有机膦酸。
抛光组合物合乎需要地具有约2至约5的pH。因此，抛光组合物可具有约2或更大、例如约2.1或更大、约2.2或更大、约2.3或更大、约2.4或更大、约2.5或更大、约2.6或更大、约2.7或更大、约2.8或更大、约2.9或更大、约3.0或更大、约3.1或更大、约3.2或更大、约3.3或更大、或约3.4或更大的pH。替代地或另外，抛光组合物可具有约5或更小、例如约4.9或更小、约4.8或更小、约4.7或更小、约4.6或更小、约4.5或更小、约4.4或更小、约4.3或更小、约4.2或更小、约4.1或更小、约4或更小、约3.9或更小、约3.8或更小、约3.7或更小、约3.6或更小、或约3.5或更小的pH值。因此，抛光组合物可具有由前述端点中的任意两个所界定的pH。例如，抛光组合物可具有约2至约5、例如约2.1至约5、约2.2至约4.9、约2.3至约4.8、约2.4至约4.7、约2.5至约4.6、约2.6至约4.5、约2.7至约4.4、约2.8至约4.3、约2.9至约4.2、约3.0至约4.1、约3.1至约4.0、约3.0至约3.5、或约3.2至约3.9的pH。
可使用任何合适的酸或碱视需要调节抛光组合物的pH。合适的酸的非限制性实例包括硝酸、硫酸、磷酸、以及有机酸诸如甲酸和乙酸。合适的碱的非限制性实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化铵。
抛光组合物任选地进一步包含一种或多种添加剂。说明性添加剂包括杀生物剂、缓冲剂、表面活性剂、催化剂、及其组合。如下是合乎需要的：添加剂，当存在时，不会对抛光组合物的稳定性不利。
杀生物剂，当存在时，可为任何合适的杀生物剂，且可以任何合适的量存在于抛光组合物中。合适的杀生物剂为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为约1ppm至约500ppm，优选地为约10ppm至约125ppm。说明性杀生物剂为可从Dow Chemical(密歇根州密德兰)商购获得的KATHONTM。
抛光组合物可通过任何合适的技术制备，其中的许多是本领域技术人员已知的。可以间歇或连续工艺制备抛光组合物。通常，抛光组合物可通过将其组分以任何顺序组合而制备。如本文中所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如，二氧化硅颗粒、表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒、任选的氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、任选的pH调节剂等)以及成分(例如，二氧化硅颗粒、表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒、任选的氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、任选的pH调节剂等)的任何组合。
例如，可将二氧化硅颗粒和表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒分散于水中。然后可添加任选的氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂并且将其通过能够将组分引入至抛光组合物中的任何方法混合。任选的氧化剂和/或任选的过氧化氢可在抛光组合物的制备期间的任何时间添加。可替代地，可单独地用阴离子聚合物对氧化铝颗粒进行表面涂覆，且将二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝提供于水中或分散于水中，随后添加任选的氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂和任选的pH调节剂并且通过能够将组分引入至抛光组合物中的任何方法混合。抛光组合物可在使用之前制备，其中在即将使用之前(例如，在使用之前约1分钟内、或在使用之前约1小时内、或在使用之前约7天内)将一或多种组分诸如任选的氧化剂和/或任选的过氧化氢添加至抛光组合物。还可通过在抛光操作期间在基板表面处将组分混合来制备抛光组合物。
抛光组合物可作为包含二氧化硅颗粒和表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒、任选的氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂和水的单包装体系供应。在另一实施方式中，抛光组合物可作为包含研磨剂、阴离子聚合物、氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂和水的单包装体系供应。替代地，包含二氧化硅颗粒和表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒的研磨剂可作为在水中的分散体供应在第一容器中，且氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂和水可以干燥形式或作为在水中的溶液或分散体供应在第二容器中。在替代性实施方式中，研磨剂可作为在水中的分散体供应于第一容器中，且阴离子聚合物、氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂和水可以干燥形式或作为在水中的溶液或分散体供应于第二容器中。氧化剂和/或任选的过氧化氢合乎需要地与抛光组合物的其它组分分开供应，且在即将使用之前(例如，在使用前1周或更短时间、在使用前1天或更短时间、在使用前1小时或更短时间、在使用前10分钟或更短时间、或在使用前1分钟或更短时间)例如由最终用户与抛光组合物的其它组分组合。第一或第二容器中的组分可为干燥形式，而其它容器中的组分可为含水分散体形式。此外，如下是合适的：第一和第二容器中的组分具有不同的pH值，或替代地具有基本上相似或甚至相等的pH值。抛光组合物的组分的其它两容器、或者三容器或更多容器的组合在本领域技术人员的知识范围内。
本发明的抛光组合物还可提供作为浓缩物提供，所述浓缩物意图在使用之前用适量的水稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可以如下的量包括包含二氧化硅颗粒和表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒的研磨剂、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂和水，具有或不具有氧化剂和/或任选的过氧化氢：所述量使得在用适量的水、和过氧化氢(如果过氧化氢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面对于各组分所叙述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。在另一实施方式中，抛光组合物浓缩物可以如下的量包含所述研磨剂、阴离子聚合物、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂和水，具有或不具有氧化剂和/或任选的过氧化氢：所述量使得在用适量的水、和过氧化氢(如果过氧化氢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面对于各组分所叙述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。例如，研磨剂、阴离子聚合物、氧化剂、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂，或者包含二氧化硅颗粒和表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒的研磨剂、氧化剂、任选的过氧化氢、任选的有机膦酸、任选的腐蚀抑制剂、任选的缓冲剂、和任选的pH调节剂可各自以为上面对于各组分所叙述的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍或约5倍)大的量的浓度存在，使得当用等体积的水(例如，分别为2份等体积的水、3份等体积的水、或4份等体积的水)连同任选的合适量的过氧化氢稀释浓缩物时，各组分将以在上面对于各组分所阐述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域技术人员将理解的，浓缩物可含有适当分数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全部溶解于浓缩物中。
本发明还提供一种化学机械地抛光基板的方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物，和(b)水，(iv)使所述基板与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触，和(v)使所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物相对于所述基板移动以研磨所述基板的至少一部分，从而抛光所述基板。化学机械抛光组合物可用于抛光任何合适的基板，且尤其可用于抛光包含至少一个由钨构成的层(典型地为表面层)以及至少一个硅氧化物和硅氮化物层的基板。优选地，所述基板包含在所述基板的表面上的至少一个钨层、在所述基板的表面上的至少一个硅氧化物层、和在所述基板的表面上的至少一个硅氮化物层，其中研磨在所述基板的表面上的钨、硅氧化物、和/或硅氮化物的至少一部分以由此抛光所述基板。
化学机械抛光组合物特别适合用于包含钨、硅氧化物和硅氮化物的基板的大量抛光步骤和后抛光擦光步骤两者中。申请人已惊奇地发现，包含混合颗粒的本发明抛光组合物在大量抛光和擦光抛光应用中均有利地提供合适的基板移除速率和基板选择性，其是迄今为止对于单一抛光组合物所未观察到的。在常规抛光体系中，典型地需要超过一种抛光组合物以实现合适的移除速率、选择性、和形貌性能。本发明抛光组合物呈现出对钨和硅氧化物和/或SiN的移除速率，使得在大量钨抛光步骤和擦光步骤两者中侵蚀被最小化。例如，当使用本发明抛光组合物时，对于钨的移除速率低于对于硅氧化物或硅氮化物的移除速率。钨移除速率:硅氧化物移除速率为1:2或更高(例如，W:TEOS为1:2.5或更高、1:5或更高、1:10或更高)。类似地，钨移除速率:硅氮化物移除速率为1:2或更高(例如，W:SiN为1:2.5或更高、1:5或更高、1:10或更高)。
在实施方式中，基板包含在所述基板的表面上的硅氧化物层和/或在所述基板的表面上的氮化物层(例如，氮化硅或氮化钛)，其中研磨所述硅氧化物层的至少一部分和/或所述氮化物层的至少一部分以抛光所述基板。
硅氧化物可为任何合适的硅氧化物，其中的许多是本领域中已知的。合适类型的硅氧化物包括，但不限于，原硅酸四乙酯(TEOS)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、等离子体增强TEOS(PETEOS)、热氧化物(thermal oxide)、未掺杂的硅酸盐玻璃、和HDP氧化物。
在实施方式中，硅氧化物为原硅酸四乙酯(TEOS)。
在实施方式中，氮化物为氮化硅(SiN)。
在一些实施方式中，基板通过如下制备：在基板上形成表面特征，其包括例如在硅晶片的表面上形成硅氧化物层。随后，用形成电路的材料诸如钨的层覆盖基板表面，留下填充表面特征的钨的覆盖层(overburden)。钨覆盖层的初始抛光使表面硅氧化物暴露，由此形成包含被硅氧化物的区域分隔的钨和/或钴填充线的基板电路特征，在其之后可进行擦光步骤以减少由初始抛光步骤导致的表面缺陷和移除或减少基板表面上的刮痕和残余物。
在实施方式中，所述基板包含在所述基板的表面上的钨层，其中研磨所述钨层的至少一部分以抛光所述基板。
在实施方式中，所述基板进一步包含在所述基板的表面上的钨层，其中除了所述氧化物层和/或氮化物层的至少一部分之外，还研磨所述钨层的至少一部分，以抛光所述基板。
本发明的化学机械抛光组合物和方法特别适合与化学机械抛光设备结合使用。典型地，所述设备包含：压板，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动所产生的速度；抛光垫，其与压板接触且在运动时随着压板一起移动；和载体，其固持将通过与抛光垫的表面接触并相对于抛光垫的表面移动而抛光的基板。基板的抛光通过如下发生：将基板放置成与抛光垫和本发明的抛光组合物接触，然后抛光垫相对于基板移动，以研磨基板的表面的至少一部分以抛光基板。
基板可用所述化学机械抛光组合物使用任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)抛光。合适的抛光垫包括，例如，编织及非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含不同密度、硬度、厚度、压缩性、在压缩时的回弹能力、和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、碳氟化合物、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(coformed products)、及其混合物。软的聚氨酯抛光垫特别可用于与本发明抛光方法结合。典型的垫包括，但不限于，SURFINTM000、SURFINTMSSW1、SPM3100(可从例如Eminess Technologies商购获得)、POLITEXTM、Fujibo POLYPASTM27和
Figure BDA0003305718710000171
E6088系列垫(可从CabotMicroelectronics商购获得)。
合乎需要地，化学机械抛光设备进一步包括原位抛光终点检测系统，其中的许多是本领域中已知的。通过分析从正被抛光的基板的表面反射的光或其它辐射来检查和监测抛光过程的技术是本领域中已知的。这样的方法描述于例如美国专利5,196,353、美国专利5,433,651、美国专利5,609,511、美国专利5,643,046、美国专利5,658,183、美国专利5,730,642、美国专利5,838,447、美国专利5,872,633、美国专利5,893,796、美国专利5,949,927和美国专利5,964,643中。合乎需要地，对于正被抛光的基板的检查或监测使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止关于特定基板的抛光工艺。
实施方式
(1)在实施方式(1)中提供一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒表面涂覆有阴离子聚合物，和(b)水。
(2)在实施方式(2)中提供实施方式(1)的抛光组合物，其中所述二氧化硅颗粒包括胶态二氧化硅颗粒、铝掺杂二氧化硅颗粒、经磺酸盐(磺酸根，sulfonate)改性的胶态二氧化硅、或其组合。
(3)在实施方式(3)中提供实施方式(1)或(2)的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：羧酸单体单元、磺酸单体单元、膦酸单体单元、及其组合。
(4)在实施方式(4)中，提供实施方式(1)-(3)中任一者的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、琥珀酸、对苯二甲酸、天冬氨酸、马来酸酐、4-乙烯基苯磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸2-磺基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、2-丙烯-1-磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸、亚乙烯基-1,1-二膦酸、对-乙烯基苄基膦酸二甲酯、铵双膦酸二乙酯(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺膦酸酯单体、乙烯基膦酸、磷酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、及其组合。
(5)在实施方式(5)中提供如实施方式(1)-(4)中任一者的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物包括包含磺酸单体单元与羧酸单体单元的组合的共聚物、或包含磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合的共聚物。
(6)在实施方式(6)中提供如实施方式(1)-(5)中任一者的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元和丙烯酸单体单元组成。
(7)在实施方式(7)中提供如实施方式(1)-(4)中任一者的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元组成。
(8)在实施方式(8)中提供如实施方式(1)-(7)中任一者的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含氧化剂。
(9)在实施方式(9)中提供如实施方式(8)的抛光组合物，其中所述氧化剂包含铁离子。
(10)在实施方式(10)中提供实施方式(9)的抛光组合物，其中所述氧化剂进一步包含过氧化氢。
(11)在实施方式(11)中提供如实施方式(1)-(10)中任一者的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含腐蚀抑制剂。
(12)在实施方式(12)中提供实施方式(11)的抛光组合物，其中所述腐蚀抑制剂为甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、丙氨酸、或其组合。
(13)在实施方式(13)中提供如实施方式(12)的抛光组合物，其中所述腐蚀抑制剂为甘氨酸。
(14)在实施方式(14)中提供如实施方式(1)-(13)中任一者的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含稳定剂。
(15)在实施方式(15)中提供实施方式(14)的抛光组合物，其中所述稳定剂选自：乙酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、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)、和其混合物。
(16)在实施方式(16)中提供如实施方式(15)的抛光组合物，其中所述稳定剂为丙二酸。
(17)在实施方式(17)中提供如实施方式(1)-(16)中任一者的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含有机膦酸。
(18)在实施方式(18)中提供实施方式(17)的抛光组合物，其中所述有机膦酸选自：2-氨基乙基膦酸、1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、乙烷-1-羟基-1,1-二膦酸、乙烷-1-羟基-1,1,2-三膦酸、乙烷-1,2-二羧基-1,2-二膦酸、甲烷羟基膦酸、2-膦酰基丁烷-1,2-二羧酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸、α-甲基膦酰基琥珀酸、及其组合。
(19)在实施方式(19)中提供如实施方式(1)至(18)中任一者的抛光组合物，其中所述抛光组合物具有约2至约5的pH。
(20)在实施方式(20)中提供如实施方式(1)-(19)中任一者的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含选自以下的添加剂：杀生物剂、缓冲剂、表面活性剂、催化剂、稳定剂、腐蚀抑制剂、及其组合。
(21)在实施方式(21)中提供一种化学机械地抛光基板的方法，所述方法包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒表面涂覆有阴离子聚合物，和(b)水，(iv)使所述基板与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触，和(v)使所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物相对于所述基板移动以研磨所述基板的至少一部分，从而抛光所述基板。
(22)在实施方式(22)中提供实施方式(21)的方法，其中所述二氧化硅颗粒包括胶态二氧化硅颗粒、铝掺杂二氧化硅颗粒、经磺酸盐改性的胶态二氧化硅、或其组合。
(23)在实施方式(23)中提供如实施方式(21)或(22)的方法，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：羧酸单体单元、磺酸单体单元、膦酸单体单元、及其组合。
(24)在实施方式(24)中提供实施方式(21)-(23)中任一者的方法，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、琥珀酸、对苯二甲酸、天冬氨酸、马来酸酐、4-乙烯基苯磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸2-磺基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、2-丙烯-1-磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸、亚乙烯基-1,1-二膦酸、对-乙烯基苄基膦酸二甲酯、铵双膦酸二乙酯(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺膦酸酯单体、乙烯基膦酸、磷酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、及其组合。
(25)在实施方式(25)中提供如实施方式(21)-(24)中任一者的方法，其中所述阴离子聚合物包括包含磺酸单体单元与羧酸单体单元的组合的共聚物、或包含磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合的共聚物。
(26)在实施方式(26)中提供实施方式(25)的方法，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元和丙烯酸单体单元组成。
(27)在实施方式(27)中提供实施方式(21)-(24)中任一者的方法，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元组成。
(28)在实施方式(28)中提供如实施方式(21)-(27)中任一者的方法，其中所述抛光组合物进一步包含氧化剂、腐蚀抑制剂、稳定剂、有机膦酸、或其任何组合。
(29)在实施方式(29)中提供如实施方式(21)-(28)中任一者的方法，其中所述抛光组合物具有约2至约5的pH。
(30)在实施方式(30)中提供如实施方式(21)至(29)中任一者的方法，其中所述基板包含在所述基板的表面上的硅氧化物层，其中研磨所述硅氧化物层的至少一部分以抛光所述基板。
(31)在实施方式(31)中提供如实施方式(21)至(30)中任一者的方法，其中所述基板包含在所述基板的表面上的氮化物层，其中研磨所述氮化物层的至少一部分以抛光所述基板。
(32)在实施方式(32)中提供如实施方式(21)至(31)中任一者的方法，其中所述基板包含在所述基板的表面上的钨层，其中所述钨层的至少一部分经研磨以抛光所述基板。
(33)在实施方式(33)中提供如实施方式(30)至(32)中任一者的方法，其中所述硅氧化物为TEOS。
(34)在实施方式(34)中提供实施方式(31)-(33)中任一者的方法，其中所述氮化物为氮化硅。
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
抛光组合物包含表1中描述的十一种研磨剂颗粒(1-11号颗粒)中的一种或多种。在任何表面涂覆之前的研磨剂颗粒可从商业来源例如Fuso Chemical Co.(日本东京)、Nissan Chemical Corp.(加利福尼亚州圣克拉拉)、和Cabot Microelectronics Corp.(伊利诺斯州奥罗拉)获得。
本文中使用以下缩写：AMPS指的是2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸；AA-AMPS指的是丙烯酸-2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸；W指的是钨；TEOS指的是原硅酸四乙酯；SiN指的是氮化硅；CON指的是对照抛光组合物；且RR指的是移除速率。
表1：研磨剂颗粒
Figure BDA0003305718710000221
除非另外指出，否则除了实施例中所描述的那些之外，所有抛光组合物还含有以下组分：0.1重量％甘氨酸作为腐蚀抑制剂，0.03重量％硝酸铁作为氧化剂，0.0608重量％丙二酸作为稳定剂，15ppm KATHONTM杀生物剂、和0.5重量％DEQUESTTM2010(其含有1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(即，有机膦酸))作为硅氧化物移除速率促进剂。视需要使用硝酸或氢氧化钾调节抛光组合物的pH。
实施例1-4中的实验的对照抛光组合物(“CON”)具有3的pH且含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)作为唯一的研磨剂颗粒。
在实施例1-4中所描述的抛光实验中，使用以下参数抛光包含钨、TEOS和SiN的基板：MIRRATM抛光机(Applied Materials，加利福尼亚州圣克拉拉)，Fujibo H7000垫(日本东京)，1.5psi的下压力，和150mL/分钟的流动速率。
实施例1
该实施例证明对于根据本发明的抛光组合物而言，pH对钨、TEOS和SiN移除速率的影响。
用四种抛光组合物(即，本发明抛光组合物1A-1C和CON)抛光基板。抛光组合物1A-1C各自含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅(6号颗粒)和0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)。
抛光组合物的pH和抛光结果列于表2中。
表2：随抛光组合物pH而变化的移除速率
Figure BDA0003305718710000231
如从表2中所列出的结果明晰的，本发明抛光组合物1A-1C各自在2至4的pH范围内呈现出合适的W、TEOS和SiN移除速率以及合适的TEOS:W和SiN:W选择性。另外，与仅包含经表面涂覆的氧化铝颗粒作为研磨剂的抛光组合物(CON)相比，包含二氧化硅颗粒和表面涂覆有阴离子聚合物的氧化铝颗粒的本发明抛光组合物1A-1C呈现出改善的TEOS和SiN选择性。
实施例2
该实施例证明对于根据本发明的抛光组合物而言，胶态二氧化硅颗粒尺寸和浓度对钨、TEOS和SiN移除速率的影响。
用五种抛光组合物(即，本发明抛光组合物2A-2D和CON)抛光基板。抛光组合物2A-2D和CON各自具有3的pH且含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)。
抛光组合物2A含有0.5重量％的一次颗粒尺寸为100nm的胶态二氧化硅(5号颗粒)。抛光组合物2B含有1重量％的平均颗粒尺寸为100nm的胶态二氧化硅(5号颗粒)。抛光组合物2C含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为50nm的胶态二氧化硅(4号颗粒)。抛光组合物2D含有1重量％的平均颗粒尺寸为50nm的胶态二氧化硅(4号颗粒)。
基板抛光结果列于表3中。
表3：随二氧化硅颗粒尺寸和浓度而变化的移除速率
Figure BDA0003305718710000241
如从表3中所列出的结果明晰的，本发明抛光组合物2A-2D呈现出合适的W、TEOS和SiN移除速率以及合适的TEOS:W和SiN:W选择性。与对照物相比，含有混合研磨剂的本发明抛光组合物各自呈现出改善的性能。另外，当与含有0.5重量％二氧化硅的抛光组合物2A和2C相比时，含有1重量％二氧化硅的抛光组合物2B和2D呈现出更高的TEOS和SiN移除速率。因此，这些结果显示二氧化硅颗粒对根据本发明的抛光组合物的有益影响。
实施例3
该实施例证明对于根据本发明的抛光组合物而言，二氧化硅颗粒电荷对钨、TEOS和SiN移除速率的影响。
用十一种抛光组合物(即，抛光组合物3A-3J和CON)抛光基板。抛光组合物3A-3J各自具有3的pH且各自含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)。各组合物还含有下表4中描述的颗粒。
更具体地，抛光组合物3A和3B分别含有0.5重量％和1重量％的平均颗粒尺寸为70nm的经磺酸盐改性的胶态二氧化硅(7号颗粒)。抛光组合物3C和3D分别含有0.5重量％和1重量％的平均颗粒尺寸为120nm的经磺酸盐改性的胶态二氧化硅(10号颗粒)。抛光组合物3E和3F分别含有0.5重量％和1重量％的平均颗粒尺寸为100nm的经氨基改性的胶态二氧化硅(8号颗粒)。抛光组合物3G和3H分别含有0.5重量％和1重量％的平均颗粒尺寸为160nm的热解二氧化硅(11号颗粒)。抛光组合物3I和3J分别含有0.5重量％和1重量％的平均颗粒尺寸为20nm的铝掺杂胶态二氧化硅(9号颗粒)。
抛光结果列于表4中。
表4：随二氧化硅颗粒电荷而变化的移除速率
Figure BDA0003305718710000251
如从表4中所列出的结果明晰的，含有带负电荷的胶态二氧化硅颗粒的抛光组合物(即，抛光组合物3A-3D、3I和3J)呈现出合适的W、TEOS和SiN移除速率以及TEOS:W和SiN:W选择性。与对照物相比，抛光组合物3A-3D、3I和3J呈现出改善的抛光性能。
含有带正电荷的二氧化硅颗粒的抛光组合物(抛光组合物3E和3F)、以及特别地包括带负电荷的热解二氧化硅的抛光组合物(抛光组合物3G和3H)未呈现出合适的抛光性能。含有经氨基改性的二氧化硅颗粒的抛光组合物3E和3F不稳定。含有热解二氧化硅作为唯一的二氧化硅颗粒的抛光组合物3G和3H未呈现出提高的TEOS:W选择性或提高的SiN:W选择性。
实施例4
该实施例证明对于根据本发明的抛光组合物而言，不同量的二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝颗粒对钨、TEOS和SiN移除速率的影响。
用七种抛光组合物(即，本发明抛光组合物4A-4F和CON)抛光基板。抛光组合物4A-4F各自具有3的pH且含有如表5中所示的不同量的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅颗粒(6号颗粒)。
抛光组合物4A含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为130nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(2号颗粒)。抛光组合物4B含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为130nm的经(AMPS)聚合物涂覆的α-氧化铝(3号颗粒)。抛光组合物4C-4F含有如表5中所示的不同量的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)。
抛光结果列于表5中。
表5：随研磨剂浓度而变化的移除速率
Figure BDA0003305718710000261
如从表5中所列出的结果明晰的，本发明抛光组合物4A-4F呈现出合适的W、TEOS和SiN移除速率以及合适的TEOS:W和SiN:W选择性。与对照物相比，含有混合研磨剂的本发明抛光组合物中的每一种呈现出改善的性能。
实施例5
该实施例证明对于根据本发明的抛光组合物而言，不同量的二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝颗粒对形貌性能的影响。
用软垫(Fujibo H600)和中等硬垫(U5050，由Cabot Microelectronics Corp.制造)在MIRRATM抛光机上使用1.5psi的下压力和CMP后清洁剂(氢氧化铵(软垫实验)或用氢氟酸稀释的氢氧化铵(中等硬垫实验))用八种抛光组合物(即，抛光组合物5A-5J)分别抛光包含TEOS(
Figure BDA0003305718710000262
特征)的基板。抛光组合物5A-5H各自具有3的pH且包括表6中所确认的研磨剂颗粒。
抛光组合物5A、5G和5H为对照组合物。抛光组合物5A仅含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)。抛光组合物5G仅含有1重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅(6号颗粒)。抛光组合物5H仅含有1重量％的平均颗粒尺寸为50nm的胶态二氧化硅(4号颗粒)。
抛光组合物5G和5H含有作为腐蚀抑制剂的0.1重量％甘氨酸、0.005重量％硝酸铁、作为稳定剂的0.108重量％丙二酸、和15ppm KATHONTM杀生物剂。
可通过任何合适的技术测定用本发明抛光组合物抛光的基板上的总缺陷。例如，激光光散射技术诸如暗场法向光束复合物(DCN)和暗场倾斜光束复合物(DCO)可用于测定在经抛光的基板上的颗粒缺陷。用于评估颗粒缺陷率(defectivity)的合适的仪器包括在110nm阈值下工作的SURFSCANTMSP2仪器(可得自KLA-Tencor)。
抛光结果列于表6中。
表6：随研磨剂的类型和量而变化的抛光垫缺陷
Figure BDA0003305718710000271
如从表6中列出的结果明晰的，与仅包含经表面涂覆的氧化铝颗粒的对照组合物相比，混合颗粒抛光组合物呈现出较低的缺陷计数。另外，本发明抛光组合物5B-5F在中等硬抛光垫和软抛光垫两者上均呈现出合适的抛光性能。
实施例6
该实施例证明对于根据本发明的抛光组合物而言，二氧化硅颗粒和经表面涂覆的氧化铝颗粒的相对量对形貌性能的影响。
用各自具有3的pH的五种抛光组合物(即，抛光组合物6A-6E)抛光基板，所述基板包括具有3×1μm特征和1×1μm特征的钨过度涂覆的图案化硅氧化物涂覆的晶片。首先，使用具有M2000垫的MIRRATM工具(由Cabot Microelectronics Corp.制造)在2.5psi的下压力和150mL/分钟的浆料流动速率下抛光晶片。在清除钨覆盖层之后将图案化的晶片抛光至10％过度抛光。接下来，使用Fujibo H7000垫将图案化的晶片以具有约
Figure BDA0003305718710000282
的相同图案氧化物损失进行擦光抛光。
抛光组合物6A、6D和6E为对照组合物。抛光组合物6A含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝作为唯一的研磨剂颗粒(1号颗粒)。抛光组合物6D含有1重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅作为唯一的研磨剂颗粒(6号颗粒)。抛光组合物6E含有1重量％的平均颗粒尺寸为50nm的胶态二氧化硅作为唯一的研磨剂颗粒(4号颗粒)。
抛光组合物6B和6C为本发明的且各自包含0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝(1号颗粒)。抛光组合物6B进一步包含0.5重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅(6号颗粒)，且抛光组合物6C进一步包含1重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅(6号颗粒)。
抛光组合物和抛光结果列于表7a和7b中。
表7a：随研磨剂的类型和量而变化的形貌
Figure BDA0003305718710000281
表7b：随研磨剂的类型和量而变化的表面形貌
Figure BDA0003305718710000291
1在擦光抛光之前和之后测量总侵蚀，其中差值称为“总侵蚀校正”
2Δ侵蚀校正＝3×1μm特征-1×1μm的总侵蚀校正，且该值在本发明中用于表示管芯(裸片，die)内非均匀性(WIDNU)
3W粗糙度是在50×50μm特征上测量的(Veeco)
如由表7中所列出的结果明晰的，与经处理的氧化铝研磨剂混合的特定二氧化硅研磨剂可改善管芯内非均匀性(WIDNU)，即，在具有不同图案密度的区域上的非均匀的材料移除。此外，含有混合研磨剂的抛光组合物不导致粗糙度性能变坏。
通过含有混合研磨剂浆料的本发明抛光组合物抛光的钨膜的粗糙度可与由经处理的氧化铝研磨浆料抛光的钨膜的粗糙度相比，且远优于通过仅基于二氧化硅的浆料抛光的粗糙度。
含有0.5重量％的平均颗粒尺寸为90nm的经(AA-AMPS)共聚物涂覆的α-氧化铝以及0.5重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅(抛光组合物6B)或1重量％的平均颗粒尺寸为120nm的胶态二氧化硅(抛光组合物6C)的抛光组合物6B和6C呈现出显著较低的WIDNU(即，最低的Δ侵蚀校正)。
本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请、和专利)特此通过引用而被引入至如同各参考文献被单独地和具体地表明通过引用而被引入并且在本文中全部阐述一样的程度。
在描述本发明的范围时(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)”以及“至少一个(种)”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“至少一个(种)”继之以一个或多个条目的列表(例如，“A和B的至少一个(种)”)的使用将被解释为意指选自所列条目的一个条目(A或B)或者所列条目的两个或更多个的任何组合(A和B)，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意图用作单独提及落在该范围内的每个独立的值的简写方法，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例、或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不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是必需的。
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。在阅读上述描述时，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 (29)

1.一种化学机械抛光组合物，其包含：
(a)包含带负电荷的胶态二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物，其中所述抛光组合物具有约2至约5的pH，和
(b)水。
2.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述二氧化硅颗粒包括胶态二氧化硅颗粒、铝掺杂二氧化硅颗粒、经磺酸盐改性的胶态二氧化硅、或其组合。
3.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：羧酸单体单元、磺酸单体单元、膦酸单体单元、及其组合。
4.如权利要求3所述的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、琥珀酸、对苯二甲酸、天冬氨酸、马来酸酐、4-乙烯基苯磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸2-磺基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、2-丙烯-1-磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸、亚乙烯基-1,1-二膦酸、对-乙烯基苄基膦酸二甲酯、铵双膦酸二乙酯(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺膦酸酯单体、乙烯基膦酸、磷酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、及其组合。
5.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物包括包含磺酸单体单元与羧酸单体单元的组合的共聚物、或者包含磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合的共聚物。
6.如权利要求5所述的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元和丙烯酸单体单元组成。
7.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元组成。
8.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含氧化剂。
9.如权利要求8所述的抛光组合物，其中所述氧化剂包括铁离子。
10.如权利要求9所述的抛光组合物，其中所述氧化剂进一步包括过氧化氢。
11.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包括腐蚀抑制剂。
12.如权利要求11所述的抛光组合物，其中所述腐蚀抑制剂为甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、丙氨酸、或其组合。
13.如权利要求12所述的抛光组合物，其中所述腐蚀抑制剂为甘氨酸。
14.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含稳定剂。
15.如权利要求14所述的抛光组合物，其中所述稳定剂选自乙酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、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)、及其组合。
16.如权利要求15所述的抛光组合物，其中所述稳定剂为丙二酸。
17.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含有机膦酸。
18.如权利要求17所述的抛光组合物，其中所述有机膦酸选自2-氨基乙基膦酸、1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、乙烷-1-羟基-1,1-二膦酸、乙烷-1-羟基-1,1,2-三膦酸、乙烷-1,2-二羧基-1,2-二膦酸、甲烷羟基膦酸、2-膦酰基丁烷-1,2-二羧酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸、α-甲基膦酰基琥珀酸、及其组合。
19.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物具有约3至约3.5的pH。
20.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含选自以下的添加剂：杀生物剂、缓冲剂、表面活性剂、催化剂、稳定剂、腐蚀抑制剂、及其组合。
21.一种化学机械地抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板，
(ii)提供抛光垫，
(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：
(a)包含二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒的研磨剂，其中所述氧化铝颗粒被表面涂覆有阴离子聚合物，和
(b)水，
(iv)使所述基板与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触，和
(v)使所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物相对于所述基板移动以研磨所述基板的至少一部分，从而抛光所述基板。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：羧酸单体单元、磺酸单体单元、膦酸单体单元、及其组合。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述阴离子聚合物包含选自以下的重复单体单元：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、琥珀酸、对苯二甲酸、天冬氨酸、马来酸酐、4-乙烯基苯磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸2-磺基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、2-丙烯-1-磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸、亚乙烯基-1,1-二膦酸、对-乙烯基苄基膦酸二甲酯、铵双膦酸二乙酯(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺膦酸酯单体、乙烯基膦酸、磷酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯、及其组合。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述阴离子聚合物包括包含磺酸单体单元与羧酸单体单元的组合的共聚物，或者包括包含磺酸单体单元与膦酸单体单元的组合的共聚物。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元和丙烯酸单体单元组成。
26.如权利要求21所述的方法，其中所述阴离子聚合物由2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸单体单元组成。
27.如权利要求21所述的方法，其中所述抛光组合物进一步包含氧化剂、腐蚀抑制剂、稳定剂、有机膦酸、或其任何组合。
28.如权利要求21所述的方法，其中所述基板包含在所述基板的表面上的硅氧化物层，其中研磨所述硅氧化物层的至少一部分以抛光所述基板。
29.如权利要求21所述的方法，其中所述基板包含在所述基板的表面上的氮化物层，其中研磨所述氮化物层的至少一部分以抛光所述基板。
CN202080029221.5A 2019-04-17 2020-04-15 用于钨擦光应用的经表面涂覆的研磨剂颗粒 Active CN113710761B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962835146P 2019-04-17 2019-04-17
US62/835,146 2019-04-17
PCT/US2020/028255 WO2020214662A1 (en) 2019-04-17 2020-04-15 Surface coated abrasive particles for tungsten buff applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113710761A true CN113710761A (zh) 2021-11-26
CN113710761B CN113710761B (zh) 2024-04-09

Family

ID=72832958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080029221.5A Active CN113710761B (zh) 2019-04-17 2020-04-15 用于钨擦光应用的经表面涂覆的研磨剂颗粒

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20200332150A1 (zh)
EP (1) EP3956411A4 (zh)
JP (1) JP2022529113A (zh)
KR (1) KR20210142756A (zh)
CN (1) CN113710761B (zh)
SG (1) SG11202111395WA (zh)
TW (1) TW202043397A (zh)
WO (1) WO2020214662A1 (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101358108A (zh) * 2007-08-03 2009-02-04 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 选择性阻挡层抛光浆液
US20140051246A1 (en) * 2012-08-20 2014-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating a semiconductor device
CN103946958A (zh) * 2011-09-20 2014-07-23 嘉柏微电子材料股份公司 用于抛光铝半导体基材的组合物及方法
TW201542785A (zh) * 2014-04-04 2015-11-16 Fujifilm Planar Solutions Llc 用於相對氧化矽薄膜選擇性拋光氮化矽薄膜的拋光組成物及方法
WO2015195946A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 Cabot Microelectronics Corporation Cmp slurry compositions and methods for aluminum polishing
US20160108286A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-21 Cabot Microelectronics Corporation Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt
CN107148496A (zh) * 2014-10-21 2017-09-08 嘉柏微电子材料股份公司 腐蚀抑制剂以及相关的组合物及方法
CN107207945A (zh) * 2015-01-19 2017-09-26 福吉米株式会社 研磨用组合物
WO2019070793A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-11 Cabot Microelectronics Corporation SURFACE-TREATED ABRASIVE PARTICLES FOR TUNGSTEN POLISHING APPLICATIONS

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8425797B2 (en) * 2008-03-21 2013-04-23 Cabot Microelectronics Corporation Compositions for polishing aluminum/copper and titanium in damascene structures
US10600655B2 (en) * 2017-08-10 2020-03-24 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing method for tungsten
US20190085205A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Cabot Microelectronics Corporation NITRIDE INHIBITORS FOR HIGH SELECTIVITY OF TiN-SiN CMP APPLICATIONS

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101358108A (zh) * 2007-08-03 2009-02-04 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 选择性阻挡层抛光浆液
CN103946958A (zh) * 2011-09-20 2014-07-23 嘉柏微电子材料股份公司 用于抛光铝半导体基材的组合物及方法
US20140051246A1 (en) * 2012-08-20 2014-02-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of fabricating a semiconductor device
TW201542785A (zh) * 2014-04-04 2015-11-16 Fujifilm Planar Solutions Llc 用於相對氧化矽薄膜選擇性拋光氮化矽薄膜的拋光組成物及方法
WO2015195946A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 Cabot Microelectronics Corporation Cmp slurry compositions and methods for aluminum polishing
CN106661427A (zh) * 2014-06-20 2017-05-10 嘉柏微电子材料股份公司 用于铝抛光的化学机械抛光浆料组合物和方法
US20160108286A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-21 Cabot Microelectronics Corporation Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt
CN107148496A (zh) * 2014-10-21 2017-09-08 嘉柏微电子材料股份公司 腐蚀抑制剂以及相关的组合物及方法
CN107207945A (zh) * 2015-01-19 2017-09-26 福吉米株式会社 研磨用组合物
WO2019070793A1 (en) * 2017-10-03 2019-04-11 Cabot Microelectronics Corporation SURFACE-TREATED ABRASIVE PARTICLES FOR TUNGSTEN POLISHING APPLICATIONS

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022529113A (ja) 2022-06-17
EP3956411A1 (en) 2022-02-23
TW202043397A (zh) 2020-12-01
SG11202111395WA (en) 2021-11-29
KR20210142756A (ko) 2021-11-25
US20200332150A1 (en) 2020-10-22
EP3956411A4 (en) 2022-12-28
CN113710761B (zh) 2024-04-09
WO2020214662A1 (en) 2020-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2035523B1 (en) Compositions and methods for polishing silicon nitride materials
KR101252895B1 (ko) Ｃｍｐ 적용에서의 조율가능한 선택성 슬러리
EP3245262B1 (en) Composite abrasive particles for chemical mechanical planarization composition and method of use thereof
US9343330B2 (en) Compositions for polishing aluminum/copper and titanium in damascene structures
KR101173753B1 (ko) 구리-부동태화 ｃｍｐ 조성물 및 방법
JP5596344B2 (ja) コロイダルシリカを利用した酸化ケイ素研磨方法
IL203477A (en) Polishing composition and method utilizing abrasive particles treated with an aminosilane
EP2190947A1 (en) Copper cmp composition containing ionic polyelectrolyte and method
CN111183195B (zh) 用于钨磨光应用的经表面处理的研磨剂颗粒
CN113597456B (zh) 用于钨化学机械抛光的组合物
CN113710761B (zh) 用于钨擦光应用的经表面涂覆的研磨剂颗粒

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Illinois, America

Applicant after: CMC Materials Co.,Ltd.

Address before: Illinois, America

Applicant before: CMC Materials Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant