TWI819019B - 用於鎢的中性至鹼性化學機械拋光組成物及方法 - Google Patents
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Abstract
揭露了一種用於拋光鎢的中性至鹼性化學機械組成物，其包含作為初始組分的以下組分：水；選自碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物的氧化劑；包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；視需要，pH調節劑；和視需要，殺生物劑。該化學機械拋光方法包括提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸；並將中性至鹼性化學機械拋光組成物在拋光墊與襯底之間的介面處或其附近分配到拋光表面上；其中一些鎢被從襯底上拋光掉，並且還至少抑制鎢的靜態蝕刻。
Description
本發明涉及對鎢進行化學機械拋光以從襯底上除去一些鎢並至少抑制鎢在從中性至鹼性的pH範圍內的靜態蝕刻之領域。更具體地，本發明涉及化學機械拋光組成物和用於化學機械拋光鎢以從襯底上除去一些鎢並至少抑制鎢的靜態蝕刻之方法，該方法提供含有鎢的襯底和化學機械拋光組成物，該化學機械拋光組成物含有作為初始組分的以下組分：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物；包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；視需要，pH調節劑；和視需要，殺生物劑，其中化學機械拋光組成物的pH等於或大於7；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸；以及將拋光組成物在拋光墊與襯底之間的介面處或其附近分配到拋光表面上，其中一些鎢被從襯底上拋光掉並至少抑制鎢的靜態蝕刻。
在積體電路和其他電子器件的製造中，將多層導電、半導電和電介質材料沈積在半導體晶圓的表面上或從半導體晶圓的表面上去除。可以藉由多種沈積技術沈積導電、半導電和電介質材料的薄層。現代加工中的常見沈積技術包括物理氣相沈積（PVD），也稱為濺射；化學氣相沈積（CVD）；電漿增強化學氣相沈積（PECVD）和電化學鍍膜（ECP）。
隨著材料層被順序沈積和去除，晶圓的最上表面變為非平面的。因為隨後的半導體加工（例如，金屬化）要求晶圓具有平坦表面，所以晶圓需要被平面化。平面化可用於去除不希望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、附聚材料、晶格損傷、劃痕和污染的層或材料。
化學機械平面化或化學機械拋光（CMP）係用於使襯底（例如半導體晶圓）平面化的常用技術。在常規的CMP中，晶圓安裝在載體組件上並且定位成與CMP設備中的拋光墊接觸。載體組件向晶圓提供可控壓力，將其壓靠在拋光墊上。藉由外部驅動力使墊相對於晶圓移動（例如，旋轉）。與此同時，在晶圓與拋光墊之間提供拋光組成物（「漿料」）或其他拋光溶液。因此，藉由墊表面和漿料的化學和機械作用拋光晶圓表面並使其成為平面。然而，CMP中涉及很多複雜性。每種類型的材料都需要獨特的拋光組成物，適當設計的拋光墊，針對拋光和CMP後清潔兩者的優化的製程設置以及必須根據拋光特定材料的應用單獨定製的其他因素。
化學機械拋光已成為在積體電路設計中形成鎢互連和接觸插塞期間拋光鎢的較佳的方法。鎢經常用於接觸/通孔插塞的積體電路設計中。典型地，藉由襯底上的電介質層形成接觸或通孔以暴露下面部件的區域，例如，第一級金屬化或互連。鎢係硬金屬並且鎢CMP在相對侵蝕性的設置下運行，例如酸性pH範圍 > 7，更典型地 > 4，這對鎢CMP提出了獨特的挑戰。遺憾的是，使用中性至鹼性化學機械拋光組成物，鎢去除速率低且遠遠不能令人滿意。在中性至鹼性pH範圍內的這種不能令人滿意的鎢去除速率的一部分歸因於剛性過氧鎢膜的不希望的形成。許多酸性CMP組成物包括多氧化態（multi-oxidation state）金屬催化劑，例如鐵催化劑和過氧化氫氧化劑，以實現可接受的鎢去除速率。當pH為中性至鹼性時，過氧化物化學性質變得不穩定並且形成了過氧鎢膜，從而抑制鎢去除速率。
迄今為止，基本上只有酸性化學機械拋光組成物提供了可接受的鎢去除速率。此外，許多用於拋光鎢的CMP漿料由於其具有侵蝕性的酸性性質而導致鎢的靜態蝕刻。鎢的靜態蝕刻係酸性CMP組成物的常見副作用。在CMP製程期間，除CMP的作用以外，保留在襯底表面上的金屬拋光漿料繼續蝕刻或腐蝕鎢。有時這種靜態蝕刻係希望的；然而，在大多數半導體製程中，靜態蝕刻有待被減少，或者較佳的是，完全被抑制。
因此，需要用於鎢的中性至鹼性CMP組成物和中性至鹼性CMP方法，其提供高的鎢去除速率，並且還至少抑制鎢的靜態蝕刻。
本發明涉及一種化學機械拋光組成物，其包含作為初始組分的以下組分：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物；
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；
視需要，pH調節劑；以及，
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH等於或大於7。
本發明還涉及一種化學機械拋光組成物，其包含作為初始組分的以下組分：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：鹼金屬碘酸鹽，二碘酸鈣、二碘酸鎂、碘酸銨；鹼金屬過碘酸鹽，二過碘酸鈣、二過碘酸鎂、過碘酸銨及其混合物；
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；
視需要，pH調節劑；以及，
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH為7-13。
本發明進一步涉及一種化學機械拋光組成物，其包含作為初始組分的以下組分：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鈉、碘酸鉀、過碘酸鈉、過碘酸鉀及其混合物；
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒，其中含氮化合物在膠體二氧化矽磨粒的表面上，在膠體二氧化矽磨粒內，或其組合；
視需要，二羧酸；
選自由以下各項組成之群組之pH調節劑：無機酸、無機鹼及其混合物；以及，
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH為8-12。
本發明涉及一種化學機械拋光鎢之方法，該方法包括：
提供包含鎢和電介質的襯底；
提供化學機械拋光組成物，該化學機械拋光組成物包含作為初始組分的以下組分：
水；
選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物；
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；
視需要，pH調節劑；以及
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH等於或大於7；
提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；
在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸；以及
將化學機械拋光組成物在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處或其附近分配到化學機械拋光墊的拋光表面上以除去至少一些鎢。
本發明還涉及一種化學機械拋光鎢之方法，該方法包括：
提供包含鎢和電介質的襯底；
提供化學機械拋光組成物，該化學機械拋光組成物包含作為初始組分的以下組分：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：鹼金屬碘酸鹽，二碘酸鈣、二碘酸鎂、碘酸銨；鹼金屬過碘酸鹽，二過碘酸鈣、二過碘酸鎂、過碘酸銨及其混合物；
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；
視需要，二羧酸；
選自由以下各項組成之群組之pH調節劑：無機酸、無機鹼及其混合物；以及，
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH為7-13；
提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；
在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸；以及
將化學機械拋光組成物在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處或其附近分配到化學機械拋光墊的拋光表面上以除去至少一些鎢。
本發明還涉及一種化學機械拋光鎢之方法，該方法包括：
提供包含鎢和電介質的襯底；
提供化學機械拋光組成物，該化學機械拋光組成物包含作為初始組分的以下組分：
水；
選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鈉、碘酸鉀、過碘酸鈉、過碘酸鉀及其混合物；
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒，其中所述含氮化合物在膠體二氧化矽磨粒的表面處，在膠體二氧化矽磨粒內或其組合；
視需要，二羧酸；
pH調節劑，其中該pH調節劑係選自由以下各項組成之群組之無機鹼：氨水、氫氧化鉀及其混合物；以及
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH為8-12；
提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；
在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸；以及
將化學機械拋光組成物在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處或其附近分配到化學機械拋光墊的拋光表面上以除去至少一些鎢。
本發明進一步涉及一種化學機械拋光鎢之方法，該方法包括：
提供包含鎢和電介質的襯底；
提供化學機械拋光組成物，該化學機械拋光組成物包含作為初始組分的以下組分：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鉀、過碘酸鉀及其混合物；
具有淨負ζ電位並包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒，其中所述含氮化合物在膠體二氧化矽磨粒的表面處，在膠體二氧化矽磨粒內或其組合；
視需要，二羧酸；
選自由以下各項組成之群組之pH調節劑：氨水、氫氧化鉀及其混合物；以及，
視需要，殺生物劑；並且其中化學機械拋光組成物的pH為8-10；
提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；
在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸；以及
將化學機械拋光組成物在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處或其附近分配到化學機械拋光墊的拋光表面上以除去至少一些鎢；其中所提供的化學機械拋光組成物具有 ≥ 500 Å/min的鎢去除速率，其中壓盤速度為93-113轉/分鐘，載體速度為87-111轉/分鐘，化學機械拋光組成物流速為125-300 mL/min，在200 mm拋光機上的標稱下壓力為21.4 kPa；並且，其中該化學機械拋光墊包括含有聚合物空心微粒的聚胺酯拋光層和聚胺酯浸漬的非織造子墊。
本發明的前述鹼性化學機械拋光組成物和方法在pH值大於7時具有等於或大於500 Å/min的鎢去除速率，並且還至少抑制不需要的鎢靜態蝕刻。
除非上下文另有指示，否則如本說明書通篇所使用的以下縮寫具有以下含義：°C = 攝氏度；g = 克；L = 升；mL = 毫升；μ = μm = 微米；kPa = 千帕；Å = 埃；mV = 毫伏；DI = 去離子的；ppm = 百萬分率 = mg/L；mm = 毫米；cm = 釐米；min = 分鐘；rpm = 轉/分鐘；lbs = 磅；kg = 千克；W = 鎢；2.54 cm = 1英吋；DLS = 動態光散射；wt% = 重量百分比；RR = 去除速率；PS = 本發明的拋光漿料；CS = 對比漿料；KIO3
= 碘酸鉀；KIO4
= 過碘酸鉀；H2
O2
= 過氧化氫；KClO3
= 氯酸鉀；K2
S2
O8
= 過硫酸鉀；(NH4
)2
S2
O8
= 過硫酸銨；DEAMS=
(N,N-二乙基胺基甲基)三乙氧基矽烷，98%（賓夕法尼亞州莫里斯維爾的蓋勒斯特公司（Gelest Inc., Morrisville, PA））；TMOS = 原矽酸四甲酯；TMAH = 四甲基氫氧化銨；TEA = 四乙銨；和EDA = 乙二胺。
術語「化學機械拋光」或「CMP」係指僅藉由化學和機械力拋光襯底之方法，並且區別於其中向襯底施加電偏壓的電化學-機械拋光（ECMP）。術語「TEOS」意指由原矽酸四乙酯（Si(OC2
H5
)4
）的分解形成的二氧化矽。術語「平面」意指具有長度和寬度兩個維度的基本上平坦的表面或平坦的形貌。在整個說明書中，術語「組成物」和「漿料」可互換使用。術語「協同」意指兩種或更多種物質、材料、化合物或參數之間的相互作用或協作，以產生大於其單獨效應之和的組合效應。除非在說明書中另外描述為具有取代基，否則術語「烷基」意指僅由碳和氫組成（烴基）並具有以下通式的有機化學基團：Cn
H2n+1
。術語「一個/種（a/an）」係指單數和複數二者。藉由Stober法製備FUSOTM
顆粒（可從扶桑化學工業株式會社（Fuso Chemical Co.，Ltd.），大阪，日本獲得），例如FUSO BS-3TM
顆粒，其中所有此類顆粒包括顆粒內的含氮化合物。藉由水玻璃法製備KLEBOSOLTM
顆粒（由安智電子材料公司（AZ Electronic Materials）製造，可從陶氏化學公司（The Dow Chemical Company）獲得），例如KLEBOSOLTM
1598-B25顆粒，因此，在顆粒內不摻入含氮化合物。除非另有說明，否則所有百分比均按重量計。所有數值範圍都是包括性的，並且可以按任何順序組合，除非邏輯上這種數值範圍被限制於總計為100%。
拋光本發明的含鎢襯底的方法包括化學機械拋光組成物，所述組成物包含（較佳的是由以下組成）作為初始組分的水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物；包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；視需要，pH調節劑；和視需要，殺生物劑；其中化學機械拋光組成物的pH大於7。本發明的化學機械拋光組成物和方法不含多氧化態催化劑，如鐵 (III) 催化劑，並且不含過氧型氧化劑。
本發明的化學機械拋光組成物和方法的碘酸鹽和過碘酸鹽化合物包括但不限於碘酸的鹽和過碘酸的鹽。碘酸的鹽包括但不限於選自由以下各項組成之群組之鹼金屬碘酸鹽：碘酸鈉、碘酸鉀、碘酸鋰及其混合物；碘酸的鹼土金屬碘酸鹽包括但不限於選自由以下各項組成之群組之鹼土金屬碘酸鹽：二碘酸鈣、二碘酸鎂及其混合物；並且碘酸的銨鹽包括碘酸銨。過碘酸的鹽包括但不限於選自由以下各項組成之群組之鹼金屬過碘酸鹽：過碘酸鈉、過碘酸鉀、過碘酸鋰及其混合物；過碘酸的鹼土金屬過碘酸鹽包括但不限於二過碘酸鈣、二過碘酸鎂及其混合物；並且過碘酸的銨鹽包括過碘酸銨。較佳的是，在本發明的化學機械拋光組成物和方法中，碘酸鹽化合物係選自鹼金屬碘酸鹽的碘酸的鹽，並且過碘酸鹽化合物係選自鹼金屬過碘酸鹽的過碘酸的鹽；更較佳的是，碘酸鹽化合物係選自由碘酸鈉、碘酸鉀及其混合物組成的組的碘酸的鹽，並且過碘酸鹽化合物係選自由過碘酸鈉、過碘酸鉀及其混合物組成的組的過碘酸的鹽；最較佳的是，在本發明的化學機械拋光組成物和方法中，碘酸鹽化合物係碘酸的鉀鹽-碘酸鉀（KIO3
），並且過碘酸鹽化合物係過碘酸的鉀鹽-過碘酸鉀（KIO4
），並且其中最特別較佳的是碘酸的鉀鹽-碘酸鉀（KIO3
）。此類碘酸鹽和過碘酸鹽化合物係可商購的，例如來自SIGMA-ALDRICH®（密爾沃基，威斯康辛州），或者可以由熟悉該項技術者根據化學文獻製備。
較佳的是，在本發明的化學機械拋光組成物和方法中，碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物或其混合物以至少0.001 wt%或更高的量包含在本發明的化學機械拋光組成物中，更較佳的是，碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物或其混合物以0.001 wt%至1 wt%的量包含在本發明的化學機械拋光組成物中，甚至更較佳的是，碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物或其混合物以0.1 wt%至1 wt%的量包含在本發明的化學機械拋光組成物中；並且最較佳的是，碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物或其混合物以0.3 wt%至0.5wt%的量包含在本發明的化學機械拋光組成物中。
較佳的是，在化學機械拋光本發明的包含鎢的襯底的方法中，在所提供的化學機械拋光組成物中作為初始組分包含的水係去離子水和蒸餾水中的至少一種，以限制附帶的雜質。
視需要，在拋光本發明襯底的方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的二級氧化劑，其中二級氧化劑選自由以下各項組成之群組：單過硫酸鹽、過硫酸鹽、溴酸鹽、過溴酸鹽、硝酸鹽、鹵素及其混合物。較佳的是，當二級氧化劑包括在本發明的化學機械拋光組成物中時，二級氧化劑係單過硫酸鹽、過硫酸鹽或其混合物。過硫酸鹽的實例係過硫酸銨。最較佳的是，此類二級氧化劑不包括在本發明的化學機械拋光組成物和方法中。
當在本發明之方法和化學機械拋光組成物中包括二級氧化劑時，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的0.01 wt%至5 wt%、更較佳的是0.1 wt%至5 wt%、最較佳的是0.1 wt%至0.5 wt%的二級氧化劑。
在拋光本發明襯底的方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的膠體二氧化矽磨粒，其中該膠體二氧化矽磨粒包含含氮化合物。此類含氮化合物可以摻入膠體二氧化矽磨粒內，或者可以摻在膠體二氧化矽磨粒的表面上，或者本發明的化學機械拋光組成物可以含有作為初始組分的膠體二氧化矽磨粒，其具有組合，其中含氮化合物摻入膠體二氧化矽磨粒內，並且其中含氮化合物摻在膠體二氧化矽磨粒的表面上。較佳的是，在用本發明的化學機械拋光組成物拋光襯底之方法中，膠體二氧化矽磨粒包括摻入膠體二氧化矽磨粒內和表面上的含氮化合物的組合。較佳的是，本發明的膠體二氧化矽磨粒具有淨負ζ電位。
包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒係可商購的，或者可由熟悉該項技術者如化學和膠體二氧化矽磨粒文獻中所述製備。具有淨(-)負ζ電位並包含含氮化合物的可商購膠體二氧化矽顆粒的實例係KLEBOSOLTM
1598-B25表面改性的膠體二氧化矽顆粒（由安智電子材料公司製造，可從陶氏化學公司，米德蘭，密西根州獲得）；和FUSOTM
BS-3內部改性的膠體二氧化矽顆粒，以及FUSOTM
BS-3組合的內部和表面改性的膠體二氧化矽顆粒（扶桑化學工業株式會社，大阪，日本）。內部改性的膠體二氧化矽顆粒較佳的是藉由Stober法製備，這係熟悉該項技術者熟知的。
在本發明的拋光襯底之方法中，本發明的化學機械拋光組成物可以具有與不具有含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒混合的包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒。可商購混合物的實例係DEAMS表面改性的FUSO BS-3TM
磨料漿料（80 ppm DEAMS至1 wt%二氧化矽）和具有淨負ζ電位的KLEBOSOLTM
1598-B25漿料（由安智電子材料公司製造，可從陶氏化學公司獲得）。
在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒，並且其中，該化學機械拋光組成物的pH為7或更大，較佳的是7至13；較佳的是8至12；更較佳的是8至10；最較佳的是8至9。更較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有具有永久淨負ζ電位並且包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒，其中，該化學機械拋光組成物的pH為7或更大，較佳的是7至13；更較佳的是8至12；還更較佳的是8至10；最較佳的是8至9，如-1 mV至-50 mV，較佳的是-20 mV至-45 mV，最較佳的是-30 mV至-45 mV的負ζ電位所示。
較佳的是，在本發明的用本發明的化學機械拋光組成物拋光襯底之方法中，本發明的膠體二氧化矽磨粒包含（在膠體二氧化矽磨粒的表面上，在膠體二氧化矽磨粒內，或其組合）含氮化合物，所述含氮化合物包括但不限於具有以下通式的銨化合物：
R1
R2
R3
R4
N+
(I)
其中R1
、R2
、R3
和R4
獨立地選自氫、(C1
-C6
)烷基、(C7
-C12
)芳烷基和(C6
-C10
)芳基。此類基團可以被一個或多個羥基取代。此類含有銨化合物的膠體二氧化矽磨料可以用本領域或文獻中已知的方法製備。
此類含氮銨化合物的實例係四甲基銨、四乙基銨、四丙基銨、四丁基銨、四戊基銨、乙基三甲基銨和二乙基二甲基銨。
含氮化合物還可包括但不限於具有胺基的化合物，例如一級胺、二級胺、三級胺或季胺。此類含氮化合物還可包括具有1至8個碳原子的胺基酸，例如賴胺酸、麩醯胺酸、甘胺酸、亞胺基二乙酸、丙胺酸、纈胺酸、亮胺酸、異亮胺酸、絲胺酸和蘇胺酸。
在不同的實施方式中，本發明的膠體二氧化矽磨粒中化學物質與二氧化矽的莫耳比較佳的是大於0.1%且小於10%。
胺基矽烷化合物係最較佳的含氮化合物，其摻在本發明的化學機械拋光組成物的膠體二氧化矽顆粒的表面上或該膠體二氧化矽顆粒中。此類胺基矽烷化合物包括但不限於一級胺基矽烷、二級胺基矽烷、三級胺基矽烷、季胺基矽烷和多足（multi-podal）（例如雙足）胺基矽烷。胺基矽烷化合物可包括基本上任何合適的胺基矽烷。可用於實踐本發明的胺基矽烷的實例係雙(2-羥乙基)-3-胺基丙基三烷氧基矽烷、二乙基胺基甲基三烷氧基矽烷、(N,N-二乙基-3-胺基丙基)三烷氧基矽烷)、3-(N-苯乙烯基甲基-2-胺基乙基胺基丙基三烷氧基矽烷)、胺基丙基三烷氧基矽烷、(2-N-苄基胺基乙基)-3-胺基丙基三烷氧基矽烷)、三烷氧基矽基丙基-N,N,N-三甲基銨、N-(三烷氧基矽基乙基)苄基-N,N,N-三甲基銨、(雙(甲基二烷氧基矽基丙基)-N-甲胺、雙(三烷氧基矽基丙基)脲、雙(3-(三烷氧基矽基)丙基)-乙二胺、雙(三烷氧基矽基丙基)胺、雙(三烷氧基矽基丙基)胺、3-胺基丙基三烷氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二烷氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三烷氧基矽烷、3-胺基丙基甲基二烷氧基矽烷、3-胺基丙基三烷氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、(N-三烷氧基矽基丙基)聚乙烯亞胺、三烷氧基矽基丙基二伸乙基三胺、N-苯基-3-胺基丙基三烷氧基矽烷、N-(乙烯基苄基)-2-胺基乙基-3-胺基丙基三烷氧基矽烷、4-胺基丁基-三烷氧基矽烷、(N,N-二乙基胺基甲基)三乙氧基矽烷、及其混合物。熟悉該項技術者容易理解，胺基矽烷化合物通常在水性介質中水解（或部分水解）。因此，藉由列舉胺基矽烷化合物，可以理解胺基矽烷或其水解（或部分水解）物質或縮合物質可以摻入膠體二氧化矽磨粒中。
在不同的實施方式中，膠體二氧化矽磨粒中胺基矽烷物質與二氧化矽的莫耳比較佳的是大於0.1%且小於10%。
包含摻入膠體二氧化矽磨粒內的含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒較佳的是藉由Stober法製備，其中有機烷氧基矽烷如TMOS和TEOS用作二氧化矽合成的先質，並且含氮化合物用作催化劑。作為先質的TMOS和TEOS在含水鹼性環境中經歷水解和縮合。用於維持鹼性pH的催化劑係含氮物質，例如但不限於氨、TMAH、TEA和EDA。作為抗衡離子，該等含氮化合物在顆粒生長期間不可避免地被捕獲在膠體二氧化矽磨粒內，因此產生包含在內部摻入膠體二氧化矽磨粒內的含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒。包含摻入顆粒內的含氮化合物的可商購的膠體二氧化矽磨粒的實例係可從FUSOTM
獲得的顆粒，例如FUSO BS-3TM
膠體二氧化矽磨粒。
較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的膠體二氧化矽磨粒，該膠體二氧化矽磨粒包含摻入其中、在顆粒表面上，或其組合的含氮化合物，其中，更較佳的是，膠體二氧化矽磨粒具有淨負ζ電位並且包含摻入其中、在顆粒表面上，或其組合的含氮化合物，該膠體二氧化矽磨粒具有如藉由動態光散射技術（DLS）測量的 ≤ 100 nm、較佳的是5至100 nm、更較佳的是10至90 nm、最較佳的是20至80 nm的平均粒度。
較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有0.01 wt%至15 wt%、較佳的是0.05 wt%至10 wt%、更較佳的是0.1 wt%至7.5 wt%、還更較佳的是0.2 wt%至5 wt%、最較佳的是0.2 wt%至2 wt%的膠體二氧化矽磨粒，該膠體二氧化矽磨粒包含摻入其中、在顆粒表面上，或其組合的含氮化合物。更較佳的是，包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒具有永久淨負ζ電位。
視需要，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的二羧酸，其中二羧酸包括但不限於丙二酸、草酸、琥珀酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、戊二酸、酒石酸、其鹽或它們的混合物。更較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的二羧酸，其中二羧酸選自由以下各項組成之群組：丙二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、其鹽和它們的混合物。還更較佳的是，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的二羧酸，其中二羧酸選自由以下各項組成之群組：丙二酸、草酸、琥珀酸、其鹽和它們的混合物。最較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的二羧酸丙二酸或其鹽。最較佳的是，此類二羧酸不包括在本發明的化學機械拋光組成物和方法中。
在本發明的拋光襯底之方法中，當在本發明的化學機械拋光組成物中包含二羧酸時，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的1至2,600 ppm、較佳的是100至1,400 ppm、較佳的是120至1,350 ppm、更較佳的是130至1,100 ppm的二羧酸，其中二羧酸包括但不限於丙二酸、草酸、琥珀酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、戊二酸、酒石酸、其鹽或它們的混合物。視需要，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的1至2,600 ppm的丙二酸、其鹽或它們的混合物。較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物含有作為初始組分的100至1,400 ppm、更較佳的是120至1,350 ppm、最較佳的是130至1,350 ppm的二羧酸丙二酸或其鹽。
在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物的pH為7或更大。較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物的pH為7至13。更較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物的pH為8至12。甚至更較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物的pH為8至10；並且最較佳的是，pH為8至9。
較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物視需要含有pH調節劑。較佳的是，pH調節劑選自由無機和有機pH調節劑組成的組。較佳的是，pH調節劑選自由無機酸和無機鹼組成的組。更較佳的是，pH調節劑選自由氨水和氫氧化鉀組成的組。最較佳的是，pH調節劑係氫氧化鉀。
視需要，拋光組成物可含有殺生物劑，例如KORDEXTM
MLX（9.5%-9.9%的甲基-4-異噻唑啉-3-酮，89.1%-89.5%的水和 ≤ 1.0%的相關反應產物）或含有2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮活性成分的KATHONTM
ICP III，該等殺生物劑各自由陶氏化學公司製造（KATHONTM
和KORDEXTM
係陶氏化學公司的商標）。此類殺生物劑可以以熟悉該項技術者已知的常規量包括在本發明的化學機械拋光組成物中。
較佳的是，所提供的襯底係包含鎢和諸如TEOS的電介質的半導體襯底。
較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光墊可以是本領域已知的任何合適的拋光墊。熟悉該項技術者知道選擇用於本發明方法的適合的化學機械拋光墊。更較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光墊選自織造和非織造拋光墊。還更較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光墊包括聚胺酯拋光層。最較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，所提供的化學機械拋光墊包括含有聚合物空心微粒的聚胺酯拋光層和聚胺酯浸漬的非織造子墊。較佳的是，所提供的化學機械拋光墊在拋光表面上具有至少一個凹槽。
較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，將所提供的化學機械拋光組成物分配到設置在化學機械拋光墊與襯底之間的介面處或附近的化學機械拋光墊的拋光表面上。
較佳的是，在本發明的拋光襯底之方法中，在所提供的化學機械拋光墊與襯底之間的介面處產生動態接觸，其中垂直於被拋光襯底表面的下壓力為0.69至34.5 kPa。
在本發明的拋光包含鎢的襯底之方法中，所提供的化學機械拋光組成物具有的鎢去除速率 ≥ 500 Å/min；較佳的是，鎢去除速率 ≥ 1,000 Å/min；更較佳的是，≥ 1,100 Å/min；進一步較佳的是，≥ 1200 Å/min；甚至更較佳的是，>
2000 Å/min；以及W/TEOS選擇性>
11，較佳的是，W/TEOS選擇性>
12，更較佳的是，W/TEOS選擇性為18-24；並且壓盤速度為93-113轉/分鐘，載體速度為87-111轉/分鐘，化學機械拋光組成物流速為125-300 mL/min，在200 mm拋光機上的標稱下壓力為21.4 kPa；並且，其中化學機械拋光墊包含含有聚合物空心微粒的聚胺酯拋光層和聚胺酯浸漬的非織造子墊。
以下實例旨在說明使用本發明的鹼性化學機械拋光組成物鎢從襯底中的高去除速率，抑制鎢靜態蝕刻速率，以及W/TEOS選擇性，但以下實例不旨在限制本發明之範圍。
實例1漿料配製物
該實例的化學機械拋光組成物藉由將表1中列出的量的組分與餘量的DI水合並，並用45 wt%氨水將組成物的pH調節至表1中列出的最終pH來製備。
[表1] 1
（80 ppm DEAMS至1 wt%二氧化矽）表面改性的FUSO BS-3TM
磨料漿料和具有淨(-)ζ電位的KLEBOSOLTM
1598-B25磨料漿料（由安智電子材料公司製造，可從陶氏化學公司獲得）的混合物。
實例2W 去除速率
上述實例1中表1的拋光漿料的拋光實驗係在安裝在Applied Materials 6EC拋光機上的200 mm空白晶圓上進行的。拋光去除速率實驗在來自諾發公司（Novellus）的200 mm空白15 kÅ厚TEOS片狀晶圓和可從WaferNet公司、矽谷微電子公司（Silicon Valley Microelectronics）或SKW Associates公司獲得的W、Ti和TiN空白晶圓上進行。所有拋光實驗均使用與SP2310子墊配對的IC1010TM
聚胺酯拋光墊（可從羅門哈斯電子材料公司（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.）商購）進行，其中典型的下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組成物流速為200 mL/min，工作台轉速為113 rpm，並且載體轉速為111 rpm。使用Kinik PDA33A-3金剛石墊調節器（可從砂輪公司（Kinik Company）商購）來修整拋光墊。在80 rpm（壓盤）/36 rpm（調節器）下，使用9 lbs（4.1 kg）的下壓力用調節器磨合拋光墊15分鐘並且使用7 lbs（3.2 kg）的下壓力用調節器磨合拋光墊15分鐘。在使用7 lbs（3.2 kg）的下壓力拋光24秒之前，進一步非原位調節拋光墊。使用KLA-Tencor RS100C計量工具測定W去除速率。
[表2] 2
ζ電位：使用Malvern ZetasizerTM
儀器（瑪律文儀器公司（Malvern Instruments），瑪律文，英國）以15-30 wt%濃縮物測量所示組成物的ζ電位。報告的值取自每種指示組成物的單次測量值。
拋光試驗的結果表明，與對比組成物相比，使用本發明的鹼性化學機械拋光組成物的W RR顯著增加。
實例3W RR 和 TEOS RR
該實例的化學機械拋光組成物藉由將表3中列出的量的組分與餘量的DI水合並，並用45 wt%氫氧化鉀水溶液將組成物的pH調節至表3中列出的最終pH來製備。
[表3] 3
DEAMS表面改性的具有淨(-)ζ電位的KLEBOSOLTM
1598-B25磨料漿料，其由安智電子材料公司製造，可從陶氏化學公司獲得。
表3的拋光漿料的拋光實驗在安裝在Applied Materials Reflexion拋光機上的200 mm空白晶圓上進行。拋光去除速率實驗在來自諾發公司的200 mm空白15 kÅ厚TEOS片狀晶圓和可從WaferNet公司、矽谷微電子公司或SKW Associates公司獲得的W、Ti和TiN空白晶圓上進行。所有拋光實驗均使用與SP2310子墊配對的IC1000TM
K7 + R32聚胺酯拋光墊（可從羅門哈斯電子材料公司商購）進行，其中典型的下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組成物流速為300 mL/min，工作台轉速為93 rpm，並且載體轉速為87 rpm。如上面實例2中所述，磨合並調節拋光墊。使用KLA-Tencor RS100C計量工具測定W和TEOS去除速率。
[表4]
與僅包含KIO3
作為氧化劑的本發明的拋光組成物相比，添加二級氧化劑導致顯著不利的W拋光結果。
實例4W RR 和 TEOS RR
該實例的化學機械拋光組成物藉由將表5中列出的量的組分與餘量的DI水合並，並用45 wt%氨水將組成物的pH調節至表5中列出的最終pH來製備。
[表5] 4
DEAMS表面改性的FUSO BS-3TM
磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位。5
DEAMS表面改性的KLEBOSOLTM
1598-B25磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位。6
FUSO BS-3TM
磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位7
KLEBOSOLTM
1598-B25磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位。
表5的拋光漿料的拋光實驗在安裝在Applied Materials Reflexion拋光機上的200 mm空白晶圓上進行。拋光去除速率實驗在來自諾發公司的200 mm空白15kÅ厚TEOS片狀晶圓和可從WaferNet公司、矽谷微電子公司或SKW Associates公司獲得的W、Ti和TiN空白晶圓上進行。所有拋光實驗均使用與SP2310子墊配對的VP6000TM
K7 + R32聚胺酯拋光墊（可從羅門哈斯電子材料公司商購）進行，其中典型的下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組成物流速為200 mL/min，工作台轉速為113 rpm，並且載體轉速為111 rpm。如上面實例2中所述，磨合並調節拋光墊。使用KLA-Tencor RS100C計量工具測定W和TEOS去除速率。
[表6]
含有碘酸鉀和具有淨負ζ電位且包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒的組合的本發明漿料相對於沒有碘酸鉀和具有淨負ζ電位並包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒的組合的對比漿料具有W RR的顯著增加。
實例5W RR 和 TEOS RR
該實例的化學機械拋光組成物藉由將表7中列出的量的組分與餘量的DI水合並，並用45 wt%氫氧化鉀水溶液將組成物的pH調節至表7中列出的最終pH來製備。
[表7] 8
DEAMS表面改性的並且內部包含含氮化合物的FUSO BS-3TM
磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位。
表7的拋光漿料的拋光實驗在安裝在Applied Materials Mirra拋光機上的200 mm空白晶圓上進行。拋光去除速率實驗在來自諾發公司的200 mm空白15kÅ厚TEOS片狀晶圓和可從WaferNet公司、矽谷微電子公司或SKW Associates公司獲得的W、Ti和TiN空白晶圓上進行。所有拋光實驗均使用與SP2310子墊配對的IK4250HTM
K7 + R32聚胺酯拋光墊（可從羅門哈斯電子材料公司商購）進行，其中典型的下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組成物流速為125 mL/min，工作台轉速為113 rpm，並且載體轉速為111 rpm。如上面實例2中所述，磨合並調節拋光墊。使用KLA-Tencor RS100C計量工具測定W和TEOS去除速率。
[表8]
除PS-13外，本發明的化學機械拋光組成物顯示出高W RR和高W/TEOS選擇性。
實例6W 靜態蝕刻速率
該實例的化學機械拋光組成物藉由將表9和10中列出的量的組分與餘量的DI水合並，並用45 wt%氫氧化鉀水溶液將組成物的pH調節至表9和10中列出的最終pH來製備。
[表9] 9
（80 ppm DEAMS至1 wt%二氧化矽）表面改性的FUSO BS-3TM
磨料漿料和具有淨(-)ζ電位的KLEBOSOLTM
1598-B25磨料漿料（由安智電子材料公司製造，可從陶氏化學公司獲得）的混合物。
[表10] 10
KLEBOSOL 1598-B25磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位。
藉由在室溫下將20 cm（8英吋）直徑的W空白晶圓浸入15 g漿料樣品中來進行靜態蝕刻測試。30分鐘後從測試的漿料中取出W晶圓。根據使用4-探針電導率法測量的之后厚度減去之前厚度來計算W去除。靜態蝕刻測試的結果在表11中。
[表11]
靜態蝕刻速率的結果表明，與含有鐵催化劑和過氧化氫氧化劑的常規酸性拋光漿料相比，本發明的拋光漿料具有顯著降低的靜態蝕刻速率。
實例7W RR 和 TEOS RR
該實例的化學機械拋光組成物藉由將表12中列出的量的組分與餘量的DI水合並，並用45 wt%氫氧化鉀水溶液將組成物的pH調節至表12中列出的最終pH來製備。
[表12] 11
DEAMS表面改性的FUSO BS-3TM
磨料漿料，其具有淨(-)ζ電位。
表12的拋光漿料的拋光實驗在安裝在Applied Materials Reflexion拋光機上的200 mm空白晶圓上進行。拋光去除速率實驗在來自諾發公司的200 mm空白15kÅ厚TEOS片狀晶圓和可從WaferNet公司、矽谷微電子公司或SKW Associates公司獲得的W、Ti和TiN空白晶圓上進行。所有拋光實驗均使用與SP2310子墊配對的IK4250HTM
K7 + R32聚胺酯拋光墊（可從羅門哈斯電子材料公司商購）進行，其中典型的下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組成物流速為250 mL/min，工作台轉速為113 rpm，並且載體轉速為111 rpm。如上面實例2中所述，磨合並調節拋光墊。使用KLA-Tencor RS100C計量工具測定W和TEOS去除速率。
[表13]
與僅包含KIO3
作為氧化劑的本發明的拋光組成物相比，添加二級氧化劑導致顯著不利的W拋光結果。
無
無
無
Claims (10)
- 一種化學機械拋光組成物，其由作為初始組分的以下組分所組成：水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物；包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；視需要，pH調節劑；以及，視需要，殺生物劑；並且其中該化學機械拋光組成物的pH大於7，以及其中該包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒的量為0.01wt%至10wt%。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械拋光組成物，其中，該氧化劑的量為0.001wt%或更多。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械拋光組成物，其中，該碘酸鹽化合物選自由以下各項組成之群組：鹼金屬碘酸鹽、二碘酸鈣、二碘酸鎂、碘酸銨及其混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械拋光組成物，其中，該過碘酸鹽化合物選自由以下各項組成之群組：鹼金屬過碘酸鹽、二過碘酸鈣、二過碘酸鎂、過碘酸銨及其混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械拋光組成物，其中，該膠體二氧化矽磨粒的含氮化合物係胺基矽烷。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械拋光組成物，其中，該pH係8-13。
- 一種化學機械拋光鎢之方法，該方法包括：提供包含鎢和電介質的襯底；提供化學機械拋光組成物，該化學機械拋光組成物由作為初始組分的以下組分所組成： 水；選自由以下各項組成之群組之氧化劑：碘酸鹽化合物、過碘酸鹽化合物及其混合物；包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒；視需要，pH調節劑；以及視需要，殺生物劑；並且其中該化學機械拋光組成物的pH大於7，以及其中該包含含氮化合物的膠體二氧化矽磨粒的量為0.01wt%至10wt%；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在該化學機械拋光墊與該襯底之間的介面處產生動態接觸；以及將該化學機械拋光組成物在該化學機械拋光墊與該襯底之間的介面處或其附近分配到該化學機械拋光墊的拋光表面上以除去至少一些鎢。
- 如申請專利範圍第7項所述之化學機械拋光鎢之方法，其中，該碘酸鹽化合物選自由以下各項組成之群組：鹼金屬碘酸鹽、二碘酸鈣、二碘酸鎂、碘酸銨及其混合物。
- 如申請專利範圍第7項所述之化學機械拋光鎢之方法，其中，該過碘酸鹽化合物選自由以下各項組成之群組：鹼金屬過碘酸鹽、二過碘酸鈣、二過碘酸鎂、過碘酸銨及其混合物。
- 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該化學機械拋光組成物具有500Å/min的鎢去除速率，其中壓盤速度為93-113轉/分鐘，載體速度為87-111轉/分鐘，化學機械拋光組成物流速為125-300mL/min，在200mm拋光機上的標稱下壓力為21.4kPa；並且，其中該化學機械拋光墊包括含有聚合物空心微粒的聚胺酯拋光層和聚胺酯浸漬的非織造子墊。
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