[发明专利]用于金属的化学机械抛光的组合物及方法

说明书

用于对基板进行抛光的化学机械抛光组合物，其包含：液体载剂；以及分散于该液体载剂中的阳离子型金属氧化物研磨剂颗粒。该阳离子型金属氧化物研磨剂颗粒具有经至少一种化合物改性的表面，该至少一种化合物由具有至少一个季铵基的甲硅烷基组成。用于对包括金属层的基板进行化学机械抛光的方法，其包括：使该基板与上述抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，以及研磨该基板以自该基板移除该金属层的一部分且由此对该基板进行抛光。

背景技术

钨插塞及钨互连及铜互连以及双镶嵌制程为后段(back end of the line；BEOL)制程，该后段制程已长期用于形成连接常规半导体器件中的晶体管的金属线网络。在这些制程中，将金属层沉积于形成于介电材料(例如，TEOS)中的开口中。化学机械抛光(CMP)用于自介电质移除过量金属，且由此形成导电插塞和/或其中的互连件。层间介电(interlayer dielectric；ILD)材料(诸如TEOS)沉积于金属互连层级之间以在层级之间提供电绝缘。

随着半导体器件的特征大小持续缩减，在CMP操作中(尤其在金属CMP操作中)符合局部及全局平面度(planarity)需求已变得愈来愈困难。已知阵列侵蚀(也称为氧化物侵蚀)以及插塞及线的凹入(也称为凹陷)将损害平面度及总体器件整合性。此外，局部金属损失可能造成可降低电效能的电接触问题。工业中需要在金属CMP操作期间提供经改善的平面度(尤其是降低的金属损失)的金属CMP浆料(或组合物)。

此外，钴正在成为用以代替某些铜互连应用中的钽/钽氮化物阻挡物层叠体的主要候选者，且还经研究作为某些BEOL应用中的对钨金属的替代物。随着潜在(可能，potential)引入钴作为铜阻挡层和/或作为钨插塞和/或钨互连件替代物，存在对能够将含钴的基板有效平面化的CMP浆料的新兴需求。

发明内容

公开了化学机械抛光组合物，其包含以下、基本上由以下组成、或由以下组成：液体载剂；及阳离子型金属氧化物研磨剂颗粒，其分散于该液体载剂中。在第一实施方式中，该研磨剂颗粒具有经至少一种化合物改性的表面，该至少一种化合物包含以下、主要由以下组成、或由以下组成：由通式(1)表示的甲硅烷基：

--Si(X)_n-[L-O-R-A]_3-n(1)

其中X相同或不同，且各自表示羟基、能够水解的取代基、不能够水解的取代基、或与该颗粒或另一甲硅烷基的O-Si的键；n为0、1或2；L为连接基团；O为氧杂原子；R为含有氨基、羟基或不饱和键的烷基；且A为季铵基。在该第一实施方式中，该液体载剂优选为水或基于水的，且该金属氧化物研磨剂颗粒优选地具有在约30nm至约90nm的范围内的平均粒径。

在第二实施方式中，该研磨剂颗粒具有经至少一种化合物改性的表面，该至少一种化合物包含以下、主要由以下组成、或由以下组成：由通式(2)或通式(3)表示的甲硅烷基：

--Si(X)_n-[L-CR¹(OH)-C(R²)₂-A]_3-n(2)

其中X相同或不同，且各自表示羟基、能够水解的取代基、不能够水解的取代基、或与该颗粒或另一甲硅烷基的O-Si的键；n为0、1或2；L为连接基团；R¹为氢原子或含有氨基、羟基或不饱和键的烷基；R²相同或不同，且各自表示氢原子或含有氨基、羟基或不饱和键的烷基；且A为季铵基；

其中X'相同或不同，且各自表示羟基、能够水解的取代基、不能够水解的取代基、或与该颗粒或另一甲硅烷基的O-Si的键；n'为0、1或2；L'为连接基团；且A'为季铵基。在该第二实施方式中，该金属氧化物研磨剂颗粒可优选地具有在约1.5至约5.0的范围内的聚集比率(aggregation ratio)。