【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、本公开涉及用于在半导体器件的生产中进行化学机械平面化的化学机械平面化或抛光(“cmp”)浆料(或者组合物或制剂)、抛光方法和抛光系统。特别地，本公开涉及适合用于抛光包括含钨金属材料的图案化半导体晶片的抛光浆料。
2、化学机械抛光或平面化(cmp)已成功地用于集成电路的制造工艺中数十年。它被认为是对于微型化需求的关键和使能技术。
3、集成电路通过使用众所周知的多层互连来相互连接。互连结构通常具有第一金属化层、互连层、第二金属化层以及通常第三和后续的金属化层。诸如二氧化硅和有时低k材料的层间介电材料被用于电隔离硅衬底或阱中的不同金属化层。不同互连层之间的电连接通过使用金属化通孔，特别是钨通孔来实现。美国专利4,789,648号描述了一种在绝缘膜中制备多个金属化层和金属化通孔的方法。以类似的方式，金属接触用于在互连层和阱中形成的器件之间形成电连接。金属通孔和接触通常填充有钨，并且通常采用诸如氮化钛(tin)和/或钛的粘附层来将金属层(如钨金属层)粘附到电介质材料。
4、在一种半导体制造工艺中，通过毯覆式钨沉积及随后的cmp步骤来形成金属化通孔或接触。在典型的工艺中，通孔被蚀刻穿过层间电介质(ild)到达互连线或半导体衬底。接下来，通常在ild上形成诸如氮化钛和/或钛的薄粘附层，并将其引导至蚀刻的通孔中。然后，钨膜被毯覆沉积在粘附层上并进入通孔中。继续沉积直到通孔被钨填充。最后，通过cmp去除多余的钨以形成金属通孔。
5、在另一种半导体制造工艺中，钨被用作晶体管中的栅电极材
6、在典型的cmp工艺中，衬底与旋转的抛光垫形成直接接触。载体对衬底的背面施加压力。在抛光过程中，抛光垫和台板旋转，同时对衬底背面保持向下的力。在抛光期间，通常被称为抛光“浆料”、抛光“组合物”或抛光“制剂”的研磨和化学反应性溶液被沉积到垫上，其中垫相对于晶片的旋转和/或移动将所述浆料带入抛光垫和衬底表面之间的空间中。浆料通过与被抛光的膜发生化学反应来启动抛光过程。随着浆料被提供到晶片/抛光垫界面，抛光过程通过垫相对于衬底的旋转运动促进。以这种方式继续抛光，直到绝缘体上所需的膜被去除。在cmp中钨的去除被认为是由于机械磨损和钨氧化以及随后的溶解之间的协同作用。
7、尽管其相对简单的外向外观，化学机械平面化(cmp)是高度复杂的过程，如leecook于digital encyclopedia of applied physics,2019,doi:10.1002/3527600434.eap847 10.1002/3527600434.eap847中描述的；且大多数时候，cmp技术进化得比seo，j在journal of materials research 2021，36(1)，235.1中基于其理解描述的更快。
8、作为实现过去和未来器件尺寸缩放要求以及半导体行业的新趋势的技术，它的重要性是无可争议的。晶片、浆料和垫之间的大量相互作用以及一般的工艺参数决定了cmp的结果。最后，cmp中的材料去除是化学和机械力之间的复杂相互作用的结果，如lee,d.；lee,h.；jeong,h.于slurry components in metal chemical mechanical planarization(cmp)process:a review.international journal of precision engineering andmanufacturing 2016,17,1751中描述的。半导体器件制造中使用大量材料，所有这些都需要优化的cmp工艺。同时抛光完全不同材料的组合，例如介电材料、阻挡层和金属层，对于cmp来说是真正的挑战。
9、在cmp中，特别是在金属应用如钨中通常遇到的问题之一是如何控制拓扑缺陷，如侵蚀和凹陷。在7nm节点和以上的较小特征尺寸和器件在抛光期间对可接受的缺陷程度施加了甚至更严格的要求。
10、高选择性的浆料(其在金属去除速率与电介质去除速率之间具有很大的差异)对于未来的工业需求具有很大的意义。然而，也存在着与这些高选择性浆料的使用相关的缺陷。金属层可能轻易地被过抛光，从而产生“凹陷”效应。另一种不可接受的缺陷被称为“侵蚀”，它描述了具有电介质的区域和金属通孔或沟槽的密集阵列之间的形貌差异。
11、特别设计的水基浆料被认为是改善用于未来器件的cmp性能的主要驱动力。浆料的开发不仅影响不同层之间的去除速率和选择性，而且控制抛光过程中的缺陷。一般来说，浆料组合物是磨料和具有不同功能的化学成分的复杂组合。作为分散剂，钝化剂或通常作为形貌控制添加剂，聚合物添加剂在浆料开发中起到关键作用以获得所需的去除速率、选择性和通过与某些材料相互作用使表面缺陷最小化。例如，带正电的聚合物抑制钨去除，并可用于减少钨cmp过程中的凹陷效应。
12、us 5,876,490描述了抛光浆料的使用，该抛光浆料包含磨料颗粒并表现出法向应力效应，且还包含带有电荷的离子部分的聚电解质，该电荷不同于与所述磨料颗粒相关的电荷，其中所述聚电解质的浓度为所述磨料颗粒的约5至约50重量％，且其中所述聚电解质的分子量为约500至约10,000。
13、us2010/0075501a1描述了用于抛光包括含钨的互连层的抛光靶标的化学机械抛光水性分散体。该化学机械抛光水性分散体包括：(a)阳离子水溶性聚合物；(b)铁(iii)化合物；和(c)胶体二氧化硅颗粒。阳离子水溶性聚合物(a)的含量(ma)(质量％)和铁(iii)化合物(b)的含量(mb)(质量％)满足关系“ma/mb＝0.004至0.1”。化学机械抛光水性分散体的ph为1至3。
14、us2010/0252774 a1描述了一种用于抛光包括含钨的布线层的抛光靶标的化学机械抛光水性分散体。该化学机械抛光水性分散体包括：(a)阳离子水溶性聚合物；(b)铁(iii)化合物；和(c)通过bet法测定的比表面积计算的平均粒径为10至60nm的胶体二氧化硅。阳离子水溶性聚合物(a)的含量(ma)(质量％)和胶体二氧化硅(c)的含量(mc)(质量％)满足关系“ma/mc＝0.0001至0.003”。该化学机械抛光水性分散体。
15、us10,604,678b1公开了一种用于抛光钨的方法和组合物，其包含选择的低浓度的季鏻化合物，以至少降低钨的侵蚀速率。该方法和组合物包括提供含钨的衬底，提供稳定的抛光组合物，该抛光组合物作为初始组分含有：水、氧化剂：选择的低浓度的季鏻化合物以至少降低侵蚀速率：二羧酸。铁离子源：胶体二氧化硅磨料和任选地ph调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在抛光垫和衬底之间的界面处产生动态接触；和将抛光组合物分配到抛光垫和衬底之间界面处或附近的抛光表面上；其中从衬底抛光掉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种由至少一种第一阳离子单体和至少一种第二阳离子单体形成的聚阳离子聚合物或共聚物；
2.根据权利要求1所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述可聚合基团P1和P2中的至少一个选自含有C＝C双键的基团。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中(I)和(II)中的所述阴离子抗衡离子可以相同或不同，并且各自选自F-、Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-、羧酸根、丙二酸根、柠檬酸根、碳酸根、富马酸根、MeOSO3-、MeSO3-、CF3COO-、CF3SO3-、硝酸根和硫酸根。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述至少一种第一阳离子单体包含含有R5的可交联结构，其中R5选自式(a)：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述聚阳离子聚合物或共聚物通过选自以下的聚合方法形成：自由基聚合、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)、氮氧自由基调控聚合(NMP)、原子转移反应聚合(ATRP)、开环聚合(ROMP)和缩聚反应。
6.根据权利要求1-5中
7.一种聚阳离子聚合物或共聚物，具有至少一种(A)的重复单元和至少一种(B)的重复单元：
8.根据权利要求7所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述间隔基团L选自取代或未取代的直链、环状或支链脂族基团；其中CH2可以以没有杂原子彼此连接的方式被O、S或N替代，并且其中氢可以被F、Cl或CN替代。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述聚阳离子聚合物或共聚物通过选自以下的聚合方法形成：自由基聚合、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)、氮氧自由基调控聚合(NMP)、原子转移反应聚合(ATRP)、开环聚合(ROMP)和缩聚反应。
10.一种化学机械平面化组合物，其包含根据权利要求1-9中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物。
11.一种化学机械平面化组合物，其包含：
12.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述磨料的范围为0.01重量％-30重量％，0.05重量％-20重量％，0.01重量％-10重量％或0.1重量％-2重量％。
13.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述包含聚阳离子聚合物或共聚物的添加剂的范围为0.00001重量％-1.0重量％，0.0001重量％-0.5重量％，0.00025重量％-0.1重量％或0.0005重量％-0.05重量％。
14.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述磨料是二氧化硅颗粒。
15.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述氧化剂选自过氧化合物，其选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸、取代或未取代的过氧丁酸、氢过氧化-乙醛、高碘酸钾和过氧单硫酸铵；和非过氧化合物，其选自亚硝酸铁、KClO4、KBrO4、KMnO4；及其组合；并且所述氧化剂的范围为0.01重量％-30重量％，0.1重量％-20重量％或0.5重量％-10重量％。
16.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述活化剂选自(1)其表面上涂覆过渡金属的无机氧化物颗粒；并且所述过渡金属选自Fe、Cu、Mn、Co、Ce及其组合；(2)可溶性催化剂，其选自硝酸铁(III)、草酸铁(III)铵三水合物、柠檬酸铁(III)一水合物、乙酰丙酮铁(III)和乙二胺四乙酸，以及铁(III)钠盐水合物；(3)具有多种氧化态的金属化合物，其选自Ag、Co、Cr、Cu、Fe、Mo、Mn、Nb、Ni、Os、Pd、Ru、Sn、Ti、V；及其组合；并且所述活化剂的范围为0.00001重量％-5.0重量％，0.0001重量％-2.0重量％，0.0005重量％-1.0重量％或0.001重量％-0.5重量％。
17.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述腐蚀抑制剂选自1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羟基苯并三唑、4-羟基苯并三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、4-氨基-4H-1,2,4-三唑、5-氨基三唑、苯并咪唑、2,1,3-苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇和三嗪三硫醇、吡唑类、咪唑类、异氰脲酸酯如1,3,5-三(2-羟乙基)酯及其组合；并且所述腐蚀抑制剂的范围为小于1.0重量％，小于0.5重量％或小于0.25重量％。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种由至少一种第一阳离子单体和至少一种第二阳离子单体形成的聚阳离子聚合物或共聚物；
2.根据权利要求1所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述可聚合基团p1和p2中的至少一个选自含有c＝c双键的基团。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中(i)和(ii)中的所述阴离子抗衡离子可以相同或不同，并且各自选自f-、cl-、br-、i-、bf4-、pf6-、羧酸根、丙二酸根、柠檬酸根、碳酸根、富马酸根、meoso3-、meso3-、cf3coo-、cf3so3-、硝酸根和硫酸根。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述至少一种第一阳离子单体包含含有r5的可交联结构，其中r5选自式(a)：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述聚阳离子聚合物或共聚物通过选自以下的聚合方法形成：自由基聚合、可逆加成-断裂链转移聚合(raft)、氮氧自由基调控聚合(nmp)、原子转移反应聚合(atrp)、开环聚合(romp)和缩聚反应。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述聚阳离子聚合物或共聚物为聚(乙烯基-3-乙基-1h-咪唑-3-鎓-共-三丁基-(4-乙烯基苄基)-鏻)溴化物氯化物
7.一种聚阳离子聚合物或共聚物，具有至少一种(a)的重复单元和至少一种(b)的重复单元：
8.根据权利要求7所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述间隔基团l选自取代或未取代的直链、环状或支链脂族基团；其中ch2可以以没有杂原子彼此连接的方式被o、s或n替代，并且其中氢可以被f、cl或cn替代。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物，其中所述聚阳离子聚合物或共聚物通过选自以下的聚合方法形成：自由基聚合、可逆加成-断裂链转移聚合(raft)、氮氧自由基调控聚合(nmp)、原子转移反应聚合(atrp)、开环聚合(romp)和缩聚反应。
10.一种化学机械平面化组合物，其包含根据权利要求1-9中任一项所述的聚阳离子聚合物或共聚物。
11.一种化学机械平面化组合物，其包含：
12.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述磨料的范围为0.01重量％-30重量％，0.05重量％-20重量％，0.01重量％-10重量％或0.1重量％-2重量％。
13.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述包含聚阳离子聚合物或共聚物的添加剂的范围为0.00001重量％-1.0重量％，0.0001重量％-0.5重量％，0.00025重量％-0.1重量％或0.0005重量％-0.05重量％。
14.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述磨料是二氧化硅颗粒。
15.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述氧化剂选自过氧化合物，其选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸、取代或未取代的过氧丁酸、氢过氧化-乙醛、高碘酸钾和过氧单硫酸铵；和非过氧化合物，其选自亚硝酸铁、kclo4、kbro4、kmno4；及其组合；并且所述氧化剂的范围为0.01重量％-30重量％，0.1重量％-20重量％或0.5重量％-10重量％。
16.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述活化剂选自(1)其表面上涂覆过渡金属的无机氧化物颗粒；并且所述过渡金属选自fe、cu、mn、co、ce及其组合；(2)可溶性催化剂，其选自硝酸铁(iii)、草酸铁(iii)铵三水合物、柠檬酸铁(iii)一水合物、乙酰丙酮铁(iii)和乙二胺四乙酸，以及铁(iii)钠盐水合物；(3)具有多种氧化态的金属化合物，其选自ag、co、cr、cu、fe、mo、mn、nb、ni、os、pd、ru、sn、ti、v；及其组合；并且所述活化剂的范围为0.00001重量％-5.0重量％，0.0001重量％-2.0重量％，0.0005重量％-1.0重量％或0.001重量％-0.5重量％。
17.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述腐蚀抑制剂选自1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羟基苯并三唑、4-羟基苯并三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、4-氨基-4h-1,2,4-三唑、5-氨基三唑、苯并咪唑、2,1,3-苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇和三嗪三硫醇、吡唑类、咪唑类、异氰脲酸酯如1,3,5-三(2-羟乙基)酯及其组合；并且所述腐蚀抑制剂的范围为小于1.0重量％，小于0.5重量％或小于0.25重量％。
18.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述ph调节剂选自(a)硝酸、硫酸、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、丙二酸、各种脂肪酸、各种多羧酸及其混合物，以降低ph；和(b)氢氧化钾、氢氧化钠、氨、四乙基氢氧化铵、乙二胺、哌嗪、聚乙烯亚胺、改性聚乙烯亚胺及其混合物，以提高ph。
19.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述组合物的ph为1-14、1-7、1-6或1.5-4。
20.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述凹陷减少剂选自肌氨酸盐和相关的羧酸化合物；烃取代的肌氨酸盐；氨基酸；具有含环氧乙烷重复单元的分子的有机聚合物和共聚物，如聚环氧乙烷(peo)；乙氧基化表面活性剂；没有氮-氢键的含氮杂环；硫化物；噁唑烷或一种化合物中官能团的混合物；形成烷基铵离子的具有三个或更多个碳原子的含氮化合物；具有三个或更多个碳原子的氨基烷基；包含至少一个含氮杂环或者叔氮或季氮原子的重复基团的聚合物腐蚀抑制剂；聚阳离子胺化合物；环糊精化合物；聚乙烯亚胺化合物；乙醇酸；壳聚糖；糖醇；多糖；藻酸盐化合物；和磺酸聚合物；及其组合；并且所述凹陷减少剂的范围为0.001重量％-2.0重量％，0.005重量％-1.5重量％或0.01重量％-1.0重量％。
21.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述稳定剂选自己二酸、酞酸、柠檬酸、丙二酸、邻苯二甲酸；磷酸；取代的或未取代的膦酸；腈类；及其组合；并且所述稳定剂的范围为0.0001-5重量％，0.00025-2重量％或0.0005-1重量％。
22.根据权利要求11所述的化学机械平面化组合物，其中所述化学机械平面化组合物包含二氧化硅颗粒；聚(乙烯基-3-乙基-1h-咪唑-3-鎓-共-三丁基-(4-乙烯基苄基)-鏻)溴化物氯化物、硝酸铁(iii)、丙二酸、过氧化氢和水；所述组合物的ph为1.5-4。
23.一种用于包含至少一个含钨表面的半导体衬底的化学机械平面化的抛光方法，其包括以下步骤：
24.根据权利要求23所述的抛光方法，其中所述化学机械平面化组合物具有0.01重量％-30重量％，0.05重量％-20重量％，0.01重量％-10重量％或0.1重量％-2重量％范围的所述磨料。
25.根据权利要求23所述的抛光方法，其中所述包含聚阳离子聚合物或共聚物的添加剂的范围为0.00001重量％-1.0重量％，0.0001重量％-0.5重量％，0.00025重量％-0.1重量％或0.0005重量％-0.05重量％。
26.根据权利要求23所述的抛光方法，其中所述磨料为二氧化硅颗粒。
27.根据权利要求23所述的抛光方法，其中所述氧化剂选自过氧化合物，其选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸、取代或未取代的过氧丁酸、氢过氧化-乙醛、高碘酸钾和过氧单硫酸铵；和非过氧化合物，其选自亚硝酸铁、kclo4、kbro4、kmno4；及其组合；并且所述氧化剂的范围为0.01重量％-30重量％，0....
【专利技术属性】
技术研发人员：G·拉比格，M·亨格斯特，史晓波，
申请(专利权)人：默克专利有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。