用于抑制氮化鈦及鈦/氮化鈦移除的化學(xué)機(jī)械拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種用于移除沉積在氮化鈦(TiN)或鈦/氮化鈦(Ti/TiN)阻擋層上的金屬層的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法。該方法包括用酸性CMP組合物磨除該金屬層以暴露出下面的TiN或Ti/TiN層，其中，由于表面活性劑抑制劑的存在而以低速率拋光該TiN或Ti/TiN層。該酸性CMP組合物包含懸浮于含有選自陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑及其組合的表面活性劑的液體載劑中的粒狀研磨劑(例如二氧化硅、氧化鋁)。
【專利說明】
用于抑制氮化鐵及鐵/氮化鐵移除的化學(xué)機(jī)械拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物及方法。更具體地說，本發(fā)明設(shè)及用于抑制 氮化鐵及鐵/氮化鐵阻擋層移除的CMP方法W及為此的CMP組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 在制造先進(jìn)的半導(dǎo)體器件(存儲(chǔ)器件和邏輯器件運(yùn)兩者）中，某些集成方案需要選 擇性移除金屬（例ク日Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止）、 W、Pt)或電介質(zhì)（例如娃氧化物、娃氮化物、碳化娃、多晶娃)或聚合物（例如PR、S0G型氧化 物），其中，在到達(dá)阻擋層時(shí)停止移除(通常稱為"阻擋物上停止(stop on barrier)")。用于 基板表面的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的組合物及方法是本領(lǐng)域所熟知的。用于半導(dǎo)體基板表面 的CMP (例如用于集成電路制造）的拋光組合物（亦稱為拋光漿料、CMP漿料及CMP組合物)典 型地含有研磨劑、各種添加劑化合物及其類似者。在阻擋層由氮化鐵(TiN)及鐵/氮化鐵 (Ti/TiN)形成的情況下，阻擋物上停止的工藝可為困難的，因?yàn)榈湫偷腃MP組合物對(duì)于相對(duì) 于TiN或Ti/TiN層移除上覆金屬層不具有特別的選擇性。
[0003] 所述阻擋物上停止技術(shù)的一個(gè)特定應(yīng)用為用于鶴(W)柵極形成，其設(shè)及對(duì)設(shè)置于 氧化物基板上方的阻擋層上的W層進(jìn)行CMP移除。氧化物基板中的凹陷內(nèi)襯有阻擋層的一部 分且填充有W金屬。在拋光期間，通過CMP移除W層，向下達(dá)到阻擋層的平面部分。然后，通過 蝕刻移除在凹陷內(nèi)的W的一部分W形成柵極結(jié)構(gòu)。所述阻擋物上停止技術(shù)中的一個(gè)主要困 難是阻擋層的平面部分的不合乎期望的移除，其可導(dǎo)致較低的柵極高度或其它問題。經(jīng)常， CMP組合物的選擇性不足W在暴露出阻擋層時(shí)可靠且一致地(consistently)停止材料的移 除。
[0004] 考慮到在移除TiN或Ti/TiN阻擋物上的金屬中所遇到的困難，存在對(duì)于在抑制Ti/ Ti啡且擋物移除的同時(shí)實(shí)現(xiàn)金屬的有效移除的CMP組合物及方法的持續(xù)需要。本文描述的方 法及組合物解決此需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文描述一種用于移除沉積在TiN或Ti/Ti啡且擋層上的金屬、電介質(zhì)或聚合物層 的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法。該方法包括用酸性CMP組合物(例如與CMP拋光裝置中的拋光墊 一起）研磨掉金屬（例如 Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停 止）、W、Pt)或電介質(zhì)(例如娃氧化物、娃氮化物、碳化娃、多晶娃)或聚合物(例如PR、S0G型氧 化物）。所述CMP組合物包含懸浮于含有選自陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非 離子型表面活性劑及其組合的表面活性劑的液體載劑中的粒狀研磨劑(例如二氧化娃、氧 化侶）。該方法特別適用于包含TiN或Ti/Ti啡且擋層的基板的阻擋物上停止拋光（stop-on- barrier polishing) 。 令人驚訝地， 表面活性劑幫助抑制TiN和Ti/TiN的移除而不干擾金 屬、電介質(zhì)或聚合物的移除。
[0006] 在一些實(shí)施方式中，所述CMP組合物包含0.001-10重量％ (wt% )的粒狀研磨劑。粒 狀研磨劑的一些實(shí)例包括平均粒徑為10至300的膠體二氧化娃及平均粒徑為10至300的氧 化侶。所述CMP組合物的抑優(yōu)選在2至7的范圍內(nèi)。表面活性劑可例如W10-50,000百萬分率 (pa;rt-pe;r-million;ppm)范圍內(nèi)的濃度存在于CMP組合物中。
[0007]在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述CMP組合物進(jìn)一步包含氧化劑(例如過氧化氨），舉例 來說，0-5wt %的過氧化氨。
[000引在一些實(shí)施方式中，表面活性劑可包含陰離子型表面活性劑，諸如橫酸鹽表面活 性劑、硫酸鹽表面活性劑、麟酸鹽表面活性劑(例如烷基麟酸鹽)及憐酸鹽表面活性劑(例如 烷基憐酸鹽單醋或二醋、或者乙氧基化的烷基憐酸鹽）。可選擇地，或者此外，表面活性劑可 包含非離子型表面活性劑，諸如烘二醇表面活性劑。一些優(yōu)選的陰離子型表面活性劑包括， 例如，陰離子型橫酸鹽表面活性劑，諸如燒芳基橫酸鹽(例如烷基苯橫酸鹽，諸如十二烷基 苯橫酸鹽）、單烷基橫基下二酸鹽及二烷基橫基下二酸鹽。
[0009] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述CMP組合物包含在含水載劑中的0.001-1 Owt %的二氧 化娃或氧化侶研磨劑、10-50，OOOppm的橫酸鹽表面活性劑W及0-5wt %的過氧化氨，在范圍 為2至7的抑下。橫酸鹽表面活性劑優(yōu)選包含烷基苯橫酸鹽表面活性劑(諸如十二烷基苯橫 酸鹽)和/或單烷基或二烷基的橫基下二酸鹽表面活性劑。
[0010] 在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述CMP組合物包含在含水載劑中的O.OOl-lOwt%的二 氧化娃或氧化侶研磨劑、10-50，OOOppm的非離子型表面活性劑W及0-5wt %的過氧化氨，在 范圍為2至7的抑下。非離子型表面活性劑優(yōu)選包含烘二醇表面活性劑(例如烘屬二醇、其乙 氧基化物、其乙氧基化物-丙氧基化物、或者前述中的兩種或更多種的組合）。
[0011] 本文所述的組合物及方法有利地提供了對(duì)于相對(duì)于TiN及Ti/TiN移除金屬的優(yōu)異 選擇性。具體地說，陰離子型表面活性劑及非離子型表面活性劑令人驚訝地幫助抑制TiN和 Ti/TiN的移除且同時(shí)仍允許可接受的金屬移除速率。
【附圖說明】
[0012] 圖1提供了在用包含不同陰離子型表面活性劑及非離子型表面活性劑的CMP組合 物拋光TiN毯覆式晶片時(shí)所觀測(cè)到的TiN移除速率(RR)抑制（％ )的圖。
[001引圖2提供了抑為2.3且包含0.025重量％ (wt % )膠體二氧化娃、與0.162wt %丙二酸 馨合的75化pm鐵離子、W及l(fā)OOOppm(活性物濃度）的不同表面活性劑的CMP組合物的TiN移 除速率的圖。
[0014] 圖3提供了在使用處于不同的二氧化娃固體含量濃度(SC%)下的具有(w/)及不具 有(w/o) 100化pm十二烷基苯橫酸表面活性劑的包含膠體二氧化娃的CMP組合物拋光TiN毯 覆式晶片時(shí)所觀測(cè)到的TiN RR及TiN RR抑制（％ )的圖。
[0015] 圖4提供了在使用處于不同的組合物抑值下的具有(w/)及不具有(w/o)10(K)ppm十 二烷基苯橫酸表面活性劑的包含〇.〇25wt%膠體二氧化娃的CMP組合物拋光TiN毯覆式晶片 時(shí)所觀測(cè)到的TiN RR及TiN RR抑制（％ )的圖。
[0016] 圖5提供了在使用具有(w/)及不具有(w/o)10(K)ppm十二烷基苯橫酸表面活性劑的 包含0.025wt%不同研磨劑的CMP組合物拋光TiN毯覆式晶片時(shí)所觀測(cè)到的TiN RR及TiN RR 抑制（％ )的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 適用于本文所述的方法的CMP組合物包括在含水載劑中的粒狀研磨劑及表面活性 劑。所述組合物令人驚訝地導(dǎo)致:抑制TiN及Ti/TiN的移除速率且同時(shí)仍提供金屬(例如Cu、 CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止）、W、Pt)或電介質(zhì)（例如娃 氧化物、娃氮化物、碳化娃、多晶娃)或聚合物(例如PR、S0G型氧化物)移除的可接受的移除 速率。
[0018] 所述CMP組合物的表面活性劑組分可包含陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活 性劑、非離子型表面活性劑、或者它們的組合。如本文所述，該組合物可包含單一的表面活 性劑、來自單一種類(或子類)表面活性劑的多種表面活性劑，或者任選地可包含來自不同 表面活性劑種類(或子類)的兩種或更多種表面活性劑的組合。表面活性劑在所述組合物中 的濃度可為至少lOppm，例如，至少25ppm、至少50ppm、至少lOOppm、至少500ppm、至少 lOOOppm或至少2,00化9111。另外，表面活性劑在所述組合物中的濃度可為不超過50,000口口1]1， 例如40，000卵m、30，000卵m、20，000卵m、10，000卵m或5，OOOppm。典型地，表面活性劑W10- 50，00化pm、優(yōu)選50-500化pm范圍內(nèi)的濃度存在于所述CMP組合物中。
[0019] 優(yōu)選地，陰離子型表面活性劑選自一般種類的麟酸鹽表面活性劑、憐酸鹽表面活 性劑、橫酸鹽表面活性劑及硫酸鹽表面活性劑。如本文所用的術(shù)語"麟酸鹽"、"憐酸鹽"、"橫 酸鹽"及"硫酸鹽"是指表面活性劑的離子化（陰離子)形式(其包括至少一個(gè)陰離子氧似及 表面活性劑的酸形式(其包括至少一個(gè)酸性0H基團(tuán)）。如本領(lǐng)域中熟知的，許多基于硫及基 于憐的表面活性劑的酸形式通常是高度酸性的且甚至在相對(duì)低的pH值(例如抑為2至3)下 傾向于離子化。因此，本發(fā)明的CMP組合物中的陰離子型表面活性劑通常將主要W陰離子的 形式存在，而不論是W鹽的形式還是W酸的形式添加表面活性劑至所述組合物中。
[0020] 適用于本文所述的CMP組合物的橫酸鹽表面活性劑的非限制性實(shí)例的子類包括燒 芳基橫酸鹽(例如烷基苯橫酸鹽，諸如十二烷基苯橫酸鹽）、烷基橫酸鹽(例如締基橫酸鹽， 諸如α-締控橫酸鹽、烷基甘油醋橫酸鹽、烷基酸橫酸鹽及烷基橫基乙酸鹽）、橫基下二酸鹽 (例如單烷基橫基下二酸鹽及二烷基橫基下二酸鹽）、酷基牛橫酸鹽(acyl taurate)及酷基 徑乙基橫酸鹽。
[0021] 燒芳基橫酸鹽為一個(gè)優(yōu)選類別的陰離子型表面活性劑。烷基可在相對(duì)于橫酸基團(tuán) 的任意位置處連接至芳基(例如苯)部分。烷基通常將包括超過6個(gè)的碳原子且可為直鏈或 支鏈的。支鏈烷基可經(jīng)由伯碳(例如亞甲基）、仲碳或叔碳連接至芳基部分。優(yōu)選的燒芳基橫 酸鹽為十二烷基苯橫酸鹽，其中，十二烷基可為具有總計(jì)十二個(gè)碳的任何烷基，且因此可為 直鏈或支鏈的。支鏈?zhǔn)榛山?jīng)由伯碳(例如亞甲基）、仲碳或叔碳連接至苯部分。優(yōu)選 地，十二烷基包含經(jīng)由仲碳原子（即，在內(nèi)部地沿著十二烷基鏈而非在該鏈的一端處)連接 至苯基的直鏈?zhǔn)榛湣?br>[0022] 化學(xué)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將易于理解，在給定的CMP組合物中的表面活性劑通 常將被選擇成在CMP組合物的儲(chǔ)存抑下穩(wěn)定的。因此，優(yōu)選的陰離子型表面活性劑類別為麟 酸鹽及橫酸鹽表面活性劑（即，其中表面活性劑的疏水性部分通過C-S或C-P鍵結(jié)合至親水 性的S或P基團(tuán)的表面活性劑），與憐酸鹽和硫酸鹽相反地，其由于表面活性劑的疏水性部分 與親水性部分之間的醋鍵而往往在酸性pH下具有穩(wěn)定性問題。另外，優(yōu)選的橫酸鹽及麟酸 鹽表面活性劑為運(yùn)樣的材料，在該材料中，疏水性部分包括相對(duì)地酸穩(wěn)定的鍵（即，c-c鍵酸 及酷胺，且在一些情況下為簇酸醋基團(tuán)）。相對(duì)地酸穩(wěn)定的橫酸鹽的一些實(shí)例包括例如燒芳 基橫酸鹽、締基橫酸鹽、烷基酸橫酸鹽、酷基牛橫酸鹽、單烷基橫基下二酸鹽及二烷基橫基 下二酸鹽。
[0023] 優(yōu)選的非離子型表面活性劑包括燒芳基醇、烘醇及烘二醇(通常亦稱為烘屬二醇 表面活性劑），包括諸如2，5，8，11-四甲基-6-十二烘-5，8-二醇、2，4，7，9-四甲基-5-癸烘- 4，7-二醇及其類似者的烘二醇材料，W及乙氧基化烘二醇及乙氧基化-丙氧基化烘二醇。舉 例而言，烘二醇表面活性劑可由W下式I和式II表示，其中Ri及R4為包含3至10個(gè)碳原子的直 鏈或支鏈烷基鏈;R2及R3為Η或包含1至5個(gè)碳原子的烷基鏈，及m、n、p及q為平均值在0至20范 圍內(nèi)的數(shù)字。運(yùn)樣的烘二醇表面活性劑及其制備的實(shí)例描述于例如Zhang等人的美國專利 第6,641,896 號(hào)中。
[0024]
[0025] 粒狀研磨劑可為適合用于CMP應(yīng)用的任何研磨劑，例如Si化（二氧化娃）、Al2〇3(氧 化侶）、Ce〇2(二氧化姉）、化〇2(氧化錯(cuò))或Mn〇2。研磨劑可具有任何適合的平均粒徑（即，平均 顆粒直徑）。研磨劑的平均粒徑可為4nm或更大、lOnm或更大、15nm或更大、20nm或更大、或者 25nm或更大?？蛇x擇地，或者此外，研磨劑的平均粒徑可為300nm或更小、150nm或更小、 120nm或更小、1 lOnm或更小、lOOnm或更小、90nm或更小、80nm或更小、70nm或更小、60nm或更 小、50nm或更小、或者40nm或更小。因此，研磨劑可具有由W上端點(diǎn)的任何兩個(gè)限定的平均 粒徑。對(duì)于非球形顆粒，顆粒的尺寸為包圍該顆粒的最小球體的直徑。在一些優(yōu)選實(shí)施方式 中，研磨劑選自二氧化娃(例如膠體二氧化娃)及氧化侶。優(yōu)選地，粒狀研磨劑的平均粒徑為 10-300nm。優(yōu)選的膠體二氧化娃研磨劑的平均粒徑在10-300nm、優(yōu)選10-150nm范圍內(nèi)。二氧 化娃顆粒一般可為球形、扁球形、啞鈴形或雖形。優(yōu)選的氧化侶研磨劑的平均粒徑為10- 300nm、更優(yōu)選為 l〇-150nm。
[00%] 所述拋光組合物可含有O.OOlwt. %或更多、0.1 wt. %或更多、0.25wt. %或更多、 或者0.5wt. %或更多的研磨劑?？蛇x擇地，或者此外，所述拋光組合物可含有l(wèi)Owt. %或更 低、5wt. %或更低、4wt. %或更低、3wt. %或更低、或者. %或更低的研磨劑。因此，所述 拋光組合物可包含具有由針對(duì)研磨劑所列舉的W上端點(diǎn)中的任何兩個(gè)限定的量的研磨劑。 研磨劑典型地W0.0 Ol-lOwt%、優(yōu)選0.001-5wt%的范圍內(nèi)的濃度存在于CMP組合物中。優(yōu) 選地，研磨劑WO.OOl-lOwt% (例如0.001-5wt%)的濃度存在于CMP組合物中。在如本文所 述的拋光方法期間的使用點(diǎn)處，研磨劑優(yōu)選W0. 〇〇l-5wt% (例如0.001-2wt %)的濃度存在 于CMP組合物中。
[0027]合乎需要地，二氧化娃研磨劑在所述拋光組合物中在抑2.3下將具有大于OmV的ζ 電位。顆粒的ζ電位是指顆粒周圍的離子的電荷與本體溶液(例如液體載劑及其中溶解的任 何其它組分）的電荷之間的差異。
[0028] 本發(fā)明的組合物具有酸性pH，即pH小于7。在一些實(shí)施方式中，pH可在2直至7的范 圍內(nèi)，例如2至6,例如3至5。優(yōu)選地，pH在2至5的范圍內(nèi)。所述組合物的pH可通過納入包括酸 性組分(其可包含任何無機(jī)或有機(jī)酸）的緩沖材料來達(dá)成和/或維持。優(yōu)選地，酸性pH通過包 含具有適于實(shí)現(xiàn)所期望的pH的量及比率的堿性及酸性組分的有機(jī)或無機(jī)緩沖劑來維持。酸 性緩沖劑是化學(xué)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員熟知的。
[0029] 在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述CMP組合物進(jìn)一步包含氧化劑，諸如過氧化氨，任選 地與金屬離子(例如鐵離子)組合。所述拋光組合物可含有任何適合量的氧化劑。所述拋光 組合物可含有0.05wt. %或更高、0.1 wt. %或更高、或者0.25wt. %或更高的氧化劑。可選擇 地，或者此外，所述拋光組合物可含有5wt. %或更低、2.5wt. %或更低、Iwt. %或更低、 0.8wt. %或更低、或者0.6wt. %或更低的氧化劑。因此，所述拋光組合物可包含具有由針對(duì) 氧化劑所列舉的W上端點(diǎn)中的任何兩個(gè)限定的量的氧化劑。在一些實(shí)施方式中，所述CMP組 合物在使用點(diǎn)處包含〇-5wt %的過氧化氨。
[0030] 在常規(guī)的CMP技術(shù)中，基板載體或拋光頭安裝在載體組件上且定位成與CMP裝置中 的拋光墊接觸。載體組件對(duì)基板提供可控制的壓力，促進(jìn)基板與拋光墊相抵。所述墊和載體 及其連接的基板相對(duì)于彼此移動(dòng)。所述墊與基板的相對(duì)移動(dòng)用于研磨基板表面W自基板表 面移除材料的一部分，從而拋光基板。基板表面的拋光典型地通過拋光組合物的化學(xué)活性 (例如通過存在于CMP組合物中的氧化劑、酸、堿或其它添加劑)和/或懸浮于拋光組合物中 的粒狀研磨劑的機(jī)械活性而得到進(jìn)一步輔助。
[0031] 本發(fā)明的拋光組合物任選地還可包括通常包括于拋光組合物中的適量的一種或 多種其它添加劑材料，諸如金屬絡(luò)合劑、分散劑、穩(wěn)定劑、腐蝕抑制劑、粘度調(diào)節(jié)劑、殺生物 劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、無機(jī)鹽及其類似者。舉例而言，所述組合物 可包括殺生物劑，諸如KATHON飯或NEOLONFj貨殺生物劑；絡(luò)合劑，諸如乙酸、組氨 酸、賴氨酸、甘氨酸、化晚甲酸、酒石酸、亞氨基二乙酸、丙氨酸、苯甲酸、次氨基Ξ乙酸 (NTA)、谷氨酸、戊二酸、β-丙氨酸、天冬氨酸、鳥氨酸或脯氨酸;腐蝕抑制劑，諸如苯并Ξ挫 (ΒΤΑ)、1，2，3-Ξ挫、1，2，4-Ξ挫、四挫（即，5-氨基四挫）、3-氨基-1，2，4-Ξ挫、苯基麟酸、甲 基麟酸;及其類似者。在一些實(shí)施方式中，所述CMP組合物可包括水溶性鹽，例如硝酸錠，用 于輪廓控制及導(dǎo)電性(conductivity)。舉例而言，所述組合物可包括50-200化pm的水溶性 鹽。所述CMP組合物還可包括可相對(duì)于娃氮化物選擇性地結(jié)合至娃氧化物W進(jìn)一步輔助娃 氮化物移除選擇性的陽離子型表面活性劑。
[0032] 含水載劑可為任何含水溶劑，例如水、含水甲醇、含水乙醇、其組合及其類似者。優(yōu) 選地，含水載劑包含水、更優(yōu)選去離子水，基本上由水、更優(yōu)選去離子水組成，或者由水、更 優(yōu)選去離子水組成。
[0033] 本文所述的方法中所用的拋光組合物可通過任何適合技術(shù)制備，其中許多技術(shù)是 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。所述拋光組合物可W分批或連續(xù)工藝制備。一般而言，所述拋光組 合物可通過W任何順序組合其組分來制備。如本文所用的術(shù)語"組分"包括單獨(dú)的成分(例 如研磨劑、聚合物、馨合劑、緩沖劑及其類似者及成分的任何組合。舉例而言，二氧化姉 研磨劑可分散于水中、與聚合物組分組合及通過任何能夠?qū)⑺鼋M分并入拋光組合物中的 方法混合。典型地，當(dāng)使用氧化劑時(shí)，直至組合物準(zhǔn)備用于CMP工藝時(shí)才將氧化劑添加至拋 光組合物，例如可剛好在開始拋光之前添加氧化劑?？稍谌魏芜m合的時(shí)刻通過按照需要添 加酸或堿進(jìn)一步調(diào)節(jié)pH。
[0034] 本發(fā)明的拋光組合物還能夠W濃縮物形式提供，其用來在使用之前用適量的含水 溶劑(例如水)來進(jìn)行稀釋。在運(yùn)樣的實(shí)施方式中，拋光組合物濃縮物可包括W如下的量分 散或溶解于含水溶劑中的各種組分，所述量使得在用適量的含水溶劑稀釋濃縮物時(shí)，拋光 組合物的各組分將W用于應(yīng)用的適當(dāng)范圍內(nèi)的量存在于拋光組合物中。
[0035] 本發(fā)明的CMP方法優(yōu)選使用化學(xué)機(jī)械拋光裝置實(shí)現(xiàn)。典型地，CMP裝置包括:壓板， 其在使用時(shí)處于運(yùn)動(dòng)中且具有由軌道、線性和/或圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的速度;拋光墊，其與壓板 接觸且在運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于壓板移動(dòng)；及載體，其固持待通過接觸拋光墊的表面且相對(duì)于拋光 墊的表面移動(dòng)進(jìn)行拋光的基板?；宓膾伖馔ㄟ^W下步驟來進(jìn)行:將基板置放成與拋光墊 及本發(fā)明的拋光組合物接觸且然后使拋光墊相對(duì)于基板移動(dòng)，W便磨除基板的至少一部分 W拋光基板。
[0036] W下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的某些方面，但當(dāng)然不應(yīng)解釋為W任何方式限制其 范疇。如本文及在W下實(shí)施例和權(quán)利要求書中所用的，報(bào)導(dǎo)為百萬分率（ppm)或重量％ (wt%)的濃度是基于所關(guān)注的活性組分的重量除W組合物的重量。
[0037] 提供W下非限制性實(shí)施例W進(jìn)一步說明本文所述的組合物及方法的某些方面及 特征。
[003引實(shí)施例1
[0039] 該實(shí)施例說明了不同表面活性劑對(duì)TiN移除速率抑制的影響。
[0040] 該實(shí)施例及W下實(shí)施例中所用的研磨劑概述于表1中。
[0041] 表 1
[0042]
[0043] 制備抑為2.3且包含0.025重量％ (wt% )膠體二氧化娃(來自表1的研磨劑J，化so 化emical Co丄td. )、0.5wt%過氧化氨及l(fā)OOOppm(活性物濃度）的表1中所列的各種表面活 性劑、其余為水的含水CMP組合物。使用化jiboH7000拋光墊及W下拋光參數(shù)通過各種組合 物對(duì)TiN毯覆式晶片拋光60秒：11 Irpm的載體速度、113rpm的壓板速度、1.5psi的向下力及 150mL的漿料流量。將使用各組合物觀測(cè)到的TiN移除量與在用具有與測(cè)試組合物相同的基 本配方但不具有任何添加的表面活性劑的比較CMP組合物(對(duì)照物)拋光TiN毯覆式晶片時(shí) 觀測(cè)到的TiN移除量進(jìn)行比較。TiN移除速率(RR)抑制通過對(duì)照物的移除速率減去測(cè)試組合 物的移除速率來計(jì)算且所述差值表示為對(duì)照物的百分比。
[0044] 圖1提供所觀測(cè)到的各種陰離子型表面活性劑及非離子型表面活性劑的TiN RR抑 審IJ( % )的圖。表面活性劑抑制劑及各種非表面活性劑添加劑(例如氨基酸及Ξ挫）的評(píng)估表 明非表面活性劑添加劑不適合于提供所期望的TiN RR抑制。在一些情況下，特別是對(duì)于硫 酸鹽、橫酸鹽、憐酸鹽、燒芳基醇、酷胺及烘二醇表面活性劑，觀測(cè)到大于80%的TiN RR抑制 (參見例如圖 1 中的SIN0NATE 1105SF(5)、SIN0NATE 290MH(6)、ZETASP邸SE 2300(7)、DBS (16)、0LFI肥肥-001(18)、0LFI肥 WE-003(19)、SURFYN0L 604(23)、SURFYN0L 707P(24)、 SINOPOL 9620P(25)、聚(丙締酷胺）（34)及RHODAFAC RS710(26)的結(jié)果）。
[0045] 表 2
[0046]
[0047] 表2(續(xù)）
[004引
[0049]表 2(續(xù)）
[(Κ)加]
[0化1] *在表2中：CAS =活性組分的Qiemical Abstracts Service登記編號(hào)。
[0052]品牌為SURFYNOL及ZETAS陽R沈的表面活性劑購自Air Products and Chemicals, Inc.;品牌為SINOPOL及SINONATE的表面活性劑購自Sino-化pan Chemical Co丄td.;品牌 為OLFI肥的表面活性劑購自化in-Etsu化emical Co.;品牌為RHODAFAC的表面活性劑購自 化odia;品牌為ADEKA的表面活性劑購自Adeka Co巧.，品牌為D0WFAX的表面活性劑購自Dow Chemical Co; W及品牌為ALC0SPER沈的表面活性劑購自AkzoNobel Surface化emist巧， LLC。
[0化3] 實(shí)施例2
[0054] 該實(shí)施例說明鐵離子作為氧化劑對(duì)包含不同表面活性劑的CMP組合物的TiN RR的 影響。
[0055] 制備抑為2.3且包含0.025重量％ (wt% )膠體二氧化娃(來自表1的研磨劑J，化so Chemical Co丄td.)、750ppm硝酸鐵及0.162wt%丙二酸、另外含有1000ppm(W活性物濃度 計(jì)）的不同表面活性劑的含水CMP組合物。使用W下拋光參數(shù)通過拋光墊(Fujibo)及所述 CMP組合物對(duì)TiN毯覆式晶片拋光60秒。111巧m的載體速度、113rpm的壓板速度、1.5psi的向 下力及150ml的漿料流量。圖2提供與不具有表面活性劑抑制劑的相似組合物相比的各種組 合物的TiN移除速率的圖。
[0056] 圖2中的結(jié)果顯示:最低的TiN移除速率（即，最高的TiN RR抑制)通過十二烷基苯 橫酸(DBS)W及(C10-C14)烷基苯橫酸鹽與乙氧基化(C6-C12)醇(ZETASP邸SE 2300)的混合 物獲得，運(yùn)兩者均為烷基苯橫酸鹽表面活性劑。
[0化7] 實(shí)施例3
[0058] 該實(shí)施例說明研磨劑固體濃度對(duì)具有及不具有十二烷基苯橫酸(DBS)表面活性劑 的包含膠體二氧化娃研磨劑的CMP組合物的TiN RR抑制的影響。
[0059] W不同的研磨劑固體濃度(SC%)制備在抑2.3下的包含膠體二氧化娃研磨劑(來 自表1的研磨劑JJuso Chemical Co.)及0.5wt%過氧化氨、具有及不具有l(wèi)OOOppm DBS的 含水拋光漿料，且通過使用化jibo H7000拋光墊及W下拋光參數(shù)對(duì)TiN毯覆式晶片拋光60 秒進(jìn)行評(píng)估：11 Irpm的載體速度、113巧m的壓板速度、1.5ps i的向下力及150mL的漿料流量。 拋光結(jié)果W圖形方式展示于圖3中。
[0060] 圖3中的數(shù)據(jù)表明：TiN RR抑制在0.025wt%至lOwt%的固體濃度范圍內(nèi)稍微 (somewhat)可變地分布在38%至100%的范圍內(nèi)，其中，在用于該評(píng)估的拋光條件下，TiN RR保持小于50A/分鐘直至2.Swt%的固體濃度。另外，所述結(jié)果表明：即使在導(dǎo)致較高拋光 速率的高固體濃度(10%)下，TiN RR抑制仍是高的(71%)。
[0061 ] 實(shí)施例4
[0062]該實(shí)施例說明P取?具有及不具有十二烷基苯橫酸(DBS)表面活性劑的包含膠體二 氧化娃研磨劑的CMP組合物的TiN RR抑制的影響。
[00創(chuàng)在2至7的整數(shù)pH值下制備在pH 2.3下的包含膠體二氧化娃研磨劑（來自表1的研 磨劑J，化so Chemical Co丄td.)及0.5wt%過氧化氨、具有及不具有l(wèi)OOOppm DBS的含水拋 光漿料。通過使用W下拋光參數(shù)對(duì)TiN毯覆式晶片拋光60秒來評(píng)估CMP組合物：Fujibo H7000拋光墊、111巧m的載體速度、113巧m的壓板速度、1.5psi的向下力及150mL的漿料流 量。拋光結(jié)果W圖形方式展示于圖4中。
[0064]圖4中的結(jié)果表明：在抑2和3下獲得最高的TiN RR抑制水平。
[00化]實(shí)施例5
[0066] 該實(shí)施例說明不同研磨材料對(duì)具有及不具有十二烷基苯橫酸(DBS)表面活性劑的 CMP組合物的TiN RR抑制的影響。
[0067] 制備在抑2.3下的包含0.025**%表1中所列的研磨劑及0.5**%過氧化氨、具有 及不具有l(wèi)OOOppm DBS的含水拋光漿料。通過使用W下拋光參數(shù)對(duì)TiN及W毯覆式晶片拋光 60秒來評(píng)估CMP組合物：Fu j ibo H7000拋光墊、111巧m的載體速度、113巧m的壓板速度、 1.5p S i的向下力及150mL的漿料流量。T i N拋光結(jié)果W圖形方式展示于圖5中。
[0068] 圖5中的結(jié)果表明，對(duì)于具有表面活性劑的處理，所有經(jīng)測(cè)試的研磨劑均展示出非 常高的TiN RR抑制，其中，實(shí)際的TiN RR值在評(píng)估條件下小于20A/分鐘。所述結(jié)果還表明， 對(duì)于不具有表面活性劑的處理，TiN RR在寬范圍內(nèi)變化，例如，從500A/分鐘至63A/分鐘。
[0069] 本文中所引用的所有參考文獻(xiàn)，包括公開物、專利申請(qǐng)及專利均W引用的方式并 入本文中，該引用程度就如同單獨(dú)及特定地指示各參考文獻(xiàn)W引用的方式并入且全文闡述 于本文中一般。
[0070] 除非本文中另外指明或上下文明顯矛盾，否則在描述本發(fā)明的上下文中（尤其是 在權(quán)利要求書的上下文中）使用的術(shù)語"一"與"一個(gè)"及"該及類似的指示物均應(yīng)解釋為 涵蓋單數(shù)及復(fù)數(shù)。除非另外說明，否則術(shù)語"包含"、"具有"、"包括"及"含有"均解釋為開放 式術(shù)語（即，意味著"包括，但不限于"）。術(shù)語"由…組服'及"由…構(gòu)服'應(yīng)解釋為封閉式術(shù) 語，其將任何組合物或方法分別限制為本說明書的給定權(quán)利要求或部分中所列出的指定的 組分或步驟。另外，且由于其開放性質(zhì)，術(shù)語"包含"廣泛地涵蓋基本上由所指定的組分或步 驟組成或者由所指定的組分或步驟組成的組合物及方法，除了包括超出本說明書的給定權(quán) 利要求或部分中所列出的那些組分或步驟的其它組分或步驟的組合物及方法之外。除非本 文中另外指明，否則本文列舉的值的范圍僅意欲充當(dāng)個(gè)別提及屬于該范圍內(nèi)的各獨(dú)立值的 速記方法，且各獨(dú)立值如同其在本文中單獨(dú)列舉一般并入本說明書中。通過量測(cè)獲得的所 有數(shù)值(例如重量、濃度、物理尺寸、移除速率、流量及其類似者)不應(yīng)解釋為絕對(duì)精確數(shù)字， 且應(yīng)視為涵蓋在本領(lǐng)域中常用的量測(cè)技術(shù)的已知極限內(nèi)的值，而不論是否明確陳述術(shù)語 "約"。除非本文中另外指明或另外上下文明顯矛盾，否則本文所述的所有方法可W任何適 合順序執(zhí)行。除非另外主張，否則本文所提供的任何及所有實(shí)施例或例示性語言（例如"諸 如"）的使用僅意欲更好地闡明本發(fā)明的某些方面并且不限制本發(fā)明的范圍。本說明書中的 任何語言均不應(yīng)解釋為指示實(shí)踐本發(fā)明所必需的任何未要求保護(hù)的要素。
[0071]本文描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其包括本發(fā)明人已知用于進(jìn)行本發(fā)明的最佳模 式。在閱讀前文描述時(shí)，運(yùn)些優(yōu)選實(shí)施方式的變化對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言可變得明 晰。本發(fā)明人預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)夭捎眠\(yùn)樣的變化，且本發(fā)明人意欲W不同于本文 中具體描述的方式來實(shí)施本發(fā)明。因此，若適用的法律允許的話，本發(fā)明包括所附權(quán)利要求 書中所列舉的主題的所有修改及等效物。此外，除非本文中另外指明或另外上下文明顯矛 盾，否則本發(fā)明涵蓋上述要素 W其所有可能變化形式的任意組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種拋光包含氮化鈦（TiN)或鈦/氮化鈦（Ti/TiN)阻擋層的基板的化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)方法，該方法包括使該基板與包含懸浮于液體載劑中的粒狀研磨劑的酸性CMP組合物 接觸，該液體載劑包含選自陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性 劑及其組合的表面活性劑。2. 權(quán)利要求1的方法，其中該粒狀研磨劑包含膠體二氧化硅。3. 權(quán)利要求1的方法，其中該粒狀研磨劑包含氧化鋁。4. 權(quán)利要求1的方法，其中該粒狀研磨劑包含膠體二氧化硅與氧化鋁的組合。5. 權(quán)利要求1的方法，其中該粒狀研磨劑以0.001 -10重量％ (wt % )的濃度存在于該CMP 組合物中。6. 權(quán)利要求1的方法，其中該表面活性劑以10-50，000百萬分率(ppm)范圍內(nèi)的濃度存 在于該CMP組合物中。7. 權(quán)利要求1的方法，其中該表面活性劑包含炔二醇非離子型表面活性劑。8. 權(quán)利要求1的方法，其中該表面活性劑包含磺酸鹽陰離子型表面活性劑。9. 權(quán)利要求8的方法，其中該陰離子型表面活性劑包含烷芳基磺酸鹽。10. 權(quán)利要求9的方法，其中該烷芳基磺酸鹽包含烷基苯磺酸鹽。11. 權(quán)利要求10的方法，其中該烷基苯磺酸鹽包含十二烷基苯磺酸鹽。12. 權(quán)利要求8的方法，其中該陰離子型表面活性劑包含單烷基磺基丁二酸鹽、二烷基 磺基丁二酸鹽、或其組合。13. 權(quán)利要求1的方法，其中該表面活性劑包含選自磺酸鹽表面活性劑、硫酸鹽表面活 性劑、膦酸鹽表面活性劑及磷酸鹽表面活性劑的至少一種陰離子型表面活性劑。14. 權(quán)利要求1的方法，其中該CMP組合物的pH在2至7的范圍內(nèi)。15. 權(quán)利要求1的方法，其中該CMP組合物進(jìn)一步包含氧化劑。16. 權(quán)利要求15的方法，其中該氧化劑包含過氧化氫。17. 權(quán)利要求16的方法，其中該過氧化氫以0.01 -5wt %范圍內(nèi)的濃度存在于該CMP組合 物中。18. 權(quán)利要求1的方法，其中連同CMP拋光裝置中的拋光墊來完成磨除。19. 權(quán)利要求1的方法，其中該CMP組合物包含在2至7的pH下、在含水載劑中的0.001-1 Owt %研磨劑、10-50，OOOppm磺酸鹽表面活性劑及0 · 01 -5wt %過氧化氫。20. 權(quán)利要求19的方法，其中該磺酸鹽表面活性劑包含烷基苯磺酸鹽。21. 權(quán)利要求20的方法，其中該烷基苯磺酸鹽包含十二烷基苯磺酸鹽。22. 權(quán)利要求19的方法，其中該磺酸鹽表面活性劑包含單烷基磺基丁二酸鹽、二烷基磺 基丁二酸鹽、或其組合。23. 權(quán)利要求1的方法，其中該CMP組合物包含在2至7的pH下、在含水載劑中的0.001-10wt %研磨劑、10-50，OOOppm非離子型表面活性劑及〇-5wt %過氧化氫。24. 權(quán)利要求23的方法，其中該非離子型表面活性劑包含炔二醇。
【文檔編號(hào)】H01L21/304GK106062931SQ201580007554
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日
【發(fā)明人】侯惠芳, W.沃德, 葉銘智, 蔡智斌
【申請(qǐng)人】嘉柏微電子材料股份公司