【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文要求保护的专利技术涉及用于抛光电介质的组合物和方法。本文要求保护的专利技术特别地涉及相对于钨对电介质的去除提供高选择性的组合物和方法。
技术介绍
1、集成电路(ic)的制造是多步骤工艺。第一步骤(也称为前道工序或feol步骤)涉及通过合适的技术(如光刻或离子注入)在半导体上对单个装置如晶体管(例如c-mosfet)进行图案化。随后插入金属线/插头和绝缘层(如电介质)以互连各个装置(也称为后道工序或beol步骤)。随着超大规模集成电路(ulsi)技术中特征尺寸的不断缩小，需要形成多级互连。
2、金属如钨、钴、钌和铜通常用作连接件，并且特定金属的选择是基于其在构造中的位置来进行的。例如，常见的第一金属互连(金属层0)是插入电介质层(如二氧化硅)中的钨插塞。另一方面，在beol步骤期间，铜是最常见的沉积金属，但对于较低的互连级(例如，金属层1-4)，通常使用钨和钴。
3、已经发现cmp(化学机械平坦化)是使得能够实现多级互连形成的技术的关键，因为其可以启动局部和全局平坦化，并且同时提供良好的表面品质，即优异的镜面状无缺陷的表面光洁度。纯机械抛光或(精细)研磨将提供优异的平坦化，但表面会变得暗淡。另一方面，纯化学抛光(各向异性蚀刻)将只能提供较差的平坦化结果，但提供优异的镜面状表面光洁度。
4、在本文中，cmp利用化学和机械作用的相互作用来实现待抛光的表面所需的平坦度和光洁度。机械作用通常通过包含精细分散的磨料的cmp组合物与抛光垫的相互作用来进行，抛光垫典型地被压到待抛光的表面上并安装在移动台板
5、典型的cmp组合物或浆料包含一种或多种磨料(不溶性/分散的)组分以及可溶性组分。化学作用由cmp组合物的所述可溶性组分提供。通常，为了实现金属cmp，通常通过用合适的抑制剂平衡腐蚀组分(例如酸、碱或氧化剂)来定制化学组分。然而，重要的是可溶性和不溶性组分相容以确保胶体稳定性。胶体不稳定的溶液或聚附物可能通过刮擦而损坏待抛光晶片的表面和精细结构。因此，为了获得合适的平坦化和表面品质，精确选择组分及其浓度对于获得合适的cmp组合物是必要的。
6、此外，当设计浆料时，根据集成方案，可能必须考虑几种或所有上述金属的特性(例如蚀刻)。例如，当制造涉及钨(金属0)的ic时，采用cmp来去除金属和衬里/阻挡层覆盖层，直到暴露出平坦的金属0(或更高)层。
7、例如，u.s.6,083,419a描述了一种cmp组合物，其包含能够蚀刻钨的化合物、至少一种钨蚀刻抑制剂，其中该钨蚀刻抑制剂是在一种化合物中包含至少一个选自以下的官能团的化合物：不含氮-氢键的含氮杂环、硫化物、噁唑烷或这些官能团的混合物。
8、在例如u.s.6,083,419a的情况下，由于此类应用的预期终点是电介质(例如，通过用原硅酸四乙酯或teos进行cvd沉积获得的氧化硅层)，因此定制现有技术的浆料以实现相对于氧化硅对钨的高去除速率。例如，us2019/0211227和us2019/0211228旨在通过采用带有负电荷的表面改性的胶体二氧化硅颗粒来对钨去除实现高选择性。
9、另一方面，为了实现新的集成方案，非常需要对电介质进行选择性去除。us 8,492,277提供了抛光方法，其涉及使用包含无环有机磺酸的组合物来为氧化硅和氮化硅提供选择性高去除速率。us 8,513,126利用包含季铵盐的组合物实现了类似的结果。然而，在酸性条件下容易去除的金属(如钨和钴)存在的情况下，对于获得允许相对于钨和/或钴以高选择性去除电介质同时保持高表面品质的组合物和方法存在未满足的需求。
技术实现思路
1、出人意料地，发现如下文所述的本文要求保护的专利技术的组合物相对于钨对电介质的去除提供了出人意料地高选择性。
2、因此，在本文要求保护的专利技术的一方面，一种电介质抛光组合物，该组合物包含：
3、(a)表面改性的胶体二氧化硅颗粒，其在该颗粒的表面上包含带负电荷的基团，其中该表面改性的胶体二氧化硅颗粒具有负电荷，
4、60nm至200nm的粒度，以及在≥2.0至≤4.5范围内的ph下<-35mv的ζ电位；
5、(b)选自至少一种胍衍生物的第一腐蚀抑制剂；
6、(c)选自聚丙烯酰胺或聚丙烯酰胺共聚物的第二腐蚀抑制剂；
7、(d)至少一种铁(iii)氧化剂；
8、(e)至少一种选自磷酸及其盐的氧化硅去除速率增强剂；
9、(f)至少一种稳定剂；以及
10、(g)水性介质，
11、其中该组合物的ph在≥2.0至≤4.5的范围内。
12、在另一方面，本文要求保护的专利技术涉及一种用于制造半导体装置的方法，该方法包括在如本文所述的组合物的存在下，对在半导体工业中使用的衬底(s)进行化学机械抛光，该衬底(s)包括
13、(i)钨和/或
14、(ii)钨合金；以及
15、(iii)至少一种选自硅、氧化硅、氮化硅、或低k材料的电介质层。
16、在另一方面，本文要求保护的专利技术涉及本文所述的组合物用于抛光衬底(s)的用途，该衬底包括：(i)钨和/或(ii)钨合金；以及(iii)至少一种电介质层。
17、本文要求保护的专利技术与以下目的中的至少一个相关联：
18、(1)本文要求保护的专利技术的组合物和方法旨在提供相对于其他金属(如钨和/或钴)对电介质层的选择性去除。
19、(2)本文要求保护的专利技术的组合物和方法旨在提供高氧化硅(sio2)和氮化硅(sin)去除速率，同时确保低w去除速率。
20、(3)本文要求保护的专利技术的组合物和方法旨在防止在对含钨衬底进行化学机械抛光期间不希望的钨蚀刻。
21、(4)本文要求保护的专利技术的组合物和方法旨在防止在对含钴衬底进行化学机械抛光期间不希望的钴蚀刻。
22、(5)本文要求保护的专利技术的组合物旨在提供稳定的配制品或分散体，其中没有发生相分离或附聚。
23、(6)本文要求保护的专利技术的组合物旨在提供合适的电介质去除速率，同时防止不希望的表面缺陷并且确保高表面品质。
24、从以下具体实施方式中，本文要求保护的专利技术的其他目的、优点和应用对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种电介质抛光组合物，该组合物包含
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，该表面改性的胶体二氧化硅颗粒在≥2.0至≤4.5范围内的pH下具有-80mV至-35mV的ζ电位。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该表面改性的胶体二氧化硅颗粒(A)的浓度在≥0.01wt.％至≤13.0wt.％的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中，该胍衍生物选自丁双胍、苯乙双胍、鸟嘌呤、盐酸氯胍、2-胍基苯并咪唑、聚六亚甲基双胍盐酸盐、聚氨基丙基双胍、氯己定或氯己定盐。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该第一腐蚀抑制剂(B)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.05wt.％的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，该组合物的pH在≥2.5至≤4.0的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中，该第二腐蚀抑制剂(C)的根据凝胶渗透色谱法确定的重均分子量在≥5000g/mol至≤50,000g/mo
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该第二腐蚀抑制剂(C)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.02wt.％的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中，该铁(III)氧化剂(D)选自硝酸铁(III)或其水合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该铁(III)氧化剂(D)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.1wt.％的范围内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该氧化硅去除速率增强剂(E)的浓度在≥0.1wt.％至≤1.0wt.％的范围内。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中，该稳定剂(F)选自乙酸、乙酰丙酮、o-磷酸乙醇胺、膦酸、阿仑膦酸、乙酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、草酸、马来酸、葡萄糖酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、N,N-双(羧甲基)丙氨酸、次氮基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、双(亚水杨基)乙二胺、氨基三(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、或其混合物。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该稳定剂(F)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.15wt.％的范围内。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的组合物，其中，组合物进一步包含选自以下的添加剂：pH调节剂、氧化剂、润湿剂、分散剂、杀生物剂、或其混合物。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的组合物，其中，该组合物用于抛光衬底(S)，其中该衬底(S)包括：(i)钨和/或(ii)钨合金；以及(iii)至少一种选自硅、氧化硅、氮化硅、或低k材料的电介质层。
16.一种用于制造半导体装置的方法，该方法包括在如权利要求1至15中任一项所述的组合物的存在下对在半导体工业中使用的衬底(S)进行化学机械抛光，其中该衬底(S)包括
17.根据权利要求16所述的方法，其中，氧化硅的材料去除速率(MRR)与钨的材料去除速率(MRR)的比率在2:1至100:1的范围内。
18.根据权利要求16至17中任一项所述的方法，其中，钨的静态蚀刻速率(SER)为<20ppb。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，氧化硅的材料去除速率(MRR)为>
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，氮化硅的材料去除速率(MRR)为>
21.根据权利要求1至15中任一项所述的组合物用于抛光衬底(S)的用途，该衬底包括：(i)钨和/或(ii)钨合金；以及(iii)至少一种电介质层。
22.根据权利要求21所述的用途，其中，该至少一种电介质选自硅、氧化硅、氮化硅、或低k材料。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种电介质抛光组合物，该组合物包含
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，该表面改性的胶体二氧化硅颗粒在≥2.0至≤4.5范围内的ph下具有-80mv至-35mv的ζ电位。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该表面改性的胶体二氧化硅颗粒(a)的浓度在≥0.01wt.％至≤13.0wt.％的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中，该胍衍生物选自丁双胍、苯乙双胍、鸟嘌呤、盐酸氯胍、2-胍基苯并咪唑、聚六亚甲基双胍盐酸盐、聚氨基丙基双胍、氯己定或氯己定盐。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该第一腐蚀抑制剂(b)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.05wt.％的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，该组合物的ph在≥2.5至≤4.0的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中，该第二腐蚀抑制剂(c)的根据凝胶渗透色谱法确定的重均分子量在≥5000g/mol至≤50,000g/mol的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该第二腐蚀抑制剂(c)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.02wt.％的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中，该铁(iii)氧化剂(d)选自硝酸铁(iii)或其水合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该铁(iii)氧化剂(d)的浓度在≥0.005wt.％至≤0.1wt.％的范围内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组合物，其中，基于该组合物的总重量，该氧化硅去除速率增强剂(e)的浓度在≥0.1wt.％至≤1.0wt.％的范围内。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中，该稳定剂(f)选自乙酸、乙酰丙酮、o-磷酸乙醇胺、膦酸、阿仑膦酸、乙酸、邻苯二甲酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆勋，蔡宗祐，陈勇裕，M·劳特尔，魏得育，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：
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