混合研磨剂型的钨化学机械抛光组合物制造技术

用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物，其包括：水基液体载剂；分散于该液体载剂中的第一与第二胶体二氧化硅研磨剂；以及含铁的促进剂。该第一胶体二氧化硅研磨剂与该第二胶体二氧化硅研磨剂各自具有至少10mV的永久性正电荷。该第二二氧化硅研磨剂的平均粒径比该第一二氧化硅研磨剂的平均粒径大至少20纳米。进一步公开了化学机械抛光包括钨层的基板的方法。该方法可包括：使该基板与上述抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，以及研磨该基板以从该基板移除一部分所述钨并从而抛光该基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
用于抛光(或平坦化)基板表面的化学机械抛光(CMP)组合物及方法是本领域公知的。用于抛光半导体基板上的金属层(诸如钨)的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)可包括悬浮于水性溶液中的研磨剂颗粒及化学促进剂，诸如氧化剂、螯合剂、催化剂及其类似试剂。在常规CMP操作中，待抛光的基板(晶片)安装于载体(抛光头)上，该载体又安装于载体总成上且在CMP装置(抛光工具)中与抛光垫接触放置。载体总成对基板提供可控的压力，按压基板与抛光垫相抵。基板与垫通过外部驱动力相对于彼此移动。基板与垫的相对运动从基板表面研磨且移除一部分材料，从而抛光基板。通过垫与基板的相对运动来抛光基板可进一步通过抛光组合物的化学活性(例如，通过CMP组合物中所存在的氧化剂及其他化学组分)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性辅助。在典型的钨插塞及互连工艺中，钨沉积于介电质上以及其中所形成的开口内。随后，在CMP操作期间，移除介电层上的过量的钨以在介电质内形成钨插塞及互连。由于半导体器件的特征尺寸持续缩减，因此，在CMP操作中(例如，在钨CMP操作中)，满足局域及全域平坦度要求已变得更为困难。阵列腐蚀(也称为氧化物腐蚀)、插塞及线的凹陷、以及钨蚀刻缺陷已知有损于平坦度及整体器件完整性。举例而言，过度的阵列腐蚀可在后续的光刻步骤中导致困难以及造成可降低电效能的电接触问题。半导体行业也经历持续的价格下行压力。为了维持在经济上有利的CMP方法，通常需要高的产出率(throughput)，从而使钨的高移除速率(以及任何阻挡层/粘合剂层的高移除速率)成为必要。价格下行压力也延伸至CMP消耗品自身(例如，浆料及垫)。这样的价格压力对浆料配制者造成挑战，因为降低成本的压力常与所需的浆料效能量度冲突。在该行业中，对于在高的产出率及降低的成本下提供改善的平坦度的钨CMP浆料(组合物)存在着现实需求。
技术实现思路
公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物。所述抛光组合物包括水基液体载剂、分散于液体载剂中的第一和第二胶体二氧化硅研磨剂、以及含铁的促进剂。第一胶体二氧化硅研磨剂和第二胶体二氧化硅研磨剂各自具有至少10mV的永久性正电荷。此外，第二二氧化硅研磨剂的平均粒径比第一二氧化硅研磨剂的平均粒径大至少20纳米。进一步公开了化学机械抛光包括钨层的基板的方法。该方法可包括使基板与上述抛光组合物接触，相对于基板移动抛光组合物，及研磨基板以从基板移除一部分钨并从而抛光基板。附图说明为了更完全地理解所公开的主题以及其优势，现参考结合了附图1的以下描述，该附图以针对实施例9的抛光组合物9A、9B、9C、9D及9E的高度(hg/g)-颗粒直径(nm)曲线图描绘了粒径分布。具体实施方式在一个实施方式中，抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物包括水基液体载剂、以及分散于液体载剂中的第一和第二胶体二氧化硅研磨剂、以及含铁的促进剂。各胶体二氧化硅研磨剂均具有至少10mV的永久性正电荷。第二胶体二氧化硅的平均粒径比第一胶体二氧化硅的平均粒径大至少20纳米。所述抛光组合物可进一步任选地包括与含铁的促进剂结合的稳定剂、过氧化氢氧化剂、和/或1.5-5.0的pH。此外，可用氨基硅烷化合物处理第一和第二胶体二氧化硅研磨剂。第一二氧化硅研磨剂包括胶体二氧化硅颗粒。如本文所用的，术语胶体二氧化硅颗粒是指经由湿法而非经由产生结构上不同的颗粒的火成或火焰水解方法制备的二氧化硅颗粒。胶体二氧化硅颗粒可为聚集或非聚集的。非聚集的颗粒为单独的离散颗粒，其形状可为球形或近似球形，但也可具有其他形状(诸如，大体椭圆形、正方形或矩形的横截面)。聚集的颗粒为这样的颗粒，在所述颗粒中，多个离散颗粒簇集或粘结在一起以形成具有大体不规则形状的聚集体。优选地，胶体二氧化硅为沉淀或缩聚的二氧化硅，其可使用本领域普通技术人员已知的任何方法制备，诸如通过溶胶凝胶法或通过硅酸盐离子交换。缩聚的二氧化硅颗粒常常通过如下制备：使Si(OH)4缩合，从而，形成基本上球形的颗粒。前体Si(OH)4可例如通过高纯度烷氧基硅烷的水解或通过硅酸盐水性溶液的酸化获得。这样的研磨剂颗粒可例如根据美国专利第5,230,833号制备或可以各种市售产品中任一者的形式获得，诸如，来自于EKAChemicals的BINDZIL50/80、30/310和40/130产品，FusoPL-1、PL-2、PL-3和PL-3H产品，以及Nalco1034A、1050、2327和2329产品，以及得自于DuPont、Bayer、AppliedResearch、NissanChemical(SNOWTEX产品)和Clariant的其他类似产品。第二二氧化硅研磨剂可基本上包括任何适合的二氧化硅研磨剂颗粒，例如包括前述胶体二氧化硅及火成(热解)二氧化硅。火成二氧化硅经由火焰水解方法产生，在所述方法中，以氢气和氧气的火焰燃烧适合的原料蒸气(诸如四氯化硅)。以该燃烧方法形成大致球形形状的熔融颗粒，其直径可经由工艺参数改变。这些熔融球(通常称为初级颗粒)通过在它们的接触点进行碰撞而彼此融合，从而形成支化的三维链状聚集体。热解二氧化硅研磨剂可购自多个供应商，包括例如CabotCorporation、Evonic及WackerChemie。行业中可使用多种方式定义悬浮于分散体中的颗粒的粒径。在本文所公开的实施方式中，粒径定义为通过CPS盘式离心机(型号DC24000HR(得自于CPSInstruments,Prairieville,Louisiana))量测。研磨剂颗粒可具有任何适合的粒径。研磨剂颗粒的平均粒径可为10nm或更大(例如，20nm或更大、40nm或更大、50nm或更大、80nm或更大、或者100nm或更大)。研磨剂颗粒的平均粒径可为200nm或更小(例如，180nm或更小、150nm或更小、130nm或更小、110nm或更小、或者80nm或更小)。因此，研磨剂颗粒的平均粒径可在10nm至200nm的范围内(例如，20nm至180nm、或者50nm至130nm)。第一二氧化硅研磨剂的平均粒径与第二二氧化硅研磨剂的平均粒径不同。举例而言，第一二氧化硅研磨剂的平均粒径可小于第二二氧化硅研磨剂的平均粒径。或者，第一二氧化硅研磨剂的平均粒径可大于第二二氧化硅研磨剂的平均粒径。第一二氧化硅研磨剂的平均粒径可与第二二氧化硅研磨剂的平均粒径的差异为至少20nm(例如，至少30nm)。第二二氧化硅研磨剂的平均粒径优选比第一二氧化硅研磨剂的平均粒径大至少20nm(例如，至少30nm)。第一二氧化硅研磨剂的平均粒径可为10nm或更大(例如，30nm或更大、40nm或更大、或者50nm或更大)。第一二氧化硅研磨剂的平均粒径可为130nm或更小(例如，110nm或更小、100nm或更小、或者90nm或更小)。因此，第一二氧化硅研磨剂的平均粒径可在10nm至130nm的范围内(例如，20nm至110nm、40nm至100nm、或者50nm至90nm)。第二二氧化硅研磨剂的平均粒径可为80nm或更大(例如，90nm或更大、100nm或更大、或者110nm或更大)。第二二氧化硅研磨剂的平均粒径可为200nm或更小(例如，180nm或更小、170n本文档来自技高网...

【技术保护点】
化学机械抛光组合物，其包含：水基液体载剂；分散于该液体载剂中的第一胶体二氧化硅研磨剂，该第一胶体二氧化硅研磨剂具有至少10mV的永久性正电荷；分散于该液体载剂中的第二胶体二氧化硅研磨剂，该第二胶体二氧化硅研磨剂具有至少10mV的永久性正电荷；及含铁的促进剂；其中，该第二胶体二氧化硅研磨剂的平均粒径比该第一胶体二氧化硅研磨剂的平均粒径大至少20纳米。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.24 US 14/222,7361.化学机械抛光组合物，其包含：水基液体载剂；分散于该液体载剂中的第一胶体二氧化硅研磨剂，该第一胶体二氧化硅研磨剂具有至少10mV的永久性正电荷；分散于该液体载剂中的第二胶体二氧化硅研磨剂，该第二胶体二氧化硅研磨剂具有至少10mV的永久性正电荷；及含铁的促进剂；其中，该第二胶体二氧化硅研磨剂的平均粒径比该第一胶体二氧化硅研磨剂的平均粒径大至少20纳米。2.权利要求1的组合物，其中，该第一胶体二氧化硅研磨剂与该第二胶体二氧化硅研磨剂中的每一者均具有至少20mV的永久性正电荷。3.权利要求1的组合物，其中，该第一胶体二氧化硅研磨剂和该第二胶体二氧化硅研磨剂中的每一者均用氨基硅烷化合物处理。4.权利要求3的组合物，其中，该氨基硅烷化合物为含丙基的氨基硅烷。5.权利要求3的组合物，其中，该氨基硅烷化合物选自，例如，双(2-羟基乙基)-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-苯甲基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷)、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苯甲基-N,N,N-三甲基氯化铵、(双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-亚乙基二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、以及它们的混合物。6.权利要求1的组合物，其中：(a)该第一胶体二氧化硅研磨剂的平均粒径在20纳米至110纳米的范围内；且(b)该第二胶体二氧化硅研磨剂的平均粒径在90纳米至180纳米的范围内。7.权利要求1的组合物，其中，该第一胶体二氧化硅研磨剂和该第二胶体二氧化硅研磨剂包含胶体二氧化硅，其中，50％或更多的所述胶体二氧化硅研磨剂颗粒包括两个或更多个聚集的初级颗粒。8.权利要求1的组合物，其pH在1.5至5的范围内。9.权利要求1的组合物，其中，该含铁的促进剂包含能溶解的含铁催化剂且该组合物进一步包含与该能溶解的含铁催化剂结合的稳定剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：W沃德，G怀特纳，S格拉姆宾，J戴萨德，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：发明
国别省市：美国;US