CN114716916A - 化学机械抛光组合物及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学机械抛光组合物及其使用方法。本公开内容提供了可以对包含多种金属例如钴和钨的基底进行抛光的组合物。所述组合物可以在减轻腐蚀的同时提供这些金属的有利的可去除速率，并且显示出相对于其他材料的有利的抛光选择性比。本公开内容的抛光组合物可以包含至少一种磨料；至少一种有机酸；至少一种阴离子表面活性剂；至少一种含有具有6至24碳烷基链的烷基胺的第一胺化合物；至少一种含唑化合物；任选地，含有氨基醇的第二胺化合物；水性溶剂；以及任选地，pH调节剂。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月21日提交的美国临时专利申请序列第63/128,415号的根据35U.S.C.§119的权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及化学机械抛光组合物。特别地，本公开内容涉及使钴和本领域中使用的其他物质例如钨的所需抛光性能特性平衡的抛光组合物。
背景技术
半导体行业被持续驱动通过工艺、材料和集成创新使设备进一步小型化以改善芯片性能。早期的材料创新包括引入铜代替铝作为互连结构中的导电材料，以及使用钽(Ta)/氮化钽(TaN)(或钛(Ti)/氮化钛(TiN))作为扩散阻挡层以将Cu导电材料与非导电/绝缘体介电材料分开。由于铜(Cu)的低电阻率和优异的抗电迁移性，选择铜(Cu)作为互连材料。
然而，随着新一代芯片的特征缩小，多层铜/阻挡层/介电堆叠体必须更薄且更保形以在后段制程(Back End of Line，BEOL)中保持有效的互连电阻率。更薄的Cu和Ta/TaN阻挡膜方案存在在沉积时电阻率和柔性方面的问题。例如，随着更小的尺寸和先进的制造节点，电阻率正呈指数级恶化，(前段制程(Front End of Line，FEOL)处的)晶体管电路速度的改善因来自导电Cu/阻挡层布线(BEOL)的延迟而减半。钴(Co)已成为用作衬垫材料、阻挡层以及导电层的主要候选材料。此外，还在多种应用例如W金属触点、插头、通孔和栅极材料中研究钴作为钨(W)金属的替代物。
许多目前可用的CMP浆料被具体设计成去除较旧的芯片设计中更常见的材料，例如前述的铜和钨。这些较旧的CMP浆料中的某些组分可能在钴中导致有害和不可接受的缺陷，因为钴更易受化学腐蚀影响。因此，当在钴层上使用铜抛光浆料时，经常发生不可接受的腐蚀、晶片形貌和去除速率选择性。
虽然钴仍与其他金属(例如Cu和/或W)结合使用，但随着钴(Co)在半导体制造中作为金属组分的使用越来越多，市场需要可以有效地对含Co表面上的介电组分或阻挡组分进行抛光而没有显著的金属腐蚀的CMP浆料。
发明内容
提供该发明内容以介绍以下在详细描述中进一步描述的所选概念。该发明内容不旨在确定要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制要求保护的主题的范围。
如本文所定义，除非另有说明，否则示出的所有百分比应被理解为相对于化学机械抛光组合物的总重量的重量百分比。此外，所有示出的范围包括公开的范围及其任何子范围。例如，“按重量计0.1％至1％”的范围包括范围0.1至1以及其任何子范围，例如0.2至0.9、0.5至1、0.1至0.5等。“6至24碳”的范围包括6至24碳、8至20碳、6至12碳、10至24碳等。
在一个方面中，本文公开的实施方案涉及抛光组合物，所述抛光组合物包含至少一种磨料；至少一种有机酸；至少一种含唑化合物；含有6至24碳烷基链的第一胺化合物；至少一种阴离子表面活性剂；水性溶剂；以及任选地，pH调节剂。
在另一个方面中，本文公开的实施方案涉及使用本文描述的抛光组合物对基底进行抛光的方法。根据以下描述和所附权利要求书，要求保护的主题的其他方面和优点将是明显的。
具体实施方式
本文公开的实施方案一般地涉及组合物和使用所述组合物对包括至少钴部分和钨部分的基底进行抛光的方法。此外，本文公开的实施方案涉及组合物和使用所述组合物对包括至少钴部分、钨部分和介电(TEOS、SiN、低k等)部分的基底进行抛光的方法。
随着钴(Co)作为阻挡层、导电层和/或W替代物的引入，市场需要这样的CMP浆料：其可以以有效的材料去除速率对Co进行抛光而不经历显著的Co腐蚀(即具有适度的Co去除速率)并对其他金属和金属氮化物或氧化物(Cu、W、Ti、TiN、Ta、TaN、Ta2O5、TiO2、Ru、ZrO2、HfO2等)以及介电膜(SiN、硅氧化物、多晶Si、低k电介质(例如，碳掺杂的硅氧化物)等)的抛光速率具有一定范围的选择性。例如，在去除大量材料的侵蚀性主体抛光步骤之后，通常期望进行磨光(buffing)抛光步骤以获得期望的表面形貌。在一些实施方案中，用于磨光抛光的组合物将以比在主体抛光步骤期间发生的更低的速率或对于各组分大致相同的去除速率(例如，10％以内或5％以内)去除介电材料和金属(例如，TEOS、SiN和Co)以获得期望的表面形貌。由于Co比Cu和其他贵金属更具化学反应性，因此Co腐蚀预防在先进节点组合物设计中非常具有挑战性。当前的金属抛光浆料对于对包含Co的表面进行抛光是能力不足的，因为它们在CMP过程期间遭受Co腐蚀问题。此外，通常期望在抛光期间去除一定量的Co以在图案化的半导体基底中形成光滑的表面以用于随后的制造过程。
此外，先进节点通常使用具有多种金属(例如Co和W)的基底，因此，在配制抛光组合物时还必须考虑防止各金属的过度腐蚀。各金属在放置在同一化学环境中时都会发生不同程度的腐蚀。例如，通常钴在低pH条件下比钨更容易腐蚀，而在高pH条件下则相反。类似的考虑也适用于化学添加剂(即，与不同的金属相比，一些化学添加剂潜在地更加腐蚀或防止腐蚀一种金属)。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容的抛光组合物包含：至少一种磨料；至少一种有机酸；至少一种阴离子表面活性剂；至少一种含有具有6至24碳烷基链的烷基胺的第一胺化合物；至少一种含唑化合物；含有氨基醇的第二胺化合物；水性溶剂；以及任选地，pH调节剂。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容的抛光组合物包含：至少一种磨料；至少一种有机酸；任选地，至少一种阴离子表面活性剂；至少一种含有具有6至24碳烷基链的烷基胺的第一胺化合物；至少一种含唑化合物；至少一种含有氨基醇的第二胺化合物；水性溶剂；以及任选地，pH调节剂。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容的抛光组合物包含：至少一种磨料；至少一种有机酸；至少一种阴离子表面活性剂；至少一种含有具有6至24碳烷基链的烷基胺的第一胺化合物；至少一种含唑化合物；任选地，至少一种含有氨基醇的第二胺化合物；水性溶剂；以及任选地，pH调节剂。
在一个或更多个实施方案中，根据本公开内容的抛光组合物可以包含：按重量计约0.1％至约25％的磨料；按重量计约0.001％至约1％的有机酸；按重量计约0.001％至约0.5％的阴离子表面活性剂；按重量计约0.0005％至约0.5％的具有6至24碳烷基链的烷基胺；按重量计约0.001％至约0.5％的含唑化合物；任选地，按重量计约0.001％至约0.5％的含有氨基醇的第二胺化合物；和剩余百分比(例如，按重量计约70％至99％)的水性溶剂。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容提供了在使用之前可以用水稀释多至两倍、或多至三倍、或多至四倍、或多至六倍、或多至八倍、或多至十倍的浓缩的抛光组合物。在另一些实施方案中，本公开内容提供了用于在含钴和钨的基底上使用的使用端(point-of-use，POU)抛光组合物，其包含上述抛光组合物；水；以及任选地，氧化剂。
在一个或更多个实施方案中，根据本公开内容的POU抛光组合物可以包含：按重量计约0.1％至约12％的磨料；按重量计约0.001％至约0.5％的有机酸；按重量计约0.001％至约0.05％的阴离子表面活性剂；按重量计约0.0005％至约0.05％的含有具有6至24碳烷基链的烷基胺的第一胺化合物；按重量计约0.001％至约0.1％的含唑化合物；任选地，按重量计约0.001％至约0.05％的含有氨基醇的第二胺化合物；和剩余百分比(例如，按重量计约70％至99％)的水性溶剂。
在一个或更多个实施方案中，根据本公开内容的浓缩的抛光组合物可以包含：按重量计约1％至约25％的磨料；按重量计约0.01％至约1％的有机酸；按重量计约0.01％至约0.5％的阴离子表面活性剂；按重量计约0.005％至约0.5％的具有6至24碳烷基链的烷基胺；按重量计约0.01％至约0.5％的含唑化合物；任选地，按重量计约0.01％至约0.5％的氨基醇；和剩余百分比(例如，按重量计约70％至99％)的水性溶剂。
在一个或更多个实施方案中，本文描述的抛光组合物可以包含至少一种(例如，两种或三种)磨料。在一个或更多个实施方案中，至少一种磨料选自阳离子磨料、基本上中性的磨料和阴离子磨料。在一个或更多个实施方案中，至少一种磨料选自氧化铝；二氧化硅；二氧化钛；二氧化铈；氧化锆；其共形成产物(即氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、或氧化锆的共形成产物)；经涂覆的磨料；经表面改性的磨料；及其混合物。在一些实施方案中，至少一种磨料不包括二氧化铈。在一些实施方案中，至少一种磨料具有高纯度，并且可以具有小于约100ppm的醇、小于约100ppm的氨和小于约100ppb的碱金属阳离子例如钠阳离子。基于POU抛光组合物的总重量，磨料可以以约0.01％至约12％(例如，约0.5％至约10％)或其任何子范围的量存在。
在一个或更多个实施方案中，磨料为基于二氧化硅的磨料，例如选自胶体二氧化硅、热解法二氧化硅、及其混合物的磨料。在一个或更多个实施方案中，磨料可以用有机基团和/或非硅质无机基团进行表面改性。例如，阳离子磨料可以包含式(I)的端基：
-Om-X-(CH2)n-Y (I),
其中m为1至3的整数；n为1至10的整数；X为Al、Si、Ti、Ce或Zr；以及Y为阳离子氨基或硫醇基。作为另一个实例，阴离子磨料可以包含式(I)的端基：
-Om-X-(CH2)n-Y (I),
其中m为1至3的整数；n为1至10的整数；X为Al、Si、Ti、Ce或Zr；以及Y为酸性基团。
在一个或更多个实施方案中，本文描述的磨料的平均颗粒尺寸可以为至少约1nm(例如，至少约5nm、至少约10nm、至少约20nm、至少约40nm、至少约50nm、至少约60nm、至少约80nm或至少约100nm)至至多约1000nm(例如，至多约800nm、至多约600nm、至多约500nm、至多约400nm或至多约200nm)。如本文所用，平均颗粒尺寸(mean particle size，MPS)通过动态光散射技术来确定。
在一些实施方案中，至少一种磨料以本文描述的抛光组合物的按重量计的至少约0.1％(例如，至少约0.5％、至少约1％、至少约2％、至少约4％、至少约5％、至少约10％、至少约12％、至少约15％或至少约20％)至按重量计的至多约25％(例如，至多约20％、至多约18、至多约15％、至多约12％、至多约10％或至多约5％)的量存在。
在一个或更多个实施方案中，本文描述的抛光组合物包含至少一种(例如，两种或三种)有机酸或有机酸的盐。在一个或更多个实施方案中，有机酸(或其盐)可以选自羧酸、氨基酸、有机磺酸、有机膦酸、或其混合物。在一些实施方案中，有机酸可以为包含一个或更多个(例如，两个、三个或四个)羧酸基的羧酸，例如二羧酸或三羧酸。在一些实施方案中，有机酸或其盐可以为包含羧酸基的氨基酸。在一个或更多个实施方案中，有机酸选自葡糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、丙二酸、甲酸、草酸、乙酸、丙酸、过乙酸、琥珀酸、乳酸、氨基乙酸、苯氧基乙酸、N-二(羟乙基)甘氨酸、二甘醇酸、甘油酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(tricine)、丙氨酸、组氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸、苯甲酸、1,2-乙烷二磺酸、4-氨基-3-羟基-1-萘磺酸、8-羟基喹啉-5-磺酸、氨基甲磺酸、苯磺酸、羟基胺O-磺酸、甲磺酸、间二甲苯-4-磺酸、聚(4-苯乙烯磺酸)、聚茴香脑磺酸(polyanetholesulfonic acid)、对甲苯磺酸、三氟甲烷-磺酸、乙基磷酸、氰基乙基磷酸、苯基磷酸、乙烯基磷酸、聚(乙烯基膦酸)、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸、次氮基三(甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(甲基膦酸)、N,N,N'N'-乙二胺四(亚甲基膦酸)、正己基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸、其盐、及其混合物。不希望被理论束缚，出乎意料的是有机酸(例如上述那些)可以用作用于钴金属的低蚀刻络合剂，同时还促进pH调节。
在一些实施方案中，至少一种有机酸的量为本文描述的抛光组合物的按重量计的至少约0.001％(例如，至少约0.003％、至少约0.005％、至少约0.01％、至少约0.03％、至少约0.05％、至少约0.075％、至少约0.1％、至少约0.25％、至少约0.5％或至少约0.75％)至按重量计的至多约1％(例如，至多约0.75％、至多约0.5％、至多约0.25％、至多约0.1％、至多约0.075％、至多约0.05％、至多约0.025％、至多约0.005％或至多0.003％)。在组合物中包含多于一种有机酸的实施方案中，上述范围可以独立地适用于各有机酸，或者适用于抛光组合物内的有机酸的组合量。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物包含阴离子表面活性剂。在一个或更多个实施方案中，阴离子表面活性剂选自羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、或其混合物。羧酸盐没有特别限制，但其具体实例包括脂肪酸盐(例如皂)和烷基醚羧酸盐。磺酸盐的实例包括烷基苯磺酸盐(例如十二烷基苯磺酸)、烷基萘磺酸盐和α-烯烃磺酸盐。硫酸盐没有特别限制，但其具体实例包括高级醇硫酸盐和烷基硫酸盐。磷酸盐没有特别限制，但其具体实例包括烷基磷酸盐和烷基酯磷酸盐。在一个或更多个实施方案中，阴离子表面活性剂包含磺酸盐/酯基团(也被称为磺酸基团)。在一个或更多个实施方案中，至少一种阴离子表面活性剂选自烷基磺酸盐/酯、烷基芳基磺酸盐/酯、聚氧乙烯烷基醚磺酸盐/酯、聚氧乙烯芳基烷基醚磺酸盐/酯、聚氧乙烯壬基芳基醚磺酸盐/酯、聚氧乙烯壬基苯基醚磺酸盐/酯、及其混合物。不希望被理论束缚，出乎意料的是阴离子表面活性剂(例如上述那些)可以用作本文描述的抛光组合物中的钴腐蚀抑制剂以降低半导体基底中钴的去除速率或使半导体基底中钴的去除速率最小化。
在一些实施方案中，阴离子表面活性剂的量为本文描述的抛光组合物的按重量计的至少约0.001％(例如，至少约0.002％、至少约0.005％、至少约0.01％、至少约0.02％、至少约0.05％、至少约0.1％或至少约0.2％)至按重量计的至多约0.5％(例如，至多约0.4％、至多约0.2％、至多约0.1％、至多约0.08％、至多约0.05％、至多约0.02％、至多约0.0075％或至多约0.005％)。
在一个或更多个实施方案中，至少一种唑选自杂环唑；经取代或未经取代的三唑(例如苯并三唑)；经取代或未经取代的四唑；经取代或未经取代的二唑(例如咪唑、苯并咪唑、噻二唑和吡唑)；以及经取代或未经取代的苯并噻唑。在本文中，经取代的二唑、三唑或四唑是指通过用例如羧基；烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基)；卤素基团(例如，F、Cl、Br或I)；氨基或羟基取代二唑、三唑或四唑中的一个或两个或更多个氢原子而获得的产物。在一个或更多个实施方案中，唑化合物可以选自四唑；苯并三唑；甲苯基三唑；甲基苯并三唑(例如，1-甲基苯并三唑、4-甲基苯并三唑和5-甲基苯并三唑)；乙基苯并三唑(例如，1-乙基苯并三唑)；丙基苯并三唑(例如1-丙基苯并三唑)；丁基苯并三唑(例如1-丁基苯并三唑和5-丁基苯并三唑)；戊基苯并三唑(例如1-戊基苯并三唑)；己基苯并三唑(例如1-己基苯并三唑和5-己基苯并三唑)；二甲基苯并三唑(例如5,6-二甲基苯并三唑)；氯苯并三唑(例如5-氯苯并三唑)；二氯苯并三唑(例如5,6-二氯苯并三唑)；氯甲基苯并三唑(例如，1-(氯甲基)-1-H-苯并三唑)；氯乙基苯并三唑；苯基苯并三唑；苄基苯并三唑；氨基三唑；氨基苯并咪唑；吡唑；咪唑；氨基四唑；腺嘌呤；苯并咪唑；噻苯哒唑；1,2,3-三唑；1,2,4-三唑；1-羟基苯并三唑；2-甲基苯并噻唑；2-氨基苯并咪唑；2-氨基-5-乙基-1,3,4-噻二唑；3,5-二氨基-1,2,4-三唑；3-氨基-5-甲基吡唑；4-氨基-4H-1,2,4-三唑；氨基四唑；四唑；苯基四唑；苯基-四唑-5-硫醇；及其组合。不希望被理论束缚，认为唑化合物可以用作本文描述的抛光组合物中的腐蚀抑制剂以减少抛光过程期间某些材料(例如金属或介电材料)的去除。
在一些实施方案中，至少一种唑的量为本文所述的抛光组合物的按重量计至少约0.001％(例如，至少约0.002％、至少约0.005％、至少约0.01％、至少约0.02％、至少约0.05％、至少约0.1％或至少约0.2％)至按重量计至多约0.5％(例如，至多约0.4％、至多约0.2％、至多约0.1％、至多约0.08％、至多约0.05％、至多约0.02％、至多约0.0075％或至多约0.005％)。
在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物包含至少一种(例如，两种或三种)第一胺化合物。在一个或更多个实施方案中，第一胺化合物可以是具有至少一个(例如，两个或三个)烷基链的烷基胺化合物，所述烷基链包含6至24(即，6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24)个碳。在一个或更多个实施方案中，烷基链可以是线性、支化或环状的烷基。在一个或更多个实施方案中，烷基胺化合物可以是伯、仲、叔或环状化合物。在一个或更多个实施方案中，烷基胺化合物可以是烷氧基化胺(例如，包含乙氧基化和/或丙氧基化基团)。在一个或更多个实施方案中，烷氧基化胺可以包含2至100个乙氧基化和/或丙氧基化基团。在一些实施方案中，至少一种烷基胺化合物具有包含6至18个碳的烷基链。在一些实施方案中，烷基胺选自己胺、辛胺、癸胺、十二烷基胺、十四烷基胺、十五烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、环己胺、二环己胺、二丙胺或其混合物。不希望受理论束缚，令人惊讶的是，上述烷基胺化合物可以显著降低半导体基底中钨的腐蚀或者使半导体基底中钨的腐蚀最小化。
在一些实施方案中，第一胺化合物的量为本文所述的抛光组合物的按重量计至少约0.0005％(例如，至少约0.001％、至少约0.002％、至少约0.005％、至少约0.01％、至少约0.02％、至少约0.05％、至少约0.1％或至少约0.2％)至按重量计至多约0.5％(例如，至多约0.4％、至多约0.2％、至多约0.1％、至多约0.08％、至多约0.05％、至多约0.02％、至多约0.0075％或至多约0.005％)。
在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物包含第二胺化合物，所述第二胺化合物含有至少一个(例如，两个或三个)氨基醇。在一个或更多个实施方案中，第二胺化合物是β-羟基-烷基胺或其衍生物。在一个或更多个实施方案中，第二胺化合物选自乙醇胺、二乙醇胺、2-氨基-3-己醇、2-氨基-2-甲基-3-己醇、2-氨基-2-甲基-3-庚醇、2-氨基-4-乙基-3-辛醇、2-氨基-3-庚醇、2-氨基-1-苯基丁醇、3-氨基-4-辛醇、2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-1-丁醇、2-氨基-2-乙基丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇、双(2-羟丙基)胺、三(2-羟丙基)胺、双(2-羟乙基)胺、三(2-羟乙基)胺、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、或其混合物。
在一些实施方案中，第二胺化合物以如下的量包含在抛光组合物中：本文所述的抛光组合物的按重量计至少约0.001％(例如，至少约0.0025％、至少约0.005％、至少约0.0075％、至少约0.01％、至少约0.025％、至少约0.05％、至少约0.1％或至少约0.25％)至按重量计至多约0.5％(例如，至多约0.4％、至多约0.2％、至多约0.1％、至多约0.08％、至多约0.05％、至多约0.02％或至多约0.0075％)。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物还可以包含pH调节剂。在一个或更多个实施方案中，pH调节剂选自氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、乙基三甲基氢氧化铵、二乙基二甲基氢氧化铵、二甲基二丙基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、三(2-羟基乙基)甲基氢氧化铵、氢氧化胆碱及其任意组合。
在一些实施方案中，当至少一种pH调节剂包含在组合物中时，至少一种pH调节剂的量为本文所述的抛光组合物的按重量计至少约0.005％(例如，至少约0.0075％、至少约0.01％、至少约0.025、至少约0.05％、至少约0.1％、至少约0.5％、至少约1％、至少约1.5％、至少约2％、至少约2.5％、至少约4％或至少约4.5％)至按重量计至多约10％(例如，至多约9.5％、至多约9％、至多约8.5％、至多约8％、至多约7.5％、至多约7％、至多约6.5％、至多约6％、至多约5.5％、至多约5％、至多约5％、至多约4.5％、至多约4％、至多约3.5％、至多约3％、至多约2.5％、至多约2％、至多约1.5％、至多约1％、至多约0.5％、至多约0.2％、至多约0.1％、至多约0.05％)。
在一些实施方案中，抛光组合物的pH值可以为至少约1(例如，至少约1.5、至少约2、至少约2.5、至少约3、至少约3.5、至少约4、至少约4.5、至少约5、至少约5.5或至少约6)至至多约7(例如，至多约6.5、至多约6、至多约5.5、至多约5、至多约4.5、至多约4、至少约3.5、至多约3、至多约2.5或至多约2)。不希望受理论束缚，据信，pH高于7的抛光组合物会显著提高钨去除速率和腐蚀，并且pH低于1的抛光组合物可能影响悬浮的磨料的稳定性并且会显著增加通过这样的组合物抛光的膜的粗糙度并降低通过这样的组合物抛光的膜的整体品质。为了获得期望的pH，可以调节本文所述的抛光组合物中成分的相对浓度。
当稀释浓缩组合物以形成POU组合物时，可以添加任选的氧化剂。氧化剂可以选自过氧化氢、过硫酸铵、硝酸银(AgNO3)、硝酸铁或氯化铁、过酸或过酸盐、臭氧水、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸钾、溴酸钾、高碘酸钾、高碘酸、三氧化二钒、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、次氯酸镁、硝酸铁、高锰酸钾、其他无机或有机过氧化物、及其混合物。在一个实施方案中，氧化剂是过氧化氢。在一个或更多个实施方案中，在本公开内容的抛光组合物中不存在氧化剂。
在一些实施方案中，氧化剂的量为本文所述的抛光组合物的按重量计至少约0.01％(例如，至少约0.05％、至少约0.1％、至少约0.2％、至少约0.4％、至少约0.5％、至少约1％、至少约1.5％、至少约2％、至少约2.5％、至少约3％、至少约3.5％、至少约4％或至少约4.5％)至按重量计至多约5％(例如，至多约4.5％、至多约4％、至多约3.5％、至多约3％、至多约2.5％、至多约2％、至多约1.5％、至多约1％、至多约0.5％或至多约0.1％)。在一些实施方案中，氧化剂可降低抛光组合物的保存期。在这样的实施方案中，氧化剂可以刚好在抛光之前在使用端添加至抛光组合物中。
在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物可以包含溶剂(例如第一溶剂)例如水。在一些实施方案中，溶剂(例如水)的量为本文所述的抛光组合物的按重量计至少约20％(例如，至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约92％、至少约94％、至少约95％或至少约97％)至按重量计至多约99％(例如，至多约98％、至多约96％、至多约94％、至多约92％、至多约90％、至多约85％、至多约80％、至多约75％、至多约70％或至多约65％)。
在一个或更多个实施方案中，在本公开内容的抛光组合物(例如POU或浓缩的抛光组合物)中可以使用任选的第二溶剂(例如有机溶剂)，其可以有助于含唑腐蚀抑制剂的溶解。在一个或更多个实施方案中，第二溶剂可以是一种或更多种醇、亚烷基二醇或亚烷基二醇醚。在一个或更多个实施方案中，第二溶剂包括选自以下中的一种或更多种溶剂：乙醇、1-丙醇、2-丙醇、正丁醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、丙二醇丙醚和乙二醇。
在一些实施方案中，第二溶剂的量为本文所述的抛光组合物的按重量计至少约0.005％(例如，至少约0.01％、至少约0.02％、至少约0.05％、至少约0.1％、至少约0.2％、至少约0.4％、至少约0.6％、至少约0.8％、至少约1％、至少约3％、至少约5％或至少约10％)至按重量计至多约15％(例如，至多约12％、至多约10％、至多约5％、至多约3％、至多约2％、至多约1％、至多约0.8％、至多约0.6％、至多约0.5％或至多约0.1％)。
在一个或更多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可以基本上不含一种或更多种某些成分，例如有机溶剂、pH调节剂(例如二羧酸或三羧酸)、季铵化合物(例如盐或氢氧化物)、胺、碱金属碱(例如碱金属氢氧化物)、含氟化合物(例如氟化物化合物或经氟化的化合物(例如聚合物/表面活性剂))、含硅化合物例如硅烷(例如烷氧基硅烷)、亚胺(例如脒如1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一烯(DBU)和1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(DBN))、盐(例如卤化物盐或金属盐)、聚合物(例如阳离子聚合物或阴离子聚合物)、表面活性剂(例如阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂)、增塑剂、氧化剂(例如H2O2或高碘酸)、腐蚀抑制剂(例如氯化唑类腐蚀抑制剂或非唑腐蚀抑制剂)、电解质(例如聚电解质)和/或某些磨料(例如氧化铈磨料、非离子磨料、表面改性磨料或带负电荷/带正电荷的磨料)。可以从抛光组合物中排除的卤化物盐包括碱金属卤化物(例如卤化钠或卤化钾)或卤化铵(例如氯化铵)，并且可以为氟化物、氯化物、溴化物或碘化物。如本文中所使用，抛光组合物“基本上不含”的成分是指不是有意添加到抛光组合物中的成分。在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物可以具有至多约1000ppm(例如，至多约500ppm、至多约250ppm、至多约100ppm、至多约50ppm、至多约10ppm或至多约1ppm)的抛光组合物基本上不含的上述成分中的一种或更多种。在一些实施方案中，本文描述的抛光组合物可以完全不含上述成分中的一种或更多种。
本公开内容还考虑使用上述浓缩物或POU浆料中的任一者的方法。关于浓缩物，方法可以包括以下步骤：稀释浓缩物以形成POU抛光组合物，然后使至少部分地包含钴的基底表面与POU抛光组合物接触，以及使垫(例如抛光垫)与基底的表面接触并使垫相对于基底移动。关于POU抛光组合物，方法包括以下步骤：使至少部分地包含钴的基底表面与抛光组合物接触，以及使垫(例如抛光垫)与基底的表面接触并使垫相对于基底移动。在一个或更多个实施方案中，与抛光组合物接触的表面还可以包含钨。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容特征在于抛光方法，所述抛光方法可以包括将根据本公开内容的抛光组合物施加至基底(例如晶片)，所述基底在基底的表面上至少具有钴；以及使垫与基底的表面接触并使垫相对于基底移动。在一些实施方案中，当基底包含硅氧化物(例如TEOS)、硅氮化物(例如SiN)和/或阻隔材料(例如Ta、TaN、Ti或TiN)中的至少一种或更多种时，上述方法可以以与其去除钴和/或钨大约相同或者更快的速率去除这些材料的至少一部分。例如，在一个或更多个实施方案中，本公开内容的抛光组合物在TEOS/SiN与Co之间的抛光速率差小于约20％、小于约15％、小于约10％，或小于约5％。在一个或更多个实施方案中，抛光组合物对硅氧化物(例如TEOS)、硅氮化物(例如SiN)和/或阻隔材料(例如Ta、TaN、Ti或TiN)相对于钴的抛光选择性(即，抛光速率之比)可以为至少约1:1、至少约1.5:1、至少约2:1、至少约2.5:1、至少约3:1、至少约3.5:1、至少约4:1、至少约4.5:1、至少约5:1、至少约5.5:1、至少约6:1、至少约6.5:1、至少约7:1、至少约7.5:1、至少约8:1、至少约8.5:1、至少约9:1、至少约9.5:1或至少约10:1。在一个或更多个实施方案中，抛光组合物对硅氮化物(例如SiN)和/或阻隔材料(例如Ta、TaN、Ti或TiN)相对于硅氧化物(例如TEOS)的抛光选择性(即，抛光速率之比)可以为至少约1:1、至少约1.5:1、至少约2:1、至少约2.5:1、至少约3:1、至少约3.5:1、至少约4:1、至少约4.5:1、至少约5:1、至少约5.5:1、至少约6:1、至少约6.5:1、至少约7:1、至少约7.5:1、至少约8:1、至少约8.5:1、至少约9:1、至少约9.5:1或至少约10:1。应注意，本文所述的术语“硅氧化物”明确旨在包括未经掺杂形式和经掺杂形式的硅氧化物两者。例如，在一个或更多个实施方案中，硅氧化物可以掺杂有选自碳、氮(对于硅氧化物)、氧、氢或任何其他已知的用于硅氧化物的掺杂剂的至少一种掺杂剂。硅氧化物膜类型的一些实例包括TEOS(原硅酸四乙酯)、SiOC、SiOCN、SiOCH、SiOH和SiON。在一个或更多个实施方案中，当对图案化晶片或无图案晶片(blanket wafer)进行抛光时，由根据本公开内容的抛光组合物提供的钴去除速率可以为约50埃/分钟至500埃/分钟。在一个或更多个实施方案中，当对图案化晶片或无图案晶片进行抛光时，由根据本公开内容的抛光组合物提供的钨去除速率可以为约0埃/分钟至100埃/分钟。在一个或更多个实施方案中，根据本公开内容的抛光组合物对于在60℃下孵育五分钟的钴试样的静态蚀刻速率(static etch rate，SER)将为约
/分钟至
/分钟(例如，至少约
/分钟、至少约
/分钟、至少约
/分钟、至少约
/分钟、至少约
/分钟，或至少约
/分钟至至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟，或至多约
/分钟)。在一个或更多个实施方案中，根据本公开内容的抛光组合物对于在60℃下孵育五分钟的钨试样的静态蚀刻速率(SER)将为约
/分钟至
/分钟(例如，至少约
/分钟、至少约
/分钟、至少约
/分钟、至少约
/分钟、至少约
/分钟，或至少约
/分钟至至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟、至多约
/分钟或至多约
/分钟)。
在一些实施方案中，使用本文所述的抛光组合物的方法还可以包括通过一个或更多个步骤由通过抛光组合物处理的基底生产半导体器件。例如，光刻、离子注入、干法/湿法蚀刻、等离子体蚀刻、沉积(例如PVD、CVD、ALD、ECD)、晶片贴片、晶粒切割、封装和测试可以用于由通过本文所述的抛光组合物处理的基底生产半导体器件。
以下具体实施例应被解释为仅是说明性的，并且不以任何方式限制本公开内容的其余部分。无需进一步阐述，认为本领域技术人员可以基于本文所述以其最大程度地利用本发明。
实施例
在这些实施例中，使用具有H804垫的Mirra抛光机和175mL/分钟的组合物流量对200mm晶片进行抛光。
用于以下实施例中的一般组合物示于下表1中。在讨论各个实施例时，将更详细地解释关于所测试的组合物的差异的具体细节。
表1
| 组分 | 组合物的重量％ |
| PH调节剂(碱) | 0.01至1 |
| 有机酸 | 0.01至1 |
| 第一胺化合物 | 0.0005至0.5(如果使用) |
| 含唑化合物 | 0.01至0.5(如果使用) |
| 阴离子表面活性剂 | 0.001至0.1(如果使用) |
| 第二胺化合物 | 0.001至0.1(如果使用) |
| 有机溶剂 | 0.025至1 |
| 磨料(二氧化硅) | 0.1至12 |
| 溶剂(DI水) | 75至99 |
| pH | 2至7 |
实施例1
各种材料的去除速率通过用组合物1至3对无图案晶片进行抛光来测量。组合物1至3相同，不同之处在于(1)组合物1不包含有机膦酸，以及(2)组合物2和3分别以0.3X和2X的浓度包含相同有机膦酸。组合物1至3不包含第一胺化合物、第二胺化合物或阴离子表面活性剂。组合物1至3以固定浓度包含磨料、含唑化合物、烷基取代的苯并三唑。测试结果汇总在下表2中。
表2
结果表明，有机膦酸可以有效地降低钴的去除速率，并在较小程度上降低SiN的去除速率，随着量的增加，表现出去除速率的更大降低。
实施例2
各种材料的去除速率通过用组合物4至10对无图案晶片进行抛光来测量。组合物4至10相同，不同之处在于(1)组合物4不包含阴离子表面活性剂，以及(2)组合物5至10以下表3中所示的浓度包含相同的阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂包含磺酸盐/酯基团。组合物4至10不包含第一胺化合物，但包含磨料、有机膦酸、烷基取代的苯并三唑和第二胺化合物，其中每一者以固定浓度包含在内。测试结果汇总在下表3中。
表3
结果表明，添加阴离子表面活性剂可以有效地降低钴的去除速率，其中在约1X的阈值量以上显著降低。
实施例3
各种材料的去除速率通过用组合物11至13对无图案晶片进行抛光来测量。组合物11至13相同，不同之处在于(1)组合物11至13分别以0.33X、0.5X和0.67X的浓度包含相同的第一胺化合物(具有6至24碳烷基链的烷基胺)。组合物11至13包含磨料、有机磺酸、烷基取代的苯并三唑和第二胺化合物，其中每一者以固定浓度包含在内。测试结果汇总在下表4中。
表4
结果表明，添加第一胺化合物可以有效地降低钨的去除速率。
实施例4
各种材料的去除速率通过用组合物14至16对无图案晶片进行抛光来测量。组合物14至16相同，不同之处在于(1)组合物14至16分别以2X、3X和4X的浓度包含相同的阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂包含磺酸盐/酯基团。组合物14至16包含磨料、有机磺酸、烷基取代的苯并三唑和第二胺化合物(氨基醇)，各自为固定浓度。测试结果汇总在下表5中。
表5
结果表明，阴离子表面活性剂可以用于抑制SiN的去除。
实施例5
各种材料的去除速率通过用组合物17至20对无图案晶片进行抛光来测量。除了表6中指出的差异外，组合物17至20相同。含唑化合物是烷基取代的苯并三唑。组合物17至20均包含磨料、含有磺酸盐/酯基团的阴离子表面活性剂、和第一胺化合物，各自为固定浓度。第一胺化合物是包含6至16碳烷基链的烷基胺。
测试结果汇总在下表6中。
表6
结果表明，包含第一胺化合物和第二胺化合物两者的组合物17和19有效地降低了钴和钨去除速率和SER。
实施例6
用下述组合物对钴无图案晶片进行抛光。经抛光的钴无图案晶片的表面粗糙度通过原子力显微镜(AFM)使用区域扫描来测量，以确定Ra和Rq值。除了所列组分之外，所有组合物还包含固定浓度的磨料。测试结果汇总在下表7中。
表7
虽然以上仅详细描述了几个示例性实施方案，但是本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离本发明的情况下，示例性实施方案中可以进行许多修改。因此，所有这样的修改旨在包括在如以上权利要求所限定的本公开内容的范围内。
Claims (27)
1.一种抛光组合物，包含：
至少一种磨料；
至少一种有机酸；
至少一种含唑化合物；
含有6至24碳烷基链的第一胺化合物；
至少一种阴离子表面活性剂；以及
水性溶剂；
任选地，pH调节剂。
2.根据权利要求1所述的抛光组合物，还包含第二胺化合物，其中所述第二胺化合物包含氨基醇。
3.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种磨料选自氧化铝；二氧化硅；二氧化钛；二氧化铈；氧化锆；氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、或氧化锆的共形成产物；经涂覆的磨料；经表面改性的磨料；及其混合物。
4.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种磨料的量为所述组合物的按重量计的约0.01％至约25％。
5.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述有机酸可以选自羧酸、氨基酸、有机磺酸、有机膦酸、或其混合物。
6.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种有机酸选自葡糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、丙二酸、甲酸、草酸、乙酸、丙酸、过乙酸、琥珀酸、乳酸、氨基乙酸、苯氧基乙酸、N-二(羟乙基)甘氨酸、二甘醇酸、甘油酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸、丙氨酸、组氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸、苯甲酸、1,2-乙烷二磺酸、4-氨基-3-羟基-1-萘磺酸、8-羟基喹啉-5-磺酸、氨基甲磺酸、苯磺酸、羟基胺O-磺酸、甲磺酸、间二甲苯-4-磺酸、聚(4-苯乙烯磺酸)、聚茴香脑磺酸、对甲苯磺酸、三氟甲烷-磺酸、乙基磷酸、氰基乙基磷酸、苯基磷酸、乙烯基磷酸、聚(乙烯基膦酸)、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸、次氮基三(甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(甲基膦酸)、N,N,N'N'-乙二胺四(亚甲基膦酸)、正己基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸、其盐、及其混合物。
7.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种有机酸的量为所述组合物的按重量计的约0.01％至约1％。
8.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阴离子表面活性剂选自羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、膦酸盐、肌氨酸盐、或其混合物。
9.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阴离子表面活性剂包含磺酸盐/酯基团。
10.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种阴离子表面活性剂选自烷基磺酸盐/酯、烷基芳基磺酸盐/酯、聚氧乙烯烷基醚磺酸盐/酯、聚氧乙烯芳基烷基醚磺酸盐/酯、聚氧乙烯壬基芳基醚磺酸盐/酯、聚氧乙烯壬基苯基醚磺酸盐/酯、及其混合物。
11.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阴离子表面活性剂的量为所述组合物的按重量计的约0.001％至约0.5％。
12.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种唑选自杂环唑、经取代或未经取代的三唑、经取代或未经取代的四唑、经取代或未经取代的二唑、以及经取代或未经取代的苯并噻唑。
13.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种唑选自四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、甲基苯并三唑、乙基苯并三唑、丙基苯并三唑、丁基苯并三唑、戊基苯并三唑、己基苯并三唑、二甲基苯并三唑、氯苯并三唑、二氯苯并三唑、氯甲基苯并三唑、氯乙基苯并三唑、苯基苯并三唑、苄基苯并三唑、氨基三唑、氨基苯并咪唑、吡唑、咪唑、氨基四唑、腺嘌呤、苯并咪唑、噻苯哒唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1-羟基苯并三唑、2-甲基苯并噻唑、2-氨基苯并咪唑、2-氨基-5-乙基-1,3,4-噻二唑、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、3-氨基-5-甲基吡唑、4-氨基-4H-1,2,4-三唑、氨基四唑、四唑、苯基四唑、苯基-四唑-5-硫醇、及其组合。
14.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述至少一种唑的量为所述组合物的按重量计的约0.001％至约0.5％。
15.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述第一胺化合物具有6至18碳烷基链。
16.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述第一胺化合物的量为所述组合物的按重量计的约0.0005％至约0.5％。
17.根据权利要求2所述的抛光组合物，其中所述第二胺化合物为β-羟基-烷基胺或其衍生物。
18.根据权利要求2所述的抛光组合物，其中所述第二胺化合物选自乙醇胺、二乙醇胺、2-氨基-3-己醇、2-氨基-2-甲基-3-己醇、2-氨基-2-甲基-3-庚醇、2-氨基-4-乙基-3-辛醇、2-氨基-3-庚醇、2-氨基-1-苯基丁醇、3-氨基-4-辛醇、2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-1-丁醇、2-氨基-2-乙基丙二醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇、双(2-羟基丙基)胺、三(2-羟基丙基)胺、双(2-羟基乙基)胺、三(2-羟基乙基)胺、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、或其混合物。
19.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述第二胺化合物的量为所述组合物的按重量计的约0.001％至约0.5％。
20.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述组合物的pH为约1至约7。
21.根据权利要求1所述的抛光组合物，还包含：
有机溶剂，所述有机溶剂的量为所述组合物的按重量计的约0.01％至约5％。
22.根据权利要求21所述的抛光组合物，其中所述有机溶剂选自乙醇、1-丙醇、2-丙醇、正丁醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、丙二醇丙醚、乙二醇、及其任意组合。
23.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物不包含氧化剂。
24.一种抛光组合物，包含：
至少一种磨料；
至少一种有机酸；
至少一种含唑化合物；
含有6至24碳烷基链的第一胺化合物；
含有氨基醇的第二胺化合物；
水性溶剂；
以及任选地，pH调节剂。
25.一种抛光组合物，包含：
至少一种磨料；
至少一种有机酸；
阴离子表面活性剂；
至少一种含唑化合物；
含有6至24碳烷基链的第一胺化合物；
含有氨基醇的第二胺化合物；
水性溶剂；以及
任选地，pH调节剂。
26.一种对基底进行抛光的方法，包括以下步骤：
将根据权利要求1所述的抛光组合物施加至基底，所述基底在所述基底的表面上包含金属；以及
使垫与所述基底的所述表面接触并使所述垫相对于所述基底移动。
27.根据权利要求26所述的对基底进行抛光的方法，其中所述金属为钴和钨中的至少一者。
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