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CN113039039B - 抛光组合物及其使用方法 - Google Patents

抛光组合物及其使用方法 Download PDF

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CN113039039B CN202080004088.8A CN202080004088A CN113039039B CN 113039039 B CN113039039 B CN 113039039B CN 202080004088 A CN202080004088 A CN 202080004088A CN 113039039 B CN113039039 B CN 113039039B
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Abstract

本发明提供一种抛光组合物，其包括磨料；可选的pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；及钴腐蚀抑制剂。

Description

抛光组合物及其使用方法
相关申请交叉引用
本申请主张2019年10月15日申请的美国临时申请号62/915,290的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
半导体工业不断地被驱动以通过方法、材料及集成创新进一步小型化装置来改进芯片性能。早期材料创新包括引入铜来代替铝作为互连结构中的导电材料，且将钽(Ta)/氮化钽(TaN)用作扩散阻档层以使Cu导电材料与非导电/绝缘体介电材料分离。铜(Cu)由于其较低电阻率及优异抗电迁移性能而被选择作为互连材料。
然而，随着较新一代芯片的特征缩小，多层Cu/阻档层/介电堆叠必须更薄且更适形，以维持后段工艺(Back End of Line，BEOL)中的有效互连电阻率。更薄的Cu及Ta/TaN阻挡膜方案在沉积中具有电阻率及可挠性问题。举例而言，在较小尺寸及高级制造节点的情况下，电阻率会呈指数性下降且晶体管电路速度(在前段工艺(FEOL)处)的改进则会因来自导电Cu/阻档层布线(BEOL)的延迟而减半。钴(Co)已成为用作衬垫材料、阻档层以及导电层的主要候选物。此外，还正在研究钴在多种应用诸如W金属触点、插塞、通孔及闸极材料中作为钨(W)金属的替代物。
许多目前可用的CMP浆液经特定设计以移除在早期芯片设计中更常见的材料，诸如前述铜及钨。这些早期CMP浆液中的某些组分可能会引起钴中的有害及不可接受的缺陷，因为钴更易受化学腐蚀影响。因此，当在钴层上使用铜抛光浆液时，通常会发生不可接受的腐蚀、晶圆形貌及移除速率选择性。
随着钴(Co)作为金属组件在半导体制造中的使用日益增加，存在对可有效地抛光含Co表面上的介电组件或阻档层组件且无显著的Co腐蚀的CMP浆液的需求。
发明内容
提供此发明内容以介绍下文在实施方式中进一步描述的概念的选择。此发明内容并不意欲标识所请求标的之关键特征或基本特征，其也不意欲用于辅助限制所要求保护的主题的范围。
如本文所定义，除非另外说明，否则所表示的所有百分比应理解为相对于化学机械抛光组合物的总重量的重量百分比。
在一个方面中，本文公开的实施方案涉及一种抛光组合物，包括磨料；可选的pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；及钴腐蚀抑制剂，其中所述阻挡膜移除速率增强剂不同于所述钴移除速率增强剂。
在另一方面中，本文公开的实施方案涉及一种抛光组合物，包括磨料；可选的pH调节剂；有机酸或其盐；氨基酸；烷醇胺或阳离子聚合物；含唑腐蚀抑制剂；及阴离子表面活性剂，其中所述有机酸不同于所述氨基酸。
在又一方面中，本文公开的实施方案涉及一种抛光基板的方法，包括以下步骤：将本文中所述的抛光组合物涂覆至基板的表面，其中所述表面包括钴；且使垫与所述基板的表面接触且相对于所述基板移动所述垫。
从下述描述及所附权利要求来看，所要求保护的主题的其他方面及优点是显而易见的。
具体实施方式
本文所公开的实施方案一般涉及组合物及使用所述组合物来抛光基板的方法，所述基板包括至少钴部分，更具体而言，可包括至少钴及介电(TEOS、SiN、低k等)部分。本文中所公开的组合物本质上可为碱，且可为非选择性钴打磨浆料(即，表现出约1:1的介电/钴抛光选择率)。
伴随引入钴(Co)作为阻挡层、导电层及/或W替代物，存在对CMP浆料的市场需求，所述CMP浆料可以有效材料移除速率抛光Co且不会经受显著的Co腐蚀(即，具有适中的Co移除速率)，且在其他金属及金属氮化物或氧化物(Cu、Ti、TiN、Ta、TaN、Ta2O5、TiO2、Ru、ZrO2、HfO2等)及介电膜(SiN、二氧化硅、多晶硅(Poly-Si)、低k介电材料(例如掺碳的二氧化硅)等)的抛光速率方面具有选择性范围。举例而言，在移除大量材料的侵蚀整体抛光步骤之后，通常需要进行打磨抛光步骤以便获得所需表面形貌。在一些实施方案中，用于打磨抛光的组合物将以比在整体抛光步骤期间发生的速率低的速率或以对各组分大致相同(例如，在10％内或在5％内)的移除速率来移除介电材料及金属(例如，TEOS、SiN及Co)，以便获得所需表面形貌。由于Co比Cu及其他贵金属更具有化学反应性，所以防止Co腐蚀在先进节点浆料设计中极具挑战性。现有金属抛光浆料在抛光包括Co的表面方面能力不足，因为其在CMP工艺期间遭受Co腐蚀问题。另外，一般需要在抛光期间移除一定量的Co，以在图案化半导体基板中形成光滑表面用于后续制造过程。
在一个或多个实施方案中，本文所公开的抛光组合物包括磨料；pH调节剂；阻挡膜移除速率增强剂；TEOS移除速率抑制剂；钴移除速率增强剂；含唑腐蚀抑制剂；及钴腐蚀抑制剂。
在一个或多个实施方案中，根据本文所公开的抛光组合物可包括约0.1重量％至约25重量％的磨料、0重量％至约10重量％的pH调节剂、约0.01重量％至约3重量％的阻挡膜移除速率增强剂、约0.001重量％至约15重量％的TEOS移除速率抑制剂、约0.01重量％至约5重量％的钴移除速率增强剂、约0.001重量％至约3重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.001重量％至约1重量％的钴腐蚀抑制剂及剩余百分比(例如约20重量％至99重量％)的溶剂(例如去离子水)。
在一个或多个实施方案中，本公开内容提供一种浓缩抛光浆料，其可在使用之前用水稀释至多为二倍、或至多为三倍、或至多为四倍、或至多为六倍、或至多为八倍、或至多为十倍。在其他实施方案中，本公开内容提供一种用于钴基板上的使用点(point-of-use，POU)抛光浆料，其包含上述抛光浆料、水和可选的氧化剂。
在一个或多个实施方案中，POU抛光浆料可包括约0.1重量％至约12重量％的磨料、0重量％至约3重量％的pH调节剂、约0.01重量％至约1重量％的阻挡膜移除速率增强剂、约0.001重量％至约10重量％的TEOS移除速率抑制剂、约0.01重量％至约2重量％的钴移除速率增强剂、约0.001重量％至约0.5重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.001重量％至约0.5重量％的钴腐蚀抑制剂、可选的约0.1重量％至约5重量％的氧化剂及约75重量％至约99重量％的溶剂(例如去离子水)。
在一个或多个实施方案中，浓缩抛光浆料可包括约1重量％至约25重量％的磨料、0重量％至约10重量％的pH调节剂、约0.1重量％至约3重量％的阻挡膜移除速率增强剂、约0.01重量％至约15重量％的TEOS移除速率抑制剂、约0.1重量％至约5重量％的钴移除速率增强剂、约0.01重量％至约3重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.01重量％至约1重量％的钴腐蚀抑制剂及剩余百分比(例如约20重量％至约98.5重量％)的溶剂(例如去离子水)。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)磨料。在一些实施方案中，至少一种磨料选自由以下所组成的组：阳离子磨料、实质上中性磨料及阴离子磨料。在一个或多个实施方案中，至少一种磨料选自由以下所组成的组：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆、其共形成产物(即氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈或氧化锆的共形成产物)、包被的磨料、表面改性的磨料及其混合物。在一些实施方案中，至少一种磨料不包括二氧化铈。在一些实施方案中，至少一种磨料为高纯度的，且可具有低于约100ppm的醇、低于约100ppm的氨及低于约十亿分之100(ppb)的碱性阳离子，诸如钠阳离子。磨料可以按POU抛光组合物的总重量计的约0.1％至约12％(例如，约0.5％至约10％)或其任何子范围的量存在。
在一个或多个实施方案中，至少一种磨料的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约0.1％(例如，至少约0.5％、至少约1％、至少约2％、至少约4％、至少约5％、至少约10％、至少约12％、至少约15％或至少约20％)至至多约25％(例如，至多约20％、至多约18％、至多约15％、至多约12％、至多约10％或至多约5％)。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)可选的pH调节剂。在一些实施方案中，至少一种pH调节剂选自由以下所组成的组：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、氢氧化乙基三甲基胺、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、氢氧化胆碱及其任何组合。
在一个或多个实施方案中，当组合物包括至少一种pH调节剂时，其量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约0.01％(例如，至少约0.05％、至少约0.1％、至少约0.5％、至少约1％、至少约2％、至少约4％、至少约5％或至少约8％)至至多约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％、至多约1％、至多约0.5％、至多约0.2％或至多约0.1％)。
在一个或多个实施方案中，抛光组合物的pH值的范围可为至少约7(例如，至少约7.5、至少约8、至少约8.5、至少约9、至少约9.5、至少约10、至少约10.5、至少约11、至少约11.5或至少约12)至至多约14(例如，至多约13.5、至多约13、至多约12.5、至多约12、至多约11.5、至多约11、至多约10.5、至多约10、至多约9.5或至多约9)。不希望受理论所束缚，据认为pH低于7的抛光组合物将显著增加钴移除速率及腐蚀，且pH高于14的抛光组合物可影响悬浮磨料的稳定性，且将显著增加粗糙度且降低由此类组合物研磨的膜的总体质量。为了得到所需pH，可调节本文所述的抛光组合物中的成分的相对浓度。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)阻挡膜移除速率增强剂。在一些实施方案中，至少一种阻挡膜移除速率增强剂为有机酸(诸如羧酸、氨基酸、磺酸或膦酸)或其盐。在一些实施方案中，阻挡膜移除速率增强剂可为包括一或多个(例如，二个、三个或四个)羧酸基的羧酸，诸如二羧酸或三羧酸。在一些实施方案中，阻挡膜移除速率增强剂可为选自由以下所组成的组的有机酸或其盐：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、过氧乙酸、丁二酸、乳酸、氨基乙酸、苯氧基乙酸、N-二甘氨酸(bicine)、二甘醇酸、甘油酸、三甲基甘氨酸(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、谷氨基酸、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-羟基喹啉-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(4-苯乙烯磺酸)、聚茴香脑磺酸(polyanetholesulfonic acid)、对甲苯磺酸、三氟甲烷-磺酸、乙基磷酸、氰基乙基磷酸、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'-乙二胺四(亚甲基膦酸)、正己基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸及其盐以及其混合物。不希望受理论所束缚，出人意料的是，有机酸或其盐(诸如上文所述的有机酸或其盐)可用作本文所述的抛光组合物中的有效阻挡层移除速率增强剂，以改良半导体基板中的阻挡膜(例如Ta或TaN膜)的移除速率。
在一个或多个实施方案中，阻挡膜速率移除速率增强剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约0.01％(例如，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％或至少约1.5％)至至多约3％(例如，至多约2.5％、至多约2％、至多约1.5％、至多约1％、至多约0.8％或至多约0.5％)。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)TEOS移除速率抑制剂。在一些实施方案中，至少一种TEOS移除速率抑制剂为含胺化合物(诸如选自烷醇胺及阳离子聚合物的化合物)。在一些实施方案中，烷醇胺可为仲胺及/或叔胺。在一个或多个实施方案中，此类烷醇胺选自由以下所组成的组：二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基异丙醇胺、三异丙醇胺、二异丙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、异丙醇二乙醇胺、异丙基二乙醇胺、丁基二乙醇胺、环己基二乙醇胺、氨丙基二乙醇胺、氨丙基二异丙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基乙醇胺、二仲丁醇胺、丁基乙醇胺、N-乙酰乙醇胺及其混合物。在一个或多个实施方案中，TEOS移除速率抑制剂为阳离子聚合物且可选自由以下所组成的组：聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚葡萄胺糖、聚(二烯丙基二甲基铵盐)、聚(酯胺)、聚(酰氨基胺)、聚赖氨酸、聚(烯丙胺)、聚(氨基-共-酯)、多鸟氨酸、聚(2-乙基-2-恶唑啉)、聚季铵盐(polyquateriums)、包括至少一个含受阻胺的基团的阳离子聚合物以及其混合物。在一个或多个实施方案中，含受阻胺的基团为2,2,6,6-四甲基哌啶基。在一个或多个实施方案中，阳离子聚合物的数均分子量为至少约500g/mol(例如，至少约1,000g/mol、至少约1,500g/mol、至少约2,000g/mol、至少约2,500g/mol、至少约3,000g/mol、至少约4,000g/mol或至少约5,000g/mol)至至多约50,000g/mol(例如，至多约45,000g/mol、至多约40,000g/mol、至多约35,000g/mol、至多约30,000g/mol、至多约25,000g/mol、至多约20,000g/mol、至多约15,000g/mol或至多约10,000g/mol)。不希望受理论所束缚，出人意料的是，含胺化合物(诸如上文所述的含胺化合物)可用作本文中所述的抛光组合物中的有效TEOS移除速率抑制剂，以降低半导体基板中的TEOS膜的移除速率。
在一个或多个实施方案中，TEOS移除速率抑制剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约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0.5％、至少约1％、至少约2％或至少约5％)至至多约15％(例如，至多约14％、至多约12％、至多约10％、至多约8％、至多约6％、至多约5％、至多约4％、至多约2％、至多约1％或至多约0.5％)。
在一个或多个实施方案中，本文中所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)钴移除速率增强剂。在一些实施方案中，至少一种钴移除速率增强剂为有机酸(诸如羧酸或氨基酸)或其盐。在一些实施方案中，钴移除速率增强剂可为选自由以下所组成的组的有机酸(例如氨基酸)或其盐：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、丁二酸、乳酸、氨基乙酸、苯氧基乙酸、N-二甘氨酸、二甘醇酸、甘油酸、三(羟甲基)三甲基甘氨酸、丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、组氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨基酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸、苯甲酸及其盐以及其混合物。不希望受理论所束缚，出人意料的是，有机酸或其盐(诸如上文所述的有机酸或其盐)可用作本文中所述的抛光组合物中的有效钴移除速率增强剂，以改良半导体基板中的钴膜的移除速率。
在一个或多个实施方案中，钴移除速率增强剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约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1.5％或至少约2％)至至多约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％或至多约0.5％)。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)含唑腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，至少一种含唑腐蚀抑制剂选自由以下所组成的组：四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、5-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、二甲基苯并三唑、氯苯并三唑、二氯苯并三唑、氯甲基苯并三唑、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、噻苯咪唑、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-1,2,4-三唑及其组合。不希望受理论所束缚，出人意料的是，含唑腐蚀抑制剂(诸如上文所述的抑制剂)可显著降低半导体基板中的铜的移除速率或使其降至最低。
在一个或多个实施方案中，含唑腐蚀抑制剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约0.001％(例如，至少约0.002％、至少约0.005％、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0.5％、至少约1％或至少约2％)至至多约3％(例如，至多约2.8％、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0.5％、至多约0.1％、至多约0.05％、至多约0.01％或至多约0.005％)。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(例如，二种或三种)钴腐蚀抑制剂。在一些实施方案中，至少一种钴腐蚀抑制剂为阴离子表面活性剂。在一个或多个实施方案中，阴离子表面活性剂包含一或多个磷酸基团及以下基团中的一种或多种：六至二十四(24)个碳烷基链、零至十八(18)个环氧乙烷基团或其组合。在一个或多个实施方案中，烷基链可具有至少八个碳、至少十个碳、至少十二个碳或至少十四个碳。在一个或多个实施方案中，烷基链可具有至多22个碳、或至多20个碳、或至多18个碳。在一个或多个实施方案中，阴离子表面活性剂可具有至少1(例如，至少2、至少4、至少6、至少8或至少10)至至多18(例如，至多17、至多16、至多15、至多14、至多13、至多12、至多11或至多10)个环氧乙烷基团。不希望受理论所束缚，出人意料的是，阴离子表面活性剂(诸如上文所述的表面活性剂)可用作本文所述的抛光组合物中的钴腐蚀抑制剂，以降低半导体基板中的钴的移除速率或使其降至最低。另外，不希望受理论束缚，据认为本文中所述的抛光组合物中的钴腐蚀抑制剂与其他组分一起可调整抛光组合物的介电/钴抛光选择率至约1:1。
在一个或多个实施方案中，含钴腐蚀抑制剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约0.001％(例如，至少约0.002％、至少约0.005％、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0.5％或至少约0.8％)至至多约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0.05％、至多约0.02％、至多约0.01％或至多约0.005％)。
当稀释浓缩浆料时可添加可选的氧化剂，以形成POU浆料。氧化剂可选自由以下所组成的组：过氧化氢、过硫酸铵、硝酸银(AgNO3)、硝酸铁或氯化铁、过酸或盐、臭氧水、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸钾、溴酸钾、过碘酸钾、过碘酸、三氧化钒、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、次氯酸镁、硝酸铁、高锰酸钾、其他无机或有机过氧化物及其混合物。在一个实施方案中，氧化剂为过氧化氢。
在一个或多个实施方案中，氧化剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约0.05％(例如，至少约0.1％、至少约0.2％、至少约0.4％、至少约0.5％、至少约1％、至少约1.5％、至少约2％、至少约2.5％、至少约3％、至少约3.5％、至少约4％或至少约4.5％)至至多约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0.5％或至多约0.1％)。在一些实施方案中，不希望受理论束缚，据认为氧化剂可通过与螯合剂形成金属络合物帮助移除金属膜，使得金属可在CMP工艺期间移除。在一些实施方案中，不希望受理论束缚，据认为形成于金属膜与氧化剂之间的金属络合物可形成钝化层，其可保护金属免受腐蚀。在一些实施方案中，氧化剂可能缩短抛光组合物的存放期。在此类实施方案中，可在抛光之前即刻使用时将氧化剂添加至抛光组合物中。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可包括溶剂(例如，主要溶剂)，诸如水。在一些实施方案中，溶剂(例如水)的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约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％)至至多约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％)。
在一个或多个实施方案中，可选的次级溶剂(例如，有机溶剂)可用于本文所公开的抛光组合物(例如，POU或浓缩抛光组合物)中，其可帮助溶解含唑腐蚀抑制剂。在一个或多个实施方案中，次级溶剂可为一或多种醇、烷二醇或烷二醇醚。在一个或多个实施方案中，次级溶剂包含选自由以下所组成的组的一或多种溶剂：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、丙二醇丙基醚及乙二醇。
在一个或多个实施方案中，次级溶剂的量按本文所述的抛光组合物的重量计为至少约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0.6％、至少约0.8％、至少约1％、至少约3％、至少约5％或至少约10％)至至多约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％)。
在一个或多个实施方案中，本文所述的抛光组合物可实质上不含某些成分中的一种或多种，诸如有机溶剂、pH调节剂、季铵化合物(例如盐或氢氧化物)、胺、碱金属碱(诸如碱金属氢氧化物)、含氟化合物、硅烷(例如烷氧基硅烷)、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(例如阳离子或阴离子聚合物)、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)、塑化剂、氧化剂(例如，H2O2)、腐蚀抑制剂(例如，唑或非唑腐蚀抑制剂)及/或某些磨料(例如，二氧化铈磨料、非离子磨料、表面改性的磨料或带负电/带正电磨料)。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)，且可为氯化物、溴化物或碘化物。如本文中所使用，抛光组合物「实质上不含」的成分指未有意添加至抛光组合物中的成分。在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物可具有至多约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)的抛光组合物实质上不含的以上成分中的一种或多种。在一些实施方案中，本文所述的抛光组合物可完全不含以上成分中的一种或多种。
在一个或多个实施方案中，本文中所述的抛光组合物的氧化硅(例如，TEOS)、氮化硅(例如，SiN)、阻挡层材料(例如，Ta、TaN)的移除速率与Cu、Co或低k介电材料的移除速率的比例(即，移除速率选择率)可为至少约1:10(例如，至少约1:8、至少约1:6、至少约1:5、至少约1:4、至少约1:2、至少约1:1.5、至少约1:1.2、至少约1:1.1或至少约1:1)至至多约10:1(例如，至多约8:1、至多约6:1、至多约5:1、至多约4:1、至多约2:1、至多约1.5:1、至多约1.2:1、至多约1.1:1或至多约1:1)。在一个或多个实施方案中，在测量抛光毯覆式晶圆或图案化晶圆(例如，包括导电层、阻挡层及/或介电层之晶圆)的移除速率时，上文所述的比例为可适用的。
本公开内容还思索一种使用上述抛光组合物中的任一者(例如，浓缩物或POU浆料)的方法。在使用浓缩物的情况下，所述方法可包含稀释浓缩物以形成POU浆料(例如稀释至少二倍)，且随后使至少部分包含钴的表面与POU浆料接触的步骤。在一些实施方案中，可在稀释之前或之后向浆料中添加氧化剂。在使用POU浆料的情况下，所述方法包含使至少部分包含钴的表面与浆料接触的步骤。
在一个或多个实施方案中，本公开内容提供一种抛光方法，其可包括将根据本文所公开的抛光组合物涂覆至基板表面上具有至少钴的基板(例如，晶圆)；且使垫与基板表面接触且相对于基板移动垫。在一些实施方案中，当基板包括氧化硅(例如，TEOS)、氮化硅(例如，SiN)及/或阻挡层材料(例如，Ta、TaN、Ti或TiN)中的至少一种或多种时，以上方法可以与其移除钴大致相同的速率移除这些材料的至少一部分。举例而言，在一个或多个实施方案中，本文所公开的抛光组合物在TEOS/SiN与Co之间的抛光速率差小于约20％、小于约15％、小于约10％或小于约5％。应注意，本文所述的术语「二氧化硅」明确地意欲包括未经掺杂及掺杂型式二氧化硅二者。举例而言，在一个或多个实施方案中，二氧化硅可掺杂有选自以下的至少一种掺杂剂：碳、氮、氧、氢或任何其他已知的二氧化硅掺杂剂。二氧化硅膜类型的一些实施例包括正硅酸四乙酯(TEOS)、SiOC、SiOCN、SiOCH、SiOH及SiON。
在一些实施方案中，使用本文所述的抛光组合物的方法可进一步包括从通过所述抛光组合物经由一或多个步骤处理的基板制造半导体装置。举例而言，光刻、离子注入、干式/湿式蚀刻、等离子灰化、沉积(例如，PVD、CVD、ALD、ECD)、晶圆安装、晶粒切割、封装及测试可用以从通过本文所述的抛光组合物处理的基板产生半导体装置。
以下特定实施例仅解释为例示性的，且不以任何方式限制本文所公开的其余部分。无需进一步详细描述，据认为本领域技术人员可基于本文中的描述最大程度地利用本发明。
实施例
在这些实施例中，使用AMAT Reflexion LK CMP抛光机、Fujibo H804垫，1.5psi的下压力以101/95rpm的压板头(platen head)速度及300mL/分钟的浆料流速对300mm晶圆进行抛光。
以下实施例中所用的一般组合物显示于以下表1中。当论述各别实施例时，将进一步详细地解释关于所测试组合物的不同之处的特定细节。
表1
实施例1
下表2显示当使用组合物1-5抛光时，TEOS、SiN及Co毯覆式晶圆的移除速率。除了下文及表2中标识的差异以外，组合物1-5含有相同浓度的相同成分。组合物1为不包括任何TEOS移除速率抑制剂(TEOS RRI)的对照物。组合物2-5包括若干不同浓度的烷醇胺作为TEOS RRI-1。
结果显示，烷醇胺可降低TEOS移除速率而对SiN及Co移除速率无显著影响(或仅有略微影响)，其表明烷醇胺可用作TEOS移除速率抑制剂。此外，随烷醇胺浓度增加，TEOS移除速率显示逐渐降低。
表2
RR＝移除速率
实施例2
下表3显示当使用组合物6-11抛光时，TEOS、SiN及Co毯覆式晶圆的移除速率。除了下文及表3中标识的差异以外，组合物6-11含有相同浓度的相同成分。组合物6-11不包括TEOS RRI。在此实施例中变化的组合物的方面为抛光组合物中所使用的硅胶磨料的尺寸。磨料1-6为平均直径分别为40nm、40nm、25nm、25nm、25nm及18nm的硅胶磨料。磨料1及磨料2仅在以下事实方面不同：磨料2在表面上具有较低密度的硅烷醇基团。磨料3及磨料4仅在以下事实方面不同：磨料3在表面上具有较低密度的硅烷醇基团。磨料5及磨料6为已经化学改性而在所有pH范围之内都带负电的硅胶。
表3中的结果显示磨料尺寸可对TEOS:SiN之间的抛光选择率具有影响。具体而言，可通过使用较小尺寸的磨料(即粒径小于30nm)实现TEOS:SiN的大致1:1选择率。相比之下，用于组合物6及7的较大尺寸的磨料产生比抛光SiN更快地抛光TEOS的组合物。
表3
实施例3
下表4显示当使用组合物12-14抛光时，TEOS、SiN及Co毯覆式晶圆的移除速率。除了下文及表4中标识的差异以外，组合物12-14含有相同浓度的相同成分。具体而言，组合物12-14含有不同浓度的磷酸盐基阴离子表面活性剂作为钴腐蚀抑制剂(Co CI-1)。
表4中的结果显示磷酸盐基阴离子表面活性剂对Co抛光速率具有明显影响，且浓度可经改变以实现TEOS:SiN:Co的大致1:1:1选择率。
表4
实施例4
下表5显示当使用组合物15-19抛光时，TEOS、SiN及Co毯覆式晶圆的移除速率。除了下文及表5中标识的差异以外，组合物15-19含有相同浓度的相同成分。组合物15为不包括任何TEOS移除速率抑制剂的对照物。组合物16-19包括包含至少一种受阻氨基团作为TEOS移除速率抑制剂(TEOS RRI-2)的阳离子聚合物。另外，组合物15-19均含有不同浓度的磷酸盐基阴离子表面活性剂作为钴腐蚀抑制剂(Co CI-1)。
如表5中所示，由组合物15及16获得的结果显示，包括以上阳离子聚合物可有效地使TEOS与SiN之间的移除速率差降至最低，从而使得TEOS:SiN的移除速率的比例为大致1:1。另外，Co CI-1浓度可用于调节钴移除速率。
表5
实施例5
下表6显示当使用组合物20-22抛光时，TEOS、SiN及Co毯覆式晶圆的移除速率。除了下文及表6中标识的差异以外，组合物20-22含有相同浓度的相同成分。具体而言，组合物20包括为伯胺的烷醇胺作为TEOS RRI-3，组合物21包括为仲胺的烷醇胺作为TEOS RRI-4，且组合物22包括为叔胺的烷醇胺作为TEOS RRI-5。
如表6中所示，与包括为伯胺的TEOS RRI的抛光组合物(即，组合物20)相比，包括为仲胺或叔胺的TEOS RRI的抛光组合物(即，组合物21及22)出人意料地更大程度地抑制了TEOS移除速率。另外，组合物21及22实质上抵消了TEOS与SiN之间的移除速率差。
表6
尽管上文已详细描述了若干例示实施方案，但本领域技术人员将容易了解，在实质上不脱离本发明的情况下，例示实施方案中的诸多修改是可能的。因此，所有此类修改意欲包括于如以下权利要求中所界定的本公开的范畴内。

Claims (21)

1.一种抛光组合物，包含：
磨料；
阻挡膜移除速率增强剂，包括有机酸或其盐；
TEOS移除速率抑制剂，包括烷醇胺或阳离子聚合物，其中，所述烷醇胺为仲胺或叔胺；所述阳离子聚合物包括含受阻胺的基团的阳离子聚合物，其中，所述TEOS移除速率抑制剂的含量为所述组合物的0.001重量%至15重量%；
钴移除速率增强剂，包括氨基酸或其盐，其中，所述钴移除速率增强剂的含量为所述组合物的0.01重量%至5重量%；
含唑腐蚀抑制剂；以及
钴腐蚀抑制剂；
其中，所述阻挡膜移除速率增强剂不同于所述钴移除速率增强剂且所述组合物不包括阴离子聚合物。
2.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述磨料选自由以下所组成的组：氧化铝；二氧化硅；二氧化钛；二氧化铈；氧化锆；氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈或氧化锆的共形成产物；包被的磨料；表面改性的磨料及其混合物。
3.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述磨料的含量为所述组合物的0.1重量%至25重量%。
4.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述组合物还包含pH调节剂，且所述pH调节剂选自由以下所组成的组：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、氢氧化乙基三甲基胺、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、氢氧化胆碱及其任何组合。
5.如权利要求4所述的抛光组合物，其中，所述pH调节剂的含量为所述组合物的0.01重量%至10重量%。
6.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述有机酸或其盐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、丁二酸、氨基乙酸、苯氧基乙酸、N-二甘氨酸、磷酸、二甘醇酸、甘油酸、三（羟甲基）三甲基甘氨酸、苯甲酸、次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、喷替酸、二氨基环己烷四乙酸、乙基磷酸、氰基乙基磷酸、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'-乙二胺四(亚甲基膦酸)、正己基膦酸、苄基膦酸、苯基膦酸及其盐以及其混合物。
7.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述阻挡膜移除速率增强剂的含量为所述组合物的0.01重量%至3重量%。
8.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述烷醇胺选自由以下所组成的组：二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、三乙醇胺、二甲基异丙醇胺、三异丙醇胺、二异丙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、异丙醇二乙醇胺、异丙基二乙醇胺、丁基二乙醇胺、环己基二乙醇胺、氨丙基二乙醇胺、氨丙基二异丙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基乙醇胺、二仲丁醇胺、丁基乙醇胺、N-乙酰乙醇胺及其混合物。
9.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述阳离子聚合物还包括以下中的至少一个：聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚葡萄胺糖、聚(二烯丙基二甲基铵盐)、聚(酯胺)、聚(酰氨基胺)、聚赖氨酸、聚(烯丙胺)、聚(氨基-共-酯)、多鸟氨酸、聚(2-乙基-2-恶唑啉)、聚季铵盐。
10.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述含受阻胺的基团为2,2,6,6-四甲基哌啶基。
11.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述阳离子聚合物的数均分子量为500 g/mol至50,000 g/mol。
12.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述氨基酸或其盐选自由以下所组成的组：氨基乙酸、N-二甘氨酸、三甲基甘氨酸、丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、组氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨基酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸及其盐以及其混合物。
13.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述含唑腐蚀抑制剂选自由以下所组成的组：四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、5-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、二甲基苯并三唑、氯苯并三唑、二氯苯并三唑、氯甲基苯并三唑、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、噻苯咪唑、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-1,2,4-三唑及其组合。
14.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述含唑腐蚀抑制剂的含量为所述组合物的0.001重量%至3重量%。
15.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述钴腐蚀抑制剂为阴离子表面活性剂。
16.如权利要求15所述的抛光组合物，其中，所述阴离子表面活性剂包含一个或多个磷酸基及以下中的一种或多种：六至二十四个碳烷基链、零至十八个环氧乙烷基、或六至二十四个碳烷基链和多个环氧乙烷基的组合。
17.如权利要求16所述的抛光组合物，其中，所述阴离子表面活性剂包含一个至十个环氧乙烷基团。
18.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述钴腐蚀抑制剂的含量为所述组合物的0.001重量%至1重量%。
19.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述组合物包含：
含量为所述组合物的0.1重量%至25重量%的所述磨料；
含量为所述组合物的0.01重量%至10重量%的pH调节剂；
含量为所述组合物的0.01重量%至3重量%的所述阻挡膜移除速率增强剂；
含量为所述组合物的0.001重量%至3重量%的所述含唑腐蚀抑制剂；以及
含量为所述组合物的0.001重量%至1重量%的所述钴腐蚀抑制剂。
20.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述组合物的pH为7至14。
21.一种抛光基板的方法，包括以下步骤：
将如权利要求1-20任一项所述的抛光组合物涂覆至基板的表面，其中所述表面包含钴；以及
使垫与所述基板的表面接触且相对于所述基板移动所述垫。
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