CN116438267A - 研磨组成物及其使用方法 - Google Patents

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梁燕南
李孝相
温立清
张益彬
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Abstract

本公开涉及研磨组成物，包括：(1)至少一种磨料；(2)至少一种有机酸或其盐类；(3)至少一种第一胺化合物，该至少一种第一胺化合物包含具有6‑24个碳的烷基链的烷基胺；(4)至少一种第二胺化合物含有至少两个氮原子，该第二胺化合物不同于该第一胺化合物；以及(5)水性溶剂。

Description

研磨组成物及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月29日提交的美国临时申请编号63/107,188，其全部内容在此通过引用并入。
背景技术
半导体工业通过制程与整合创新而被持续地驱动，以通过器件的进一步小型化来改善芯片性能。化学机械研磨/平坦化(CMP)是一种强大的技术，因为它使得处于晶体管层级的许多复杂的整合方案成为可能，因而促进芯片密度的增加。
CMP是一种被用来平坦化/修平一个晶圆表面的制程，通过使用基于磨耗的物理过程同时使用基于表面的化学反应来移除材料。一般而言，CMP制程涉及对晶圆表面施加CMP浆料(例如，水性化学调配物)同时令该晶圆表面与研磨垫接触并且相对于该晶圆来移动该研磨垫。浆料通常包含磨料组分以及溶解的化学组分，这些组分可根据存在于晶圆上的材料(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)而有很大不同，这些材料在CMP制程中会会与浆料以及研磨垫相互作用。
钼是一种带有极低的化学反应性、高硬度、优良的传导性、更强的耐磨性以及高腐蚀抗性的过渡金属。钼也可以与其它的元素来形成杂多与合金化合物(heteropoly andalloy compounds)。就其在微电子产业中的用途而言，钼以及它的合金可作为互连、扩散阻挡、光掩模以及插塞填充材料。但是，由于它的硬度与化学抗性，钼要以高移除率和低缺陷率来进行研磨是困难的，这对含钼基板的CMP提出了挑战。
发明内容
提供这个发明概要是为了介绍一些概念，这些概念将在下文的详细描述中进一步描述。这个发明概要无意于辨识所要求保护的主题的关键或基本特征，也无意于作为限制所要求保护的主题范围辅助手段。
本公开是根据如下的意外发现：相对于半导体基板中的其他材料(例如，介电材料)，某些研磨组成物在CMP制程期间，以可控的方式选择性地去除半导体基板中的钼和或其合金，针对Mo，具有优良的耐腐蚀性和较低的静态蚀刻速率。
在一个方面中，本公开的特征在于：研磨组成物包括：(1)至少一种磨料；(2)至少一种有机酸或其盐；(3)至少一种第一胺化合物，该至少一种第一胺化合物包含烷基胺，该烷基胺具有6-24个碳的烷基链；(4)至少一种含有至少两个氮原子的第二胺化合物，该第二胺化合物不同于该第一胺化合物；以及(5)水性溶剂。
在另一个方面中，本公开的特征在于：研磨组成物包括：(1)至少一种磨料；(2)至少一种有机酸或其盐；(3)至少一种第一胺化合物，该至少一种第一胺化合物包含具有6-24个碳的烷基链的烷基胺；以及(4)水性溶剂。
在又一个方面中，本公开的特征在于：方法包括：(a)将本文中描述的研磨组成物施加至基板，该基板含有钼或其合金于该基板的表面上；以及(b)使垫子来与该基板的该表面接触并且相对于该基板来移动该垫子。
具体实施方式
本公开涉及研磨组成物以及使用这些研磨组成物来研磨半导体基板的方法。在某些实施例中，本公开涉及用于研磨基板的研磨组成物，这些基板包括至少一个含有钼(Mo)金属以及钼合金的部分。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物可包含：至少一种磨料，至少一种有机酸或其盐，至少一种包含烷基胺的第一胺化合物，该烷基胺具有至少一个6-24个碳的烷基链，至少一种第二胺化合物，该第二胺化合物不同于该第一胺并且含有至少两个氮原子，以及水性溶剂。在一个或更多个实施例中，根据本公开的研磨组成物可包含：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％的至少一种有机酸，约0.001重量％至约5重量％的至少一种第一胺化合物，约0.001重量％至约5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30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例中，本公开提供一种浓缩的研磨组成物，该研磨组成物在使用之前可用水稀释至最多2倍或最多4倍或最多6倍或最多8倍或最多10倍或最多15倍或最多20倍。在其他实施例中，本公开提供一种使用点(point-of-use，POU)研磨组成物，其包含有上述的研磨组成物、水以及可选择地氧化剂。
在一个或更多个实施例中，POU研磨组成物可包括约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％的至少一种有机酸，约0.001重量％至约0.5重量％的至少一种第一胺化合物，约0.001重量％至约0.5重量％的至少一种第二胺化合物，以及剩余的重量百分比(例如，约65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例中，浓缩的研磨组成物可包含：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％的至少一种有机酸，约0.01重量％至约5重量％的至少一种第一胺化合物，约0.01重量％至约5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35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例中，被描述于本文中的研磨组成物可包含至少一种(例如，2种或3种)磨料。在一个或更多个实施例中，该至少一种磨料是选自于由下列所构成的群组：阳离子性磨料、基本上中性的磨料以及阴离子性磨料。在一个或更多个实施例中，该至少一种磨料是选自于由下列所构成的群组：氧化铝，氧化硅，氧化钛，氧化铈，氧化锆，前述的共成型的产物(即氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铈或氧化锆的共成型的产物)，经涂覆的磨料，经表面改质的磨料，以及这些的混合物。在某些实施例中，该至少一种磨料不包含氧化铈。在某些实施例中，该至少一种磨料具有高纯度，并且可具有低于大约100ppm的醇、低于大约100ppm的氨以及低于大约100ppb的碱金属阳离子(诸如钠阳离子)。根据POU研磨组成物的总重量，该磨料能够以约0.01％至约12％(例如，约0.5％至约10％)或这些的任何子范围的量而存在。
在一个或更多个实施例中，该磨料是一种氧化硅基磨料，例如选自于由下列所构成的群组中的一个：胶质氧化硅，气相式二氧化硅(fumed silica)，以及这些的混合物。在一个或更多个实施例中，该磨料可使用有机基团和/或非硅质无机基团来进行表面改质。举例来说，阳离子性磨料可包含具有化学式(I)的末端基团：
-Om-X-(CH2)n-Y(I)，
其中m是1至3的一整数；n是1至10的一整数；X是Al、Si、Ti、Ce或Zr；以及Y是阳离子性氨基或硫醇基。作为另一个示例，该阴离子性磨料可包含具有化学式(I)的末端基团：
-Om-X-(CH2)n-Y(I)，
其中m是1至3的一整数；n是1至10的一整数；X是Al、Si、Ti、Ce或Zr；以及Y是酸基(例如，磺酸基)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的该磨料的平均粒径可从至少约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、至多约150nm或至多约100nm)。如此处所使用的，该平均粒径(MPS)是通过动态光散射技术来测定。
在一个或更多个实施例中，该至少一种磨料的量按重量计是被描述于本文中的这些研磨组成物的从至少约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0.6％、至少约0.8％、至少约1％、至少约1.2％、至少约1.5％、至少约1.8％或至少约2％)到至多约50％(例如，至多约45％、至多约40％、至多约35％、至多约30％、至多约25％、至多约20％、至多约15％、至多约12％、至多约10％、至多约5％、至多约4％、至多约3％、至多约2％、至多约1％)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物包含至少一种(例如，2种或3种)有机酸或该有机酸的盐。在一个或更多个实施例中，该有机酸(或其盐)可以是选自于由下列所构成的群组：羧酸、氨基酸、有机磺酸、有机膦酸，或这些的混合物。在某些实施例中，该有机酸可以是包含一个或更多个(例如，两个、3个或4个)羧酸基团的羧酸，诸如二羧酸或三羧酸。在某些实施例中，该有机酸或其盐可以是包含羧酸基团的氨基酸。在一个或更多个实施例中，该有机酸是选自于由下列所构成的群组：葡萄糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、甘醇酸、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,N-二羟乙基甘氨酸、二乙醇酸、甘油酸、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-乙二磺酸、4-氨基-3-羟基-1-萘磺酸、8-羟喹啉-5-磺酸)、氨基甲磺酸、苯磺酸、羟胺-O-磺酸、甲磺酸、间二甲苯-4-磺酸、聚对苯乙烯磺酸、聚茴香脑磺酸(polyanetholesulfonic acid)、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、乙基磷酸、氰乙基磷酸、苯基磷酸、乙烯基磷酸、聚乙烯基膦酸(poly(vinylphosphonic acid))、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸(1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid)、氨基三亚甲基膦酸(nitrilotri(methylphosphonic acid))、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(diethylenetriaminepentakis(methylphosphonic acid))、N,N,N'N'-四羟乙二胺(氨基三亚甲基膦酸)(N,N,N'N'-ethylenediaminetetrakis(methylene phosphonic acid))、正己基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸，这些的盐，以及它们的混合物。不希望受限于理论，据信：该有机酸(诸如被描述于上面的那些)可被使用作为被描述于本文中的这些研磨组成物的有效的金属移除率增强剂，进而改善位于半导体基板中的钼和/或它的合金的移除率。
在一个或更多个实施例中，该至少一种有机酸或其盐的量按重量计是被描述于本文中的这些研磨组成物的从至少约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0.1％、至少约0.3％、至少约0.5％、至少约1％、至少约1.3％或至少约1.5％)到至多约10％(例如，至少约9％、至少约8％、至少约7％、至少约6％、至少约5％、至少约4％、至少约3％、至少约2.5％、至多约2.2％、至多约2％、至多约1.7％、至多约1.5％、至多约1.2％、至多约1％、至多约0.7％、至多约0.5％、至多约0.2％、至多约0.15％、至多约0.1％、至多约0.07％或至多约0.05％)。在实施例当中，有一种以上的有机酸包含于该研磨组成物中，上述范围可独立地适用于每种有机酸或者位于该组成物内的有机酸的总量。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的这些研磨组成物包含至少一种(例如，2种或3种)第一胺化合物。在一个或更多个实施例中，该第一胺化合物可只包含有一个氨基团。在一个或更多个实施例中，该第一胺化合物可以是烷基胺化合物，该烷胺基具有至少一个(例如，2个或3个)包含了介于6至24(即6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24)个碳之间的烷基链。在一个或更多个实施例中，该烷基链可以是一个直链、支链或环状烷基基团。在一个或更多个实施例中，该烷基胺化合物可以是一级胺、二级胺、三级胺或环胺化合物。在一个或更多个实施例中，该烷基胺化合物可以是烷氧化胺(例如，包含乙氧基(ethoxylate)和/或丙氧基(propoxylate)基团)。在一个或更多个实施例中，该烷氧化胺可包含从2至100个乙氧基和/或丙氧基基团。在某些实施例中，该至少一种烷基胺化合物具有包含介于6和18之间个碳的烷基链。在某些实施例中，该烷基胺是选自于由下列所构成的群组：己胺、辛胺、癸胺、十二胺、十四胺、十五胺、十六胺、十八烷胺、环己胺、二环己胺，或这些的混合物。不希望受限于理论，令人惊讶的是：被描述于本文中的这些烷基胺化合物可以显著地降低或最小化位于半导体基板中的钼和/或它的合金的腐蚀或蚀刻。
在一个或更多个实施例中，该至少一种第一胺化合物的量按重量计是被描述于本文中的这些研磨组成物的从至少约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0.1％、至少约0.3％、至少约0.5％)到至多约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0.8％、至多约0.6％、至多约0.5％、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0.01％、至多约0.0075％或至多约0.005％)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物可选择地包含至少一种(例如，2种或3种)不同于该第一胺化合物的第二胺化合物。在一个或更多个实施例中，该第二胺化合物含有至少两个(例如，3个或4个)氮原子。在一个或更多个实施例中，该第二胺化合物的分子量从至少约50g/mol(例如，至少约100g/mol、至少约150g/mol、至少约200g/mol、至少约250g/mol、至少约300g/mol、至少约350g/mol、至少约400g/mol、至少约450g/mol或至少约500g/mol)到至多约1000g/mol(例如，至多约950g/mol、至多约900g/mol、至多约850g/mol、至多约800g/mol、至多约750g/mol、至多约700g/mol、至多约650g/mol、至多约600g/mol、至多约550g/mol或至多约500g/mol)。
在一个或更多个实施例中，该第二胺化合物是直链二胺，其中该直链二胺是包含两个一级胺(被直链烷基链分开)的分子。在一个或更多个实施例中，该第二胺化合物是非直链二胺(例如，支链或环状二胺，或者含有二级或三级氨基基团的二胺)。在一个或更多个实施例中，该第二胺化合物是选自于由下列所构成的群组：1,3-戊二胺、氨基丙基二异丙醇胺、氨基丙基二乙醇胺、乙二胺、1,3-二氨基丙烷、1,4-二氨基丁烷(butane-1,4-diamine)、1,5-二氨基戊烷(pentane-1,5-diamine)、氨基乙基乙醇胺、三甲基乙二胺、1,2-丙二胺、1,12-二氨基十二烷、1,2-二氨基环己烷，以及这些的混合物。
在一个或更多个实施例中，该第二胺化合物的量按重量计是被描述于本文中的研磨组成物的从至少约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0.1％、至少约0.3％、至少约0.5％)到至多约5％(例如，至多约4％、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％、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例中，该第二胺化合物可从被描述于本文中的研磨组成物被省略。不希望受限于理论，据信：上面所述的第二胺化合物当与上面所述的第一胺化合物组合使用时，可显著地提高位于一个半导体基板中的钼和/或它的合金的移除率，并且可以生成协同效应(例如，相对较高的Mo移除率伴随着相对较低的Mo腐蚀，这可以通过这两种胺组合使用时有较低的Mo静态蚀刻速率证实)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物，若有需要，可包含至少一种(例如，2种或3种)pH调节剂以将该pH值调整至想要的数值。在某些实施例中，该至少一种pH调节剂可以是酸(例如，有机酸或无机酸)或碱(例如，有机碱或无机碱)。举例来说，该pH调节剂可以选自于由下列所构成的群组：硝酸、氢氯酸、硫酸、丙酸、柠檬酸、丙二酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸、氨水、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、氢氧化四丁铵、氢氧化四丙铵)、氢氧化四乙铵、氢氧化四甲铵、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、氢氧化芐基三甲基铵、氢氧化三(2-羟乙基)甲基铵(tris(2-hydroxyethyl)methylammoniumhydroxide)、氢氧化胆碱(choline hydroxide)，以及这些的任何组合。
在一个或更多个实施例中，该至少一种pH调节剂的量按重量计是被描述于本文中的研磨组成物的从至少约0.001％(例如，至少约0.005％、至少约0.01％、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％或至少约1.5％)到至多约2.5％(例如，至多约2％、至多约1.5％、至多约1％、至多约0.5％、至多约0.1％或至多约0.5％)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物可以是酸性的或者为碱性的。在某些实施例中，这些研磨组成物可具有一个范围是从至少大约2到至多大约11的pH值。当这些研磨组成物是酸性的，该pH值范围可从至少约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)。当这些研磨组成物是酸性的，该pH值范围可从至少约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、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、至多约4或至多约3.5)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物可包含一种溶剂(例如，主要溶剂)，诸如水性溶剂(例如，水或者含有水以及有机溶剂的溶剂)。在某些实施例中，该溶剂(例如，水)的量按重量计是被描述于本文中的这些研磨组成物的从至少约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％)到至多约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例中，可选择的辅助溶剂(例如，有机溶剂)可以被使用于本公开的这些研磨组成物(例如，POU或浓缩的研磨组成物)之中，这可帮助成分(例如，含唑腐蚀抑制剂)的溶解。在一个或更多个实施例中，该辅助溶剂可以是一种或更多种的醇、烷基二醇或烷基二醇醚。在一个或更多个实施例中，该辅助溶剂包含有一种或更多种选自于由下列所构成的群组中的溶剂：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(propylene glycol propyl ether)以及乙二醇。
在某些实施例中，该辅助溶剂的量按重量计是被描述于本文中的这些研磨组成物的从至少约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0.5％、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％)到至多约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例中，被描述于本文中的研磨组成物可进一步包含至少一种可选择的添加剂，该添加剂是选自于由下列所构成的群组：唑化合物、氧化剂、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂以及水溶性聚合物。
该唑化合物未被特别地限制，但是它的具体示例包含：杂环唑，经取代的或未取代的三唑(例如，苯并三唑)，经取代的或未取代的四唑，经取代的或未取代的二唑(例如，咪唑、苯并咪唑、噻二唑以及吡唑)，以及经取代的或未取代的苯并噻唑。在本文中，经取代的二唑、三唑或四唑是指通过将二唑、三唑、或四唑中的一个或两个或更多个氢原子使用例如羧基基团、烷基基团(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基基团)、卤素基团(例如，F、Cl、Br或I)、氨基基团或羟基基团取代而获得的产物。在一个或更多个实施例中，该唑化合物可以选自于由下列所构成的群组：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-甲基苯并三唑以及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-丁基苯并三唑以及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-己基苯并三唑以及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、氨基四唑、四唑、苯基四唑、苯基-四唑-5-硫醇(phenyl-tetrazole-5-thiol)，以及这些的组合。不希望受限于理论，据信：这些唑化合物可被使用作为被描述于本文中的这些研磨组成物中的腐蚀抑制剂，进而在该研磨制程的期间降低某些材料(例如，金属或介电材料)的移除。
在某些实施例中，该唑化合物按重量计可以是被描述于本文中的研磨组成物的从至少约0.001％(例如，至少约0.002％、至少约0.004％、至少约0.005％、至少约0.006％、至少约0.008％、至少约0.01％、至少约0.02％、至少约0.04％、至少约0.05％、至少约0.06％、至少约0.08％或至少约0.1％)到至多约1％(例如，至多约0.9％、至多约0.8％、至多约0.7％、至多约0.6％、至多约0.5％、至多约0.4％、至多约0.3％、至多约0.2％、至多约0.18％、至多约0.16％、至多约0.15％、至多约0.14％、至多约0.12％、至多约0.1％、至多约0.08％、至多约0.06％、至多约0.05％、至多约0.04％、至多约0.03％、至多约0.02％或至多约0.01％)。
该氧化剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、硝酸铁、硝酸铈二铵(diammonium cerium nitrate)、硫酸铁、次氯酸、臭氧、高碘酸钾以及过乙酸。不希望受限于理论，据信：该氧化剂在该研磨制程中可以促进材料的移除。
在某些实施例中，该氧化剂按重量计可以是被描述于本文中的研磨组成物的从至少约0.05％(例如，至少约0.1％、至少约0.2％、至少约0.3％、至少约0.4％、至少约0.5％、至少约0.6％、至少约0.7％、至少约0.8％、至少约0.9％、至少约1％、至少约1.5％或至少约2％)到至多约10％(例如，至多约9％、至多约8％、至多约7％、至多约6％、至多约5％、至多约4％、至多约3％、至多约2％或至多约1％)。
在一个或更多个实施例中，该螯合剂可以选自于由下列所构成的群组：葡萄糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、甘醇酸、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,N-二羟乙基甘氨酸、二乙醇酸、甘油酸、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、氨、1,2-乙二磺酸、4-氨基-3-羟基-1-萘磺酸、8-羟喹啉-5-磺酸、氨基甲磺酸、苯磺酸、羟胺-O-磺酸、甲磺酸、间二甲苯-4-磺酸、聚对苯乙烯磺酸、聚茴香脑磺酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸(diethylenetriaminepentaacetic acid)、氮基三乙酸(nitrilotriacetic acid)、乙酰丙酮(acetylacetone)、氨基三(亚甲基膦酸)(aminotri(methylenephosphonic acid))、1-羟基亚乙基(1,1-二膦酸)(1-hydroxyethylidene(1,1-diphosphonic acid))、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(2-phosphono-1,2,4-butanetricarboxylic acid)、己二胺四(亚甲基膦酸)(hexamethylenediaminetetra(methylenephosphonic acid))、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二伸乙三胺五(亚甲基膦酸)(diethylenetriaminepenta(methylenephosphonic acid))，这些的盐，以及它们的混合物。不希望受限于理论，据信：该螯合剂可充当移除率增强剂以促进位于基板上的某些材料的移除。
在某些实施例中，该螯合剂按重量计可以是被描述于本文中的研磨组成物的从至少约0.001％(例如，至少约0.002％、至少约0.003％、至少约0.004％、至少约0.005％、至少约0.006％、至少约0.007％、至少约0.008％、至少约0.009％或至少约0.01％)到至多约10％(例如，至多约8％、至多约6％、至多约5％、至多约4％、至多约2％、至多约1％、至多约0.8％、至多约0.6％或至多约0.5％)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的这些研磨组成物也可以包含一种或更多种选自于由下列所构成的群组中的表面活性剂：阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、两性表面活性剂、阳离子性表面活性剂，以及这些的混合物。
该阳离子性表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含脂族胺盐(aliphatic amine salts)以及脂族铵盐(aliphatic ammonium salts)。
该非离子性表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含醚型表面活性剂、醚酯型表面活性剂、酯型表面活性剂以及基于乙炔的表面活性剂(acetylene-basedsurfactant)。该醚型表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含聚乙二醇单-4-壬基苯醚(polyethylene glycol mono-4-nonylphenyl ether)、聚乙二醇单油基醚(polyethylene glycol monooleyl ether)以及三甘醇单十二烷基醚(triethyleneglycol monododecyl ether)。该醚酯型表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例是甘油酯的聚氧乙烯醚。该酯型表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含聚乙二醇脂肪酸酯(polyethylene glycol fatty acid ester)、甘油酯以及山梨糖醇酯(sorbitan ester)。该基于乙炔的表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含乙炔醇、乙炔乙二醇和乙炔二醇的环氧乙烷加成物。
该两性表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含基于甜菜碱的表面活性剂(betaine-based surfactants)。
该阴离子性表面活性剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸盐类以及磷酸盐类。这些羧酸盐类未被特别地限制，但是它们的具体示例包含脂肪酸盐类(例如，肥皂)以及烷基醚羧酸盐类。这些磺酸盐类的示例包含烷基苯磺酸盐类、烷基萘磺酸盐类以及α-烯烃磺酸盐类。这些硫酸盐类未被特别地限制，但是它们的具体示例包含高级醇硫酸盐类以及烷基硫酸盐类。这些磷酸盐类未被特别地限制，但是它们的具体示例包含烷基磷酸盐类以及烷基酯磷酸盐类。
该腐蚀抑制剂未被特别地限制，但是它的具体示例包含氢氧化胆碱、氨基醇类(例如，单乙醇胺以及3-氨基-4-辛醇)、乙二胺四(亚甲基膦酸)，以及这些的混合物。
该水溶性聚合物未被特别地限制，但是它的具体示例包含聚丙烯酰胺、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被条列于前的这些聚合物的共聚物。不希望受限于理论，据信：该水溶性聚合物可充当移除率抑制剂来降低基板上的某些被曝露的材料的移除率，这些被曝露的材料在该研磨制程的期间当中不想要被移除或者应以较低的移除率来被移除。
在一个或更多个实施例中，该水溶性聚合物按重量计可以是被描述于本文中的这些研磨组成物的从至少约0.01％(例如，至少约0.02％、至少约0.03％、至少约0.04％、至少约0.05％、至少约0.06％、至少约0.07％、至少约0.08％、至少约0.09％或至少约0.1％)到至多约1％(例如，至多约0.8％、至多约0.6％、至多约0.5％、至多约0.4％、至多约0.2％、至多约0.1％、至多约0.08％、至多约0.06％或至多约0.05％)。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物可以基本不含某些成分中的一种或更多种，这些成分，诸如有机溶剂、pH调节剂(例如，酸类或碱类)、胺类、碱金属碱类(诸如碱金属氢氧化物)、含氟化合物(例如，氟化物化合物或氟化的化合物(诸如氟化的聚合物/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、胺类或亚胺类(例如脒类，诸如1,8-二氮杂二环(5.4.0)十一碳-7-烯(1,8-diazabicyclo(5.4.0)-7-undecene,DBU)以及1,5-二氮杂二环(4.3.0)-5-壬烯(1,5-diazabicyclo(4.3.0)-5-nonene,DBN))、盐类(例如，卤化物盐类或金属盐类)、聚合物(例如，非离子性、阳离子性或阴离子性聚合物)、无机酸类(例如，氢氯酸、硫酸、磷酸或硝酸)、表面活性剂(例如，阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂或非离子性表面活性剂)、塑化剂、氧化剂(例如，H2O2)、四级铵化合物(例如，诸如四烷基铵盐类的盐类以及诸如四甲基氢氧化铵的氢氧化物)、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、非离子性磨料、表面改质磨料或负/正电荷磨料)。可从研磨组成物予以排除的卤化物盐类包含碱金属卤化物(例如，卤化钠或卤化钾)或卤化铵(例如，氯化铵)，而且可以是氯化物类、溴化物类或碘化物类。如本文中所使用的，研磨组成物中“基本不含”的成分是指没有被有意地被加入至该研磨组成物中的成分。在某些实施例中，被描述于本文中的这些研磨组成物可以具有至多大约1000ppm(例如，至多大约500ppm、至多大约250ppm、至多大约100ppm、至多大约50ppm、至多大约10ppm或至多大约1ppm)的上述成分(研磨组成物中基本不含的成分)中的一种或更多种。在某些实施例中，被描述的研磨组成物可以完全地不含有一种或更多种的上述成分。
在一个或更多个实施例中，被描述于本文中的研磨组成物可以具有针对钼和/或它的合金的移除率相对于针对介电材料(例如，TEOS)的移除率的比率(即移除率比率或者选择性)是从至少约3:1(例如，至少约4:1、至少约5:1、至少约10:1、至少约25:1、至少约50:1、至少约60:1、至少约75:1、至少约100:1、至少约150:1、至少约200:1、至少约250:1或至少约300:1)到至多约1000:1(例如，或至多约500:1)。在一个或更多个实施例中，该针对钼的移除率可以是从至少约
Figure BDA0004235018010000151
/分钟(例如，至少约/>
Figure BDA0004235018010000152
/分钟、至少约/>
Figure BDA0004235018010000153
/分钟、至少约/>
Figure BDA0004235018010000154
/分钟、至少约/>
Figure BDA0004235018010000155
/分钟、至少约/>
Figure BDA0004235018010000156
分钟或至少约/>
Figure BDA0004235018010000157
/分钟)到至多约/>
Figure BDA0004235018010000158
/分钟。在一个或更多个实施例中，在测量研磨空白晶圆(blanket wafers)或者图案化晶圆(patterned wafers)(例如，包含传导层、阻挡层和/或介电层的晶圆)的移除率时，上面所述的移除率以及比率可以是适用的。
在一个或更多个实施例中，本公开特征在于一种研磨方法，该方法可包含：将根据本公开的研磨组成物施加至基板(例如，晶圆)；以及使垫子(例如，研磨垫)与该基板的表面接触并且相对于该基板来移动该垫子。在一个或更多个实施例中，该基板可包含下列的至少一者：硅氧化物(silicon oxides)(例如，正硅酸四乙酯(TEOS)、高密度等离子氧化物(HDP)、高深宽比制程氧化物(high aspect ratio process oxide,HARP)或硼磷硅酸盐玻璃(borophosphosilicate glass,BPSG))、旋涂膜(spin on films)(例如，根据无机粒子的薄膜或者根据可交联的碳聚合物的薄膜)、氮化硅、碳化硅、高K值介电质(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)，以及这些的混合物或组合。在一个或更多个实施例中，该研磨方法包含：将被描述于本文中的研磨组成物施加至基板(例如，晶圆)，该基板包括含有钼和/或它的合金的表面。
在一个或更多个实施例中，使用被描述于本文中的研磨组成物的该方法可以进一步包含通过一个或更多个步骤基于被该研磨组成物所处理的基板生成半导体器件。举例来说，光蚀刻法、离子植入法、干式/湿式蚀刻、等离子蚀刻、沉积(例如，PVD、CVD、ALD、ECD)、晶圆安装、晶粒切割、封装以及测试可以被使用，进而基于本文中所描述的该研磨组成物所处理的基板来生成半导体器件。
下面的具体示例应被解释为仅是例示性的，而不是以任何方式限制本公开的其余部分。无需进一步阐述，据信：本领域技术人员可以根据本文中的描述而将本发明应用(utilize)至其最大程度。
示例
在这些示例中，研磨是使用带有VP6000垫以及浆料流动速率为300mL/分钟的的AMAT Reflexion LK CMP研磨机而在300mm的晶圆上执行。
被使用于这些示例中的通用组成物被显示于下面的表1中。针对这些被测试的组成物的差异的具体细节将会在讨论个别的示例时来进行更详细地解释。
表1
组分 组成物的重量百分率
pH调节剂(碱) 0.005-1
有机酸 0.001-1
第一胺(包含6-24个碳的烷基基团的烷基胺) 0.001-0.5(如果被使用)
第二胺(含有至少两个氮原子的胺化合物) 0.001-0.5(如果被使用)
有机溶剂 0.001-1
磨料(氧化硅) 0.1-5
氧化剂 0.1-5
溶剂(去离子水) 75-99
pH 3-7
示例1
钼的静态蚀刻速率(SER)是通过在45℃下将钼试样(molybdenum coupons)悬浮于组成物1-4之内历经1分钟来测量，而钼移除率(RR)是通过用组成物2-4来研磨空白钼晶圆而被测量。组成物1-4基本相同，区别之处是：(1)组成物1是一个对照组并且不包含被列举在上面表1中的任一种胺化合物，以及(2)组成物2-4分别包含呈1X、1.5X和2X的浓度的同样的烷基胺(包含单一氨基团以及6-24个碳的烷基基团)。组成物1-4不包含该第二胺。测试结果被汇总于下面的表2中。
表2
Figure BDA0004235018010000173
这些结果显示：该烷基胺化合物(即该第一胺)有效地降低该钼静态蚀刻速率，随着第一胺的量增高显示出钼静态蚀刻速率更大的降低。没有该烷基胺化合物的组成物1在该SER测试的期间当中被完全地清除掉Mo。这些结果表明：该烷基胺化合物在CMP制程的期间当中可以作为针对Mo的腐蚀抑制剂。
示例2
钼的静态蚀刻速率(SER)是通过在45℃下将钼试样悬浮于组成物5-8内历经1分钟来测量，而该钼以及TEOS移除率(RR)是通过以组成物5-8来研磨空白晶圆而被测量。组成物5-8全部包含处在同样的浓度下的同样的第一胺(即包含单一氨基团以及6-24个碳的烷基基团的烷基胺化合物)。组成物6-8也个别地包含呈1X、2X和3X的量的同样的第二胺(即一种含有至少两个氮原子的胺化合物)。测试结果被汇总于下面的表3中。
表3
Figure BDA0004235018010000172
Figure BDA0004235018010000181
这些结果显示：包含至少两个氮原子的胺化合物(即该第二胺)大大地增高钼的研磨移除率。但是，一旦加入该第二胺化合物，Mo的SER实际上减低了。这是一个令人惊讶的结果，该结果表明：在存在于这些组成物中的该第一和第二胺化合物之间有独特的协同作用(例如，具有相对较高的Mo移除率伴随着相对较低的Mo腐蚀)。特别地，当在组成物中加入如此急剧地增高该RR的化合物，通常可以预期该组成物的SER会增高。组成物6-8显示出对SER的相反效果的事实表明：这些组成物实现不显著地依赖钼蚀刻来移除钼的更可控的研磨。这是重要的，因为高蚀刻/腐蚀率在研磨的期间通常导致缺陷的引入的增高，这可降低可用器件的最终良率。
示例3
钼的静态蚀刻速率(SER)是通过在45℃下将钼试样悬浮于组成物9-11之内历经1分钟来测量，而该钼以及TEOS的移除率(RR)是通过以组成物9-11来研磨空白晶圆而被测量。组成物9-11包含相同量的包含单一氨基团以及6-24个碳的烷基基团的烷基胺化合物(即该第一胺)以及相同量的含有至少两个氮原子的胺化合物(即该第二胺)。组成物9包含表面通过磺酸基的加入而被改质为具有负电荷的氧化硅。组成物10包含表面通过氨基基团的加入而被改质为具有正电荷的氧化硅。组成物11是没有表面改质的未改质的(即天然的氧化硅)。被使用的所有氧化硅样品具有可比的粒径。测试结果被汇总于下面的表3中。
表4
Figure BDA0004235018010000182
这些结果显示：当与组成物10与11相比较，具有负电荷的氧化硅的组成物9具有显著较高的Mo/TEOS移除率比值。
虽然本公开已对本文中的上述示例进行描述，需要理解的是：在不脱离如本公开所附的权利要求所界定的精神与范围内，其他的修饰和变化是有可能的。

Claims (18)

1.一种研磨组成物，包含：
至少一种磨料；
至少一种有机酸或其盐；
至少一种第一胺化合物，所述至少一种第一胺化合物包含具有6-24个碳的烷基链的烷基胺；
至少一种第二胺化合物，含有至少两个氮原子，所述第二胺化合物不同于所述第一胺化合物；以及
水性溶剂。
2.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种磨料是选自于由下列所构成的群组：氧化铝，氧化硅，氧化钛，氧化铈，氧化锆，氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铈或氧化锆的共成型的产物，经涂覆的磨料，经表面改质的磨料，以及其混合物。
3.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种磨料的量按重量计是所述组成物的约0.01％至约50％。
4.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种有机酸是选自于由下列所构成的群组：羧酸、氨基酸、磺酸、膦酸，以及其混合物。
5.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种有机酸或其盐是选自于由下列所构成的群组：葡萄糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、甘醇酸、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,N-二羟乙基甘氨酸、二乙醇酸、甘油酸、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-乙二磺酸、4-氨基-3-羟基-1-萘磺酸、8-羟喹啉-5-磺酸、氨基甲磺酸、苯磺酸、羟胺-O-磺酸、甲磺酸、间二甲苯-4-磺酸、聚对苯乙烯磺酸、聚茴香脑磺酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、乙基磷酸、氰乙基磷酸、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、氨基三(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、N,N,N'N'-四羟乙二胺(氨基三亚甲基膦酸)、正己基膦酸、芐基膦酸、苯基膦酸，其盐类，以及其混合物。
6.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种有机酸或其盐类的量按重量计为所述组成物的约0.001％至约10％。
7.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种第一胺化合物包含具有介于6和18个碳之间的烷基链的烷基胺。
8.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种第一胺化合物的量按重量计是该组成物的约0.001％至约5％。
9.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种第二胺化合物具有介于大约50g/mol和大约1000g/mol之间的分子量。
10.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种第二胺化合物包含非直链二胺。
11.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种第二胺化合物是选自于由下列所构成的群组：1,3-戊二胺、氨基丙基二异丙醇胺、氨基丙基二乙醇胺、乙二胺、1,3-二氨基丙烷、1,4-二氨基丁烷、1,5-二氨基戊烷、胺乙基乙醇胺、三甲基乙二胺、1,2-丙二胺，以及其混合物。
12.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述至少一种第二胺化合物的量按重量计是所述组成物的约0.001％至约5％。
13.如权利要求1的研磨组成物，进一步包含：
有机溶剂，其量按重量计是所述组成物的约0.001％至约10％。
14.如权利要求13的研磨组成物，其中，所述有机溶剂是选自于由下列所构成的群组：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，以及其任何组合。
15.如权利要求1的研磨组成物，其中，所述组成物具有范围约2至约11的pH值。
16.一种方法，包括：
将如权利要求1的所述研磨组成物施加至基板，该基板包含有钼或其合金于所述基板的表面上；以及
使垫子与所述基板的所述表面接触并且相对于所述基板来移动所述垫子。
17.如权利要求16的方法，进一步包括，基于所述基板形成半导体器件。
18.一种研磨组成物，包含：
至少一种磨料；
至少一种有机酸或其盐类；
至少一种第一胺化合物，所述至少一种第一胺化合物包含具有6-24个碳的烷基链的烷基胺；以及
水性溶剂。
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