CN116171309A - 抛光组合物及其使用方法 - Google Patents

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CN116171309A CN202280003704.7A CN202280003704A CN116171309A CN 116171309 A CN116171309 A CN 116171309A CN 202280003704 A CN202280003704 A CN 202280003704A CN 116171309 A CN116171309 A CN 116171309A
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acid
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詹姆斯·麦克多诺
胡斌
程庆民
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Abstract

本公开内容提供了抛光组合物，其包含至少一种第一胺、至少一种第二胺以及其他组分，诸如唑。该第一胺具有低分子量，例如120g/mol或更低。该第二胺具有高分子量，例如125g/mol或更高。该组合物可以以高铜对钼的选择性来抛光包含铜和钼或者每一者的合金的基底。

Description

抛光组合物及其使用方法
技术领域
本公开内容关于一种用于半导体产业的化学机械抛光组合物。特定而言，本公开内容有关于对于抛光包含铜和钼及其合金的基底特别有利的组合物。
背景技术
半导体工业不断被驱使藉由透过制程及整合创新而进一步使装置小型化来改良芯片性能。化学机械抛光/平坦化(CMP)为强大的技术，因为其使许多复杂的在晶体管层级上的整合方案成为可能，从而促进芯片密度提高。
CMP为一种用以使晶片表面平坦化/扁平化的程序，其通过使用基于磨蚀的物理程序同时用基于表面的化学反应来移除材料。一般而言，CMP程序涉及对晶片表面施加CMP抛光组合物(例如，水性化学制剂)同时使所述晶片表面与抛光垫接触并相对于所述晶片来移动所述抛光垫。抛光组合物典型地包含一种磨料组分以及溶解的化学组分，其可以取决于在所述CMP程序期间将会与所述抛光组合物以及所述抛光垫相互作用的存在于所述晶片上的材料(例如，金属、金属氧化物、金属氮化物、诸如氧化硅和氮化硅的介电材料等)而显著地变化。
钼是一种带有极低化学反应性、高硬度、优良传导性、强耐磨性以及高腐蚀抗性的过渡金属。钼也可以与其他的元素来形成杂多与合金化合物。关于其在微电子产业中的使用，钼以及其合金可找到用途作为互连件、扩散阻障、光罩以及插塞填充材料。但是，由于其硬度、碱性pH腐蚀易感性以及化学抗性，钼难以以高移除速率及以低缺陷率来抛光，其呈现关于含钼基底的CMP的挑战。
发明内容
此发明内容提供来介绍下文在具体实施方式中进一步所描述的精选概念。此发明内容不意欲识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，其亦不意欲用于辅助限制所要求保护的主题的范围。
本公开内容基于如下的意外发现：以优异的腐蚀抗性的受控方式，在CMP程序期间，某些抛光组合物可以相对于半导体基底中的其他材料(例如，钼)选择性地移除铜(Cu)和/或其合金。
在一方面中，本公开内容的特征为抛光组合物，其包含：至少一种磨料；至少一种唑化合物；至少一种第一胺化合物，所述至少一种第一胺化合物包括氨基酸，其具有至多120g/mol的分子量；至少一种第二胺化合物，其具有至少125g/mol的分子量；以及水性溶剂。本公开内容还提供用于抛光基底的方法，所述基底含有铜、铜的合金、钼和钼的合金中的至少一者。
在又一方面中，本公开内容的特征为包括以下的方法：将先前所讨论的抛光组合物施加至基底，所述基底在基底的表面上包含铜、钼、铜的合金、钼的合金及其任意组合中的至少一者；以及使垫与基底的表面接触并相对于基底移动垫。
附图说明
图1为可以通过本公开内容的组合物所抛光的基底的示意图。
具体实施方式
本公开内容有关于抛光组合物以及使用所述抛光组合物来抛光半导体基底的方法。在一些实施方案中，本公开内容有关于被用来抛光基底的抛光组合物，所述基底包括含有铜(Cu)的至少一部分、以及含有钼(Mo)金属至少一部分。所述基底还可以或替代地包含铜的合金和/或钼的合金。尽管铜长期以来被广泛用作半导体基底中的传导组件，但钼为半导体制造中相对新且轻度应用的材料。钼具有被高生产力地使用于半导体装置中的潜力的一块领域为可以有效地从介电材料分离铜的衬里材料。然而，已经发现用于铜的常规抛光组合物与钼不相容。举例而言，它们造成高的Mo移除速率以及腐蚀，包括电流腐蚀。
本公开内容出乎意料地发现，两种胺化合物的组合，一者具有较高分子量(例如，大于125g/mol)且一者为具有低分子量(例如，低于120g/mol)的氨基酸，在抛光包含铜与钼两者的基底时为协同性的。在不受理论束缚的情况下，据信低分子量氨基酸作为铜移除速率增强剂作用，且具有较高分子量的胺化合物良好地起作用以抑止钼移除及腐蚀。在铜与钼之间的移除速率比上的选择性不可能基于胺化合物的个别表现而被预测。
图1中示意性示出可以通过本公开内容的组合物抛光的基底的一个非限制性实例。基底1具有非传导材料10(例如，介电材料)的层，其中具有沟槽20。铜层或材料30在沟槽20中。在一些应用中，所期望的是在沟槽20中包括衬里40，以从非传导材料分离铜层30。衬里40可以帮助防止铜电子从铜层30迁移至非传导材料10。钼越来越被视为用于衬里40的材料。当制造基底1时，可以施加铜覆盖层以确保沟槽20的适当填充。因此，在抛光期间，组合物最初可以大部分移除铜，然后在抛光过程期间衬里40的材料例如钼暴露出来时才开始移除所述材料。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物可以包含：至少一种磨料；至少一种唑化合物；至少一种第一胺化合物，至少一种第一胺化合物包括氨基酸，其具有至多120g/mol的分子量；至少一种第二胺化合物，其具有至少125g/mol的分子量；以及水性溶剂。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：约0.01重量％至约50重量％的至少一种磨料；约0.001重量％至约10重量％的至少一种唑化合物；约0.001重量％至约18重量％的至少一种第一胺化合物；约0.001重量％至约18重量％的至少一种第二胺化合物；以及剩余重量百分比(例如，约10重量％至约99.99重量％)的水性溶剂(例如，去离子水)。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容提供浓缩的抛光组合物，其可以在使用的前以水来稀释高达二倍、或高达四倍、或高达六倍、或高达八倍、或高达十倍、或高达15倍、或高达20倍。在另一些实施方案中，本公开内容提供使用点(POU)抛光组合物，其包含上述的抛光组合物、水以及任择的氧化剂。
在一个或更多个实施方案中，POU抛光组合物可以包含：约0.01重量％至约25重量％的至少一种磨料；约0.001重量％至约1重量％的至少一种唑化合物；约0.001重量％至约8重量％的至少一种第一胺化合物；约0.001重量％至约8重量％的至少一种第二胺化合物；以及剩余重量百分比(例如，约59重量％至约99.99重量％)的水性溶剂(例如，去离子水)。
在一个或更多个实施方案中，浓缩的抛光组合物可以包含：0.02重量％至约50重量％的至少一种磨料；约0.01重量％至约10重量％的至少一种唑化合物；约0.01重量％至约18重量％的至少一种第一胺化合物；约0.01重量％至约18重量％的至少一种第二胺化合物；以及剩余重量百分比(例如，约4重量％至约99.98重量％)的水性溶剂(例如，去离子水)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所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，至少一种磨料选自由以下组成的组：阳离子磨料、基本上中性的磨料以及阴离子磨料。在一个或更多个实施方案中，至少一种磨料选自由以下组成的组：氧化铝；二氧化硅；二氧化钛；氧化铈；氧化锆；其共形成产物(即，氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、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，至少一种磨料不包含氧化铈。在一些实施方案中，至少一种磨料具有高纯度，并且可具有低于约100ppm的醇、低于约100ppm的氨以及低于约100ppb的碱性阳离子(诸如，钠阳离子)。按POU抛光组合物的总重量计，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磨料，诸如选自由以下组成的组中的一者：胶体二氧化硅、热解法二氧化硅及其混合物。在一个或更多个实施方案中，磨料可以使用有机基团和/或非硅质无机基团来表面改性。举例而言，阳离子磨料可包含式(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是Al、Si、Ti、Ce或Zr；以及Y是阳离子氨基或硫醇基。举另一例而言，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是Al、Si、Ti、Ce或Zr；以及Y为酸基团。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的磨料可以具有以下的平均颗粒尺寸：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)到至多约1000nm(例如，至多约800nm、至多约600nm、至多约500nm、至多约400nm、至多约200nm或至多约150nm)。如本文中所使用，平均颗粒尺寸(MPS)通过动态光散射技术来确定。在一个或更多个实施方案中，磨料可以为单一化学物质(例如，二氧化硅颗粒)的颗粒，且抛光组合物可以不包含为两种或更多种材料的复合物(例如，嵌入陶瓷基质中的二氧化硅颗粒)的磨料。
在一个或更多个实施方案中，至少一种磨料的量为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.01重量％(例如，至少约0.05重量％、至少约0.1重量％、至少约0.2重量％、至少约0.4重量％、至少约0.5重量％、至少约0.6重量％、至少约0.8重量％、至少约1重量％、至少约1.2重量％、至少约1.5重量％、至少约1.8重量％或至少约2重量％)到至多约50重量％(例如，至多约45重量％、至多约40重量％、至多约35重量％、至多约30重量％、至多约25重量％、至多约20重量％、至多约15重量％、至多约12重量％、至多约10重量％、至多约5重量％、至多约4重量％、至多约3重量％、至多约2重量％、至多约1重量％)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物包含至少一种(例如，两种或三种)唑化合物。唑化合物不受特别限制，但是其具体实例包括：杂环唑；经取代或未取代的三唑(例如，苯并三唑)；经取代或未取代的四唑；经取代或未取代的二唑(例如，咪唑、苯并咪唑、噻二唑和吡唑)；以及经取代或未取代的苯并噻唑。在本文中，经取代的二唑、三唑或四唑指通过用例如羧基、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获得的产物。在一个或更多个实施方案中，唑选自由以下组成的组：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)、5，6-二甲基苯并三唑、氯苯并三唑(例如5-氯苯并三唑)、5，6-二氯苯并三唑、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(thiabendazole)、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-1，2，4-三唑及其组合。在不希望受理论束缚的情况下，据信唑化合物(诸如上文中所描述那些)可以用作本文中所描述的抛光组合物中的有效的铜腐蚀抑制剂，以改善半导体基底中的铜和/或其合金的耐腐蚀性。
在一个或更多个实施方案中，至少一种唑化合物的量为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.001重量％(例如，至少约0.003重量％、至少约0.005重量％、至少约0.01重量％、至少约0.03重量％、至少约0.05重量％、至少约0.1重量％、至少约0.3重量％、至少约0.5重量％、至少约1重量％、至少约1.3重量％或至少约1.5重量％)到至多约10重量％(例如，至少约9重量％、至少约8重量％、至少约7重量％、至少约6重量％、至少约5重量％、至少约4重量％、至少约3重量％、至少约2.5重量％、至多约2.2重量％、至多约2重量％、至多约1.7重量％、至多约1.5重量％、至多约1.2重量％、至多约1重量％、至多约0.7重量％、至多约0.5重量％、至多约0.2重量％、至多约0.15重量％、至多约0.1重量％、至多约0.07重量％或至多约0.05重量％)。在多于一种唑化合物包含于抛光组合物的实施方案中，上述范围可以独立地适用于每种唑化合物或者适用于在所述组合物内的唑化合物的组合量。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物包括至少一种(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，所述第一胺化合物包括一种氨基酸，其具有至多120g/mol(例如，至多115g/mol、至多110g/mol、至多105g/mol、至多100g/mol、至多95g/mol或至多90g/mol)的一分子量。在一个或更多个实施方案中，所述至少一种第一胺化合物选自由以下组成的组：脯胺酸、甘胺酸、丝胺酸、丙胺酸或其混合物。在不希望受理论束缚的情况下，出人意料的是，所述第一胺化合物可充当一用于铜的移除速率增强剂。
在一个或更多个实施方案中，所述至少一种第一胺化合物的量本文中所描述的抛光组合物的至少约0.001重量％(例如，至少约0.003重量％、至少约0.005重量％、至少约0.01重量％、至少约0.03重量％、至少约0.05重量％、至少约0.1重量％、至少约0.3重量％、至少约0.5重量％、至少约1重量％、至少约1.5重量％、至少约2重量％、至少约2.5重量％、至少约3重量％、至少约3.5重量％、至少约4重量％、至少约4.5重量％或至少约5重量％)到至多约18重量％(例如，至多约16.5重量％、至多约15重量％、至多约12.5重量％、至多约10重量％、至多约8重量％、至多约6重量％、至多约5重量％、至多约4.5重量％、至多约4重量％、至多约3.5重量％、至多约3重量％、至多约2.5重量％、至多约2重量％、至多约1.5重量％、至多约1重量％、至多约0.8重量％、至多约0.6重量％、至多约0.5重量％、至多约0.4重量％、至多约0.2重量％、至多约0.1重量％、至多约0.08重量％、至多约0.05重量％、至多约0.02重量％、至多约0.01重量％、至多约0.0075重量％或至多约0.005重量％)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物包含至少一种(例如，两种或三种)不同于第一胺化合物的第二胺化合物。在一个或更多个实施方案中，第二胺化合物具有至少125g/mol(例如，至少130g/mol、至少135g/mol、至少140g/mol、至少145g/mol、至少150g/mol、至少155g/mol、至少160g/mol、至少165g/mol或至少170g/mol)的分子量。在一个或更多个实施方案中，第二胺化合物为氨基酸。在一个或更多个实施方案中，第二胺化合物为烷基胺。在一个或更多个实施方案中，第二胺化合物选自由以下组成的组：组氨酸、苯丙氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、酪氨酸、(3-氨基丙基)二乙醇胺、辛胺、癸胺、十二胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八胺、环己胺、二环己胺、腺嘌呤、黄嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、异鸟嘌呤、次黄嘌呤或其混合物。
在一个或更多个实施方案中，至少一种第二胺化合物的量为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.001重量％(例如，至少约0.003重量％、至少约0.005重量％、至少约0.01重量％、至少约0.03重量％、至少约0.05重量％、至少约0.1重量％、至少约0.3重量％、至少约0.5重量％、至少约1重量％、至少约1.5重量％、至少约2重量％、至少约2.5重量％、至少约3重量％、至少约3.5重量％、至少约4重量％、至少约4.5重量％或至少约5重量％)到至多约18重量％(例如，至多约16.5重量％、至多约15重量％、至多约12.5重量％、至多约10重量％、至多约8重量％、至多约6重量％、至多约5重量％、至多约4.5重量％、至多约4重量％、至多约3.5重量％、至多约3重量％、至多约2.5重量％、至多约2重量％、至多约1.5重量％、至多约1重量％、至多约0.8重量％、至多约0.6重量％、至多约0.5重量％、至多约0.4重量％、至多约0.2重量％、至多约0.1重量％、至多约0.08重量％、至多约0.05重量％、至多约0.02重量％、至多约0.01重量％、至多约0.0075重量％或至多约0.005重量％)。在不希望受理论束缚的情况下，出人意料的是，上文中所描述的第二胺化合物可以显著地降低钼腐蚀(例如，降低Mo静态蚀刻速率)，并且还降低在基底上的铜和钼的界面处的电流腐蚀的可能性。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物，若有需要，可以包含至少一种(例如，两种或三种)pH调节剂以将pH调节至期望值。在一些实施方案中，至少一种pH调节剂可以为酸(例如，有机酸或无机酸)或碱(例如，有机碱或无机碱)。举例而言，pH调节剂可以选自由以下组成的组：硝酸、氢氯酸、硫酸、丙酸、柠檬酸、丙二酸、氢溴酸、氢碘酸、过氯酸、氨、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、氢氧化四丁基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四甲基铵、氢氧化乙基三甲基铵、氢氧化二乙基二甲基铵、氢氧化二甲基二丙基铵、氢氧化苄基三甲基铵、氢氧化三(2-羟乙基)甲基铵、氢氧化胆碱及其任意组合。
在一个或更多个实施方案中，至少一种pH调节剂的量为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.001重量％(例如，至少约0.005重量％、至少约0.01重量％、至少约0.05重量％、至少约0.1重量％、至少约0.2重量％、至少约0.4重量％、至少约0.5重量％、至少约1重量％或至少约1.5重量％)到至多约2.5重量％(例如，至多约2重量％、至多约1.5重量％、至多约1重量％、至多约0.5重量％、至多约0.1重量％或至多约0.5重量％)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物可以为酸性的或者碱性的。在一些实施方案中，抛光组合物可以具有在至少约2到至多约11的范围内的pH。举例而言，pH的范围可以为至少约2(例如，至少约2.5、至少约3、至少约3.5、至少约4、至少约4.5或至少约5)到至多约11(例如，至多约10.5、至多约10、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4.5或至多约4)。当抛光组合物为酸性时，pH的范围可以为至少约3(例如，至少约3.5、至少约4、至少约4.5、至少约5、至少约5.5、至少约6或至少约6.5)到至多约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或至多约4或至多约3.5)。当抛光组合物为碱性时，pH的范围可以为至少约7.5(例如，至少约8或至少约8.5)到至多约11(例如，至多约10.5、至多约10或至多约9.5)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物可以包含溶剂(例如，主要溶剂)，诸如水性溶剂(例如，水或者包含水和有机溶剂的溶剂)。在一些实施方案中，溶剂(例如，水)的量为本文中所描述的抛光组合物的至少约10重量％(例如，至少约15重量％、至少约20重量％、至少约25重量％、至少约30重量％、至少约35重量％、至少约40重量％、至少约45重量％、至少约50重量％、至少约55重量％、至少约60重量％、至少约65重量％、至少约70重量％、至少约75重量％、至少约80重量％、至少约85重量％、至少约90重量％、至少约92重量％、至少约94重量％、至少约95重量％或至少约97重量％)到至多约99重量％(例如，至多约98重量％、至多约96重量％、至多约94重量％、至多约92重量％、至多约90重量％、至多约85重量％、至多约80重量％、至多约75重量％、至多约70重量％或至多约65重量％)。
在一个或更多个实施方案中，可以在本公开内容的抛光组合物(例如，POU或浓缩的抛光组合物)中使用任选的次要溶剂(例如，有机溶剂)，其可以帮助成分(例如，含唑腐蚀抑制剂)的溶解。在一个或更多个实施方案中，次要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，次要溶剂包含一种或更多种溶剂，所述溶剂选自由以下组成的组：乙醇、1-丙醇、2-丙醇、n-丁醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、丙二醇丙基醚和乙二醇。
在一些实施方案中，次要溶剂的量为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.005重量％(例如，至少约0.01重量％、至少约0.02重量％、至少约0.05重量％、至少约0.1重量％、至少约0.2重量％、至少约0.4重量％、至少约0.5重量％、至少约0.6重量％、至少约0.8重量％、至少约1重量％、至少约3重量％、至少约5重量％或至少约10重量％)到至多约15重量％(例如，至多约12重量％、至多约10重量％、至多约5重量％、至多约3重量％、至多约2重量％、至多约1重量％、至多约0.8重量％、至多约0.6重量％、至多约0.5重量％或至多约0.1重量％)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物可以进一步包含至少一种任选的添加剂，所述添加剂选自由以下组成的组：氧化剂、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂和水溶性聚合物。
氧化剂不受特别限制，但其具体实例包括：过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、硝酸铁、硝酸铈二铵、硫酸铁、次氯酸、臭氧、过碘酸钾和过乙酸。在不希望受理论束缚的情况下，据信氧化剂可以促进在抛光过程期间材料的移除。
在一些实施方案中，氧化剂可以为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.05重量％(例如，至少约0.1重量％、至少约0.2重量％、至少约0.3重量％、至少约0.4重量％、至少约0.5重量％、至少约0.6重量％、至少约0.7重量％、至少约0.8重量％、至少约0.9重量％、至少约1重量％、至少约1.5重量％或至少约2重量％)到至多约10重量％(例如，至多约9重量％、至多约8重量％、至多约7重量％、至多约6重量％、至多约5重量％、至多约4重量％、至多约3重量％、至多约2重量％或至多约1重量％)。
在一个或更多个实施方案中，螯合剂可以选自由以下组成的组：葡萄糖酸、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、丙胺酸、组氨酸、缬胺酸、苯丙氨酸、脯胺酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、赖胺酸、酪氨酸、苯甲酸、氨、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、甲烷磺酸、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、亚乙基二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、次氮基三乙酸、乙酰丙酮、氨基三(亚甲基膦酸)、1-羟基亚乙基(1，1-二膦酸)、2-膦酰基-1，2，4-丁烷三羧酸、六亚甲基二胺四(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)、其盐及其混合物。在不希望受理论束缚的情况下，据信螯合剂可以充当移除速率增强剂以促进在基底上的某些材料的移除。
在一些实施方案中，螯合剂可以为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.001重量％(例如，至少约0.002重量％、至少约0.003重量％、至少约0.004重量％、至少约0.005重量％、至少约0.006重量％、至少约0.007重量％、至少约0.008重量％、至少约0.009重量％或至少约0.01重量％)到至多约10重量％(例如，至多约8重量％、至多约6重量％、至多约5重量％、至多约4重量％、至多约2重量％、至多约1重量％、至多约0.8重量％、至多约0.6重量％或至多约0.5重量％)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物还可以包含一种或更多种表面活性剂，所述表面活性剂选自由以下组成的组：阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、阳离子表面活性剂及其混合物。
阳离子表面活性剂不受特别限制，但其具体实例包括脂族胺盐和脂族铵盐。
非离子表面活性剂不受特别限制4但其具体实例包括醚型表面活性剂、醚酯型表面活性剂、酯型表面活性剂和基于乙炔的表面活性剂。醚型表面活性剂不受特别限制，但其具体实例包括聚乙二醇单-4-壬基苯基醚、聚乙二醇单油烯基醚和三乙二醇单十二烷基醚。醚酯型表面活性剂不受特别限制，但其具体实例为甘油酯的聚氧乙烯醚。酯型表面活性剂不受特别限制，但其具体实例包括聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯和脱水山梨糖醇酯。基于乙炔的表面活性剂不受特别限制，但其具体实例包括乙炔醇、乙炔甘醇和乙炔二醇的氧化乙烯加成物。
两性表面活性剂不受特别限制，但其具体实例包括基于甜菜碱的表面活性剂。
阴离子表面活性剂不受特定限制，但其具体实例包括羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐和磷酸盐。羧酸盐不受特别限制，但其具体实例包括脂肪酸盐(例如，肥皂)和烷基醚羧酸盐。磺酸盐的实例包括烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐和α-烯烃磺酸盐。硫酸盐不受特别限制，但其具体实例包括高级醇硫酸盐和烷基硫酸盐。磷酸盐不受特别限制，但其具体实例包括烷基磷酸盐和烷基酯磷酸盐。
腐蚀抑制剂不受特别限制，但其具体实例包括氢氧化胆碱、氨基醇(例如，单乙醇胺以及3-氨基-4-辛醇)、亚乙基二胺四(亚甲基膦酸)及其混合物。
水溶性聚合物不受特别限制，但其具体实例包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、羟乙基纤维素、以及包含之前所列的聚合物的共聚物。在不希望受理论束缚的情况下，据信水溶性聚合物可以充当移除速率抑制剂，以降低基底上的某些暴露材料的移除速率，所述材料不旨在在抛光过程期间被移除或应以较低的移除速率移除。
在一个或更多个实施方案中，水溶性聚合物可以为本文中所描述的抛光组合物的至少约0.01重量％(例如，至少约0.02重量％、至少约0.03重量％、至少约0.04重量％、至少约0.05重量％、至少约0.06重量％、至少约0.07重量％、至少约0.08重量％、至少约0.09重量％或至少约0.1重量％)到至多约1重量％(例如，至多约0.8重量％、至多约0.6重量％、至多约0.5重量％、至多约0.4重量％、至多约0.2重量％、至多约0.1重量％、至多约0.08重量％、至多约0.06重量％或至多约0.05重量％)。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物可以基本上不含某些成分中的一者或更多者，诸如：有机溶剂；pH调节剂；季铵化合物(例如盐，诸如四烷基铵盐和氢氧化物，诸如氢氧化四甲基铵)；碱金属碱(诸如，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(诸如，经氟化的聚合物/表面活性剂))；含硅化合物，诸如硅烷(例如，烷氧基硅烷)；含氮化合物(例如，氨基酸、胺或亚胺(例如脒，诸如1，8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一烯(DBU)及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，非离子、阳离子或阴离子聚合物)；无机酸(例如，氢氯酸、硫酸、磷酸或硝酸)；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，过氧化氢和高碘酸)；腐蚀抑制剂(例如，唑或非唑腐蚀抑制剂)；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、带负电荷/带正电电荷的磨料、或陶瓷磨料复合材料)。可从抛光组合物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)，且可以为氟化物、氯化物、溴化物或碘化物。如本文中所使用，抛光组合物中“基本上不含”的成分是指未有意添加至抛光组合物中的成分。在一些实施方案中，本文中所描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)的抛光组合物实基本上不含的以上成分中的一者或更多者。在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物可以完全不含以上成分中的一者或更多者。
在一个或更多个实施方案中，本文中所描述的抛光组合物针对铜和/或其合金的移除速率与针对钼和/或其合金的移除速率比(即，移除速率比或选择性)可以为至少约10∶1(例如，至少约15∶1、至少约20∶1、至少约25∶1、至少约30∶1、至少约35∶1、至少约40∶1、至少约45∶1、至少约50∶1、至少约55∶1、至少约60∶1、至少约65∶1或至少约70∶1)到至多约1000∶1(例如，或至多约500∶1)。在一个或更多个实施方案中，当无图案晶片或图案化晶片具有经由物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或(CVD)沉积的铜和钼材料时，在量测抛光无图案晶片或图案化晶片(例如，包括传导层、阻挡层和/或介电层的晶片)的移除速率时，上文中所描述的比可以为适用的。然而，应理解，沉积铜和钼材料的方法可能对于其移除速率和从而所达成的选择性比具有影响。举例而言，已知PVD膜在膜内具有较高程度的空位和不均匀性，使得PVD膜与ALD或CVD膜相比相对更易于移除。
在一个或更多个实施方案中，当在约1.5psi的下压力下执行抛光时，本文中所描述的抛光组合物可以具有约
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/分钟的最小铜移除速率(无论是在无图案晶片上或图案化晶片上)。在一个或更多个实施方案中，当在约1.5psi的下压力下执行抛光时，本文中所描述的抛光组合物可以具有约/>
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/分钟的最大钼移除速率(无论是在无图案晶片上或图案化晶片上)。上文中针对铜和钼所描述的移除速率可以适用于物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)沉积膜中的任一者。
在一个或更多个实施方案中，本公开内容的特征为抛光的方法，其可以包括：将根据本公开内容的抛光组合物施加至基底(例如，晶片)；以及使垫(例如，抛光垫)与基底的表面接触并相对于基底移动垫。在一个或更多个实施方案中，基底可以包括下列中的至少一者：硅氧化物(例如，四乙基原硅酸盐(TEOS)、高密度等离子氧化物(HDP)、高纵横比制程氧化物(HARP)或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG))、旋涂膜(例如，基于无机粒子的膜或基于可交联碳聚合物的膜)、氮化硅、碳化硅、高K介电质(例如，铪、铝或锆的金属氧化物)、硅(例如，多晶硅、单晶硅或非晶硅)、碳、金属(例如，钨、铜、钴、钌、钼、钛、钽或铝)或其合金、金属氮化物(例如，氮化钛或氮化钽)及其混合物或组合。在一个或更多个实施方案中，抛光方法包括：将本文中所描述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包含铜和钼和/或其合金。
在一个或更多个实施方案中，使用本文中所描述的抛光组合物的方法可以进一步包括：经由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装置。举例而言，可以使用光刻、离子注入、干式/湿式蚀刻、等离子蚀刻、沉积(例如，PVD、CVD、ALD、ECD)、晶片贴片、晶粒切割、封装和测试以由通过本文中所描述的抛光组合物处理的基底生产半导体装置。
以下具体实施例仅解释为说明性的，且不以任何方式限制本公开内容的其余部分。在无需进一步阐明的情况下，据信本领域技术人员可以基于本文中的描述而最大程度地利用本发明。
实施例
这些实施例中，抛光使用AMAT Reflexion LK CMP抛光机以及软垫以及在200mL/分钟与500mL/分钟之间的抛光组合物流量来对300mm晶片进行，或者使用Mirra抛光机、Fujibo H800或H804垫以及在约200ml/分钟与500ml/分钟之间的流量来对200mm晶片进行。
用于实施例中的一般组合物示于下表1中。当论述个别实施例时，将进一步详细地解释关于所测试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) 0.005-1
唑化合物 0.001-3
第一胺(MW＜120g/mol) 0.001-3(若使用)
第二胺(MW＞125g/mol) 0.001-2(若使用)
有机溶剂 0.001-1
磨料(二氧化硅) 0.1-5
氧化剂 0.1-5
溶剂(DI水) 75-99
pH 4-8
在以下实施例中，第一胺化合物选自由以下组成的组：脯胺酸、甘胺酸、丝胺酸、丙胺酸或其混合物。在以下实施例中，第二胺选自由以下组成的组：组氨酸、苯丙氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、酪氨酸、肌肽、(3-氨基丙基)二乙醇胺、辛胺、癸胺、十二胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八胺、环己胺、二环己胺、腺嘌呤、黄嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、异鸟嘌呤、次黄嘌呤或其混合物。
实施例1
钼的静态蚀刻速率(SER)通过在45℃下将钼试样悬浮于组合物1至4中持续一分钟来测量，并且钼/铜移除速率(RR)通过用组合物1至4抛光无图案晶片来测量。电镀Cu无图案膜，并且通过PVD沉积Mo无图案膜。组合物1至4使相同的，不同之处在于：(1)组合物1为对照组并且包含上表1中所列出的第一胺化合物但不包含上表1中所列出的第二胺化合物，以及(2)组合物2至4包含第二胺化合物，其中用于组合物2至4中的第二胺化合物彼此不相同。组合物2至3包含氨基酸作为第二胺化合物，而组合物4包含烷基胺化合物作为第二胺化合物。组合物2至4包含与组合物1相同量和类型的第一胺化合物。测试结果汇总于下表2中。
表2
Figure BDA0003906481470000151
结果显示，第二胺化合物的添加有效地降低钼静态蚀刻速率和钼移除速率，同时稍稍增加铜移除速率。这些方面的组合导致组合物2至4的Cu/Mo抛光速率比显著地增加。这些结果表明，如本公开内容中所限定的第二胺化合物可以在CMP程序期间被用作针对Mo的腐蚀抑制剂。
实施例2
钼和铜移除速率(RR)通过用组合物5至6抛光无图案晶片来测量。电镀铜无图案膜，并且通过ALD沉积钼无图案膜。组合物5至6是相同的，不同之处在于：组合物5为对照组并且包含上表1中所列出的第一胺化合物但不包含上表1中所列出的第二胺化合物，而组合物6包含第一化合物和第二胺化合物两者。用于组合物6的第二胺化合物为氨基酸。测试结果汇总于下表3中。
表3
Figure BDA0003906481470000152
结果显示，类似于实施例1，包含第二胺化合物降低了钼的移除速率并从而提高了Cu/Mo抛光速率比。
实施例3
塔菲尔图电流相交点(current intersection)可以为在两种金属的结合部处(例如，Cu/Mo相交处)的抛光期间发生电流腐蚀的可能性的良好指标。塔菲尔扫描在组合物7至10中通过在相对于开路电压的+/-0.25V的范围中以1mV/s的速率从低到高扫描电压时量测电流来进行。目标金属(例如，Cu或Mo)用作工作电极、石墨作为对电极，并且饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极。组合物7至10是相同的，不同之处在于：(1)组合物7为对照组并且包含上表1中所列出的第一胺化合物但不包含上表1中所列出的第二胺化合物，以及(2)组合物8至10包含第二胺化合物，其中用于组合物8至10中的第二胺化合物彼此不相同。组合物8至9包含氨基酸作为第二胺化合物，而组合物10包含烷基胺化合物作为第二胺化合物。组合物8至10还包含与组合物7相同量和类型的第一胺化合物。来自塔菲尔图的电流相交点示于下表4中。
表4
组合物7 组合物8 组合物9 组合物10
电流相交点(μA) 20.9 17 16.5 20.2
结果显示，当与没有第二胺化合物的组合物7比较时，具有第二胺化合物的组合物8至10具有较低的电流相交点。这表明，当抛光组合物包含如本公开内容中所述的第二胺化合物时，电流腐蚀的倾向较低。
实施例4
钼和铜移除速率(RR)通过用组合物11值16抛光无图案晶片来测量。电镀Cu无图案膜，并且通过PVD沉积Mo无图案膜。组合物相同，除了下表5中所指出的差异之外。组合物11仅包括单个第一胺化合物而无第二胺化合物。组合物13至16仅包含单一第二胺化合物。组合物13和15包含与第二胺化合物相同的烷基胺。组合物14和16包含与第二胺化合物相同的氨基酸，其为与组合物13和15中所使用的第二胺化合物不同的第二胺化合物。组合物12包含用于组合物13至16中的第二胺化合物两者(即，两种不同的第二胺化合物，其中一者为氨基酸且另一者为烷基胺)。组合物11至12和15至16中使用相同的第一胺化合物。
表5
Figure BDA0003906481470000171
结果证明，在包含铜和钼的基底上，在抛光组合物中使用第一胺化合物和第二胺化合物两者，两者皆如本公开内容所述，将导致独特的协同作用。具体而言，在没有任何第二胺化合物的情况下(组合物11)，Mo RR高度提升并导致低的Cu/Mo移除速率比。相反地，在没有第一胺化合物的情况下(组合物13至14)，Cu移除速率跌落至不可接受的水平，而Mo RR仍保持升高，导致低的Cu/Mo移除速率比。值得注意的是，包含第一胺化合物和第二胺化合物两者的组合物(组合物12和15至16)保持高的Cu RR并且达成低的Mo RR，这导致高度所期望的高Cu/Mo移除速率比。当与组合物13比较时，组合物15出乎意料地显著地降低Mo移除速率，即使存在第一胺化合物主要是用以提高Cu移除速率。
本公开内容全文使用用语“不受特别限制”数次。尽管这表明化学类别(例如，唑)的许多成员可以合适于特别用途，但并不意指所述化学类别的任何特定成员不能是特别有利或优选的。
虽然本公开内容已关于本文中所阐述的实施例进行描述，但应理解的是，可进行其他修改和变化，而不脱离如所附权利要求中所限定的本公开内容的精神和范围。

Claims (17)

1.一种抛光组合物，包含：
至少一种磨料；
至少一种唑化合物；
至少一种第一胺化合物，所述至少一种第一胺化合物包括氨基酸，其具有至多120g/mol的分子量；
至少一种第二胺化合物，其具有至少125g/mol的分子量；以及
水性溶剂。
2.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由以下组成的组：氧化铝；二氧化硅；二氧化钛；氧化铈；氧化锆；氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、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。
3.根据权利要求1或2所述所述的抛光组合物，其中所述至少一种磨料以所述组合物的约0.01重量％至约50重量％的量存在。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的抛光组合物，其中所述唑选自由以下组成的组：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。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的抛光组合物，其中所述唑选自由以下组成的组：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、5，6-二甲基苯并三唑、氯苯并三唑、5，6-二氯苯并三唑、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。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种唑以所述组合物的约0.001重量％至约10重量％的量存在。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种第一胺化合物选自由以下组成的组：脯胺酸、甘胺酸、丝胺酸、丙胺酸或其混合物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种第一胺化合物以所述组合物的约0.001重量％至约18重量％的量存在。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种第二胺化合物为氨基酸。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种第二胺化合物为烷基胺。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种第二胺化合物选自由以下组成的组：组氨酸、苯丙氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、酪氨酸、肌肽、(3-氨基丙基)二乙醇胺、辛胺、癸胺、十二胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八胺、环己胺、二环己胺、腺嘌呤、黄嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、异鸟嘌呤、次黄嘌呤或其混合物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的抛光组合物，其中所述至少一种第二胺化合物以所述组合物的约0.001重量％至约18重量％的量存在。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的抛光组合物，其中所述组合物具有在约2至约10的范围内的pH。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的抛光组合物，其中所述组合物针对通过物理气相沉积法沉积的膜表现出至少10∶1的Cu∶Mo抛光选择性比。
15.一种方法，包括：
将根据权利要求1至14中任一项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铜、钼、铜的合金、钼的合金及其任意组合中的至少一者；以及
使垫接触所述基底的所述表面并相对于所述基底移动所述垫。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括由所述基底形成半导体装置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述基底的所述表面包含通过物理气相沉积法沉积的铜和钼；以及
其中所述铜和钼以至少10∶1的选择性比被抛光。
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