用于钨的中性至碱性化学机械抛光组合物和方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910596883.X (22)申请日 2019.07.03 (30)优先权数据 16/026175 2018.07.03 US (71)申请人 罗门哈斯电子材料CMP控股股份有 限公司 地址 美国特拉华州 (72)发明人 郭毅TQ德兰 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 陈哲锋胡嘉倩 (51)Int.Cl. C09G 1/02(2006.01) C23F 3/04(2006.01) B24B 57/02(2006.01) B24D 13。

2、/14(2006.01) (54)发明名称 用于钨的中性至碱性化学机械抛光组合物 和方法 (57)摘要 披露了一种用于抛光钨的中性至碱性化学 机械组合物， 其包含作为初始组分的以下组分： 水； 选自碘酸盐化合物、 高碘酸盐化合物及其混 合物的氧化剂； 包含含氮化合物的胶体二氧化硅 磨粒； 任选地， pH调节剂； 和任选地， 杀生物剂。 所 述化学机械抛光方法包括提供具有抛光表面的 化学机械抛光垫； 在抛光垫与衬底之间的界面处 产生动态接触； 并将中性至碱性化学机械抛光组 合物在抛光垫与衬底之间的界面处或其附近分 配到抛光表面上； 其中一些钨被从衬底上抛光 掉， 并且还至少抑制钨的静态蚀刻。 权。

3、利要求书1页 说明书15页 CN 110669438 A 2020.01.10 CN 110669438 A 1.一种化学机械抛光组合物， 其包含作为初始组分的以下组分： 水； 选自由以下各项组 成的组的氧化剂： 碘酸盐化合物、 高碘酸盐化合物及其混合物； 包含含氮化合物的胶体二氧化硅磨粒； 任选地， pH调节剂； 以及， 任选地， 杀生物剂； 并且其中所述化学机械抛光组合物的pH等于或大于7。 2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物， 其中， 所述氧化剂的量为0.001wt或更 多。 3.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物， 其中， 所述碘酸盐化合物选自由以下各项 组成的组： 碱金属碘酸。

4、盐、 二碘酸钙、 二碘酸镁、 碘酸铵及其混合物。 4.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物， 其中， 所述高碘酸盐化合物选自由以下各 项组成的组： 碱金属高碘酸盐、 二高碘酸钙、 二高碘酸镁、 高碘酸铵及其混合物。 5.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物， 其中， 所述胶体二氧化硅磨粒的含氮化合 物是氨基硅烷。 6.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物， 其中， 所述pH是7-13。 7.一种化学机械抛光钨的方法， 所述方法包括： 提供包含钨和电介质的衬底； 提供化学机械抛光组合物， 所述化学机械抛光组合物包含作为初始组分的以下组分： 水； 选自由以下各项组成的组的氧化剂： 碘酸盐化合物、 。

5、高碘酸盐化合物及其混合物； 包含含氮化合物的胶体二氧化硅磨粒； 任选地， pH调节剂； 以及 任选地， 杀生物剂； 并且其中所述化学机械抛光组合物的pH等于或大于7； 提供具有抛光表面的化学机械抛光垫； 在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处产生动态接触； 以及 将所述化学机械抛光组合物在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或其附 近分配到所述化学机械抛光垫的抛光表面上以除去至少一些钨。 8.如权利要求7所述的化学机械抛光钨的方法， 其中， 所述碘酸盐化合物选自由以下各 项组成的组： 碱金属碘酸盐、 二碘酸钙、 二碘酸镁、 碘酸铵及其混合物。 9.如权利要求7所述的化学机械抛光钨的方法。

6、， 其中， 所述高碘酸盐化合物选自由以下 各项组成的组： 碱金属高碘酸盐、 二高碘酸钙、 二高碘酸镁、 高碘酸铵及其混合物。 10.如权利要求7所述的方法， 其中， 所述化学机械抛光组合物具有的钨 去除速率， 其中压盘速度为93-113转/分钟， 载体速度为87-111转/分钟， 化学机械抛光组合 物流速为125-300mL/min， 在200mm抛光机上的标称下压力为21.4kPa； 并且， 其中所述化学 机械抛光垫包括含有聚合物空心微粒的聚氨酯抛光层和聚氨酯浸渍的非织造子垫。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110669438 A 2 用于钨的中性至碱性化学机械抛光组合物和方法 技术领域。

7、 0001 本发明涉及对钨进行化学机械抛光以从衬底上除去一些钨并至少抑制钨在从中 性至碱性的pH范围内的静态蚀刻的领域。 更具体地， 本发明涉及化学机械抛光组合物和用 于化学机械抛光钨以从衬底上除去一些钨并至少抑制钨的静态蚀刻的方法， 所述方法提供 含有钨的衬底和化学机械抛光组合物， 所述化学机械抛光组合物含有作为初始组分的以下 组分： 水； 选自由以下各项组成的组的氧化剂： 碘酸盐化合物、 高碘酸盐化合物及其混合物； 包含含氮化合物的胶体二氧化硅磨粒； 任选地， pH调节剂； 和任选地， 杀生物剂， 其中化学机 械抛光组合物的pH等于或大于7； 提供具有抛光表面的化学机械抛光垫； 在抛光垫与。

8、衬底之 间的界面处产生动态接触； 以及将抛光组合物在抛光垫与衬底之间的界面处或其附近分配 到抛光表面上， 其中一些钨被从衬底上抛光掉并至少抑制钨的静态蚀刻。 背景技术 0002 在集成电路和其他电子器件的制造中， 将多层导电、 半导电和电介质材料沉积在 半导体晶片的表面上或从半导体晶片的表面上去除。 可以通过多种沉积技术沉积导电、 半 导电和电介质材料的薄层。 现代加工中的常见沉积技术包括物理气相沉积(PVD)， 也称为溅 射； 化学气相沉积(CVD)； 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀膜(ECP)。 0003 随着材料层被顺序沉积和去除， 晶片的最上表面变为非平面的。 因为随。

9、后的半导 体加工(例如， 金属化)要求晶片具有平坦表面， 所以晶片需要被平面化。 平面化可用于去除 不希望的表面形貌和表面缺陷， 例如粗糙表面、 附聚材料、 晶格损伤、 划痕和污染的层或材 料。 0004 化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是用于使衬底(例如半导体晶片)平面化的 常用技术。 在常规的CMP中， 晶片安装在载体组件上并且定位成与CMP设备中的抛光垫接触。 载体组件向晶片提供可控压力， 将其压靠在抛光垫上。 通过外部驱动力使垫相对于晶片移 动(例如， 旋转)。 与此同时， 在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物( “浆料” )或其他抛光溶 液。 因此， 通过垫表面和浆料的化学和机械作。

10、用抛光晶片表面并使其成为平面。 然而， CMP中 涉及很多复杂性。 每种类型的材料都需要独特的抛光组合物， 适当设计的抛光垫， 针对抛光 和CMP后清洁两者的优化的工艺设置以及必须根据抛光特定材料的应用单独定制的其他因 素。 0005 化学机械抛光已成为在集成电路设计中形成钨互连和接触插塞期间抛光钨的优 选方法。 钨经常用于接触/通孔插塞的集成电路设计中。 典型地， 通过衬底上的电介质层形 成接触或通孔以暴露下面部件的区域， 例如， 第一级金属化或互连。 钨是硬金属并且钨CMP 在相对侵蚀性的设置下运行， 例如酸性pH范围7， 更典型地11， 优选地， W/TEOS选择性12， 更优选地， W。

11、/TEOS选择性为18-24； 并且压盘速 度为93-113转/分钟， 载体速度为87-111转/分钟， 化学机械抛光组合物流速为125-300mL/ min， 在200mm抛光机上的标称下压力为21.4kPa； 并且， 其中化学机械抛光垫包含含有聚合 物空心微粒的聚氨酯抛光层和聚氨酯浸渍的非织造子垫。 0098 以下实例旨在说明使用本发明的碱性化学机械抛光组合物钨从衬底中的高去除 速率， 抑制钨静态蚀刻速率， 以及W/TEOS选择性， 但以下实例不旨在限制本发明的范围。 0099 实例1 0100 浆料配制品 0101 该实例的化学机械抛光组合物通过将表1中列出的量的组分与余量的DI水合并，。

12、 并用45wt氨水将组合物的pH调节至表1中列出的最终pH来制备。 0102 表1 0103 0104 1(80ppm DEAMS至1wt二氧化硅)表面改性的FUSO BS-3TM磨料浆料和具有净(-) 电位的KLEBOSOLTM1598-B25磨料浆料(由安智电子材料公司制造， 可从陶氏化学公司获得) 的混合物。 0105 实例2 0106 W去除速率 0107 上述实例1中表1的抛光浆料的抛光实验是在安装在Applied Materials6EC抛光 机上的200mm空白晶片上进行的。 抛光去除速率实验在来自诺发公司(Novellus)的200mm空 白厚TEOS片状晶片和可从WaferN。

13、et公司、 硅谷微电子公司(Silicon Valley 说明书 9/15 页 11 CN 110669438 A 11 Microelectronics)或SKW Associates公司获得的W、 Ti和TiN空白晶片上进行。 所有抛光实 验均使用与SP2310子垫配对的IC1010TM聚氨酯抛光垫(可从罗门哈斯电子材料公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)商购)进行， 其中典型的下压力为21.4kPa (3.1psi)， 化学机械抛光组合物流速为200mL/min， 工作台转速为113rpm， 并且载体转速为 111rpm。 使用K。

14、inik PDA33A-3金刚石垫调节器(可从砂轮公司(Kinik Company)商购)来修 整抛光垫。 在80rpm(压盘)/36rpm(调节器)下， 使用9lbs(4.1kg)的下压力用调节器磨合抛 光垫15分钟并且使用7lbs(3.2kg)的下压力用调节器磨合抛光垫15分钟。 在使用7lbs (3.2kg)的下压力抛光24秒之前， 进一步非原位调节抛光垫。 使用KLA-Tencor RS100C计量 工具测定W去除速率。 0108 表2 0109 0110 2电 位 ： 使用Malvern ZetasizerT M仪器 (马尔文仪器公司(Malvern Instruments)， 马尔。

15、文， 英国)以15-30wt浓缩物测量所示组合物的 电位。 报告的值取自 每种指示组合物的单次测量值。 0111 抛光试验的结果表明， 与对比组合物相比， 使用本发明的碱性化学机械抛光组合 物的W RR显著增加。 0112 实例3 0113 W RR和TEOS RR 0114 该实例的化学机械抛光组合物通过将表3中列出的量的组分与余量的DI水合并， 并用45wt氢氧化钾水溶液将组合物的pH调节至表3中列出的最终pH来制备。 0115 表3 说明书 10/15 页 12 CN 110669438 A 12 0116 0117 3DEAMS表面改性的具有净(-) 电位的KLEBOSOLTM1598。

16、-B25磨料浆料， 其由安智电 子材料公司制造， 可从陶氏化学公司获得。 0118 表3的抛光浆料的抛光实验在安装在Applied Materials Reflexion抛光机上的 200mm空白晶片上进行。 抛光去除速率实验在来自诺发公司的200mm空白厚TEOS片状 晶片和可从WaferNet公司、 硅谷微电子公司或SKW Associates公司获得的W、 Ti和TiN空白 晶片上进行。 所有抛光实验均使用与SP2310子垫配对的IC1000TMK7+R32聚氨酯抛光垫(可从 罗门哈斯电子材料公司商购)进行， 其中典型的下压力为21.4kPa(3.1psi)， 化学机械抛光 组合物流速为。

17、300mL/min， 工作台转速为93rpm， 并且载体转速为87rpm。 如上面实例2中所 述， 磨合并调节抛光垫。 使用KLA-Tencor RS100C计量工具测定W和TEOS去除速率。 0119 表4 0120 0121 与仅包含KIO3作为氧化剂的本发明的抛光组合物相比， 添加二级氧化剂导致显著 不利的W抛光结果。 0122 实例4 0123 W RR和TEOS RR 0124 该实例的化学机械抛光组合物通过将表5中列出的量的组分与余量的DI水合并， 并用45wt氨水将组合物的pH调节至表5中列出的最终pH来制备。 0125 表5 说明书 11/15 页 13 CN 11066943。

18、8 A 13 0126 0127 4DEAMS表面改性的FUSO BS-3TM磨料浆料， 其具有净(-) 电位。 0128 5DEAMS表面改性的KLEBOSOLTM1598-B25磨料浆料， 其具有净(-) 电位。 0129 6FUSO BS-3TM磨料浆料， 其具有净(-) 电位 0130 7KLEBOSOLTM1598-B25磨料浆料， 其具有净(-) 电位。 0131 表5的抛光浆料的抛光实验在安装在Applied Materials Reflexion抛光机上的 200mm空白晶片上进行。 抛光去除速率实验在来自诺发公司的200mm空白厚TEOS片状 晶片和可从WaferNet公司、。

19、 硅谷微电子公司或SKW Associates公司获得的W、 Ti和TiN空白 晶片上进行。 所有抛光实验均使用与SP2310子垫配对的VP6000TMK7+R32聚氨酯抛光垫(可从 罗门哈斯电子材料公司商购)进行， 其中典型的下压力为21.4kPa(3.1psi)， 化学机械抛光 组合物流速为200mL/min， 工作台转速为113rpm， 并且载体转速为111rpm。 如上面实例2中所 述， 磨合并调节抛光垫。 使用KLA-Tencor RS100C计量工具测定W和TEOS去除速率。 0132 表6 0133 0134 含有碘酸钾和具有净负 电位且包含含氮化合物的胶体二氧化硅磨粒的组合的本。

20、 说明书 12/15 页 14 CN 110669438 A 14 发明浆料相对于没有碘酸钾和具有净负 电位并包含含氮化合物的胶体二氧化硅磨粒的组 合的对比浆料具有W RR的显著增加。 0135 实例5 0136 W RR和TEOS RR 0137 该实例的化学机械抛光组合物通过将表7中列出的量的组分与余量的DI水合并， 并用45wt氢氧化钾水溶液将组合物的pH调节至表7中列出的最终pH来制备。 0138 表7 0139 0140 8DEAMS表面改性的并且内部包含含氮化合物的FUSO BS-3TM磨料浆料， 其具有净 (-) 电位。 0141 表7的抛光浆料的抛光实验在安装在Applied 。

21、Materials Mirra抛光机上的200mm 空白晶片上进行。 抛光去除速率实验在来自诺发公司的200mm空白厚TEOS片状晶片 和可从WaferNet公司、 硅谷微电子公司或SKW Associates公司获得的W、 Ti和TiN空白晶片 上进行。 所有抛光实验均使用与SP2310子垫配对的IK4250HTMK7+R32聚氨酯抛光垫(可从罗 门哈斯电子材料公司商购)进行， 其中典型的下压力为21.4kPa(3.1psi)， 化学机械抛光组 合物流速为125mL/min， 工作台转速为113rpm， 并且载体转速为111rpm。 如上面实例2中所 述， 磨合并调节抛光垫。 使用KLA-T。

22、encor RS100C计量工具测定W和TEOS去除速率。 0142 表8 0143 说明书 13/15 页 15 CN 110669438 A 15 0144 除PS-13外， 本发明的化学机械抛光组合物显示出高W RR和高W/TEOS选择性。 0145 实例6 0146 W静态蚀刻速率 0147 该实例的化学机械抛光组合物通过将表9和10中列出的量的组分与余量的DI水合 并， 并用45wt氢氧化钾水溶液将组合物的pH调节至表9和10中列出的最终pH来制备。 0148 表9 0149 0150 9(80ppm DEAMS至1wt二氧化硅)表面改性的FUSO BS-3TM磨料浆料和具有净(-)。

23、 电位的KLEBOSOLTM1598-B25磨料浆料(由安智电子材料公司制造， 可从陶氏化学公司获得) 的混合物。 0151 表10 0152 0153 10KLEBOSOL 1598-B25磨料浆料， 其具有净(-) 电位。 0154 通过在室温下将20cm(8英寸)直径的W空白晶片浸入15g浆料样品中来进行静态蚀 刻测试。 30分钟后从测试的浆料中取出W晶片。 根据使用4-探针电导率法测量的之后厚度减 去之前厚度来计算W去除。 静态蚀刻测试的结果在表11中。 0155 表11 0156 说明书 14/15 页 16 CN 110669438 A 16 0157 静态蚀刻速率的结果表明， 与。

24、含有铁催化剂和过氧化氢氧化剂的常规酸性抛光浆 料相比， 本发明的抛光浆料具有显著降低的静态蚀刻速率。 0158 实例7 0159 W RR和TEOS RR 0160 该实例的化学机械抛光组合物通过将表12中列出的量的组分与余量的DI水合并， 并用45wt氢氧化钾水溶液将组合物的pH调节至表12中列出的最终pH来制备。 0161 表12 0162 0163 11DEAMS表面改性的FUSO BS-3TM磨料浆料， 其具有净(-) 电位。 0164 表12的抛光浆料的抛光实验在安装在Applied Materials Reflexion抛光机上的 200mm空白晶片上进行。 抛光去除速率实验在来自。

25、诺发公司的200mm空白厚TEOS片状 晶片和可从WaferNet公司、 硅谷微电子公司或SKW Associates公司获得的W、 Ti和TiN空白 晶片上进行。 所有抛光实验均使用与SP2310子垫配对的IK4250HTMK7+R32聚氨酯抛光垫(可 从罗门哈斯电子材料公司商购)进行， 其中典型的下压力为21.4kPa(3.1psi)， 化学机械抛 光组合物流速为250mL/min， 工作台转速为113rpm， 并且载体转速为111rpm。 如上面实例2中 所述， 磨合并调节抛光垫。 使用KLA-Tencor RS100C计量工具测定W和TEOS去除速率。 0165 表13 0166 0167 与仅包含KIO3作为氧化剂的本发明的抛光组合物相比， 添加二级氧化剂导致显著 不利的W抛光结果。 说明书 15/15 页 17 CN 110669438 A 17 。