用于钴化学机械抛光的替代性氧化剂制造技术

本发明专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)研磨剂、(b)钴促进剂及(c)氧化金属的氧化剂，其中该抛光组合物具有约4至约10的pH。本发明专利技术进一步提供使用本发明专利技术的化学机械抛光组合物来化学机械抛光基板的方法。典型地，该基板含有钴。

Alternative oxidants for chemical mechanical polishing of cobalt

The invention provides a chemical mechanical polishing composition comprising: (a) abrasives, (b) cobalt accelerators and (c) oxidizers of oxidized metals, wherein the polishing composition has a pH of about 4 to 10. The invention further provides a method for chemical mechanical polishing a substrate using the chemical mechanical polishing composition of the invention. Typically, the substrate contains cobalt.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钴化学机械抛光的替代性氧化剂
技术介绍
在集成电路及其它电子器件的制造中，多个导电、半导电及介电的材料层沉积至基板表面上或自基板表面移除。随着材料层依序地沉积至基板上及自基板移除，基板的最上部表面可变得非平坦且需要进行平坦化。对表面进行平坦化或对表面进行“抛光”是这样的工艺，其中，自基板的表面移除材料以形成总体上均匀平坦的表面。平坦化可用于移除不合乎期望的表面形貌(topography)及表面缺陷，诸如粗糙表面、经团聚的材料、晶格损伤、刮痕、以及受污染的层或材料。平坦化也可用于通过移除过量的沉积材料而在基板上形成特征，该沉积材料用于填充所述特征并提供用于后续的加工及金属化水平的均匀表面。用于对基板表面进行平坦化或抛光的组合物及方法在本领域中是公知的。化学机械平坦化或化学机械抛光(CMP)是用于使基板平坦化的常用技术。CMP采用被称为CMP组合物或被称为抛光组合物(也被称作抛光浆料)的化学组合物以用于自基板选择性地移除材料。典型地，通过使基板的表面与饱含抛光组合物的抛光垫(例如，抛光布或抛光盘)接触而将抛光组合物施加至基板。典型地，通过抛光组合物的化学活性和/或悬浮于抛光组合物中或结合到抛光垫(例如，固定研磨剂式抛光垫)中的研磨剂的机械活性而进一步辅助基板的抛光。钴正在成为用于集成到先进集成电路器件中的金属。钴的有效集成将要求具有高的移除速率、良好的平坦化效率、低的凹陷与侵蚀、及低的缺陷率的CMP方法。改善移除速率及平坦化效率的一种方法是将氧化剂与钴促进剂一起引入。遗憾的是，当前最广泛使用的氧化剂(过氧化氢)与其它浆料组分的相容性受到限制且具有贮存期稳定性的问题。因此，在本领域中仍需要如下的抛光组合物：其包含过氧化氢的替代性(alternative)氧化剂，提供高的钴移除速率及平坦化效率、同时展现可接受的凹陷、侵蚀、及低的缺陷率。
技术实现思路
本专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)研磨剂、(b)钴促进剂及(c)氧化金属的氧化剂，其中该氧化剂选自硝基化合物、亚硝基化合物、N-氧化物化合物、亚硝酸盐(酯)化合物、硝酸盐(酯)化合物、羟胺化合物、肟化合物、及其组合，其中该抛光组合物具有约4至约10的pH。本专利技术还提供化学机械抛光基板的方法，其包括：(i)提供基板；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物；(iv)使该基板与该抛光垫以及位于该基板和该抛光垫之间的该化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物，从而磨除该基板的至少一部分以抛光该基板，其中，该化学机械抛光组合物包含：(a)研磨剂、(b)钴促进剂及(c)氧化金属的氧化剂，其中该氧化剂选自硝基化合物、亚硝基化合物、N-氧化物化合物、亚硝酸盐(酯)化合物、硝酸盐(酯)化合物、羟胺化合物、肟化合物、及其组合，其中该抛光组合物具有约4至约10的pH。具体实施方式本专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)研磨剂、(b)钴促进剂及(c)氧化金属的氧化剂，其中该氧化剂选自硝基化合物、亚硝基化合物、N-氧化物化合物、亚硝酸盐(酯)化合物、硝酸盐(酯)化合物、羟胺化合物、肟化合物、及其组合，其中该抛光组合物具有约4至约10的pH。该抛光组合物包含研磨剂(即，一种或多种研磨剂)。研磨剂可为任何适宜的研磨剂或呈颗粒的形式的研磨剂的组合。例如，研磨剂可为天然的或合成的，且可包括金属的氧化物、碳化物、氮化物、金刚砂、金刚石等。研磨剂还可为聚合物颗粒或经涂覆的颗粒。合乎期望地，研磨剂包含金属氧化物，基本上由金属氧化物组成，或由金属氧化物组成。典型地，金属氧化物选自氧化硅(silica)、氧化铝(例如α氧化铝颗粒(即，α-氧化铝)、γ氧化铝颗粒(即，γ-氧化铝)、δ氧化铝颗粒(即，δ-氧化铝)、或热解氧化铝颗粒)、氧化铈(ceria)、氧化锆(zirconia)、其共形成产物、及其组合。在优选实施方式中，研磨剂颗粒合乎期望地为带负电荷的(anionic)。在实施方式中，化学机械抛光组合物包含氧化硅研磨剂。氧化硅可为任何适宜的氧化硅，例如，氧化硅可为湿法氧化硅或热解氧化硅。通常，氧化硅为湿法氧化硅。研磨剂颗粒可具有任何适宜的表面电荷。优选地，研磨剂颗粒为带负电荷的研磨剂颗粒。“带负电荷的”是指：研磨剂颗粒在抛光组合物的pH处具有负的表面电荷。在抛光组合物的pH处，研磨剂颗粒的自然状态可为带负电荷的，或者，在抛光组合物的pH处，可使用本领域普通技术人员已知的任何方法(诸如(例如)，通过表面金属掺杂(例如，通过掺杂铝离子)，或通过使用系栓(系链，tethered)有机酸、系栓的基于硫的酸、或系栓的基于磷的酸的表面处理)来使研磨剂颗粒为带负电荷的。研磨剂可具有任何适宜的平均粒度(即，平均颗粒直径)。研磨剂可具有约5nm或更大的平均粒度，例如，约10nm或更大、约15nm或更大、约20nm或更大、约25nm或更大、约30nm或更大、约35nm或更大、或约40nm或更大。可选择地，或者此外，研磨剂可具有约150nm或更小的平均粒度，例如，约140nm或更小、约130nm或更小、约120nm或更小、约110nm或更小、或约100nm或更小。因此，研磨剂可具有由上述端点的任何两者界限的平均粒度。例如，研磨剂可具有下列平均粒度：约5nm至约150nm、约10nm至约140nm、约15nm至约130nm、约20nm至约120nm、约20nm至约110nm、约20nm至约100nm、约30nm至约150nm、约30nm至约140nm、约30nm至约130nm、约30nm至约120nm、约30nm至约110nm、约30nm至约100nm、约35nm至约150nm、约35nm至约140nm、约35nm至约130nm、约35nm至约120nm、约35nm至约110nm、或约35nm至约100nm。对于球形研磨剂颗粒，颗粒的大小为颗粒的直径。对于非球形研磨剂颗粒，颗粒的大小为包围颗粒的最小球体的直径。可使用任何适宜的技术(例如，使用激光衍射技术)来量测研磨剂的粒度。适宜的粒度量测仪器购自(例如)MalvernInstruments(Malvern,UK)。优选地，研磨剂颗粒在本专利技术的抛光组合物中是胶体稳定的。术语“胶体”是指颗粒在液体载剂(例如水)中的悬浮液。胶体稳定性是指悬浮液随时间的保持性。在本专利技术的上下文中，若出现如下情形便认为研磨剂是胶体稳定的：当将研磨剂置于100ml量筒中且使其无干扰地静置两小时之时，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为单位)与量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差值除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)。更优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且最优选地小于或等于0.1。抛光组合物可包含任何适合量的研磨剂颗粒。抛光组合物可包含约10重量％或更少的研磨剂颗粒，例如，约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少、约5重量％或更少、约4重量％或更少、约3重量％或更少、约2重量％或更少、约1.5重量％或更少、约1重量％或更少、约0.9重量％或更少、约0.8重量％或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.化学机械抛光组合物，包含：(a)研磨剂；(b)钴促进剂；(c)氧化金属的氧化剂，其中该氧化剂选自硝基化合物、亚硝基化合物、N‑氧化物化合物、亚硝酸盐化合物、硝酸盐化合物、羟胺化合物、肟化合物、及其组合，其中该抛光组合物具有约4至约10的pH。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.14 US 62/362,2221.化学机械抛光组合物，包含：(a)研磨剂；(b)钴促进剂；(c)氧化金属的氧化剂，其中该氧化剂选自硝基化合物、亚硝基化合物、N-氧化物化合物、亚硝酸盐化合物、硝酸盐化合物、羟胺化合物、肟化合物、及其组合，其中该抛光组合物具有约4至约10的pH。2.权利要求1的抛光组合物，其中该钴促进剂选自N-二(羧基烷基)胺、N-二(羟基烷基)胺、N,N-二(羟基烷基)-N-羧基烷基胺、二羧基杂环、杂环烷基-α-氨基酸、N-氨基烷基氨基酸、未经取代的杂环、经烷基取代的杂环、羧酸、二羧酸、三羧酸、烷基胺、N-氨基烷基-α-氨基酸、及其组合。3.权利要求1或2的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含钴腐蚀抑制剂。4.权利要求1-3中任一项的抛光组合物，其中该研磨剂为氧化硅。5.权利要求1-4中任一项的抛光组合物，其中该抛光组合物包含约0.1重量％至约5重量％的该研磨剂。6.权利要求5的抛光组合物，其中该抛光组合物包含约0.1重量％至约3重量％的该研磨剂。7.权利要求2-5中任一项的抛光组合物，其中该钴促进剂选自亚氨基二乙酸、N-(2-乙酰氨基)亚氨基二乙酸、N-甲基咪唑、吡啶羧酸、吡啶二羧酸、4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸、甘氨酸、二羟乙基甘氨酸、三乙胺、羟乙磷酸、N-甲基吗啉、丙二酸、2-吡啶磺酸盐、柠檬酸、及其组合。8.权利要求1-7中任一项的抛光组合物，其中该钴促进剂以约5mM至约100mM的浓度存在于该抛光组合物中。9.权利要求8的抛光组合物，其中该钴促进剂以约10mM至约50mM的浓度存在于该抛光组合物中。10.权利要求1-9中任一项的抛光组合物，其中该氧化剂选自芳基硝基化合物、芳基亚硝基化合物、芳基N-氧化物化合物、芳基羟胺化合物、芳基肟化合物、及其组合。11.权利要求1-9中任一项的抛光组合物，其中该氧化剂选自杂芳基硝基化合物、杂芳基亚硝基化合物、杂芳基N-氧化物化合物、杂芳基羟胺化合物、杂芳基肟化合物、及其组合。12.权利要求1-9中任一项的抛光组合物，其中该氧化剂选自亚硝酸盐、硝酸盐、及其组合。13.权利要求1-12中任一项的抛光组合物，其中该氧化剂以约1mM至约100mM的浓度存在于该抛光组合物中。14.权利要求13的抛光组合物，其中该氧化剂以约10mM至约50mM的浓度存在于该抛光组合物中。15.权利要求3-14中任一项的抛光组合物，其中该钴腐蚀抑制剂以约10ppm至约1000ppm的浓度存在于该抛光组合物中。16.权利要求1-15中任一项的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约5至约9的pH。17.权利要求16的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约6.5至约7.5的pH。18.化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含：(a)研磨剂；(b)钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：S克拉夫特，PW卡特，AR沃尔夫，
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