用于铂和钌材料的选择性抛光的组合物和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及抛光组合物和方法。更具体而言，本发明涉及用于抛光含铂和含钌基 板的方法和用于其的组合物。
【背景技术】
[0002] 在存储器应用中，典型的固态存储器件（动态随机存取存储器（DRAM)、静态随 机存取存储器（SRAM)、可擦除可编程只读存储器（EPROM)和电可擦除可编程只读存储 器（EEPROM))对于每一存储位采用微电子电路元件。对于典型的非易失存储器元件（如 EEPROM，S卩，"闪"存），采用浮栅场效晶体管作为数据存储器件。这些器件在场效晶体管的 栅极（gate)上保持电荷来存储每一存储位且具有有限的可再编程性。此外，它们编程起来 是缓慢的。
[0003] FRAM或FeRAM (铁电随机存取存储器）器件是对于一些应用正变得越来越受欢迎 的非易失存储器件。FRAMS由于高的写入速度、在写入期间的低的功率消耗、和高的器件可 耐受的写入-擦除循环的最大数而相对于一些其它存储器件是有利的。
[0004] FRAM器件在构造方面与DRAM器件类似，但使用铁电层而非介电层来实现非易失 性。铁电体的介电常数典型地比线性介电材料的介电常数高得多。FRAM器件中所使用的典 型铁电材料包括锆钛酸铅（PZT)。铁电层对硅有腐蚀性，故典型地在铁电层与硅之间设置铂 (Pt)阻挡物。对于FRAM器件的下电极还使用电沉积的Pt。
[0005] 其它贵金属例如钌（Ru)被用于制造高性能半导体器件和电容器，例如动态随机 存取存储器（DRAM)器件。
[0006] 在半导体和存储器件制造期间，必须移除或减少不同的材料层以在晶片上形成电 路的不同组件，这典型地通过化学-机械抛光（CMP)实现。FRAM器件的Pt层在所述制造制 程期间必须被抛光。由于Pt的相对低的氧化速率，Pt的移除速率相对于用于构造存储器 件和半导体的一些其它材料是低的。通常认为Pt是难以在半导体制造制程期间抛光或移 除的材料。
[0007] DRAM器件的Ru层在制造制程期间也必须被抛光。至少部分地由于钌阻挡层所 展现的高程度的化学惰性和对机械磨蚀的强的反应，目前的钌抛光组合物典型地依赖于相 对硬的研磨剂和强的氧化剂来提供足够的钌移除速率。典型地，相对弱的氧化剂例如过氧 化氢在钌抛光工艺中并不十分有效，需要长的抛光时间和高的抛光压力以充分地使钌平坦 化。
[0008] 用于基板表面的CMP的组合物和方法是本领域中公知的。用于半导体基板（例如， 用于集成电路制造）的表面的CMP的抛光组合物（也称为抛光浆料、CMP浆料和CMP组合 物）典型地含有研磨剂、各种添加剂化合物等。
[0009] 在常规的CMP技术中，基板载体或抛光头安装在载体组件上且定位成与CMP装置 中的抛光垫接触。载体组件向基板提供可控制的压力，迫使基板抵靠着抛光垫。垫和载体 以及其附着的基板相对于彼此运动。垫与基板的相对运动用于研磨基板的表面以从基板表 面移除一部分材料，由此抛光基板。基板表面的抛光典型地通过抛光组合物（例如，通过存 在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂）的化学活性和/或悬浮于抛光组合物中 的研磨剂的机械活性来进一步辅助。典型的研磨剂材料包括二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧 化锆和氧化锡。
[0010] 尽管已知的CMP浆料组合物和抛光垫材料典型地适合用于有限的目的，但许多常 规的组合物和方法展现出对于Pt和Ru层的移除的不可接受的抛光速率。此外，许多已知 的抛光浆料和方法展现出其它较差的Pt和Ru层移除特点且产生不期望的Pt和Ru表面缺 陷例如刮痕、点蚀（pitting)和腐蚀。
[0011] 常规的CMP组合物和技术通常被设计用于移除例如Pt和Ru的层，同时避免或最 小化其它材料例如氮化硅（Si 3N4)或二氧化硅（SiO2)的移除。这些传统的抛光浆料已被设 计用于"氮化硅上停止"或"氧化硅上停止"的应用。Pt层的移除速率对基础层的移除速率 的比率在本文中称为对于在CMP加工期间Pt相对于另外的层的移除的"选择性"或"移除 速率比率"。Ru层移除速率对基础层的移除速率的比率在本文中称为对于在CMP加工期间 Ru相对于另外的层的移除的"选择性"或"移除速率比率"。
[0012] 当前需要开发提供相对高的Pt和Ru金属移除速率以及Pt和Ru金属优先于二氧 化硅（例如，等离子体增强的原硅酸四乙酯衍生的二氧化硅，也称为" PETEOS "或" TEOS "） 和氮化硅的选择性移除的新型抛光方法。当前还需要开发产生平滑的Pt或Ru表面以及减 少的表面缺陷例如刮痕的用于抛光Pt和Ru金属层的新型抛光方法。本发明可解决这些当 前需要。
【发明内容】
[0013] 描述用于抛光含铂（Pt)基板和/或含钌（Ru)基板的化学-机械抛光（CMP)组合 物和方法。本文中描述的方法实施方式包括使基板与抛光垫的表面在氧化剂和含水抛光组 合物的存在下接触。抛光组合物包括含有粒状氧化铝研磨剂以及选自抑制剂、络合剂和氨 基化合物的至少一种添加剂的含水载体流体。在一些实施方式中，所有三种类型的添加剂 (抑制剂、络合剂和氨基化合物）皆存在于组合物中。在一些实施方式中，添加剂以在〇. 001 重量％至5重量％范围内的浓度存在于本文中描述的组合物中。
[0014] 在一些实施方式中，抛光垫的表面硬度不超过80肖氏D (Shore D)，优选在15至 80肖氏D范围内，且更优选在15至50肖氏D范围内。在优选实施方式中，抛光垫的表面为 多孔聚合物。更优选，抛光垫的表面为硬度在15至80肖氏D范围内且开孔体积百分数在 10%至60%范围内的非织造（无纺）多孔聚合物。在一些优选实施方式中，垫由多孔聚氨 醋构造。
[0015] 优选，氧化铝以在0.001重量％ (wt% )至10重量％范围内的浓度存在于组合物 中。此外优选，氧化错的平均粒度在IOnm至IOOOnm范围内。
[0016] 在一些实施方式中，添加剂包括抑制剂、基本上由抑制剂组成、或由抑制剂组成。 抑制剂降低氧化速率，且在一些情况下增加对于Pt和Ru的移除的选择性。适合用于本文 中描述的组合物和方法中的抑制剂的非限制性实例包括水溶性碳水化合物（例如，糖例如 蔗糖，或多糖例如2-羟乙基纤维素或糊精）。抑制剂在使用时优选以例如在0. 00Iwt %至 Iwt %范围内的浓度存在于组合物中。
[0017] 在一些实施方式中，添加剂包括络合剂、基本上由络合剂组成、或由络合剂组成。 络合剂促进金属的抛光，且在一些情况下增加金属的移除速率。适合用于本文中描述的组 合物和方法中的络合剂的非限制性实例包括烷醇胺（链烷醇胺，alkanolamine)，例如单乙 醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三乙胺、丙醇胺、丁醇胺、双（2-羟乙基）氨基-三（羟甲基）甲 烷等。络合剂的进一步的实例包括乙酸盐和羧酸（羧酸酯）盐，包括乙酸钾、乙酸铵、乙酸 等。络合剂在使用时优选以例如在〇. OOlwt%至5wt%范围内的浓度存在于组合物中。
[0018] 在一些实施方式中，添加剂包括氨基化合物、基本上由氨基化合物组成或由氨基 化合物组成。氨基化合物用于调节组合物的离子强度，其在一些情况下通过帮助增加金属 抛光速率或降低氧化速率而改善组合物的选择性。适合用于本文中描述的组合物和方法中 的氨基化合物的非限制性实例包括氨、伯胺、仲胺、叔胺、铵盐（例如，氯化铵、