用于抑制氮化钛及钛/氮化钛移除的化学机械抛光方法
【专利摘要】本发明描述一种用于移除沉积在氮化钛(TiN)或钛/氮化钛(Ti/TiN)阻挡层上的金属层的化学机械抛光(CMP)方法。该方法包括用酸性CMP组合物磨除该金属层以暴露出下面的TiN或Ti/TiN层，其中，由于表面活性剂抑制剂的存在而以低速率抛光该TiN或Ti/TiN层。该酸性CMP组合物包含悬浮于含有选自阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂及其组合的表面活性剂的液体载剂中的粒状研磨剂(例如二氧化硅、氧化铝)。
【专利说明】
用于抑制氮化铁及铁/氮化铁移除的化学机械抛光方法
技术领域
[0001] 本发明设及化学机械抛光(CMP)组合物及方法。更具体地说，本发明设及用于抑制 氮化铁及铁/氮化铁阻挡层移除的CMP方法W及为此的CMP组合物。
【背景技术】
[0002] 在制造先进的半导体器件(存储器件和逻辑器件运两者）中，某些集成方案需要选 择性移除金属（例ク日Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止）、 W、Pt)或电介质（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，在到达阻挡层时停止移除(通常称为"阻挡物上停止(stop on barrier)")。用于 基板表面的化学机械抛光(CMP)的组合物及方法是本领域所熟知的。用于半导体基板表面 的CMP (例如用于集成电路制造）的抛光组合物（亦称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)典 型地含有研磨剂、各种添加剂化合物及其类似者。在阻挡层由氮化铁(TiN)及铁/氮化铁 (Ti/TiN)形成的情况下，阻挡物上停止的工艺可为困难的，因为典型的CMP组合物对于相对 于TiN或Ti/TiN层移除上覆金属层不具有特别的选择性。
[0003] 所述阻挡物上停止技术的一个特定应用为用于鹤(W)栅极形成，其设及对设置于 氧化物基板上方的阻挡层上的W层进行CMP移除。氧化物基板中的凹陷内衬有阻挡层的一部 分且填充有W金属。在抛光期间，通过CMP移除W层，向下达到阻挡层的平面部分。然后，通过 蚀刻移除在凹陷内的W的一部分W形成栅极结构。所述阻挡物上停止技术中的一个主要困 难是阻挡层的平面部分的不合乎期望的移除，其可导致较低的栅极高度或其它问题。经常， CMP组合物的选择性不足W在暴露出阻挡层时可靠且一致地(consistently)停止材料的移 除。
[0004] 考虑到在移除TiN或Ti/TiN阻挡物上的金属中所遇到的困难，存在对于在抑制Ti/ Ti啡且挡物移除的同时实现金属的有效移除的CMP组合物及方法的持续需要。本文描述的方 法及组合物解决此需要。
【发明内容】
[0005] 本文描述一种用于移除沉积在TiN或Ti/Ti啡且挡层上的金属、电介质或聚合物层 的化学机械抛光(CMP)方法。该方法包括用酸性CMP组合物(例如与CMP抛光装置中的抛光垫 一起）研磨掉金属（例如 Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停 止）、W、Pt)或电介质(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组合物包含悬浮于含有选自阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非 离子型表面活性剂及其组合的表面活性剂的液体载剂中的粒状研磨剂(例如二氧化娃、氧 化侣）。该方法特别适用于包含TiN或Ti/Ti啡且挡层的基板的阻挡物上停止抛光（stop-on- barrier polishing) 。 令人惊讶地， 表面活性剂帮助抑制TiN和Ti/TiN的移除而不干扰金 属、电介质或聚合物的移除。
[0006] 在一些实施方式中，所述CMP组合物包含0.001-10重量％ (wt% )的粒状研磨剂。粒 状研磨剂的一些实例包括平均粒径为10至300的胶体二氧化娃及平均粒径为10至300的氧 化侣。所述CMP组合物的抑优选在2至7的范围内。表面活性剂可例如W10-50,000百万分率 (pa;rt-pe;r-million;ppm)范围内的浓度存在于CMP组合物中。
[0007]在一些优选实施方式中，所述CMP组合物进一步包含氧化剂(例如过氧化氨），举例 来说，0-5wt %的过氧化氨。
[000引在一些实施方式中，表面活性剂可包含阴离子型表面活性剂，诸如横酸盐表面活 性剂、硫酸盐表面活性剂、麟酸盐表面活性剂(例如烷基麟酸盐)及憐酸盐表面活性剂(例如 烷基憐酸盐单醋或二醋、或者乙氧基化的烷基憐酸盐）。可选择地，或者此外，表面活性剂可 包含非离子型表面活性剂，诸如烘二醇表面活性剂。一些优选的阴离子型表面活性剂包括， 例如，阴离子型横酸盐表面活性剂，诸如烧芳基横酸盐(例如烷基苯横酸盐，诸如十二烷基 苯横酸盐）、单烷基横基下二酸盐及二烷基横基下二酸盐。
[0009] 在优选的实施方式中，所述CMP组合物包含在含水载剂中的0.001-1 Owt %的二氧 化娃或氧化侣研磨剂、10-50，OOOppm的横酸盐表面活性剂W及0-5wt %的过氧化氨，在范围 为2至7的抑下。横酸盐表面活性剂优选包含烷基苯横酸盐表面活性剂(诸如十二烷基苯横 酸盐)和/或单烷基或二烷基的横基下二酸盐表面活性剂。
[0010] 在另一优选实施方式中，所述CMP组合物包含在含水载剂中的O.OOl-lOwt%的二 氧化娃或氧化侣研磨剂、10-50，OOOppm的非离子型表面活性剂W及0-5wt %的过氧化氨，在 范围为2至7的抑下。非离子型表面活性剂优选包含烘二醇表面活性剂(例如烘属二醇、其乙 氧基化物、其乙氧基化物-丙氧基化物、或者前述中的两种或更多种的组合）。
[0011] 本文所述的组合物及方法有利地提供了对于相对于TiN及Ti/TiN移除金属的优异 选择性。具体地说，阴离子型表面活性剂及非离子型表面活性剂令人惊讶地帮助抑制TiN和 Ti/TiN的移除且同时仍允许可接受的金属移除速率。
【附图说明】
[0012] 图1提供了在用包含不同阴离子型表面活性剂及非离子型表面活性剂的CMP组合 物抛光TiN毯覆式晶片时所观测到的TiN移除速率(RR)抑制（％ )的图。
[001引图2提供了抑为2.3且包含0.025重量％ (wt % )胶体二氧化娃、与0.162wt %丙二酸 馨合的75化pm铁离子、W及lOOOppm(活性物浓度）的不同表面活性剂的CMP组合物的TiN移 除速率的图。
[0014] 图3提供了在使用处于不同的二氧化娃固体含量浓度(SC%)下的具有(w/)及不具 有(w/o) 100化pm十二烷基苯横酸表面活性剂的包含胶体二氧化娃的CMP组合物抛光TiN毯 覆式晶片时所观测到的TiN RR及TiN RR抑制（％ )的图。
[0015] 图4提供了在使用处于不同的组合物抑值下的具有(w/)及不具有(w/o)10(K)ppm十 二烷基苯横酸表面活性剂的包含〇.〇25wt%胶体二氧化娃的CMP组合物抛光TiN毯覆式晶片 时所观测到的TiN RR及TiN RR抑制（％ )的图。
[0016] 图5提供了在使用具有(w/)及不具有(w/o)10(K)ppm十二烷基苯横酸表面活性剂的 包含0.025wt%不同研磨剂的CMP组合物抛光TiN毯覆式晶片时所观测到的TiN RR及TiN RR 抑制（％ )的图。
【具体实施方式】
[0017] 适用于本文所述的方法的CMP组合物包括在含水载剂中的粒状研磨剂及表面活性 剂。所述组合物令人惊讶地导致:抑制TiN及Ti/TiN的移除速率且同时仍提供金属(例如Cu、 CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止）、W、Pt)或电介质（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组合物的表面活性剂组分可包含阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活 性剂、非离子型表面活性剂、或者它们的组合。如本文所述，该组合物可包含单一的表面活 性剂、来自单一种类(或子类)表面活性剂的多种表面活性剂，或者任选地可包含来自不同 表面活性剂种类(或子类)的两种或更多种表面活性剂的组合。表面活性剂在所述组合物中 的浓度可为至少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，表面活性剂在所述组合物中的浓度可为不超过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，表面活性剂W10- 50，00化pm、优选50-500化pm范围内的浓度存在于所述CMP组合物中。
[0019] 优选地，阴离子型表面活性剂选自一般种类的麟酸盐表面活性剂、憐酸盐表面活 性剂、横酸盐表面活性剂及硫酸盐表面活性剂。如本文所用的术语"麟酸盐"、"憐酸盐"、"横 酸盐"及"硫酸盐"是指表面活性剂的离子化（阴离子)形式(其包括至少一个阴离子氧似及 表面活性剂的酸形式(其包括至少一个酸性0H基团）。如本领域中熟知的，许多基于硫及基 于憐的表面活性剂的酸形式通常是高度酸性的且甚至在相对低的pH值(例如抑为2至3)下 倾向于离子化。因此，本发明的CMP组合物中的阴离子型表面活性剂通常将主要W阴离子的 形式存在，而不论是W盐的形式还是W酸的形式添加表面活性剂至所述组合物中。
[0020] 适用于本文所述的CMP组合物的横酸盐表面活性剂的非限制性实例的子类包括烧 芳基横酸盐(例如烷基苯横酸盐，诸如十二烷基苯横酸盐）、烷基横酸盐(例如締基横酸盐， 诸如α-締控横酸盐、烷基甘油醋横酸盐、烷基酸横酸盐及烷基横基乙酸盐）、横基下二酸盐 (例如单烷基横基下二酸盐及二烷基横基下二酸盐）、酷基牛横酸盐(acyl taurate)及酷基 径乙基横酸盐。
[0021] 烧芳基横酸盐为一个优选类别的阴离子型表面活性剂。烷基可在相对于横酸基团 的任意位置处连接至芳基(例如苯)部分。烷基通常将包括超过6个的碳原子且可为直链或 支链的。支链烷基可经由伯碳(例如亚甲基）、仲碳或叔碳连接至芳基部分。优选的烧芳基横 酸盐为十二烷基苯横酸盐，其中，十二烷基可为具有总计十二个碳的任何烷基，且因此可为 直链或支链的。支链十二烷基可经由伯碳(例如亚甲基）、仲碳或叔碳连接至苯部分。优选 地，十二烷基包含经由仲碳原子（即，在内部地沿着十二烷基链而非在该链的一端处)连接 至苯基的直链十二烷基链。
[0022] 化学领域中的普通技术人员将易于理解，在给定的CMP组合物中的表面活性剂通 常将被选择成在CMP组合物的储存抑下稳定的。因此，优选的阴离子型表面活性剂类别为麟 酸盐及横酸盐表面活性剂（即，其中表面活性剂的疏水性部分通过C-S或C-P键结合至亲水 性的S或P基团的表面活性剂），与憐酸盐和硫酸盐相反地，其由于表面活性剂的疏水性部分 与亲水性部分之间的醋键而往往在酸性pH下具有稳定性问题。另外，优选的横酸盐及麟酸 盐表面活性剂为运样的材料，在该材料中，疏水性部分包括相对地酸稳定的键（即，c-c键酸 及酷胺，且在一些情况下为簇酸醋基团）。相对地酸稳定的横酸盐的一些实例包括例如烧芳 基横酸盐、締基横酸盐、烷基酸横酸盐、酷基牛横酸盐、单烷基横基下二酸盐及二烷基横基 下二酸盐。
[0023] 优选的非离子型表面活性剂包括烧芳基醇、烘醇及烘二醇(通常亦称为烘属二醇 表面活性剂），包括诸如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- 4，7-二醇及其类似者的烘二醇材料，W及乙氧基化烘二醇及乙氧基化-丙氧基化烘二醇。举 例而言，烘二醇表面活性剂可由W下式I和式II表示，其中Ri及R4为包含3至10个碳原子的直 链或支链烷基链;R2及R3为Η或包含1至5个碳原子的烷基链，及m、n、p及q为平均值在0至20范 围内的数字。运样的烘二醇表面活性剂及其制备的实例描述于例如Zhang等人的美国专利 第6,641,896 号中。
[0024]
[0025] 粒状研磨剂可为适合用于CMP应用的任何研磨剂，例如Si化（二氧化娃）、Al2〇3(氧 化侣）、Ce〇2(二氧化姉）、化〇2(氧化错)或Mn〇2。研磨剂可具有任何适合的平均粒径（即，平均 颗粒直径）。研磨剂的平均粒径可为4nm或更大、lOnm或更大、15nm或更大、20nm或更大、或者 25nm或更大。可选择地，或者此外，研磨剂的平均粒径可为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，研磨剂可具有由W上端点的任何两个限定的平均 粒径。对于非球形颗粒，颗粒的尺寸为包围该颗粒的最小球体的直径。在一些优选实施方式 中，研磨剂选自二氧化娃(例如胶体二氧化娃)及氧化侣。优选地，粒状研磨剂的平均粒径为 10-300nm。优选的胶体二氧化娃研磨剂的平均粒径在10-300nm、优选10-150nm范围内。二氧 化娃颗粒一般可为球形、扁球形、哑铃形或虽形。优选的氧化侣研磨剂的平均粒径为10- 300nm、更优选为 l〇-150nm。
[00%] 所述抛光组合物可含有O.OOlwt. %或更多、0.1 wt. %或更多、0.25wt. %或更多、 或者0.5wt. %或更多的研磨剂。可选择地，或者此外，所述抛光组合物可含有lOwt. %或更 低、5wt. %或更低、4wt. %或更低、3wt. %或更低、或者. %或更低的研磨剂。因此，所述 抛光组合物可包含具有由针对研磨剂所列举的W上端点中的任何两个限定的量的研磨剂。 研磨剂典型地W0.0 Ol-lOwt%、优选0.001-5wt%的范围内的浓度存在于CMP组合物中。优 选地，研磨剂WO.OOl-lOwt% (例如0.001-5wt%)的浓度存在于CMP组合物中。在如本文所 述的抛光方法期间的使用点处，研磨剂优选W0. 〇〇l-5wt% (例如0.001-2wt %)的浓度存在 于CMP组合物中。
[0027]合乎需要地，二氧化娃研磨剂在所述抛光组合物中在抑2.3下将具有大于OmV的ζ 电位。颗粒的ζ电位是指颗粒周围的离子的电荷与本体溶液(例如液体载剂及其中溶解的任 何其它组分）的电荷之间的差异。
[0028] 本发明的组合物具有酸性pH，即pH小于7。在一些实施方式中，pH可在2直至7的范 围内，例如2至6,例如3至5。优选地，pH在2至5的范围内。所述组合物的pH可通过纳入包括酸 性组分(其可包含任何无机或有机酸）的缓冲材料来达成和/或维持。优选地，酸性pH通过包 含具有适于实现所期望的pH的量及比率的碱性及酸性组分的有机或无机缓冲剂来维持。酸 性缓冲剂是化学领域中的普通技术人员熟知的。
[0029] 在一些优选实施方式中，所述CMP组合物进一步包含氧化剂，诸如过氧化氨，任选 地与金属离子(例如铁离子)组合。所述抛光组合物可含有任何适合量的氧化剂。所述抛光 组合物可含有0.05wt. %或更高、0.1 wt. %或更高、或者0.25wt. %或更高的氧化剂。可选择 地，或者此外，所述抛光组合物可含有5wt. %或更低、2.5wt. %或更低、Iwt. %或更低、 0.8wt. %或更低、或者0.6wt. %或更低的氧化剂。因此，所述抛光组合物可包含具有由针对 氧化剂所列举的W上端点中的任何两个限定的量的氧化剂。在一些实施方式中，所述CMP组 合物在使用点处包含〇-5wt %的过氧化氨。
[0030] 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。载体组件对基板提供可控制的压力，促进基板与抛光垫相抵。所述垫和载体 及其连接的基板相对于彼此移动。所述垫与基板的相对移动用于研磨基板表面W自基板表 面移除材料的一部分，从而抛光基板。基板表面的抛光典型地通过抛光组合物的化学活性 (例如通过存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂)和/或悬浮于抛光组合物中 的粒状研磨剂的机械活性而得到进一步辅助。
[0031] 本发明的抛光组合物任选地还可包括通常包括于抛光组合物中的适量的一种或 多种其它添加剂材料，诸如金属络合剂、分散剂、稳定剂、腐蚀抑制剂、粘度调节剂、杀生物 剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、无机盐及其类似者。举例而言，所述组合物 可包括杀生物剂，诸如KATHON饭或NEOLONFj货杀生物剂；络合剂，诸如乙酸、组氨 酸、赖氨酸、甘氨酸、化晚甲酸、酒石酸、亚氨基二乙酸、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、鸟氨酸或脯氨酸;腐蚀抑制剂，诸如苯并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;及其类似者。在一些实施方式中，所述CMP组合物可包括水溶性盐，例如硝酸锭，用 于轮廓控制及导电性(conductivity)。举例而言，所述组合物可包括50-200化pm的水溶性 盐。所述CMP组合物还可包括可相对于娃氮化物选择性地结合至娃氧化物W进一步辅助娃 氮化物移除选择性的阳离子型表面活性剂。
[0032] 含水载剂可为任何含水溶剂，例如水、含水甲醇、含水乙醇、其组合及其类似者。优 选地，含水载剂包含水、更优选去离子水，基本上由水、更优选去离子水组成，或者由水、更 优选去离子水组成。
[0033] 本文所述的方法中所用的抛光组合物可通过任何适合技术制备，其中许多技术是 本领域技术人员已知的。所述抛光组合物可W分批或连续工艺制备。一般而言，所述抛光组 合物可通过W任何顺序组合其组分来制备。如本文所用的术语"组分"包括单独的成分(例 如研磨剂、聚合物、馨合剂、缓冲剂及其类似者及成分的任何组合。举例而言，二氧化姉 研磨剂可分散于水中、与聚合物组分组合及通过任何能够将所述组分并入抛光组合物中的 方法混合。典型地，当使用氧化剂时，直至组合物准备用于CMP工艺时才将氧化剂添加至抛 光组合物，例如可刚好在开始抛光之前添加氧化剂。可在任何适合的时刻通过按照需要添 加酸或碱进一步调节pH。
[0034] 本发明的抛光组合物还能够W浓缩物形式提供，其用来在使用之前用适量的含水 溶剂(例如水)来进行稀释。在运样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可包括W如下的量分 散或溶解于含水溶剂中的各种组分，所述量使得在用适量的含水溶剂稀释浓缩物时，抛光 组合物的各组分将W用于应用的适当范围内的量存在于抛光组合物中。
[0035] 本发明的CMP方法优选使用化学机械抛光装置实现。典型地，CMP装置包括:压板， 其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性和/或圆周运动产生的速度;抛光垫，其与压板 接触且在运动时相对于压板移动；及载体，其固持待通过接触抛光垫的表面且相对于抛光 垫的表面移动进行抛光的基板。基板的抛光通过W下步骤来进行:将基板置放成与抛光垫 及本发明的抛光组合物接触且然后使抛光垫相对于基板移动，W便磨除基板的至少一部分 W抛光基板。
[0036] W下实施例进一步说明本发明的某些方面，但当然不应解释为W任何方式限制其 范畴。如本文及在W下实施例和权利要求书中所用的，报导为百万分率（ppm)或重量％ (wt%)的浓度是基于所关注的活性组分的重量除W组合物的重量。
[0037] 提供W下非限制性实施例W进一步说明本文所述的组合物及方法的某些方面及 特征。
[003引实施例1
[0039] 该实施例说明了不同表面活性剂对TiN移除速率抑制的影响。
[0040] 该实施例及W下实施例中所用的研磨剂概述于表1中。
[0041] 表 1
[0042]
[0043] 制备抑为2.3且包含0.025重量％ (wt% )胶体二氧化娃(来自表1的研磨剂J，化so 化emical Co丄td. )、0.5wt%过氧化氨及lOOOppm(活性物浓度）的表1中所列的各种表面活 性剂、其余为水的含水CMP组合物。使用化jiboH7000抛光垫及W下抛光参数通过各种组合 物对TiN毯覆式晶片抛光60秒：11 Irpm的载体速度、113rpm的压板速度、1.5psi的向下力及 150mL的浆料流量。将使用各组合物观测到的TiN移除量与在用具有与测试组合物相同的基 本配方但不具有任何添加的表面活性剂的比较CMP组合物(对照物)抛光TiN毯覆式晶片时 观测到的TiN移除量进行比较。TiN移除速率(RR)抑制通过对照物的移除速率减去测试组合 物的移除速率来计算且所述差值表示为对照物的百分比。
[0044] 图1提供所观测到的各种阴离子型表面活性剂及非离子型表面活性剂的TiN RR抑 审IJ( % )的图。表面活性剂抑制剂及各种非表面活性剂添加剂(例如氨基酸及Ξ挫）的评估表 明非表面活性剂添加剂不适合于提供所期望的TiN RR抑制。在一些情况下，特别是对于硫 酸盐、横酸盐、憐酸盐、烧芳基醇、酷胺及烘二醇表面活性剂，观测到大于80%的TiN RR抑制 (参见例如图 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)的结果）。
[0045] 表 2
[0046]
[0047] 表2(续）
[004引
[0049]表 2(续）
[(Κ)加]
[0化1] *在表2中：CAS =活性组分的Qiemical Abstracts Service登记编号。
[0052]品牌为SURFYNOL及ZETAS阳R沈的表面活性剂购自Air Products and Chemicals, Inc.;品牌为SINOPOL及SINONATE的表面活性剂购自Sino-化pan Chemical Co丄td.;品牌 为OLFI肥的表面活性剂购自化in-Etsu化emical Co.;品牌为RHODAFAC的表面活性剂购自 化odia;品牌为ADEKA的表面活性剂购自Adeka Co巧.，品牌为D0WFAX的表面活性剂购自Dow Chemical Co; W及品牌为ALC0SPER沈的表面活性剂购自AkzoNobel Surface化emist巧， LLC。
[0化3] 实施例2
[0054] 该实施例说明铁离子作为氧化剂对包含不同表面活性剂的CMP组合物的TiN RR的 影响。
[0055] 制备抑为2.3且包含0.025重量％ (wt% )胶体二氧化娃(来自表1的研磨剂J，化so Chemical Co丄td.)、750ppm硝酸铁及0.162wt%丙二酸、另外含有1000ppm(W活性物浓度 计）的不同表面活性剂的含水CMP组合物。使用W下抛光参数通过抛光垫(Fujibo)及所述 CMP组合物对TiN毯覆式晶片抛光60秒。111巧m的载体速度、113rpm的压板速度、1.5psi的向 下力及150ml的浆料流量。图2提供与不具有表面活性剂抑制剂的相似组合物相比的各种组 合物的TiN移除速率的图。
[0056] 图2中的结果显示:最低的TiN移除速率（即，最高的TiN RR抑制)通过十二烷基苯 横酸(DBS)W及(C10-C14)烷基苯横酸盐与乙氧基化(C6-C12)醇(ZETASP邸SE 2300)的混合 物获得，运两者均为烷基苯横酸盐表面活性剂。
[0化7] 实施例3
[0058] 该实施例说明研磨剂固体浓度对具有及不具有十二烷基苯横酸(DBS)表面活性剂 的包含胶体二氧化娃研磨剂的CMP组合物的TiN RR抑制的影响。
[0059] W不同的研磨剂固体浓度(SC%)制备在抑2.3下的包含胶体二氧化娃研磨剂(来 自表1的研磨剂JJuso Chemical Co.)及0.5wt%过氧化氨、具有及不具有lOOOppm DBS的 含水抛光浆料，且通过使用化jibo H7000抛光垫及W下抛光参数对TiN毯覆式晶片抛光60 秒进行评估：11 Irpm的载体速度、113巧m的压板速度、1.5ps i的向下力及150mL的浆料流量。 抛光结果W图形方式展示于图3中。
[0060] 图3中的数据表明：TiN RR抑制在0.025wt%至lOwt%的固体浓度范围内稍微 (somewhat)可变地分布在38%至100%的范围内，其中，在用于该评估的抛光条件下，TiN RR保持小于50A/分钟直至2.Swt%的固体浓度。另外，所述结果表明：即使在导致较高抛光 速率的高固体浓度(10%)下，TiN RR抑制仍是高的(71%)。
[0061 ] 实施例4
[0062]该实施例说明P取?具有及不具有十二烷基苯横酸(DBS)表面活性剂的包含胶体二 氧化娃研磨剂的CMP组合物的TiN RR抑制的影响。
[00创在2至7的整数pH值下制备在pH 2.3下的包含胶体二氧化娃研磨剂（来自表1的研 磨剂J，化so Chemical Co丄td.)及0.5wt%过氧化氨、具有及不具有lOOOppm DBS的含水抛 光浆料。通过使用W下抛光参数对TiN毯覆式晶片抛光60秒来评估CMP组合物：Fujibo H7000抛光垫、111巧m的载体速度、113巧m的压板速度、1.5psi的向下力及150mL的浆料流 量。抛光结果W图形方式展示于图4中。
[0064]图4中的结果表明：在抑2和3下获得最高的TiN RR抑制水平。
[00化]实施例5
[0066] 该实施例说明不同研磨材料对具有及不具有十二烷基苯横酸(DBS)表面活性剂的 CMP组合物的TiN RR抑制的影响。
[0067] 制备在抑2.3下的包含0.025**%表1中所列的研磨剂及0.5**%过氧化氨、具有 及不具有lOOOppm DBS的含水抛光浆料。通过使用W下抛光参数对TiN及W毯覆式晶片抛光 60秒来评估CMP组合物：Fu j ibo H7000抛光垫、111巧m的载体速度、113巧m的压板速度、 1.5p S i的向下力及150mL的浆料流量。T i N抛光结果W图形方式展示于图5中。
[0068] 图5中的结果表明，对于具有表面活性剂的处理，所有经测试的研磨剂均展示出非 常高的TiN RR抑制，其中，实际的TiN RR值在评估条件下小于20A/分钟。所述结果还表明， 对于不具有表面活性剂的处理，TiN RR在宽范围内变化，例如，从500A/分钟至63A/分钟。
[0069] 本文中所引用的所有参考文献，包括公开物、专利申请及专利均W引用的方式并 入本文中，该引用程度就如同单独及特定地指示各参考文献W引用的方式并入且全文阐述 于本文中一般。
[0070] 除非本文中另外指明或上下文明显矛盾，否则在描述本发明的上下文中（尤其是 在权利要求书的上下文中）使用的术语"一"与"一个"及"该及类似的指示物均应解释为 涵盖单数及复数。除非另外说明，否则术语"包含"、"具有"、"包括"及"含有"均解释为开放 式术语（即，意味着"包括，但不限于"）。术语"由…组服'及"由…构服'应解释为封闭式术 语，其将任何组合物或方法分别限制为本说明书的给定权利要求或部分中所列出的指定的 组分或步骤。另外，且由于其开放性质，术语"包含"广泛地涵盖基本上由所指定的组分或步 骤组成或者由所指定的组分或步骤组成的组合物及方法，除了包括超出本说明书的给定权 利要求或部分中所列出的那些组分或步骤的其它组分或步骤的组合物及方法之外。除非本 文中另外指明，否则本文列举的值的范围仅意欲充当个别提及属于该范围内的各独立值的 速记方法，且各独立值如同其在本文中单独列举一般并入本说明书中。通过量测获得的所 有数值(例如重量、浓度、物理尺寸、移除速率、流量及其类似者)不应解释为绝对精确数字， 且应视为涵盖在本领域中常用的量测技术的已知极限内的值，而不论是否明确陈述术语 "约"。除非本文中另外指明或另外上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可W任何适 合顺序执行。除非另外主张，否则本文所提供的任何及所有实施例或例示性语言（例如"诸 如"）的使用仅意欲更好地阐明本发明的某些方面并且不限制本发明的范围。本说明书中的 任何语言均不应解释为指示实践本发明所必需的任何未要求保护的要素。
[0071]本文描述本发明的优选实施方式，其包括本发明人已知用于进行本发明的最佳模 式。在阅读前文描述时，运些优选实施方式的变化对于本领域普通技术人员而言可变得明 晰。本发明人预期本领域技术人员适当地采用运样的变化，且本发明人意欲W不同于本文 中具体描述的方式来实施本发明。因此，若适用的法律允许的话，本发明包括所附权利要求 书中所列举的主题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显矛 盾，否则本发明涵盖上述要素 W其所有可能变化形式的任意组合。
【主权项】
1. 一种抛光包含氮化钛（TiN)或钛/氮化钛（Ti/TiN)阻挡层的基板的化学机械抛光 (CMP)方法，该方法包括使该基板与包含悬浮于液体载剂中的粒状研磨剂的酸性CMP组合物 接触，该液体载剂包含选自阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性 剂及其组合的表面活性剂。2. 权利要求1的方法，其中该粒状研磨剂包含胶体二氧化硅。3. 权利要求1的方法，其中该粒状研磨剂包含氧化铝。4. 权利要求1的方法，其中该粒状研磨剂包含胶体二氧化硅与氧化铝的组合。5. 权利要求1的方法，其中该粒状研磨剂以0.001 -10重量％ (wt % )的浓度存在于该CMP 组合物中。6. 权利要求1的方法，其中该表面活性剂以10-50，000百万分率(ppm)范围内的浓度存 在于该CMP组合物中。7. 权利要求1的方法，其中该表面活性剂包含炔二醇非离子型表面活性剂。8. 权利要求1的方法，其中该表面活性剂包含磺酸盐阴离子型表面活性剂。9. 权利要求8的方法，其中该阴离子型表面活性剂包含烷芳基磺酸盐。10. 权利要求9的方法，其中该烷芳基磺酸盐包含烷基苯磺酸盐。11. 权利要求10的方法，其中该烷基苯磺酸盐包含十二烷基苯磺酸盐。12. 权利要求8的方法，其中该阴离子型表面活性剂包含单烷基磺基丁二酸盐、二烷基 磺基丁二酸盐、或其组合。13. 权利要求1的方法，其中该表面活性剂包含选自磺酸盐表面活性剂、硫酸盐表面活 性剂、膦酸盐表面活性剂及磷酸盐表面活性剂的至少一种阴离子型表面活性剂。14. 权利要求1的方法，其中该CMP组合物的pH在2至7的范围内。15. 权利要求1的方法，其中该CMP组合物进一步包含氧化剂。16. 权利要求15的方法，其中该氧化剂包含过氧化氢。17. 权利要求16的方法，其中该过氧化氢以0.01 -5wt %范围内的浓度存在于该CMP组合 物中。18. 权利要求1的方法，其中连同CMP抛光装置中的抛光垫来完成磨除。19. 权利要求1的方法，其中该CMP组合物包含在2至7的pH下、在含水载剂中的0.001-1 Owt %研磨剂、10-50，OOOppm磺酸盐表面活性剂及0 · 01 -5wt %过氧化氢。20. 权利要求19的方法，其中该磺酸盐表面活性剂包含烷基苯磺酸盐。21. 权利要求20的方法，其中该烷基苯磺酸盐包含十二烷基苯磺酸盐。22. 权利要求19的方法，其中该磺酸盐表面活性剂包含单烷基磺基丁二酸盐、二烷基磺 基丁二酸盐、或其组合。23. 权利要求1的方法，其中该CMP组合物包含在2至7的pH下、在含水载剂中的0.001-10wt %研磨剂、10-50，OOOppm非离子型表面活性剂及〇-5wt %过氧化氢。24. 权利要求23的方法，其中该非离子型表面活性剂包含炔二醇。
【文档编号】H01L21/304GK106062931SQ201580007554
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年2月6日
【发明人】侯惠芳, W.沃德, 叶铭智, 蔡智斌
【申请人】嘉柏微电子材料股份公司