用于贵金属的抛光组合物制造技术

本发明专利技术提供一种抛光组合物及一种用于化学－机械抛光包含贵金属的基材的方法，该抛光组合物包含（ａ）用于氧化贵金属的氧化剂，（ｂ）选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子，及（ｃ）液体载体。本发明专利技术进一步提供一种抛光组合物及一种用于化学－机械抛光包含钌的基材的方法，该抛光组合物包含（ａ）用于将钌氧化至＋４氧化态以上的氧化剂，（ｂ）选自以下物质的抛光添加剂：金属钳合聚合物、金属螯合剂、有机硫醇、还原四氧化钌的化合物、内酯及α－羟基羰基化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及抛光组合物及用于化学-机械抛光包含贵金属的基材的方法。
技术介绍
用于平坦化或抛光基材表面的组合物及方法为本领域所熟知。抛光组合物(也称为抛光浆料)通常含有研磨材料的水溶液且通过使表面与浸透浆料组合物的抛光垫接触来将其施用于该表面。典型研磨材料包括二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。举例而言，美国专利第5,527,423号描述一种用于化学-机械抛光金属层的方法，其通过使该表面与包含在含水介质中的高纯度精细金属氧化物颗粒的抛光浆料接触而进行。另外，可将该研磨材料加入该抛光垫中。美国专利第5,489,233号公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且美国专利第5,958,794号公开了一种固定研磨剂抛光垫。常规的抛光系统及抛光方法在平坦化半导体晶片方面通常不完全令人满意。具体地说，抛光组合物及抛光垫可具有小于所要抛光速率的抛光速率，且将其用于化学-机械抛光半导体表面可导致表面品质不良。由于半导体晶片的性能与其表面的平坦度直接相关，因此关键的是使用抛光组合物及导致高抛光效率、均匀性及移除速率且留下具有最小表面缺陷的高品质抛光的方法。创建一种用于半导体晶片的有效抛光系统的难点源于半导体晶片的复杂性。半导体晶片通常由基材构成，在该基材上已经形成多个晶体管。通过对基材中的区域及基材上的层进行图案化，将集成电路化学地及物理地接入该基材。为了制造可操作半导体晶片且使晶片的良率、性能及可靠性最大化，需要抛光晶片的选择表面，且对基底结构或构形无负面影响。实际上，若这种方法的步骤未在经充分平坦化的晶片表面上进行，则半导体制造中可发生多种问题。已将多种金属及金属合金用于形成器件间的电连接，包括钛、氮化钛、铝-铜、铝-硅、铜、钨、铂、铂-钨、铂-锡、钌及其组合。包括钌、铱及铂在内的贵金属将越来越多地用于下一代存储器件及金属栅极中。贵金属存在特定难题，其机械硬度及耐化学性使其难以通过化学-机械抛光有效移除。由于贵金属通常为包含较软且更易研磨材料的基材(包括诸如二氧化硅的介电材料)的组分，因此贵金属的优先抛光与介电材料的过度抛光之间的选择性问题频繁出现。经研发用于抛光包含钌的基材的化学-机械抛光组合物存在另外的难题。这种抛光组合物通常包括氧化剂，其将钌金属转化为可溶形式或转化为通过研磨移除的软氧化膜。由于在低pH值下提供有效钌移除速率的强氧化剂可将钌转化为高毒性气体四氧化钌，因此在化学-机械抛光操作期间需要用于其密封及减轻的特殊预防措施。以下专利公开了用于贵金属的抛光组合物。美国专利第5,691,219号公开了一种包含贵金属导电层的半导体存储器件，及包含用于抛光该贵金属的卤素化合物的抛光组合物。美国专利第6,274,063号公开了用于镍基材的抛光组合物，其包含例如硝酸铝的化学蚀刻剂、研磨剂颗粒及氧化剂。美国专利第6,290,736号公开了一种用于贵金属的化学活性抛光组合物，其包含研磨剂及在碱性水溶液中的卤素。JP 63096599A2公开了一种溶解金属钌的方法。JP11121411A2公开了一种用于铂族金属(例如Ru、Pt)的抛光组合物，其包含铂族金属氧化物的精细颗粒。JP 1270512A2公开了一种用于贵金属的溶解溶液，其包含过氧化氢、碱性氰化物及磷酸根离子和/或硼酸根离子。WO00/77107A1公开了一种用于贵金属(例如Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)的抛光组合物，其包含研磨剂、液体载体、氧化剂及抛光添加剂，该抛光添加剂可包括EDTA、含氮的大环(例如四氮杂环十四烷)、冠醚、卤化物、氰化物、柠檬酸、膦及膦酸酯。WO 01/44396A1公开了一种用于贵金属的抛光组合物，其包含含硫化合物、研磨剂颗粒及水溶性有机添加剂，据称这种水溶性有机添加剂改良研磨剂颗粒的分散且增强金属移除速率及选择性。美国专利第6,395,194号公开了一种用于贵金属和/或贵金属合金的抛光组合物，其包含研磨剂抛光颗粒、溴化物、提供作为氧化剂的游离溴的溴酸盐化合物、及调节组合物中溴酸盐化合物的分解的有机酸，其中含水抛光组合物在含水介质中包含至少一种溴-氯化物络合物。美国专利第6,527,622号公开了一种用于贵金属的抛光组合物，其包含研磨剂和/或抛光垫、液体载体、及一种或多种抛光添加剂，该添加剂选自以下化合物二酮、二酮酯、尿素化合物、杂环含氮化合物、杂环含氧化合物、杂环含磷化合物及可为两性离子化合物的含氮化合物，其中据称这类添加剂与贵金属表面相互作用且在化学-机械抛光期间促进其溶解。然而仍存在对下述抛光系统及抛光方法的需要，其将具有期望的平坦化效率、均匀性及在包含贵金属的基材抛光及平坦化期间的移除速率，同时使诸如表面缺陷及在抛光及平坦化期间对基底结构及构形的破坏的缺陷度最小化。本专利技术旨在提供这种化学-机械抛光系统及方法。在此提供的本专利技术的描述将使本专利技术的这些及其它优势变得显而易见。
技术实现思路
本专利技术提供一种抛光组合物，其包含(a)用于氧化贵金属的氧化剂，(b)选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子及(c)液体载体。本专利技术还提供一种用于化学-机械抛光基材的方法，该方法包含(i)使包含贵金属的基材与包含以下物质的化学-机械抛光系统接触(a)用于氧化贵金属的氧化剂，(b)选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子，及(c)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光组分，及(d)液体载体，及(ii)将该贵金属的至少一部分研磨来抛光该基材。本专利技术进一步提供一种用于包含钌的基材的抛光组合物，其包含(a)用于将钌氧化至+4氧化态以上的氧化剂，(b)选自以下物质的抛光添加剂金属钳合(sequestering)聚合物、金属螯合剂、有机硫醇、还原四氧化钌的化合物、内酯及α-羟基羰基化合物，及(c)液体载体。本专利技术另外提供一种化学-机械抛光包含钌的基材的方法，其包含(i)使包含钌的基材与包含以下物质的化学-机械抛光系统接触(a)用于将钌氧化至+4氧化态以上的氧化剂，(b)选自以下物质的抛光添加剂金属钳合聚合物、金属螯合剂、有机硫醇、还原四氧化钌的化合物、内酯及α-羟基羰基化合物，(c)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光组分，及(d)液体载体，及(ii)将该基材的至少一部分研磨来抛光该基材。具体实施例方式本专利技术提供一种抛光组合物，其包含(a)用于氧化贵金属的氧化剂，(b)选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子，及(c)液体载体。氧化贵金属的氧化剂可为氧化贵金属的任何合适氧化剂。令人满意的氧化贵金属的氧化剂选自以下化合物溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、碘酸盐、次碘酸盐(hypoiodate)、高碘酸盐、铈(IV)盐、高锰酸盐、银(III)盐、过氧乙酸、有机卤氧化合物、单过氧硫酸盐、单过氧亚硫酸盐、单过氧硫代硫酸盐、单过氧磷酸盐、单过氧焦磷酸盐、单过氧连二磷酸盐及其组合。本文的术语″有机卤氧化合物″与氧化剂有关，其含有至少一个有机官能基、至少一个卤原子及至少一个氧原子。可以任何合适方式排列该有机卤氧化合物的有机官能基团、卤原子及氧原子，但应遵照三种通式之一Ra-X-Ob、Ra-Ob-X或Ob-Ra-X，其中R表示有机官能基团，X表示卤原子，且a及b为大于或等于一的整数。合适的有机卤氧化合物包括(但不限于)N-氯琥珀酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光组合物，其包含：　　　　（ａ）氧化贵金属的氧化剂，　　　　（ｂ）选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子，及　　　　（ｃ）液体载体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-7-28 10/901,4201.一种抛光组合物，其包含(a)氧化贵金属的氧化剂，(b)选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子，及(c)液体载体。2.如权利要求1的抛光组合物，其中该氧化贵金属的氧化剂选自以下化合物溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、碘酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐、铈(IV)盐、高锰酸盐、银(III)盐、过氧乙酸、有机卤氧化合物、单过氧硫酸盐、单过氧亚硫酸盐、单过氧硫代硫酸盐、单过氧磷酸盐、单过氧焦磷酸盐及单过氧连二磷酸盐。3.如权利要求2的抛光组合物，其中该氧化剂为过氧单硫酸硫酸氢钾。4.如权利要求2的抛光组合物，其中该氧化剂为溴酸盐。5.如权利要求1的抛光组合物，其中该选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子的浓度为0.05M至2M。6.如权利要求1的抛光组合物，其中该液体载体包含水。7.如权利要求6的抛光组合物，其中该抛光组合物的pH值为1至8。8.如权利要求7的抛光组合物，其中该抛光组合物的pH值为2至6。9.如权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含研磨剂。10.如权利要求9的抛光组合物，其中该研磨剂为金属氧化物。11.如权利要求10的抛光组合物，其中该金属氧化物选自以下化合物氧化铝、二氧化铈、氧化锗、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、其共形成产物、金刚石、有机聚合物颗粒及其组合。12.一种化学-机械抛光基材的方法，其包括下列步骤(i)使包含贵金属的基材与包含以下物质的化学-机械抛光系统接触(a)氧化贵金属的氧化剂，(b)选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子，(c)选自研磨剂、抛光垫及其组合的抛光组分，及(d)液体载体，及(ii)研磨至少部分该贵金属，以抛光该基材。13.如权利要求12的方法，其中该贵金属选自以下金属钌、铱、铂、钯、锇、铼、银、金、其合金及其组合。14.如权利要求12的方法，其中该氧化贵金属的氧化剂选自以下化合物溴酸盐、亚溴酸盐、次溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、碘酸盐、次碘酸盐、高碘酸盐、铈(IV)盐、高锰酸盐、银(III)盐、过氧乙酸、有机卤氧化合物、单过氧硫酸盐、单过氧亚硫酸盐、单过氧硫代硫酸盐、单过氧磷酸盐、单过氧焦磷酸盐及单过氧连二磷酸盐。15.如权利要求14的方法，其中该氧化剂为过氧单硫酸硫酸氢钾。16.如权利要求14的方法，其中该氧化剂为溴酸盐。17.如权利要求12的方法，其中选自硫酸根、硼酸根、硝酸根及磷酸根的阴离子的浓度为0.05M至2M。18.如权利要求12的方法，其中该液体载体包含水。19.如权利要求18的方法，其中该抛光组合物的pH值为1至8。20.如权利要求19的方法，其中该抛光组合物的pH值为2至6。21.如权利要求12的方法，其中该抛光组合物进一步包含悬浮于该液体载体中的研磨剂。22.如权利要求21的方法，其中该研磨剂为金属氧化物。23.如权利要求22的方法，其中该金属氧化物选自以下化合物氧化铝、二氧化铈、氧化锗、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、其共形成产物、金刚石、有机聚合物颗粒及其组合。24.一种用于包含钌的基材的抛光组合物，其包含(a)将钌氧化至+4氧化态以上的氧化剂，(b)选自以下化合物的抛光添加剂金属钳合聚合物、金属螯合剂、有机硫醇、还原四氧化钌...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯科德雷格西索罗，弗拉西克布鲁西克，克里斯托弗汤普森，本杰明拜尔，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]