DE102020001871A1 - Verfahren zum chemisch-mechanischen polieren von kobalt mit hohen kobalt-entfernungsgeschwindigkeiten und verminderter kobaltkorrosion - Google Patents

Verfahren zum chemisch-mechanischen polieren von kobalt mit hohen kobalt-entfernungsgeschwindigkeiten und verminderter kobaltkorrosion Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt zum Planarisieren der Oberfläche und Entfernen mindestens eines Teils des Kobalts von einem Substrat. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Polierzusammensetzung, die als ursprüngliche Komponenten enthält: Wasser; ein Oxidationsmittel; kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen; Asparaginsäure oder Salze davon; eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure mit der Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen in Mengen einbezogen ist, die ausreichend sind, so dass hohe Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeiten von ≥ 2000 Å/min und eine wesentliche Hemmung der Kobaltkorrosion erhalten werden; und Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche; Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem Polierkissen und dem Substrat; und Abgeben der Polierzusammensetzung auf die Polieroberfläche an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Polierkissen und dem Substrat; wobei ein Teil des Kobalts wegpoliert wird und eine Kobaltkorrosion im Wesentlichen gehemmt wird.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt mit hohen Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeiten und verminderter Kobaltkorrosion. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt mit hohen Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeiten und verminderter Kobaltkorrosion unter Verwendung einer Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, die Asparaginsäure und Phosphonsäuren enthält, wobei die Phosphonsäuren eine Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen aufweisen und die Phosphonsäuren in Konzentrationen vorliegen, welche die hohen Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeiten und die verminderte Kobaltkorrosion ermöglichen; und Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche; Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem Polierkissen und dem Substrat; und Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Polierkissen und dem Substrat, wobei ein Teil des Kobalts von dem Substrat wegpoliert wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen und anderen elektronischen Vorrichtungen werden mehrere Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien von einer Oberfläche eines Halbleiterwafers abgeschieden oder davon entfernt. Dünne Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können durch zahlreiche Abscheidungstechniken abgeschieden werden. Übliche Abscheidungstechniken in einer modernen Verarbeitung umfassen eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die auch als Sputtern bekannt ist, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD), eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und ein elektrochemisches Plattieren (ECP).
  • Da Schichten von Materialien nacheinander abgeschieden und entfernt werden, wird die oberste Oberfläche des Wafers nicht-planar. Da eine nachfolgende Halbleiterverarbeitung (z.B. eine Metallisierung) erfordert, dass der Wafer eine flache Oberfläche aufweist, muss der Wafer planarisiert werden. Eine Planarisierung ist bei der Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie und von Oberflächendefekten, wie z.B. rauen Oberflächen, agglomerierten Materialien, Kristallgitterbeschädigungen, Kratzern und kontaminierten Schichten oder Materialien, nützlich.
  • Ein chemisch-mechanisches Planarisieren oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist eine übliche Technik, die zum Planarisieren von Substraten, wie z.B. Halbleiterwafern, verwendet wird. Bei einem herkömmlichen CMP wird ein Wafer auf einer Trägeranordnung montiert und in Kontakt mit einem Polierkissen in einer CMP-Vorrichtung gebracht. Die Trägeranordnung stellt einen einstellbaren Druck auf den Wafer bereit und drückt ihn gegen das Polierkissen. Das Kissen wird relativ zu dem Wafer durch eine externe Antriebskraft bewegt (z.B. gedreht). Gleichzeitig damit wird eine Polierzusammensetzung („Aufschlämmung“) oder eine andere Polierlösung zwischen dem Wafer und dem Polierkissen bereitgestellt. Folglich wird die Waferoberfläche durch die chemische und mechanische Wirkung der Kissenoberfläche und der Aufschlämmung poliert und planarisiert. Ein CMP ist jedoch sehr komplex. Jede Art von Material erfordert eine spezielle Polierzusammensetzung, ein in einer geeigneten Weise gestaltetes Polierkissen, optimierte Verfahrenseinstellungen sowohl für das Polieren als auch für das Reinigen nach dem CMP und weitere Faktoren, die für die Anwendung auf das Polieren spezifischer Materialien individuell maßgeschneidert werden müssen.
  • Für moderne technische Knoten von 10 nm und weniger ist Kobalt dabei, Wolframstopfen zu ersetzen, die Transistor-Steuerelektroden mit Metall-Zwischenverbindungen in einer „Back End of Line“ (BEOL) verbinden und Kupfer in Metallleitungen und Durchkontaktierungen für die ersten wenigen Metallschichten in BEOL zu ersetzen. Alle diese neuen Verfahren erfordern, dass das CMP eine Planarität bis zur gewünschten Zieldicke und eine Selektivität von Materialien erreicht. Kobalt neigt jedoch zu einer starken Korrosion in wässrigen Lösungen und dessen niedrigeres Redoxpotenzial macht es zu einem leichten galvanischen Korrosionsziel, wenn es mit anderen, edleren Metallen in Kontakt ist. Handelsübliche Kobalt-Masse- und -Barriere-CMP-Aufschlämmungen zeigen häufig sehr schwere Korrosionsdefekte, wie z.B. eine Grübchenkorrosion, eine raue Oberfläche und eine fehlende Kobaltleitung. Kobalt-CMP-Aufschlämmungen müssen daher effektive Kobaltkorrosionshemmstoffe enthalten, die Korrosionsdefekte beseitigen können, während sie nach wie vor akzeptable Entfernungsgeschwindigkeiten von 2000 Å/min oder größer bereitstellen.
  • Daher besteht ein Bedarf für ein(e) CMP-Polierverfahren und -Zusammensetzung für Kobalt, die sowohl hohe Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeiten von 2000 Å/min oder größer als auch eine Kobaltkorrosionshemmung ermöglichen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt, umfassend:
    • Bereitstellen eines Substrats, das Kobalt umfasst;
    • Bereitstellen einer Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, umfassend, als ursprüngliche Komponenten:
      • Wasser;
      • ein Oxidationsmittel;
      • Asparaginsäure oder Salze davon;
      • kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen; und
      • eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure in Mengen von weniger als 0,002 Gew.-%, jedoch größer als 0 vorliegt; und gegebenenfalls ein Biozid;
      • gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel;
      • gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel;
      • Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche;
      • Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; und
      • Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche des chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat zum Entfernen von mindestens einem Teil des Kobalts.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt, umfassend:
    • Bereitstellen eines Substrats, das Kobalt umfasst;
    • Bereitstellen einer Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, umfassend, als ursprüngliche Komponenten:
      • Wasser;
      • Wasserstoffperoxid;
      • 0,1 Gew.-% oder mehr Asparaginsäure oder Salze davon;
      • kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen, wobei die kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen ein negatives Zeta-Potenzial aufweisen; und
      • eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure in Mengen von 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt;
      • gegebenenfalls ein Biozid;
      • gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel;
      • gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel; und
      • wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 oder größer aufweist; und
      • Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche;
      • Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; und
      • Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche des chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat zum Entfernen von mindestens einem Teil des Kobalts.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt, umfassend:
    • Wasser;
    • 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-% Wasserstoffperoxid;
    • 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% Asparaginsäure oder Salze davon;
    • 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-% kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen mit einem negativen Zeta-Potenzial; und
    • eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit zwölf bis zwanzig Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure in Mengen von 0,00025 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt;
    • ein Biozid;
    • gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel;
    • gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel; und
    • wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 bis 11 aufweist; und
    • Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche;
    • Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; und
    • Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche des chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat zum Entfernen von mindestens einem Teil des Kobalts.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt, umfassend:
    • Bereitstellen eines Substrats, das Kobalt umfasst;
    • Bereitstellen einer Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, umfassend, als ursprüngliche Komponenten:
    • Wasser;
    • 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% Wasserstoffperoxid;
    • 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-% Asparaginsäure oder Salze davon;
    • 0,01 Gew.-% bis 3 Gew.-% kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen mit einem negativen Zeta-Potenzial; und
    • eine Phosphonsäure, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Undecylphosphonsäure, Dodecylphosphonsäure, Tetradecylphosphonsäure, Hexadecylphosphonsäure und Octadecylphosphonsäure, wobei die Phosphonsäure in Mengen von 0,0005 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt;
    • 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% eines Biozids;
    • gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel;
    • gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel, wobei das pH-Einstellmittel KOH ist; und
    • wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7,5 bis 8,5 aufweist; und
    • Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche;
    • Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; und
    • Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche des chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat zum Entfernen von mindestens einem Teil des Kobalts.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 2000 Å/min und eine wesentlich verminderte Kobaltkorrosion.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht auch eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 87 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von 200 mL/min und einer Nennandruckkraft von 13,8 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät; und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Gemäß der Verwendung in dieser Beschreibung haben die folgenden Abkürzungen die folgenden Bedeutungen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht etwas Anderes ergibt: °C = Grad Celsius; g = Gramm; L = Liter; mL = Milliliter; µ = µm = Mikrometer; kPa = Kilopascal; A = Angström; mV = Millivolt; DI = Entionisiert; mm = Millimeter; cm = Zentimeter; min = Minute; s = Sekunden; U/min = Umdrehungen pro Minute; Ibs = Pfund; kg = Kilogramm; Co = Kobalt; H2O2 = Wasserstoffperoxid; KOH = Kaliumhydroxid; P = Phosphor; Gew.-% = Gewichtsprozent; PVD = Physikalische Gasphasenabscheidung; RR = Entfernungsgeschwindigkeit; SER = Statische Ätzgeschwindigkeit; PS = Polieraufschlämmung der Erfindung; und CS = Vergleichsaufschlämmung.
  • Der Ausdruck „chemisch-mechanisches Polieren“ oder „CMP“ bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem ein Substrat nur durch chemische und mechanische Kräfte poliert wird und das sich von einem elektrochemisch-mechanischen Polieren (ECMP) unterscheidet, bei dem an das Substrat eine elektrische Vorspannung angelegt wird. Der Begriff „Asparaginsäure“ steht für die α-Aminosäure und kann L-Asparaginsäure, D-Asparaginsäure oder racemische Gemische davon umfassen. Der Begriff „Alkylgruppe“ steht innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung für eine organische funktionelle Gruppe, die nur Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome in ihrer Struktur aufweist, wobei die allgemeine Formel der Alkylgruppe CnH2n+1 ist, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Begriffe „Zusammensetzung“ und „Aufschlämmung“ werden in der Beschreibung austauschbar verwendet. Die Begriffe „ein(e)“, „einer“ und „eines“ beziehen sich sowohl auf den Singular als auch auf den Plural. Alle Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts Anderes angegeben ist. Alle Zahlenbereiche sind einschließlich und in jedweder Reihenfolge kombinierbar, es sei denn, es ist logisch, dass solche Zahlenbereiche dahingehend beschränkt sind, sich zu 100 % aufzuaddieren.
  • Das Verfahren zum Polieren von Kobalt auf einem Substrat der vorliegenden Erfindung nutzt eine Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, die als ursprüngliche Komponenten Wasser; ein Oxidationsmittel; Asparaginsäure oder Salze davon; kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen; und eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure in Mengen von weniger als 0,002 Gew.-% jedoch größer als 0 vorliegt; gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel; gegebenenfalls ein Biozid; und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel umfasst, und zwar zum Planarisieren des Kobalts und des Substrats und zum Entfernen mindestens eines Teils des Kobalts von der Substratoberfläche bei einer hohen Entfernungsgeschwindigkeit, vorzugsweise ≥ 2000 Å/min, und gleichzeitig zum Hemmen einer wesentlichen Kobaltkorrosion.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Kobalt umfasst; Bereitstellen einer Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, umfassend (vorzugsweise bestehend aus) als ursprüngliche Komponenten: Wasser; ein Oxidationsmittel, vorzugsweise in Mengen von 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, mehr bevorzugt in Mengen von 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%; Asparaginsäure oder Salze davon oder Gemische davon in Mengen von gleich oder größer als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,3 Gew.-% bis 1 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,3 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%; und insbesondere von 0,5 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%; kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen vorzugsweise in Mengen von 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,01 Gew.-% bis 3 Gew.-%; noch mehr bevorzugt in Mengen von 0,3 Gew.-% bis 3 Gew.-%; und eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure in Mengen von weniger als 0,002 Gew.-%, jedoch größer als 0, vorzugsweise von 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,00025 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,0005 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, insbesondere von 0,00075 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt; gegebenenfalls ein Biozid; gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel; und gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel; wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 oder größer; vorzugsweise 7 bis 11; mehr bevorzugt von 7,5 bis 10; noch mehr bevorzugt von 7,5 bis 9; und insbesondere von 7,5 bis 8,5 (wie z.B. 7,5 bis 8 oder 8 bis 8,5) aufweist; Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche; Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; und Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche des chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; wobei mindestens ein Teil des Kobalts von dem Substrat bei einer Entfernungsgeschwindigkeit von vorzugsweise ≥ 2000 Å/min wegpoliert wird und die Korrosion des Kobalts wesentlich vermindert oder gehemmt wird, wie es sich durch niedrige statische Ätzgeschwindigkeiten zeigt.
  • Vorzugsweise ist in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung das Wasser, das als eine ursprüngliche Komponente in der bereitgestellten Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren enthalten ist, mindestens eines von entionisiert und destilliert, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken.
  • Vorzugsweise enthält in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente ein Oxidationsmittel, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoffperoxid (H2O2), Monopersulfaten, lodaten, Magnesiumperphthalat, Peressigsäure und anderen Persäuren, Persulfat, Bromaten, Perbromat, Persulfat, Peressigsäure, Periodat, Nitraten, Eisensalzen, Cersalzen, Mn(III-), Mn(IV)- und Mn(VI)-Salzen, Silbersalzen, Kupfersalzen, Chromsalzen, Kobaltsalzen, Halogenen, Hypochloriten und einem Gemisch davon. Mehr bevorzugt ist das Oxidationsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoffperoxid, Perchlorat, Perbromat; Periodat, Persulfat und Peressigsäure. Insbesondere ist das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid.
  • Vorzugsweise enthält in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-%; noch mehr bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%; insbesondere 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% eines Oxidationsmittels.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung enthält die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente Asparaginsäure, Salze von Asparaginsäure oder Gemische davon in Mengen von mindestens 0,1 Gew.-%. Salze von Asparaginsäure umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, L-Asparaginsäure-Natriumsalz-Monohydrat, L-Asparaginsäure-Kaliumsalz und DL-Asparaginsäure-Kaliumsalz. Vorzugsweise ist in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung L-Asparaginsäure in die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren der vorliegenden Erfindung einbezogen. In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung enthält die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,3 Gew.-% bis 1 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,3 Gew.-% bis 0,9 Gew.-%, und insbesondere von 0,5 Gew.-% bis 0,9 Gew.-% L-Asparaginsäure, D-Asparaginsäure, racemische Gemische, Salze davon oder Gemische davon.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung enthält die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente eine Phosphonsäure mit einer Alkylgruppe mit mehr als zehn (10) Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure in Mengen von weniger als 0,002 Gew.-%, jedoch größer als 0 vorliegt. Vorzugsweise weist in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung die Phosphonsäure die allgemeine Formel:
    Figure DE102020001871A1_0001
    auf, worin R eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit mehr als zehn (10) Kohlenstoffatomen ist, R vorzugsweise eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit zwölf (12) bis zwanzig (20) Kohlenstoffatomen ist, R mehr bevorzugt eine geradkettige Alkylgruppe mit zwölf (12) bis achtzehn (18) Kohlenstoffatomen ist, R mehr bevorzugt eine geradkettige Alkylgruppe mit zwölf (12) bis sechzehn (16) Kohlenstoffatomen ist, R insbesondere eine geradkettige Alkylgruppe mit zwölf (12) oder vierzehn (14) Kohlenstoffatomen ist. Beispiele für Phosphonsäuren der vorliegenden Erfindung sind Undecylphosphonsäure, Dodecylphosphonsäure, Tetradecylphosphonsäure, Hexadecylphosphonsäure und Octadecylphosphonsäure, wobei Dodecylphosphonsäure und Tetradecylphosphonsäure am meisten bevorzugt sind.
  • Vorzugsweise sind in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung Phosphonsäuren oder Salze davon mit einer Alkylgruppe mit mehr als (10) Kohlenstoffatomen in die Zusammensetzungen zum chemisch-mechanischen Polieren in Mengen von 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,00025 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,0005 Gew.-% bis 0,001 Gew.-%, insbesondere von 0,00075 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% einbezogen.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung enthält die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen. Vorzugsweise enthält in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 25 nm oder weniger und einem permanenten negativen Zeta-Potenzial, wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 oder größer; vorzugsweise 7 bis 11; mehr bevorzugt von 7,5 bis 10; noch mehr bevorzugt von 7,5 bis 9; und insbesondere von 7,5 bis 8,5 (wie z.B. 7,5 bis 8 oder 8 bis 8,5) aufweist. Mehr bevorzugt enthält in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 30 nm oder weniger und einem permanenten negativen Zeta-Potenzial, wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 oder größer; vorzugsweise 7 bis 11; mehr bevorzugt von 7,5 bis 10; noch mehr bevorzugt von 7,5 bis 9; und insbesondere von 7,5 bis 8,5 (wie z.B. 7,5 bis 8 oder 8 bis 8,5) aufweist; wobei das Zeta-Potenzial von -0,1 mV bis -35 mV beträgt.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung enthält die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 30 nm oder weniger, vorzugsweise 5 nm bis 30 nm; mehr bevorzugt 10 nm bis weniger als 30 nm; noch mehr bevorzugt von 10 nm bis 28 nm, noch mehr bevorzugt von 15 nm bis 25 nm, insbesondere 15 nm bis 23 nm, gemessen mittels dynamischer Lichtstreutechniken. Geeignete Teilchengrößenmessgeräte sind z.B. von CPS Instruments, Inc. (Prairieville, LA, USA) oder Malvern Instruments (Malvern, Vereinigtes Königreich) erhältlich.
  • Vorzugsweise sind die kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittel kugelförmig, und zwar im Gegensatz zu kokonförmigen kolloidales Siliziumoxid-Schleifmitteln, bei denen es sich um verbundene oder kombinierte Kugeln handelt. Kugelförmige kolloidales Siliziumoxidteilchen sind keine verbundenen Kugeln. Die Größe von kugelförmigen kolloidales Siliziumoxidteilchen wird durch den Durchmesser der Teilchen gemessen. Im Gegensatz dazu ist die Größe von Kokonteilchen, die verbundene Kugeln sind, der Durchmesser der kleinsten Kugel, die das Teilchen umgibt, und die Länge des Teilchens. Beispiele für handelsübliche kugelförmige kolloidales Siliziumoxidteilchen mit negativen Zeta-Potenzialen sind Fuso™ PL-2L-Teilchen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 23 nm), die von Fuso Chemical Co., LTD erhältlich sind, und K1598-B-12 (durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 20 nm), die von EMD Performance Materials, Merck KGaA, erhältlich sind.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung enthält die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als ursprüngliche Komponenten vorzugsweise kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen mit einem Teilchendurchmesser von weniger als oder gleich 30 nm, vorzugsweise 5 nm bis 30 nm; mehr bevorzugt 10 nm bis weniger als 30 nm; noch mehr bevorzugt von 10 nm bis 28 nm, noch mehr bevorzugt von 15 nm bis 25 nm, insbesondere 15 nm bis 23 nm, gemessen mittels dynamischer Lichtstreutechniken, in Mengen von 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,01 Gew.-% bis 3 Gew.-%; noch mehr bevorzugt in Mengen von 0,3 Gew.-% bis 3 Gew.-%. Vorzugsweise weisen die kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen ein permanentes negatives Zeta-Potenzial auf.
  • Gegebenenfalls enthält die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren ein pH-Einstellmittel. Vorzugsweise ist das pH-Einstellmittel aus der Gruppe, bestehend aus anorganischen und organischen pH-Einstellmitteln, ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das pH-Einstellmittel aus der Gruppe, bestehend aus anorganischen Säuren und anorganischen Basen, ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das pH-Einstellmittel aus der Gruppe, bestehend aus Salpetersäure und Kaliumhydroxid, ausgewählt. Insbesondere ist das pH-Einstellmittel Kaliumhydroxid. Der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren werden ausreichende Mengen des pH-Einstellmittels zugesetzt, so dass ein gewünschter pH-Wert oder pH-Wertbereich aufrechterhalten wird.
  • Gegebenenfalls enthält in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren Biozide, wie z.B. KORDEK™ MLX (9,5 - 9,9 % Methyl-4-isothiazolin-3-on, 89,1 - 89,5 % Wasser und ≤1,0 % eines entsprechenden Reaktionsprodukts) oder KATHON™ ICP III, das die Wirkstoffe 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on und 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on enthält, wobei diese jeweils von The Dow Chemical Company hergestellt werden (KATHON und KORDEK sind Marken von The Dow Chemical Company).
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung kann die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente gegebenenfalls 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,001 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 0,005 Gew.-% eines Biozids enthalten.
  • Gegebenenfalls kann in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren ferner Entschäumer, wie z.B. nicht-ionische grenzflächenaktive Mittel, einschließlich Ester, Ethylenoxide, Alkohole, Ethoxylat, Siliziumverbindungen, Fluorverbindungen, Ether, Glykoside und deren Derivate umfassen. Anionische Ethersulfate, wie z.B. Natriumlaurylethersulfat (SLES) sowie die Kalium- und Ammoniumsalze. Das grenzflächenaktive Mittel kann auch ein amphoteres grenzflächenaktives Mittel sein.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung kann die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als eine ursprüngliche Komponente gegebenenfalls 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,001 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,01 Gew.-% bis 0,025 Gew.-% eines grenzflächenaktiven Mittels umfassen.
  • Vorzugsweise kann in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung das bereitgestellte chemisch-mechanische Polierkissen jedwedes bekannte geeignete Polierkissen sein. Einem Fachmann ist die Auswahl eines geeigneten chemisch-mechanischen Polierkissens zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bekannt. Mehr bevorzugt wird in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung das bereitgestellte chemisch-mechanische Polierkissen aus Gewebe- und Vliespolierkissen ausgewählt. Noch mehr bevorzugt umfasst in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung das bereitgestellte chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht. Insbesondere umfasst in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung das bereitgestellte chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen. Vorzugsweise weist das bereitgestellte chemisch-mechanische Polierkissen mindestens eine Rille auf der Polieroberfläche auf.
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf eine Polieroberfläche des bereitgestellten chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, das Kobalt enthält, abgegeben.
  • Vorzugsweise wird in dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung ein dynamischer Kontakt an der Grenzfläche zwischen dem bereitgestellten chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, das Kobalt enthält, mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa senkrecht zu einer Oberfläche des polierten Substrats erzeugt.
  • In dem Verfahren zum Polieren von Kobalt der vorliegenden Erfindung weist die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von vorzugsweise ≥ 2000 Å/min; mehr bevorzugt ≥ 2200 Å/min; noch mehr bevorzugt ≥ 2300 Å/min; noch mehr bevorzugt ≥ 2380 Å/min, noch mehr bevorzugt ≥ 2390 Å/min, insbesondere ≥ 2400 Å/min, bei einer Plattendrehzahl von 93 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 87 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von 200 mL/min und einer Nennandruckkraft von 13,8 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät auf; und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst; und wobei eine Korrosion des Kobalts wesentliche vermindert oder gehemmt ist, wie es sich durch die statische Ätzgeschwindigkeit (SER) zeigt.
  • Die folgenden Beispiele sollen die hohe Entfernungsgeschwindigkeit von Kobalt und die Hemmung der Kobaltkorrosion für eine oder mehrere Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung zeigen, jedoch deren Umfang nicht beschränken.
  • Beispiel 1
  • Aufschlämmungsformulierungen
  • Die folgenden chemisch-mechanischen Polieraufschlämmungen wurden in DI-Wasser bei Raumtemperatur hergestellt. Der pH-Wert jeder Aufschlämmung wurde mit 45 Gew.-% wässrigem KOH auf 8 eingestellt. Tabelle 1
    Aufschlämmung Nr. Asparaginsäure1 (Gew.-%) Phosphonsäure1 (Gew.-%) FUSO™ PL-2L-Teilchen2 (Gew.-%) H2O2 (Gew.-%) KORDEK™ MLX Biozid (Gew.-%)
    PS-1 0,5 0,001 Dodecyl 3 0,3 0,02
    PS-2 0,5 0,001 Tetradecyl 3 0,3 0,02
    PS-3 0,5 0,001 Dodecyl --------- 0,3 0,02
    PS-4 0,5 0,001 Tetradecyl --------- 0,3 0,02
    1Erhältlich von Sigma-Aldrich Corporation.
    2Erhältlich von Fuso Chemical Company LTD, Japan.
  • Beispiel 2
  • Aufschlämmung-Vergleichsformulierungen
  • Die folgenden chemisch-mechanischen Vergleichspolieraufschlämmungen wurden in DI-Wasser bei Raumtemperatur hergestellt. Der pH-Wert jeder Aufschlämmung wurde mit 45 Gew.-% wässrigem KOH auf 8 eingestellt. Tabelle 2
    Vergleichsaufschlämmung Nr. Asparaginsäure (Gew.-%) Korrosionshemmstoff (Gew.-%) FUSO™ PL-2L-Teilchen (Gew.-%) H2O2 (Gew.-%) KORDEK™ MLX Biozid (Gew.-%)
    CS-1 0,5 --------- 3 0,3 0.02
    CS-2 0,5 0,001 Hexylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-3 0,5 0,002 Hexylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-4 0,5 0,001 Decylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-5 0,5 0,002 Decylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-6 0,5 0,002 Dodecylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-7 0,5 0,002 Tetradecylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-8 0,5 ------------ ------------ 0,3 0,02
    CS-9 0,5 0,001 Hexylphosphonsäure ------------ 0,3 0,02
    CS-10 0,5 0,002 Hexylphosphonsäure ------------ 0,3 0,02
    CS-11 0,5 0,001 Decylphosphonsäure ----------- 0,3 0,02
    CS-12 0,5 0,002 Decyl phosphonsäure ----------- 0,3 0,02
    CS-13 0,5 0,002 Dodecylphosphonsäure ----------- 0,3 0,02
    CS-14 0,5 0,002 Tetradecylphosphonsäure ------------ 0,3 0,02
  • Beispiel 3
  • Chemisch-mechanisches Polieren von Kobalt und SER von Kobalt
  • Die Verfahren und die Vorrichtung zum Polieren von Kobalt und Bestimmen der statischen Ätzgeschwindigkeit (SER) für die Aufschlämmungen in den Tabellen 1 und 2 sind unmittelbar nachstehend beschrieben. Tabelle 3
    CMP-Polier- und Reinigungsbedingungen
    Polierwerkzeug AMAT- MIRRA
    Kissen VISIONPAD™ 6000 PAD -- ein Polyurethan; Shore D-Härte von 57, geschlossenzellige Poren mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 30 und 60 µm und kreisförmige Rillen mit einer Tiefe, einer Breite und einem Abstand von 760, 510 bzw. 3050 µm
    Konditioniereinrichtung Saesol 8031C1 - 170 µm Diamantgröße; 40 µm Diamantvorwölbung und 310 µm Diamantabstand
    Verfahren 2 PSI (13,8 kPa), 93/87 U/min, 200 ml/min (Andruckkraft, Plattendrehzahl/Trägerdrehzahl, Aufschlämmunqsflussrate)
    Reinigen nach dem CMP Synergy - ATMI PlanarClean™ Zusammensetzung: Ethanolamin (1 bis 10 Gew.-%), Tetramethylammoniumhydroxid (1 bis 10 Gew.-%), pH > 13,5 und Verdünnunq 1:20.
    Polierzeit Co-Wafer: 20 s
    Wafer 200 mm PVD-Kobaltwafer, erhalten von Novati (etwa 1700 Å dick)
  • Die polierten Wafer wurden durch einen DSS-200 Synergy™ (OnTrak) doppelseitigen Waferwäscher geführt, der mit einer ATMI PlanarClean-Chemie betrieben wurde, und die Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeiten wurden mit einem RS200 Metallfilmdickenmesswerkzeug von KLA Tencor gemessen. Die Ergebnisse der Kobalt-RR sind in der Tabelle 4 angegeben.
  • Analysen des statischen Ätzens (Korrosion):
  • Unstrukturierte Co-Wafer von Novati Technologies (200 mm, etwa 1700 Å dick PVD Coabgeschieden auf einem Siliziumsubstrat) wurden so verwendet, wie sie erhalten worden sind. Gamry PTC1™-Anstrichmitteltestzellen wurden zur Analyse verwendet, wobei der ganze 200 mm Co-Wafer zwischen einem Glasrohr mit einer O-Ringdichtung und einer speziell angefertigten TEFLON™-Basis geklemmt wurde. Ein 3M-470 Elektroplattierungsband mit einer offenen Fläche von 3,0 cm2 wurde zwischen dem Wafer und dem O-Ring verwendet, um jedwede lokale Korrosion des Spalt- oder Spannungstyps zu vermeiden. Für eine Hochtemperaturanalyse wurden 30 mL einer statischen Ätzaufschlämmung in einem Ofen bei 55 °C gehalten, um höhere lokale Temperaturen an einem Kissenunebenheit/Wafer-Kontakt während des Polierens zu simulieren, und für 60 min vorgewärmt, und dann wurde die Aufschlämmung sofort der statischen Ätzzelle zugesetzt und für 3 min mit dem Wafer in Kontakt gehalten. Nach der gewünschten Haltezeit wurde die statische Ätzlösung gesammelt und nach dem Zentrifugieren und Abtrennen des kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittels, wenn dieses in der Formulierung vorlag, bezüglich Co-Ionen durch eine induktiv gekoppeltes Plasma - optisches Emissionsspektrometer (ICP-OES)-Analyse analysiert. Kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittel wurden in statischen Ätzexperimenten für eine einfache ICP-OES-Analyse von einigen Formulierungen ausgeschlossen. Für alle getesteten Formulierungen wurden mindestens zwei Datenpunkte gesammelt, um die Reproduzierbarkeit zu prüfen.
  • Statische Ätzgeschwindigkeiten (SER) für Kobalt wurden aus der Kobaltkonzentration in der ICP-Analyse mittels der folgenden Formel berechnet: Kobalt − SER ( Å / min ) = { [ C ( g / l ) * V ( I ) ] / [ A ( cm 2 ) * D ( g / cm 3 ) * T ( min ) ] } * 10 8
    Figure DE102020001871A1_0002
    • C = Co-Konzentration aus der ICP-Analyse (g/l)
    • V = Volumen der verwendeten Testlösung, die in dem Aufbau für das statische Ätzen (I) zugesetzt worden ist
    • A = Fläche des Kobaltmetalls, das der Testlösung ausgesetzt ist (cm2)
    • D = Dichte von Kobalt (8,9 g/cm3)
    • T = Zeit des Aussetzens (min)
    • 108 = cm in A-Einheit-Umrechnung
    Tabelle 4
    Kobalt-RR
    Aufschlämmung Nr. Å/min
    PS-1 2440
    PS-2 2387
    CS-1 2287
    CS-2 2417
    CS-3 2396
    CS-4 2432
    CS-5 2303
    CS-6 239
    CS-7 660
    Tabelle 5
    Kobalt-SER
    Aufschlämmung Nr. Å/min
    PS-1 8,5
    PS-2 6,6
    PS-3 5,0
    PS-4 4,1
    CS-1 14,7
    CS-2 14,7
    CS-3 12,9
    CS-4 14,5
    CS-5 13,0
    CS-8 10,2
    CS-9 10,3
    CS-10 11,0
    CS-11 9,1
    CS-12 9,7
    CS-13 < 1,5
    CS-14 < 1,5
  • Ausgenommen CS-6 und CS-7, bei denen die Aufschlämmungsformulierung 0,002 Gew.-% Dodecylphosphonsäure bzw. 0,002 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure umfasste, wiesen die Aufschlämmungsformulierungen in der Tabelle 4 eine Co-RR > 2000 Å/min auf. Wie es in der Tabelle 5 gezeigt ist, wies jedoch Co-SER von PS-3 (0,001 Gew.-% Dodecylphosphonsäure) und PS-4 (0,001 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure) eine SER von nur 8,5 bzw. 6,6 auf. Im Gegensatz dazu wiesen die Vergleichsaufschlämmungen CS-8 bis CS-12 eine Co-SER von einem hohen Wert von 14,7 bis zu einem niedrigen Wert von 12,9 auf. Die Korrosionshemmung von Co von PS-3 und PS-4 war derjenigen der Vergleichsaufschlämmungen CS-8 und CS-12 überlegen. Obwohl CS-13 (0,002 Gew.-% Dodecylphosphonsäure) und CS-14 (0,002 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure) eine Co-SER von < 1,5 aufweisen, wiesen Aufschlämmungen, die 0,002 Gew.-% Dodecylphosphonsäure und 0,002 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure umfassten, eine schlechte Co-RR von nur 239 Å/min bzw. 660 Å/min auf. Nur die Aufschlämmungen, die 0,001 Gew.-% Dodecylphosphonsäure oder 0,001 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure umfassten, wiesen eine Co-RR > 2000 Å/min auf und wiesen gleichzeitig eine überlegene Co-Korrosionshemmung auf.
  • Beispiel 4
  • Phosphonsäureaufschlämmung-Vergleichszusammensetzungen
  • Die folgenden chemisch-mechanischen Phosphonsäure-Vergleichspolieraufschlämmungen wurden in DI-Wasser bei Raumtemperatur hergestellt. Der pH-Wert jeder Aufschlämmung wurde mit 45 Gew.-% wässrigem KOH auf 8 eingestellt. Tabelle 6
    Vergleichsaufschlämmung Nr. Asparaginsäure (Gew.-%) Phosphonsäure (Gew.-%) FUSO™ PL-2L-Teilchen (Gew.-%) H2O2 (Gew.-%) KORDEK™ MLX Biozid (Gew.-%)
    CS-15 0,5 0,1 Phenylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-16 0,5 0,1 Ethylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-17 0,5 0,1 Butylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-18 0,5 0,01 Hexylphosphonsäure ---------- 0,3 0,002
    CS-19 0,5 0,01 Hexylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-20 0,5 0,1 Hexylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-21 0,5 0,01 Decylphosphonsäure ------------ 0,3 0,002
    CS-22 0,5 0,01 Decylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-23 0,5 0,1 Decylphosphonsäure 3 0,3 0,002
    CS-24 0,5 0,01 Dodecylphosphonsäure ------------ 0,3 0,02
    CS-25 0,5 0,01 Dodecylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-26 0,5 0,01 Tetradecylphosphonsäure ------------ 0,3 0,02
    CS-27 0,5 0,01 Tetradecylphosphonsäure 3 0,3 0,02
    CS-28 0,5 0,01 Nitrilotri(methylphosphonsäure) ------------ 0,3 0,002
    CS-29 0,5 0,1 Nitrilotri(methylphosphonsäure) 3 0,3 0,002
    CS-30 0,5 0,01 Diethylentriaminpentakis-(methylphosphonsäure) ------------ 0,3 0,002
    CS-31 0,5 0,1 Diethylentriaminpentakis-(methylphosphonsäure) 3 0,3 0,002
  • Beispiel 5
  • Chemisch-mechanisches Polieren von Kobalt mit chemisch-mechanischen Polleraufschlämmungen, die Phosphonsäuren und einen Kobaltkorrosionshemmstoff enthalten
  • Das chemisch-mechanische Polieren von Kobalt wurde gemäß dem Verfahren und unter Verwendung der Materialien, der Vorrichtung und der Bedingungen durchgeführt, wie sie in der Tabelle 3 des vorstehenden Beispiels 3 beschrieben sind. Die Kobaltpolierergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7
    Kobalt-RR
    Aufschlämmung Nr. Å/min
    PS-1 2440
    PS-2 2387
    CS-19 2345
    CS-22 117
    CS-25 55
    CS-27 45
    Tabelle 8
    Kobalt-SER
    Aufschlämmung Nr. Å/min
    PS-1 8,5
    PS-2 6,6
    PS-3 5,0
    PS-4 4,1
    CS-15 15,4
    CS-16 21,4
    CS-17 14,5
    CS-18 11,2
    CS-20 14,2
    CS-21 3,7
    CS-23 2,5
    CS-24 < 1,5
    CS-26 < 1,5
    CS-28 15,9
    CS-29 36,5
    CS-30 15,4
    CS-31 47,0
  • Obwohl die Vergleichsaufschlämmung CS-19 eine Co-RR > 2000 Å/min wie PS-1 (0,001 Gew.-% Dodecylphosphonsäure) und PS-2 (0,001 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure) aufwies, wiesen die Vergleichsaufschlämmungen CS-22, CS-25 und CS-27 Co-RR-Werte auf, die wesentlich niedriger waren als bei PS-3 (0,001 Gew.-% Dodecylphosphonsäure) und PS-4 (0,001 Gew.-% Tetradecylphosphonsäure).
  • Obwohl die Vergleichsaufschlämmungen CS-21, CS-23, CS-24 und CS-26 niedrigere Co-SER-Werte aufwiesen als PS-1 bis PS-4, wies der Rest der Vergleichsaufschlämmungen in der Tabelle 8 Co-SER-Werte auf, die signifikant höher waren als bei PS-1 bis PS-4. Die chemisch-mechanischen Polieraufschlämmungen der vorliegenden Erfindung wiesen im Gegensatz zu den Vergleichsaufschlämmungen insgesamt sowohl eine Co-RR > 2000 Å/min als auch eine signifikante Kobaltkorrosionshemmung auf.
  • Beispiel 6
  • Fettsäureaufschlämmung-Vergleichszusammensetzungen
  • Die folgenden chemisch-mechanischen Fettsäure-Vergleichspolieraufschlämmungen wurden in DI-Wasser bei Raumtemperatur hergestellt. Der pH-Wert jeder Aufschlämmung wurde mit 45 Gew.-% wässrigem KOH auf 8 eingestellt. Tabelle 9
    Vergleichsprobe Nr. Asparaginsäure (Gew.-%) Fettsäure (Gew.-%) H2O2 (Gew.-%) KORDEK™ MLX Biozid (Gew.-%)
    CS-32 0,5 0,001 Hexansäure 0,3 0,002
    CS-33 0,5 0,002 Hexansäure 0,3 0,002
    CS-34 0,5 0,01 Hexansäure 0,3 0,002
    CS-35 0,5 0,001 Decansäure 0,3 0,002
    CS-36 0,5 0,002 Decansäure 0,3 0,002
    CS-37 0,5 0,01 Decansäure 0,3 0,002
    CS-38 0,5 0,001 Dodecansäure 0,3 0,002
    CS-39 0,5 0,002 Dodecansäure 0,3 0,002
    CS-40 0,5 0,01 Dodecansäure 0,3 0,002
  • Beispiel 7
  • Kobalt-SER
  • Co-SER wurde gemäß dem Verfahren und den Parametern bestimmt, die im vorstehenden Beispiel 3 offenbart sind. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 10 gezeigt. Tabelle 10
    Aufschlämmung Nr. Å/min
    PS-3 5,0
    PS-4 4,1
    CS-32 10,2
    CS-33 9,7
    CS-34 10
    CS-35 10,7
    CS-36 10,3
    CS-37 11,2
    CS-38 9,1
    CS-39 10,2
    CS-40 10,4
    CS-32 7,0
  • PS-3 und PS-4 zeigten im Gegensatz zu den Vergleichsaufschlämmungszusammensetzungen eine signifikante Kobaltkorrosionshemmung.

Claims (8)

  1. Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Kobalt, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, das Kobalt umfasst; Bereitstellen einer Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, die als ursprüngliche Komponenten umfasst: Wasser; ein Oxidationsmittel; Asparaginsäure oder Salze davon; kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen; und eine Phosphonsäure oder ein Salz davon mit einer Alkylkette mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure oder ein Salz davon in Mengen von weniger als 0,002 Gew.-%, jedoch größer als 0 vorliegt; und gegebenenfalls ein Biozid; gegebenenfalls ein pH-Einstellmittel; gegebenenfalls ein grenzflächenaktives Mittel; Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens mit einer Polieroberfläche; Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat; und Abgeben der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren auf die Polieroberfläche des chemisch-mechanischen Polierkissens an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat zum Entfernen von mindestens einem Teil des Kobalts.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 87 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von 200 mL/min, einer Nennandruckkraft von 13,8 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist; und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als ursprüngliche Komponenten umfasst: das Wasser; das Oxidationsmittel, wobei das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid ist; 0,1 Gew.-% oder mehr der Asparaginsäure oder der Salze davon; die kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen, wobei die kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittelteilchen ein negatives Zeta-Potenzial aufweisen; und die Phosphonsäure oder ein Salz davon mit einer Alkylkette von zwölf oder mehr Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure oder ein Salz davon in Mengen von 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt; gegebenenfalls das Biozid; gegebenenfalls das grenzflächenaktive Mittel; gegebenenfalls das pH-Einstellmittel; und wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 oder größer aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 87 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von 200 mL/min, einer Nennandruckkraft von 13,8 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist; und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als ursprüngliche Komponenten umfasst: das Wasser; 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-% des Wasserstoffperoxids; 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% der Asparaginsäure oder der Salze davon; 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-% des kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittels mit einem negativen Zeta-Potenzial; und die Phosphonsäure oder ein Salz davon mit einer Alkylkette von zwölf bis zwanzig Kohlenstoffatomen, wobei die Phosphonsäure oder ein Salz davon in Mengen von 0,00025 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt; ein Biozid; gegebenenfalls das pH-Einstellmittel; gegebenenfalls das grenzflächenaktive Mittel; und wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7 bis 11 aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 87 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von 200 mL/min, einer Nennandruckkraft von 13,8 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist; und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren als ursprüngliche Komponenten umfasst: das Wasser; 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% des Wasserstoffperoxids; 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-% der Asparaginsäure oder der Salze davon; 0,01 Gew.-% bis 3 Gew.-% des kolloidales Siliziumoxid-Schleifmittels mit Teilchen mit einem negativen Zeta-Potenzial; und die Phosphonsäure, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Dodecylphosphonsäure und Tetradecylphosphonsäure, wobei die Phosphonsäure in Mengen von 0,0005 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% vorliegt; 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% des Biozids; gegebenenfalls das grenzflächenaktive Mittel; gegebenenfalls das pH-Einstellmittel, wobei das pH-Einstellmittel KOH ist; und wobei die Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren einen pH-Wert von 7,5 bis 8,5 aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die bereitgestellte Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren eine Kobalt-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 Umdrehungen pro Minute, einer Trägerdrehzahl von 87 Umdrehungen pro Minute, einer Flussrate der Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von 200 mL/min, einer Nennandruckkraft von 13,8 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist; und wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
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