抛光组合物及其使用方法技术

一种抛光组合物包括阴离子磨料、pH调节剂、低k移除速率抑制剂、钌移除速率增强剂及水。一种抛光基材的方法包括以下步骤：将本文所述的抛光组合物施加至基材的表面，其中该表面包含钌或硬掩膜材料；及使垫与该基材的该表面接触，并相对于该基材移动该垫。并相对于该基材移动该垫。并相对于该基材移动该垫。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抛光组合物及其使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年10月28日提申之美国临时申请序列号63/272,719的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]半导体产业不断地通过制程、材料及集成创新使器件进一步小型化，从而改善芯片性能。早期的材料创新包括铜的引用，其取代铝作为互连结构中的传导材料，以及钽(Ta)/氮化钽(TaN)的使用，其作为扩散阻障层，用以将Cu传导材料与非传导/绝缘体介电材料隔开。铜(Cu)被选择作为互连材料是因为其低电阻率及优异的抗电迁移能力。
[0004]然而，随着新一代芯片的特征缩小，多层铜/阻障/电介质叠层必须更薄且更保形，以便在后段制程(BEOL)中保持有效的互连电阻率。较薄的Cu及Ta/TaN阻障膜方案在沉积方面存在电阻率及柔顺性的问题。例如，随着更小的尺寸及先进的制造节点，电阻率呈指数级恶化，且晶体管电路速度(在前段制程(FEOL)处)的改进由于来自传导性Cu/阻障布线(BEOL)的延迟而减半。钌(Ru)已成为用作衬垫材料、阻障层以及传导层的主要候选材料。钌具有优异的抗铜扩散到介电层的能力，且还可在不使用铜晶种层之情况下促进在小尺寸沟槽中直接电填充铜。此外，钌也被研究作为VIA的材料，用以替代习用的钨(W)金属。

技术实现思路

[0005]提供此
技术实现思路
是为了介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的一些概念。此
技术实现思路
不旨在识别所请求保护主题之关键或必要特征，也不旨在用作限制所请求保护主题之辅助。
[0006]如本文所定义，除非另有说明，否则所表述之所有的百分比均应理解为相对于抛光组合物之总重量的重量百分比。
[0007]在一个方面中，本公开之特征在于一种抛光组合物，其包括抛光组合物，其包括(1)阴离子二氧化硅磨料，其中该阴离子二氧化硅磨料包括具式(I)：
‑
O
m
‑
Si
‑
(CH2)
n
‑
CH3(I)的端基，其中m是1至3的整数；n是0到10的整数；该
‑
(CH2)
n
‑
CH3基团经至少一个羧酸基团取代；(2)pH调节剂；(3)低k移除速率抑制剂；(4)钌移除速率增强剂；及(5)水。该抛光组合物具有约7至约14的pH。
[0008]在另一个方面中，本公开之特征在于一种抛光基材的方法，其包括以下步骤：将本文所述的抛光组合物施加至基材的表面，其中该表面包含钌或硬掩膜材料；及使垫与该基材的表面接触，并相对于该基材移动该垫。
[0009]参考以下说明及所附的权利要求后，所请求保护主题之其他方面及优点将显而易见。
附图说明
[0010]图1是显示含有三种不同类型二氧化硅磨料的水性分散体之ζ电位随pH变化之变
化图。
[0011]图2是显示含有未改性二氧化硅、阳离子改性二氧化硅、磺酸改性二氧化硅及羧酸改性二氧化硅的水性分散体之平均粒度(MPS)随时间之变化图。
具体实施方式
[0012]本文公开的实施例概略而言有关于一种组合物及使用该组合物来抛光基材的方法，该基材包括至少钌部分及/或硬掩膜部分(如，钨、碳化物、氮化物陶瓷(如，TiN)及其掺杂衍生物)，更具体地可包括至少钌、硬掩膜及铜部分。本文所揭示的组合物可有效地移除钌、铜及/或硬掩膜材料，同时使铜腐蚀最小化(如，使表面粗糙度最小化)。例如，本文所公开的组合物可特别用于抛光包括下列之先进节点膜：铜、钌衬垫、硬掩膜材料(如，钛及其掺杂衍生物、钨及其掺杂衍生物(如，WB4)、碳化物(如，BC、B4C、TiC、SiC及WC)、含硼材料(如，B6O、BC2N及AlMgB
14
)及氮化物陶瓷材料(如，SiN、TiN、BN)、阻障材料(如，Ta、TaN)及介电材料(如，TEOS、低k、超低k等)。在一些实施例中，本文所公开的组合物可以相对高的移除速率移除铜，同时使铜腐蚀最小化(如，使表面粗糙度最小化)。
[0013]许多目前可用的CMP浆料系专门设计用于移除旧式芯片设计中较常见的材料，如上述的铜及钨。然而，在半导体产业的后段制程(BEOL)应用中，钌正被用作衬垫材料，因为其具有有利的导电性、沉积性质，且能够抵抗铜扩散。有别于一些其它的材料(如，钴及铜)，钌的化学性质相对稳定，因此不会劣化，且在抛光过程中很难移除。此外，钌经常与作为传导层的铜一起使用。如上所述，铜是一种相对柔软的材料，因此容易移除。铜对于许多半导体器件的功能而言非常重要，因此如果使用的CMP浆料很容易除去或损坏铜层或嵌体，则会对器件成品的性能产生不利影响。由于铜较容易受到化学腐蚀，所以旧式的CMP浆料可能无法在不会在铜中造成有害和不可接受的缺陷之情况下有效地移除钌。因此，较不先进的浆料可能呈现无法接受的腐蚀、晶圆形貌及/或对待抛光的多组分基材的一或多种组分的移除速率选择性。此外，更复杂的集成方案可能使用硬掩膜作为蚀刻屏蔽，结合Ru衬垫及Cu传导层，这呈现出抛光浆料需能够有效移除的另一种材料。
[0014]随着多组件集成方案在半导体制造中的使用增加和尺寸缩小，市场需要能够有效地抛光包括钌、铜和硬掩膜材料的基材，并且具有最小限度的铜腐蚀，但对所有其它组分具有利的移除速率及选择性之CMP浆料。
[0015]在一或多个实施例中，本文所述的抛光组合物包括阴离子二氧化硅磨料、pH调节剂、低k移除速率抑制剂、钌移除速率增强剂及水。在一或多个实施例中，该抛光组合物可任选地包括阻障膜移除速率增强剂、含唑腐蚀抑制剂、螯合剂及/或氧化剂。在一或多个实施例中，本文所述的抛光组合物可包括约0.1重量％至约50重量％的磨料、约0.0001重量％至约30重量％的pH调节剂、约0.0005重量％至约5重量％的低k移除速率抑制剂、约0.0001重量％至约5重量％的钌移除速率增强剂，及剩余重量百分比(如，约20重量％至约99重量％)的溶剂(如，去离子水)。在一或多个实施例中，该抛光组合物可进一步包括约0.002重量％至约4重量％的阻障膜移除速率增强剂、约0.0001重量％至约1重量％的含唑腐蚀抑制剂、约0.001重量％至约1重量％的螯合剂，及/或约0.001重量％至约5重量％的氧化剂。
[0016]在一或多个实施例中，本公开提供一种浓缩的抛光组合物，其可在使用前用水稀释最多2倍，或最多4倍，或最多6倍，或最多8倍，或最多10倍。在其他实施例中，本公开提供
一种用在含钌基材上的使用点(point
‑
of
‑
use，POU)抛光组合物，其包含上述的抛光组合物、水及任选地氧化剂。
[0017]在一或多个实施例中，本文所述的抛光组合物可包括至少一种(如，二或三种)阴离子二氧化硅磨料。在一或多个实施例中，该至少一种阴离子二氧化硅磨料可包括一或多个(如，二或三个)具下式(I)的端基：
[0018]‑
O
m
‑
Si
‑
(CH2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种抛光组合物，其包含：阴离子二氧化硅磨料，其中所述阴离子二氧化硅磨料包含具下式(I)之端基：
‑
Om
‑
Si
‑
(CH2)n
‑
CH3(I)，其中，m是1至3的整数；n是0至10的整数；所述
‑
(CH2)n
‑
CH3基团经至少一个羧酸基团取代；pH调节剂；低k移除速率抑制剂；钌移除速率增强剂；及水；其中，所述抛光组合物具有约7至约14的pH。2.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述阴离子二氧化硅磨料的量占所述组合物的约0.01重量％至约50重量％。3.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述pH调节剂系选自于由下列所组成之群组：甲酸、乙酸、丙二酸、柠檬酸、丙酸、苹果酸、己二酸、丁二酸、乳酸、草酸、过乙酸、乙酸钾、苯氧乙酸、苯甲酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、膦酸、盐酸、高碘酸、氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铯、氢氧化铵、三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、乙基三甲基氢氧化铵、二乙基二甲基氢氧化铵、二甲基二丙基氢氧化铵、苯甲基三甲基氢氧化铵、三(2
‑
羟乙基)甲基氢氧化铵、氢氧化胆碱，及其混合物。4.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述pH调节剂的量占所述组合物的约0.0001重量％至约30重量％。5.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述低k移除速率抑制剂是非离子表面活性剂。6.如权利要求5所述的抛光组合物，其中，所述非离子表面活性剂系选自于由下列所组成之群组：醇烷氧基化物、烷基酚烷氧基化物、三苯乙烯基酚烷氧基化物、山梨糖醇酯烷氧基化物、聚烷氧基化物、聚环氧烷嵌段共聚物、四羟基寡聚物、烷氧基化二胺，及其混合物。7.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述低k移除速率抑制剂的量占所述组合物的约0.0005重量％至约5重量％。8.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述钌移除速率增强剂系选自于由下列所组成之群组：氢氧化铵、氯化铵、氟化铵、溴化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、磷酸铵、乙酸铵、硫氰化铵、硫氰化钾、硫氰化钠、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、膦酸、盐酸、高碘酸、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷、硝酸铯、氟化钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯、氯化钠、氯化钾、氯化铷、氯化铯，及其混合物。9.如权利要求1所述的抛光组合物，其中，所述钌...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁燕南，胡斌，A，
申请(专利权)人：富士胶片电子材料美国有限公司，
类型：发明
国别省市：