銅阻擋物的化學機械拋光組合物制造技術

化學機械拋光組合物，其包含具有結合到其中的化學化合物的膠態氧化硅研磨劑顆粒。所述化學化合物可包括：含氮的化合物，例如氨基硅烷；或者，含磷的化合物。用于采用這樣的組合物的方法包括將所述組合物施加至半導體基板以移除銅、銅阻擋物及介電層中至少一者的至少一部分。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】銅阻擋物的化學機械拋光組合物相關申請本申請要求標題為CopperBarrierPolishingComposition的美國臨時申請第62/017,073號以及標題為ColloidalSilicaAbrasiveforaChemicalMechanicalPolishingComposition的美國臨時申請第62/017,100號的優先權，這兩個申請均是在2014年6月25日提交的。
技術介紹
許多化學-機械拋光(CMP)操作用于半導體器件的生產線前段工藝(front-end-of-the-line；FEOL)及生產線后段工藝(back-end-of-the-line；BEOL)加工這兩者。舉例而言，通常采用以下CMP操作。淺溝槽隔離(STI)是在晶體管形成之前使用的FEOL工藝。電介質(例如，原硅酸四乙酯(TEOS))沉積于形成在硅晶片中的開口中。接著，使用CMP工藝以移除過量TEOS，導致TEOS的預定圖案嵌于該硅晶片中的結構。鎢插塞與互連以及銅互連與雙鑲嵌工藝是BEOL工藝，其用于形成連接元件晶體管的金屬線的網絡。在這些工藝中，鎢或銅金屬沉積于形成在介電材料(例如，TEOS)中的開口中。CMP工藝用于自該電介質移除過量鎢或銅以在其中形成鎢或銅的插塞和/或互連。層間電介質(ILD)材料(例如TEOS)沉積于金屬互連水平面(層，level)之間以在所述水平面之間提供電絕緣。通常采用ILDCMP步驟以在構建后續互連水平面之前使所沉積的絕緣材料光滑及平坦化。在常規CMP操作中，待拋光的基板(晶片)安裝于載具(拋光頭)上，該載具進而安裝于載具組件上并且定位成接觸CMP裝置(拋光工具)中的拋光墊。該載具組件給該基板提供可控的壓力，將該基板壓靠于該拋光墊上。化學-機械拋光組合物通常施加至該墊的表面，同時該基板及墊相對于彼此移動。基板與墊(及所施加的拋光組合物)的相對運動研磨該基板的表面并自其移除一部分材料，從而拋光該基板。該基板的拋光通常借助于拋光組合物的化學活性(例如，通過化學促進劑)和/或懸浮于拋光組合物中的研磨劑的機械活性。用于拋光(或平坦化)基板表面的化學-機械拋光組合物及方法已為本領域所熟知。用于拋光電介質的拋光組合物(也稱為漿料)通常包括氧化硅(silica)或鈰土(ceria)研磨劑。所使用的那些氧化硅研磨劑通常具有高的pH值及高的氧化硅濃度(例如，大于12重量％)。用于拋光金屬層(例如鎢或銅)的拋光組合物通常包含氧化硅或礬土(alumina)研磨劑以及各種化學促進劑，例如氧化劑、螯合劑、催化劑等。如本領域中所熟知的，半導體行業經受持續且嚴重的價格下滑壓力。為了維持經濟上有利的CMP工藝，需要高的生產量，因此需要所拋光的原材料的高移除速率(例如，ILDCMP工藝或銅阻擋物CMP工藝可需要TEOS的高移除速率，而鎢CMP工藝可需要鎢的高移除速率)。該價格下滑壓力還延伸至CMP耗材本身(例如，延伸至CMP漿料及墊)。這樣的價格壓力對漿料配方設計者造成挑戰，因為降低成本的壓力常常與所需的漿料性能指標相沖突。在該行業中，對于在降低的總成本下提供高生產量的CMP漿料存在實際需要。
技術實現思路
公開了用于對包含銅層的基板(例如，半導體晶片)進行拋光的化學機械拋光組合物。所述拋光組合物包含：基于水的液體載劑；分散在該液體載劑中的膠態氧化硅研磨劑顆粒；以及結合到該膠態氧化硅研磨劑顆粒的外表面的內部的化學物質。所述化學物質為含氮的化合物或含磷的化合物，舉例來說，包括氨基硅烷或鏻硅烷化合物。所述拋光配混物可進一步包含：銅拋光抑制劑和銅絡合劑中的至少一種；以及氧化劑。附圖說明為了更全面地理解本文所公開的主題及其優點，現在參考結合附圖的以下描述，所述附圖描繪了具有聚集體分布的示例性膠態氧化硅顆粒的透射電子顯微照片(TEM)。具體實施方式公開了化學機械拋光組合物。該組合物包含：基于水的液體載劑；以及，分散在該液體載劑中的膠態氧化硅研磨劑顆粒。使包含氮或磷的化學物質(例如氨基硅烷化合物)結合到所述膠態氧化硅研磨劑顆粒中，使得所述顆粒優選地在酸性pH值范圍內具有永久性正電荷。如下文更詳細地闡述的，所述膠態氧化硅研磨劑顆粒可在含有所述化學物質(例如，氨基硅烷化合物)的液體溶液中生長，使得所述化學物質在所述膠態氧化硅顆粒的生長期間變得結合到所述膠態氧化硅顆粒中。所述拋光配混物可進一步包含：銅拋光抑制劑和銅絡合劑中的至少一種；以及氧化劑。進一步地，公開了使用上述拋光組合物來化學機械拋光基板的方法。舉例而言，對包含銅層和銅阻擋物層(例如鉭或鉭氮化物(氮化鉭，tantalumnitride))的基板進行拋光的方法可包括使該基板接觸前述拋光組合物，使該拋光組合物相對于該基板移動，以及研磨該基板以從該基板移除銅層和銅阻擋物層的一部分并從而拋光該基板。所公開的拋光組合物含有懸浮于液體載劑(例如，水)中的研磨劑膠態氧化硅顆粒的分散體。本文所用的術語膠態氧化硅顆粒是指經由濕法工藝(而非產生結構不同的顆粒的火成或火焰水解工藝)制備的氧化硅顆粒。適宜的分散體可包括聚集和非聚集的膠態氧化硅顆粒這兩者。如本領域普通技術人員所知的，非聚集的顆粒是單獨的離散顆粒，其形狀可為球形或接近球形的、但也可具有其它形狀。這些非聚集的顆粒被稱為初級顆粒。聚集的顆粒為其中多個離散顆粒(初級顆粒)簇集或鍵合在一起以形成具有通常不規則形狀的聚集體的顆粒。聚集的顆粒可包括兩個、三個或更多個連接的初級顆粒。如上文所述的，所述膠態氧化硅研磨劑顆粒包含結合到所述顆粒內(即，在所述顆粒的內部中)的化學物質。該化學物質為含氮化合物或含磷化合物。當該化學物質為含氮化合物時，其優選包括含胺化合物或含銨化合物。當該化學物質為含磷化合物時，其優選包括含膦化合物或含鏻化合物。銨化合物可包含R1R2R3R4N+且鏻化合物可包含R1R2R3R4P+，其中R1、R2、R3、及R4獨立地代表氫、C1-C6烷基、C7-C12芳烷基、或C6-C10芳基。這些基團當然可用一個或多個羥基進行進一步取代。示例性的銨化合物可包括四甲基銨、四乙基銨、四丙基銨、四丁基銨、四戊基銨、乙基三甲基銨、及二乙基二甲基銨。在某些實施方式中，該銨化合物優選不為氨或銨(NH3或NH4+)。示例性的鏻化合物可包括四甲基鏻、四乙基鏻、四丙基鏻、四丁基鏻、四苯基鏻、甲基三苯基鏻、乙基三苯基鏻、丁基三苯基鏻、芐基三苯基鏻、二甲基二苯基鏻、羥甲基三苯基鏻、及羥乙基三苯基鏻。示例性的鏻化合物還可包括鏻硅烷化合物。含氮化合物還可包括具有氨基的物質，例如伯胺、仲胺、叔胺、或季胺化合物。這樣的含氮化合物可包括氨基酸，例如具有1至8個碳原子的氨基酸，例如，賴氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、亞氨基二乙酸、丙氨酸、纈氨酸、白氨酸、異白氨酸、絲氨酸、及蘇氨酸。在某些實施方式中，所述化學物質可包括優選具有1至6個碳原子的含氮的堿性催化劑。適宜的化合物可包括(例如)乙二胺、氫氧化四甲基銨(TMAH)、或乙氧基丙基胺(EOPA)。在各種實施方式中，在膠態氧化硅研磨劑顆粒中，化學物質對氧化硅的摩爾比優選大于約0.1％(例如，大于約0.2％或大于約0.3％)且小于約10％(例如，小于5％或小于2％)或在約0.1％至約10％的范圍內(例如，約0.2％至約5％、約0.2％本文檔來自技高網...

【技術保護點】
化學機械拋光組合物，包含：基于水的液體載劑；分散在該液體載劑中的膠態氧化硅研磨劑顆粒；氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物，其結合到所述膠態氧化硅研磨劑顆粒的外表面的內部；氧化劑；以及銅拋光抑制劑和銅絡合劑中的至少一種。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.25 US 62/017,073;2014.06.25 US 62/017,1001.化學機械拋光組合物，包含：基于水的液體載劑；分散在該液體載劑中的膠態氧化硅研磨劑顆粒；氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物，其結合到所述膠態氧化硅研磨劑顆粒的外表面的內部；氧化劑；以及銅拋光抑制劑和銅絡合劑中的至少一種。2.化學機械拋光組合物，包含：基于水的液體載劑；分散在該液體載劑中的膠態氧化硅研磨劑顆粒；結合到所述膠態氧化硅研磨劑顆粒的外表面的內部的化學物質，其中所述化學物質為含氮的化合物或含磷的化合物；氧化劑；銅拋光抑制劑和銅絡合劑中的至少一種；以及在約3至約7范圍內的pH值。3.權利要求1和2之一的組合物，具有在約3至約6范圍內的pH值。4.權利要求1-3中任一項的組合物，其中，所述膠態氧化硅研磨劑顆粒具有至少13毫伏的永久性正電荷。5.權利要求1-4中任一項的組合物，其中，所述膠態氧化硅研磨劑顆粒具有在約30納米至約70納米范圍內的平均粒徑。6.權利要求1-5中任一項的組合物，包含約1重量％至約10重量％的所述膠態氧化硅研磨劑顆粒。7.權利要求1-6中任一項的組合物，包含約2重量％至約6重量％的所述膠態氧化硅研磨劑顆粒。8.權利要求1-7中任一項的組合物，其中，所述膠態氧化硅研磨劑顆粒的30％或更高包括三個或更多個聚集的初級顆粒。9.權利要求1-7中任一項的組合物，其中，所述膠態氧化硅研磨劑顆粒的50％或更高包括三個或更多個聚集的初級顆粒，且所述膠態氧化硅研磨劑顆粒的20％或更高為單體或二聚體。10.權利要求1和3-9中任一項的組合物，其中，所述氨基硅烷化合物包含丙基、伯胺、或季胺。11.權利要求1和3-10中任一項的組合物，其中，所述氨基硅烷化合物包含雙(2-羥乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷)、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基丙基三烷氧基硅烷、氨基丙基三烷氧基硅烷、(2-N-芐基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷)、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基銨、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)芐基-N,N,N-三甲基銨、(雙(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、雙(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、雙(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、雙(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、雙(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、(N-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚乙烯亞胺、三烷氧基甲硅烷基丙基二亞乙基三胺、N-苯基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(乙烯基芐基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、4-氨基丁基三烷氧基硅烷、或者它們的混合物。12.權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：富琳，S格拉賓，J戴薩德，翁巍，劉磊，A利奧諾夫，
申請(專利權)人：嘉柏微電子材料股份公司，
類型：發明
國別省市：美國,US