[发明专利]用于钴应用的化学机械抛光浆料

说明书

本发明涉及用于钴应用的化学机械抛光浆料。一种对包含钴的表面或基材进行抛光的浆料。所述浆料进一步包含各自具有磷酸根基团、长链烷基或二者的阴离子和/或阳离子表面活性剂。所述浆料还包含腐蚀抑制剂、磨料、去除速率增强剂、溶剂、pH调节剂和螯合剂。所述浆料的pH优选为8或更高。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月25日提交的美国临时专利申请序列号62/511,065的权益，其通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容提供了有利于对钴材料进行抛光的浓缩物和使用点(point-of-use)抛光浆料。特别地，本公开内容的浓缩物和浆料部分地包含高纯度磨料、具有磷酸根基团和/或长烷基链的阴离子表面活性剂、和苯并三唑衍生物的协同组合。

背景技术

近年来，钴作为用于按比例缩小芯片的新材料被越来越多地用于化学机械抛光(CMP)行业。之前，铜和钨用于现在使用钴的地方。钴非常好地粘附，具有均匀的沉积特性，具有低电阻/良好的导电性和良好的间隙填充。因此，在一些目前的和许多未来的芯片制造设计中，在多种芯片层中使用钴代替钨和/或铜。包含钴的商业产品将在2017年下半年出现在芯片中并且将在2018年非常广泛。

钴是机械上坚硬但化学上脆弱(fragile)的材料。例如，钴的莫氏硬度为5，而铜的莫氏硬度为3。(莫氏硬度越高，材料越硬——金刚石的莫氏硬度为10)。然而，钴是化学上非常脆弱且敏感(delicate)的，这是半导体工业所面临的一个主要问题。钴膜具有化学反应性且非常易受化学腐蚀影响。钴腐蚀使钴膜氧化至较高的氧化态。抛光后，如果腐蚀没有停止，则膜会继续被蚀刻和腐蚀。因此，当芯片中的电路和布线完成时，被腐蚀的区域泄漏电子，导致器件失效。

许多目前可用的CMP浆料被设计成去除较旧的芯片设计中更常见的材料，例如上述的铜和钨。这些较旧的CMP浆料中的某些组分可能在钴中导致有害和不可接受的缺陷，因为钴更易受化学腐蚀影响。因此，当在钴层上使用铜抛光浆料时，发生不可接受的腐蚀、晶片形貌和去除速率选择性。因此，需要一种优化期望材料的去除并仍然保护钴的新的CMP浆料。

发明内容

在一个实施方案中，本公开内容提供了在钴基材上使用的抛光浆料浓缩物，其包含：至少一种表面活性剂，该至少一种表面活性剂选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及其组合；至少一种唑，该至少一种唑选自苯并三唑、苯并三唑衍生物及其组合；溶剂；去除速率增强剂；磨料；pH调节剂，其为碱；和螯合剂。在一个实施方案中，阴离子表面活性剂存在，并且包含一个或更多个磷酸根基团和选自以下中的一者或更多者：长烷基链、多个环氧乙烷基团、以及长烷基链和多个环氧乙烷基团的组合。

在另一个实施方案中，本公开内容提供了在钴基材上使用的使用点(point-of-use)抛光浆料，其包含上述抛光浆料浓缩物、水、和氧化剂。基于所述浆料的总重量，表面活性剂以5ppm至1000ppm的量存在；基于所述浆料的总重量，苯并三唑、苯并三唑或其组合以10ppm至0.5％的量存在；基于所述浆料的总重量，溶剂以25ppm至2.0％的量存在；基于所述浆料的总重量，去除速率增强剂以0.01％至2.5％的量存在；基于所述浆料的总重量，磨料以1％至12％的量存在；基于所述浆料的总重量，pH调节剂以0.1％至10％的量存在；基于所述浆料的总重量，螯合剂以0.05％至2.5％的量存在；以及基于所述POU浆料的总重量，氧化剂以500ppm至约5％的量存在。

本公开内容还提供了用于对至少部分包含钴的基材进行抛光的方法。在一种方法中，将浓缩物稀释以形成使用点浆料，然后使基材与所述使用点浆料接触。另一种方法包括使基材与浆料接触的步骤。

如在本公开内容中所使用的，“浓缩物”是这样的组合物：其包含比在使用点(POU)(即，组合物接触待抛光晶片的点)处使用的组分更高量的组分。使用者可以取浓缩物并用其他成分(例如，水、或氧化剂如过氧化氢)将其稀释，使得POU浆料最终具有低于浆料中的组分的重量百分比的组分。

附图说明