含二氧化钛的钌化学机械抛光浆料制造技术

用于抛光含钌基板的化学机械抛光组合物，其包含以下、由以下组成、或基本上由以下组成：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得该钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有大于约0.05的X:Y比率，其中X表示在该具有约3.24的d

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含二氧化钛的钌化学机械抛光浆料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]无


[0003]所公开的实施方式涉及金属层的化学机械抛光，且更特定言之，涉及用于抛光钌层的含二氧化钛(titanium dioxide)的化学机械抛光组合物。

技术介绍

[0004]多种化学机械抛光(CMP)操作被用于半导体器件的前端制程(front
‑
end
‑
of
‑
the
‑
line；FEOL)及后端制程(back
‑
end
‑
of
‑
the
‑
line；BEOL)加工这两者中。举例而言，浅沟槽隔离(STI)为在形成晶体管之前使用的FEOL制程，以在硅晶片中形成镶嵌的原硅酸四乙酯(TEOS)图案。钨插塞和互连及铜互连以及双金属镶嵌制程为用于形成连接器件晶体管的金属线的网络的BEOL制程。在这些制程中，将金属层沉积在形成于介电材料(例如TEOS)中的开口内。CMP用以自介电质移除过量的金属且由此在其中形成导电插塞及/或互连件。
[0005]随着晶体管尺寸持续缩小，使用常规互连技术已变得越来越具有挑战性。近来，钌(Ru)已成为替代铜互连件中的钽/氮化钽阻挡堆叠的潜在候选物。此外，钌正在被积极研究作为用于下一代存储器器件的先进电容器应用中的电极材料。伴随有可能将钌引入至半导体集成电路器件中，出现了对能够使含钌基板平坦化的CMP浆料的新兴需求。
[0006]一般而言，制造用于移除钨、铜或其它金属层的市售CMP浆料并不适用于抛光钌，尤其在先进节点器件中。举例而言，Ru往往是具有小的化学活性的硬金属。因此，达成Ru的适合的移除速率可具有挑战性。此外，已知不溶性的钌氧化物(ruthenium oxide)产物的形成会引起垫染色(staining)及缺陷率增高。需要可在不出现垫染色的情况下以可接受的高速率移除钌膜的CMP浆料。

技术实现思路

[0007]第一化学机械抛光组合物包含以下、由以下组成、或基本上由以下组成：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物(titanium oxide)颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有约0.05至约0.5的X:Y比率，其中X表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度且Y表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度；及介于约7至约10范围内的pH。
[0008]第二化学机械抛光组合物包含以下、由以下组成、或基本上由以下组成：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有大于约0.05的X:Y比率，其中X表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度且Y表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度；介于约7至约10范围内的pH；及具有介于约6至约9范围内的pK
a
的pH缓冲剂。
[0009]进一步公开了用于抛光包括至少一个钌层的基板的方法。
附图说明
[0010]为了更全面地理解所公开的主题及其优点，现在参考结合附图的以下描述，该图描绘了例如钛氧化物颗粒的x射线衍射数据。
具体实施方式
[0011]第一化学机械抛光组合物包含以下、由以下组成、或基本上由以下组成：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有约0.05至约0.5的X:Y比率，其中X表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度且Y表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度；及介于约7至约10范围内的pH。
[0012]第二化学机械抛光组合物包含以下、由以下组成、或基本上由以下组成：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有大于约0.05的X:Y比率，其中X表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度且Y表示在具有约的d
‑
间距的x射线衍射图样中的峰强度；介于约7至约10范围内的pH；及具有介于约6至约9范围内的pK
a
的pH缓冲剂。
[0013]所公开的组合物及方法可提供优于现有技术的各种技术优势及改善。举例而言，所公开的化学机械抛光组合物在极少(minimal)垫染色或无垫染色的情况下提供高的钌抛光速率。
[0014]抛光组合物含有悬浮于液体载剂中的钛氧化物研磨剂颗粒。使用液体载剂以便于将研磨剂颗粒及任何任选的化学添加剂施用于待抛光(例如，待平坦化)的基板的表面。液体载剂可为包括低级醇(例如，甲醇、乙醇等)、醚(例如，二噁烷、四氢呋喃等)、水及其混合物的任何适合的载剂(例如，溶剂)。优选地，液体载剂包含水(更优选去离子水)、基本上由水(更优选去离子水)组成、或由水(更优选去离子水)组成。
[0015]在所公开的抛光组合物中，钛氧化物(titanium oxide)(二氧化钛(titania))颗粒包含以下、基本上由以下组成、或由以下组成：具有金红石结构的钛二氧化物(titanium dioxide)或具有金红石结构的钛氧化物(titanium oxide)及具有锐钛矿结构的钛二氧化物(titanium dioxide)。单独的二氧化钛(titania)颗粒可包含以下、基本上由以下组成、或由以下组成：金红石、锐钛矿、或金红石与锐钛矿的混合物。
[0016]如本领域技术人员所已知，二氧化钛(钛二氧化物，titanium dioxide)是以至少七种多晶型物存在，其中四种存在于自然界中。三种最常见形式为金红石、锐钛矿及板钛矿，其中金红石型及锐钛矿型为典型地经由合成获得的形式。所有均具有相同的经验式TiO2，但各自具有不同的晶体结构。金红石型(“金红石”)是二氧化钛在热力学上最稳定的形式。金红石的晶体结构为四边形的，其中Ti
‑
O八面体共用四个边。锐钛矿型(“锐钛矿”)具有类似于金红石的四边形晶体结构，不同之处在于Ti
‑
O八面体共用四个角而非四个边。锐钛矿在高于约915℃的温度下自发地转化为更稳定的金红石。板钛矿型为三种常见形式中最不常见的且很少在商业上使用，其具有斜方晶晶体结构，在约750℃的温度下自发地转化为金红石。
[0017]大量的用于制备二氧化钛的方法为本领域中已知。合成方法包括气相合成及溶液
相合成。在二氧化钛的气相合成中，使挥发(volatilize)的钛(IV)化合物与水蒸气及/或氧气混合，且使气态物流穿过加热区，以便水解钛(IV)化合物且产生二氧化钛。藉由冷却气态物流且收集粒状二氧化钛来分离由此产生的二氧化钛。举例而言，美国专利4,842,832教导了合成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得该钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有约0.05至约0.5的X:Y比率，其中X表示在具有约的d
‑
间距的该x射线衍射图样中的峰强度且Y表示在具有约的d
‑
间距的该x射线衍射图样中的峰强度；及介于约7至约10范围内的pH。2.权利要求1的组合物，其中该pH介于约7.5至约9.5的范围内。3.权利要求1的组合物，进一步包含pH缓冲剂，该pH缓冲剂具有介于约6至约9范围内的pK
a
。4.权利要求1的组合物，包含约0.05wt％至约1wt％的该钛氧化物颗粒。5.权利要求1的组合物，进一步包含过氧化物化合物。6.用于抛光含钌基板的方法，该方法包括：(a)使该基板与权利要求1至5的抛光组合物中的任一者接触；(b)使该抛光组合物相对于该基板移动；及(c)研磨该基板以自该基板移除一部分钌层且由此抛光该基板。7.化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散于该液体载剂中的钛氧化物颗粒，该钛氧化物颗粒包括金红石及锐钛矿，使得该钛氧化物颗粒的x射线衍射图样具有大于约0.05的X:Y比率，其中X表示在具有约的d
‑
间距的该x射线衍射图样中的峰强度且Y表示在具有约的d
‑
间距的该x射线衍射图样中的峰强度；介于约7至约10范围内的pH；及具有介于约6至约9范围内的pK
a
的pH缓冲剂。8.权利要求7的组合物，其中该pH缓冲剂选自：柠檬酸、双(2
‑
羟乙基)氨基
‑
三(羟甲基)甲烷、三(羟甲基)氨基甲烷、麦黄酮(三甘氨酸)、二甘氨酸、磷酸氢二钾、三乙醇胺、(4
‑
(2
‑
羟乙基)
‑1‑
哌嗪乙磺酸)(HEPES)、N
‑
(2
‑
羟乙基)哌嗪
‑
N'
‑
(3
‑
丙磺酸)(HEPPS)、二乙醇胺、N,N
‑
双(羟乙基)甘氨酸、N
‑
三(羟甲基)甲基
‑3‑
氨基丙磺酸(TAPS)、N
‑
甲基二乙醇胺、2
‑
氨基
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JH，
申请(专利权)人：CMC材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：