化学机械抛光组合物和用于抛光钨的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学机械抛光领域。确切地说，本发明涉及一种化学机械抛光组合物， 其含有：金属氧化物磨料；氧化剂；根据化学式I的钨去除速率提升物质；以及水；其中所 述抛光组合物展现提升的钨去除速率和钨去除速率提升。本发明还涉及一种抛光钨衬底的 方法。
【背景技术】
[0002] 钨在半导体制造中广泛用于形成在集成电路制造中连接层间金属线的接触通路 和孔洞。通孔通常经蚀刻穿过层间电介质（interlevel dielectric，ILD)到达互连线或到 达半导体衬底。随后可以在ILD上方形成例如氮化钛或钛的薄粘附层并且使其进入经蚀刻 的通孔中。随后在粘附层上方毯式沉积钨膜并且使其进入通道中。随后通过化学机械抛光 来去除过量钨以形成钨通路。
[0003] 用于钨抛光中的化学机械抛光组合物是决定所述方法是否成功的重要变数。取决 于磨料和其它添加剂的选择，可以定制化学机械抛光组合物以提供以所需抛光速率呈现的 的各种层的有效抛光，同时使与钨通路相邻的层间电介质的表面瑕疵、缺陷、腐蚀和侵蚀减 到最少。此外，化学机械抛光组合物可以用于提供对在所抛光的衬底表面存在的其它材料 的受控抛光选择性，所述材料如例如氧化硅、钛、氮化钛、氮化硅等。
[0004] 钨抛光通常使用包括研磨颗粒和化学试剂的化学机械抛光组合物来实现。用于钨 抛光的常规抛光组合物使用氧化铝（A1203)或二氧化硅（Si02)细颗粒作为恶劣氧化环境中 的研磨材料。氧化剂的选择取决于抛光组合物的总体配方和衬底中钨集成的具体需求。所 用的抛光组合物逐渐用被设计成用于蚀刻钨的成分来配制，以努力提升所述组合物展现的 钨去除速率。然而，在许多情况下，所得组合物以从表面化学蚀刻钨的方式来蚀刻钨，而非 将钨转化为更容易通过机械研磨来从表面去除的软质氧化膜。归因于此提升的化学作用， 此类组合物倾向于造成钨插塞的凹进。凹进的钨通路（其中通道中的钨表面低于环绕的层 间电介质材料的表面）可能造成装置其它区域的电接触问题。此外，钨通路中心的凹进可 能导致所述装置后续层上的装置非平面性增加。从通路的中心蚀刻钨也可能造成不合需要 的"穿孔（keyholing)"。
[0005] -种据称用于改进钨通道形成的溶液由格拉宾（Grumbine)等人揭示于美国专利 第6, 136, 711号中。格拉宾等人揭示一种化学机械抛光组合物，其包含：能够蚀刻钨的化合 物；和至少一种钨蚀刻抑制剂，其中所述钨蚀刻抑制剂是包括含氮官能团的化合物，所述化 合物选自具有三个或更多个形成烷基铵离子的碳原子的化合物、具有三个或更多个碳原子 的氨基烷基、除含硫氨基酸之外的氨基酸以及其混合物。
[0006] 尽管如此，仍持续需要展现提升的钨抛光速率和选择性的新化学机械抛光组合 物。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种用于抛光包含钨的衬底的化学机械抛光组合物，其包含：金属氧 化物磨料；氧化剂；根据化学式I的钨去除速率提升物质；其中R\R2和R3各自独立地选自 Q 4烷基；以及水；其中所述化学机械抛光组合物的pH是1到5 ;其中所述化学机械抛光组 合物展现钨去除速率WRR 2 2,000 A/min;并且其中所述根据化学式I的钨去除速率提升 物质赋予所述化学机械抛光组合物提升的钨去除速率，其中满足以下表达式
[0009] 其中WRR是所述化学机械抛光组合物的以A/miti为单位的钨去除速率，并且W RR。是 除了所述根据化学式I的钨去除速率提升物质不存在于所述化学机械抛光组合物中之外 在相同条件下获得的以A/min为单位的钨去除速率；并且其中所述化学机械抛光组合物展 现根据以下方程式的钨去除速率提升AWRR> 10%
[0011] 本发明提供一种用于抛光包含钨和氧化硅的衬底（例如TE0S)的化学机械抛光 组合物，其由以下组成：〇. 1到5wt %二氧化硅磨料；0. 1到0. 5wt % 1(103氧化剂；0. 01到 〈lwt %根据化学式I的钨去除速率提升物质；其中R1、R2和R3各自独立地选自C i 4烷基；以 及任选地pH调节剂；其中所述化学机械抛光组合物的pH是1到5 ;其中所述化学机械抛光 组合物展现钨去除速率WKli 2 2,000 A/min;并且其中所述根据化学式I的钨去除速率提 升物质赋予所述化学机械抛光组合物提升的钨去除速率，其中满足以下表达式
[0013] 其中WRR是所述化学机械抛光组合物的以l/miM为单位的钨去除速率，并且W RR。是 除了所述根据化学式I的钨去除速率提升物质不存在于所述化学机械抛光组合物中之外 在相同条件下获得的以A/min为单位的钨去除速率；并且其中所述化学机械抛光组合物 展现根据以下方程式的钨去除速率提升AWRR> 10%
[0015] 本发明提供一种化学机械抛光衬底的方法，其包含：提供抛光机；提供衬底，其中 所述衬底包含钨；提供本发明的化学机械抛光组合物；提供化学机械抛光垫；将所述化学 机械抛光垫和所述衬底安装在所述抛光机中；在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间产生 动态接触；将所述化学机械抛光组合物分配接近于所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的 介面处；其中所述化学机械抛光组合物与所述衬底的钨接触；并且其中将一些钨从所述衬 底中去除。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的化学机械抛光组合物被设计成用于抛光包含钨的衬底。本发明的化学机 械抛光组合物尤其被设计成从衬底中整体去除钨。在某些集成流程中，将钨涂覆在衬底表 面上方以填充接触孔。在此类流程中，可以将钨涂覆在氧化层上方。在这些流程中，将过量 钨从衬底的表面抛光去除，在接触孔中留下插塞。
[0017] 本文和所附权利要求书中用于描述由向化学机械抛光组合物中添加根据化学式 I的钨去除速率提升物质而产生的钨去除速率（以A/min为单位测量的去除速率）的术语 "提升的钨去除速率"意味着满足以下表达式：
[0019] 其中WRR是如在实例中所阐述的抛光条件下所测量，含有根据化学式I的钨去除速 率提升物质的本发明化学机械抛光组合物的以A/min为单位的钨去除速率;WRR。是除了根 据化学式I的钨去除速率提升物质不存在于化学机械抛光组合物中之外在相同条件下获 得的以A/min为单位的钨去除速率。
[0020] 本文和所附权利要求书中所用的术语"钨去除速率提升"或"AWRR"意味着根据以 下方程式的钨去除速率相对提升
[0022] 其中AWRR是由含有根据化学式I的钨去除速率提升物质的本发明化学机械抛光 组合物所展现的钨去除速率提升；WRR是如在实例中所阐述的抛光条件下所测量，含有根据 化学式I的钨去除速率提升物质的本发明化学机械抛光组合物的以1/miH为单位的钨去 除速率;WRR。是除了根据化学式I的钨去除速率提升物质不存在于化学机械抛光组合物中 之外在相同条件下获得的以Ι/min为单位的钨去除速率。
[0023] 本发明的化学机械抛光组合物含有：金属氧化物磨料；氧化剂；根据化学式I的钨 速率提升物质
[0025] 其中R\R2和R3各自独立地选自q 4烷基；以及水；其中所述根据化学式I的钨去 除速率提升物质赋予所述化学机械抛光组合物提升的钨去除速率，其中所述化学机械抛光 组合物展现钨去除速率提升。
[0026] 优选地，用于抛光包含钨的衬底的本发明化学机械抛光组合物包含：0.01到 40wt% (优选地0· 1到10wt% ;更优选地0· 1到5wt% ;最优选地1到4wt% )金属氧化物 磨料。
[0027] 优选地，金属氧化物磨料是二氧化硅磨料。更优选地，金属氧化物磨料是二氧化 硅磨料，其中所述二氧化硅磨料选自胶态二氧化硅磨料和烟雾状二氧化硅磨料中的至少 一者。最优选地，金属氧化物磨料是二氧化硅磨料，其选自带正电胶态二氧化硅磨料（例 如，可购自扶桑化学品有限公司（Fuso Chemical Co·, Ltd.)的扶桑（Fuso)PL-3胶态二 氧化娃磨料）和烟雾状二氧化娃磨料（例如，可购自赢创工业（Evonik Industries)的 AEROD丨SP? W 7512 S亲水性烟雾状二氧化硅分散液）。
[0028] 优选地，金属氧化物磨料的粒度是1到300nm (更优选地10到300 ;最优选地10到 200nm)。更优选地，金属氧化物磨料是二氧化硅磨料，其选自平均粒度为10到200nm (最优 选地25到50nm)的带正电胶态二氧化硅磨料和平均粒度为10到300nm(最优选地100到 200nm)的烟雾状二氧化硅磨料中的至少一者。
[0029] 优选地，本发明的化学机械抛光组合物含有0. 001到10wt% (更优选地0. 01到 lwt% ;最优选地0· 1到0· 5wt%