CN105440952A - 减少抛光浆料中的大颗粒计数 - Google Patents
减少抛光浆料中的大颗粒计数 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105440952A CN105440952A CN201510508285.4A CN201510508285A CN105440952A CN 105440952 A CN105440952 A CN 105440952A CN 201510508285 A CN201510508285 A CN 201510508285A CN 105440952 A CN105440952 A CN 105440952A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rre
- lpcs
- slurry
- toughener
- clearance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title abstract description 62
- 239000002245 particle Substances 0.000 title abstract description 21
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 27
- 239000012745 toughening agent Substances 0.000 claims description 19
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Natural products NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 6
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 6
- -1 organic acid salt Chemical class 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 4
- CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2h-benzotriazole Chemical compound CC1=CC=CC2=NNN=C12 CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N N,N-bis{2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl}glycine Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(=O)O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 claims description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 2
- 150000007524 organic acids Chemical group 0.000 claims description 2
- 229960003330 pentetic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 claims description 2
- 150000003856 quaternary ammonium compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 2
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- XWNSFEAWWGGSKJ-UHFFFAOYSA-N 4-acetyl-4-methylheptanedinitrile Chemical compound N#CCCC(C)(C(=O)C)CCC#N XWNSFEAWWGGSKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004160 Ammonium persulphate Substances 0.000 claims 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004153 Potassium bromate Substances 0.000 claims 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims 1
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 235000019395 ammonium persulphate Nutrition 0.000 claims 1
- 150000001565 benzotriazoles Chemical class 0.000 claims 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003139 biocide Substances 0.000 claims 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims 1
- 125000003630 glycyl group Chemical group [H]N([H])C([H])([H])C(*)=O 0.000 claims 1
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims 1
- YZQBYALVHAANGI-UHFFFAOYSA-N magnesium;dihypochlorite Chemical compound [Mg+2].Cl[O-].Cl[O-] YZQBYALVHAANGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 claims 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 claims 1
- 150000004965 peroxy acids Chemical class 0.000 claims 1
- 235000019396 potassium bromate Nutrition 0.000 claims 1
- 229940094037 potassium bromate Drugs 0.000 claims 1
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- SATVIFGJTRRDQU-UHFFFAOYSA-N potassium hypochlorite Chemical compound [K+].Cl[O-] SATVIFGJTRRDQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M potassium iodate Chemical compound [K+].[O-]I(=O)=O JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000001230 potassium iodate Substances 0.000 claims 1
- 229940093930 potassium iodate Drugs 0.000 claims 1
- 235000006666 potassium iodate Nutrition 0.000 claims 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BYGOPQKDHGXNCD-UHFFFAOYSA-N tripotassium;iron(3+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] BYGOPQKDHGXNCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 45
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VIKNJXKGJWUCNN-XGXHKTLJSA-N norethisterone Chemical compound O=C1CC[C@@H]2[C@H]3CC[C@](C)([C@](CC4)(O)C#C)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 VIKNJXKGJWUCNN-XGXHKTLJSA-N 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001373 regressive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1409—Abrasive particles per se
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
本公开提供了通过在铜化学机械抛光浆料中使用高纯度的去除率增强剂(RRE)来减小该浆料中的大颗粒计数(LPCs)的方法。RRE在去离子水溶液中的导电率与RRE中LPCs的数目极大地相关，因而与使用RRE的浆料中LPCs的数目极大地相关。
Description
技术领域
本公开涉及用于化学机械抛光的浆料中的减少的大颗粒计数。特别地，本公开涉及用于该浆料的铜去除率增强剂(通常为氨基酸或其衍生物)的纯度。
背景技术
被称为化学机械抛光或平坦化(CMP)的过程涉及使用抛光垫和浆料使半导体晶圆上的不同层平坦化，以在建立后续层之前打磨掉过量或不需要的材料层。由于铜出色的导电性，其在半导体制造中是常用的形成互连物的材料。一旦通过例如镶嵌工艺(其根据由基底上的印刷模板确定的图案来沉积铜)形成铜嵌花结构后，通过抛光和清理铜和在嵌花线之间的扩散阻挡金属来制成隔离的铜线。随着芯片线路层后端的制造，铜和阻挡层CMP涉及反复循环铜和对各层抛光的阻挡层。期望以高的材料去除率来抛光晶圆以提高处理量，同时仍保持有利的晶圆特性例如低的总缺陷数目，特别是低的总刮痕数目，所述刮痕被认为部分由浆料中不期望的外来颗粒引起。这些不期望的颗粒的存在通常由光散射技术监测以确定大颗粒计数(LPCs)，其中溶液中直径在选定阈值(例如0.5微米(μm)或1.0μm)之上的颗粒的浓度被量化。选定的尺寸阈值通常远在溶液中期望颗粒的尺寸分布的第99百分位之上，从而防止了对于浆料中贡献于LPCs的颗粒是否是不期望的或是期望的混淆。
使用铜浆料的典型铜CMP过程由2个工艺步骤组成，其在现有技术例如在美国专利第6,083,840号(Mravic，Pasqualoni，Mahulikar)中已有详细描述。首先，电镀铜上覆层在主体抛光步骤(其去除了大部分上覆层)中以相对高的磨除力被打磨掉。随后，第一步中剩余的铜上覆层以较低的磨除力被打磨掉，在阻挡层上停止。根据抛光机的类型或构造，该步骤可以与第一步结合。目标是从阻挡材料清除所有的铜，同时避免各种缺陷。即，来自铜CMP步骤的不期望的深刮痕如果足够深以致在随后的阻挡层抛光中不被去除，就可能在之后芯片制造阶段的期间内持续存在。这些类型的刮痕可能最终危及装置性能，而深刮痕背后的潜在祸首之一是存在于铜浆料中的不期望的大颗粒。因此，特别是随着装置特征在更先进的节点处持续缩小，而即使最小的刮痕也可以损害装置性能从而损害晶圆上的晶片成品率，使铜浆料中的LPCs最小化仍然是目标。由于在被最终使用者以相当大的因子例如20X稀释之前，浆料以越来越高的浓度制成(如美国专利第8,192,644号(Kim，Wen)中所述)，因而LPCs的最小化尤其重要。
CMP浆料的LPCs主要来自浆料中所使用的磨料。典型的磨料是胶体二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化铈和氧化铝。在实践中使用过滤法去除大于一定尺寸的颗粒。现有技术涉及使用尺寸排阻过滤以从铜浆料中去除对LPCs有贡献的物理杂质。美国专利第6,749,488号(Mahulikar，Lafollette)描述了LPCs与缺陷的关系并且给出了通过过滤控制LPCs的方式。虽然磨料对LPCs的贡献已被很好地确认，但其他浆料化学品对LPCs的贡献尚未为人熟知。这些水性化学品在浆料制剂中完全溶解，因此可能对LPCs不具有显著影响。但可能有复杂的因素在起作用。某些化学品可能改变颗粒上的表面电荷，引起颗粒聚集，即使在过滤之后仍在原位产生LPCs。化学品还可能影响过滤器的润湿能力，改变过滤效率。最后，其可能影响溶解动力学，引起物质沉淀，增加LPCs。这些继发问题存在于Cu浆料制剂中。随着半导体工业需要更严格的控制限值和极低变化，这些LPCs的问题必须得以解决。
高纯度颗粒和高纯度浆料的使用描述于美国专利第8,211,193号(Mahulikar，Wang)中。描述了纯度对各种与功能特性相关的参数的影响，包括缺陷率的影响。去除率增强剂(RRE)的功能作用在现有技术例如美国专利第RE37,786号(Hirabayashi，Higuchi)中有详细描述，但现有技术没有报道浆料制剂中特定化学品的纯度对LPCs或缺陷的影响。因此，本公开的一个目的是一般性地解决铜浆料中化学品对LPCs的影响的问题，以及特别地解决RRE的纯度水平对LPCs的影响的问题。还需要确定导电率是否可以为浆料不纯程度(其可以与浆料中存在多少引起缺陷的杂质相关)的可靠指标，以及特定浆料是否可能易于在铜CMP期间引起缺陷，特别是深刮痕。此外，如果由RRE所提供给溶液的导电率被发现与LPCs相关并且从而与溶液中存在多少潜在的引起缺陷的颗粒相关，那么应当制定对设置RRE最低纯度水平的限制。
发明内容
本公开提供了通过在浆料中使用高纯度去除率增强剂(RRE)来减少在化学机械抛光(CMP)浆料中的大颗粒计数(LPCs)的方法。本公开还提供了具有减少的LPCs的浆料。RRE可以是氨基酸或其衍生物。LPCs可以在半导体制造中的CMP步骤期间引起深刮痕，而RRE相对于其他组分倾向于将最大比例的LPCs引入铜浆料中(图1)。如下文更详细的讨论，本公开提出，在RRE/去离子水(DIW)溶液中观察到的LPCs趋势相当于在完全配制好的铜浆料中看到的LPCs趋势。在由RRE贡献给溶液的导电性和LPCs之间还有正相关关系，并且这些相关关系在溶解于DIW的RRE的大浓度范围内适用(图2)。定量地来说，可以设置RRE在DIW溶液中的最大导电率限制(其对应于对RRE来源的最小纯度要求)以确保有足够纯度的RRE来源向最终浆料提供比现有技术的RRE纯度限制更少的LPCs。在本公开中提供了大量浆料批次的结果(图3)。RRE/DIW溶液对研究而言时间效率更高且资源密集性更低，并且可以充当铜浆料行为的可靠指标，而不是必须研究包含很多其他组分(其可能干扰仪器信号并且给出复杂结果)的完全配制好的成品铜浆料。
在一个实施方案中，本公开提供了铜化学机械抛光组合物，其包含在去离子水中具有导电率C的去除率增强剂。该去除率增强剂遵守以下不等式：
C＜＝a＊W+b
其中W是去除率增强剂按组合物总重量计的重量％，其中0.0005＜a＜0.0025，并且其中0.0005＜b＜0.0025。本公开还提供了使用垫和上述组合物抛光基底的方法。
附图说明
图1是示出单独的铜CMP浆料组分，包括腐蚀抑制剂、去除率增强剂和减凹曲剂(dishingreducer)对大颗粒计数的相对贡献的图。由去除率增强剂贡献的大颗粒计数显然超过由减凹曲剂或腐蚀抑制剂所贡献的那些。
图2a至2c是(a)0.56μmLPCs、(b)1.0μmLPCs和(c)导电率作为RRE在DIW溶液中重量％的函数的图示。在所研究的整个浓度范围内，RRE在DIW溶液中较低的导电率与较低的LPCs相关联。
图2d示出当前可得的和常用的甘氨酸RRE，以及根据本公开的原则选择的RRE的绝对LPCs的图示。
图3示出使用现有技术的RRE来源(其具有相对更高的导电率，因而具有更高的对CMP浆料的LPCs贡献)与通过了根据本公开下文的等式的纯度要求的RRE来源(其减少了最终浆料中的LPCs)相比，高体积制造的铜CMP浆料中LPCs的箱线图比较。
具体实施方式
本公开提供了通过选择去除率增强剂(RRE)来减少铜抛光CMP浆料中LPCs的方法，以及具有低LPCs的浆料，其中在RRE溶解于去离子水(DIW)溶液(背底DIW电阻率＞18兆欧)时其达到了基于其导电率的纯度水平。对于本公开的RRE所期望的导电率可以表示为浓度的函数，其在去除率增强剂的给定浓度下遵守以下不等式(等式1)：
C＜＝a＊W+b
C代表RRE在DIW溶液中的导电率，以每厘米毫西门子或另一合适的导电率单位来度量，W是RRE在溶液中的重量％，其中0.0005＜a＜0.0025，并且其中0.0005＜b＜0.0025。常数b具有与C相同的单位，常数a具有的单位使得a和W的积将产生与b和C相同的单位。
在本公开之前，现有技术或行业知识中没有提出控制RRE的导电率将影响包含该特定RRE的浆料的LPCs。如下文中更详细讨论的，在导电率和LPCs之间有未预料到的强相关性。
本公开的CMP浆料除了其他组分外，包含磨料、腐蚀抑制剂(CI)和RRE。磨料可以选自氧化铝、气相二氧化硅、胶体二氧化硅、包覆颗粒、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆和他们的任意组合。CI可以选自苯并三唑及其衍生物、甲苯基三唑及其衍生物和唑类。
RRE选自有机酸及其盐、氨基酸、甘氨酸、丙氨酸、羧酸、多胺、基于氨的化合物、季铵化合物、无机酸、具有羧基官能团和氨基官能团两者的化合物、乙二胺四乙酸、二乙撑三胺五乙酸及其任意混合物。
RRE在浆料浓缩物中的浓度可以为＜100ppm的水平，直至RRE在溶液中的溶解度极限。RRE的溶解度极限将取决于所使用的具体RRE。一些RRE可以具有1重量％的溶解度极限，而一些可以具有50重量％的溶解度极限。作为实例，甘氨酸的溶解度极限可以为17重量％、18重量％或最高20重量％。因此，本公开的浆料和组合物中的RRE可以以大于零、最高50重量％的任何量或其间的任何子范围存在。RRE还可以以大于零、最高20重量％的任何量或其间的任何子范围存在。
RRE需要有足够的纯度以获得上述导电率，无论其本身呈原料形式，还是处于为达到该纯度水平而使其经历的任何处理阶段。例如，RRE在与浆料的其他组分混合之前可以作为原料具有足够高的导电性。或者，可以从不满足方程式1的高导电率RRE开始，将其与浆料的一种或更多种其他组分(例如腐蚀抑制剂)混合，并且使混合物或最终浆料经历离子交换/过滤、或其他纯化。
铜的溶解在铜层的表面发生，RRE的功能作用与该过程相关。铜离子的去除可以通过与RRE的反应而增强，所述RRE可以与铜层形成络合物。该络合物通常比在CMP之前的原有铜层更软或更加多孔，因此该络合物比金属铜的机械稳健性更低，并且可以被更容易地去除。本公开涉及被抛光的铜层，但本文所公开的浆料和方法还可以用于抛光其他金属，例如钴。
如前面所讨论的，铜CMP的挑战之一是该过程可以将缺陷引入半导体晶圆的表面内或表面上。例如，如果铜浆料包含大的杂质颗粒，则那些颗粒可能在晶圆表面上产生刮痕。特别关注的是深刮痕，其可以在铜CMP期间产生，但在整个后续制造步骤中持续存在(特别是如果在铜之后的阻挡层CMP步骤没有去除足够的材料以擦平深刮痕)，并且最终导致装置故障。产生刮痕的过大的杂质颗粒通常通过对大颗粒计数的测量来量化，并且RRE相对于其他组分例如DR和CI，倾向于将最大比例的LPCs引入铜浆料中(参见图1)。因此，最终浆料的LPCs特性很大程度上由主要贡献者RRE决定。如果可以选择在最终浆料中贡献较少LPCs的RRE，那么可能可以避免一部分深刮痕。通过根据上文提供的方程式来选择RRE及其量，所产生的浆料中的LPCs可以被减至最少。
传统上，光散射是研究铜浆料浓缩物中的LPCs的可选方法，并因此是研究物理杂质的可选方法。该方法的一个缺点是光散射不区分实际颗粒和气泡，这两者均可以具有与背底介质显著不同的折射率。自然地，气泡在CMP抛光期间不会引起深刮痕，并且在LPCs测量中实质上提供寄生性和不准确的读数，而LPCs测量的目的是确定在CMP浆料中存在多少引起刮痕的过大的杂质颗粒。因此，光散射是用于测量LPCs的灵敏技术，原因是必须小心地处理溶液，并且给溶液足够的时间以在其被制成的时刻和其被测量的时刻之间平稳下来，以允许气泡离开溶液。
因此，本公开证实，尽管可以使用光散射来检测物理杂质或LPCs，导电率测量也可以检测水性、带电的可溶杂质。这些方法的组合还可以提供足够的证据以表明RRE的纯度水平是否足够高，以及其如何与对浆料的LPCs贡献相关。与检测物理杂质相比，光散射在溶液中存在气泡时可能给出假阳性读数，导电率测量将检测经溶解的RRE将贡献给溶液的水性可溶带电杂质。
本公开还示出基于导电率测量的DIW中的RRE如何与LPCs相关，以及这些相关关系在溶解的RRE于DIW中的大浓度范围内是否适用。图2a至2d表明，跨经最高接近RRE在溶液中的溶解度极限的浓度范围，较低的导电率与减小的LPCs数目相关。
在图2d中，绘出了作为当前使用的行业标准的甘氨酸RRE(“POR”RRE，其具有高导电率)的LPCs数据点针对根据本公开的原则和上文中方程式1所选择(即具有低导电率)的甘氨酸RRE的LPCs数据点。可以看出，满足方程式1的甘氨酸RRE在所有浓度下均具有比不满足方程式1的标准甘氨酸RRE显著更低的LPCs。示出的数据是针对大于56μm的颗粒(通过Celerity工具测量)，x轴上的重量％是甘氨酸RRE在去离子水(DIW)中的量。
PORRRE具有极佳拟合的线性回归趋势线，R^2值为0.9965。因此，对于PORRRE来说，LPCs计数可以表示为下式(方程式2)：
L≤a＊W+b，
其中L代表在去离子水溶液中每毫升去除率增强剂的大颗粒计数，W是溶液中去除率增强剂的重量％，a和b分别是回归线的斜率和截距。
在图2d的图中，PORRRE的回归线的斜率是1660.6，截距b是534.66。因此，本公开考虑到可以选择RRE使得其满足方程式2，其中0≤a≤1600，并且其中0≤b≤50，其中“a”的单位为颗粒/mL/g，“b”的单位为颗粒/mL。
理论上，b应当一直等于零，因为在0重量％的RRE下，在仅有DIW的溶液中将会期望零LPCs。然而，回归趋势线没有准确地通过图的原点。同样，即使是单独的DIW也可以具有一些残留LPCs。
“新”RRE(即根据上文中方程式1所选择的)的数据点示出还满足方程式2的RRE的一个实例。该RRE的回归线具有247.37的斜率a和-258.57的截距b。如上所述，a的值可以使得0≤a≤1600，为在该范围内的任何值，或其间的任何子范围。相似地，可以选择b使得0≤b≤50，为在该范围内的任何值，或其间的任何子范围。
图2d中的数据是有用的，原因是在RRE/DIW溶液中LPCs的量与用另外的成分制备CMP浆料时LPCs的量密切相关。这是因为如上文所讨论且如图1中所示，RRE是对于CMP浆料最大的LPCs贡献者。图3示出使用不满足本公开所建立的导电率要求的标准RRE以高体积制造的铜浆料与使用如方程式1所确定的低导电率RRE的浆料相比的LPCs图。LPCs数据清楚地表明，通过本文所述的导电率测量而确定的RRE纯度水平与最终浆料浓缩物中的LPCs密切相关。更高纯度的RRE产生具有更少LPCs的浆料。
以下列表定义了一部分在本公开中使用的术语。
·化学机械抛光(或平坦化(CMP)：通过对表面材料的化学改性结合通过磨料颗粒对表面的机械清除之间的协同作用使半导体晶圆表面平坦化的方法
·大颗粒计数(LPCs)：每mL溶液中落在特定直径阈值(例如0.56μm或1.0μm)之上的颗粒数目
·去除率增强剂(RRE)：在抛光期间增强铜膜去除率的铜CMP浆料的添加剂
·铜氧化剂：将铜原子氧化至更高价态的化学品
·腐蚀抑制剂：保护铜表面不受腐蚀的化学品
·磨料：有助于晶圆表面的机械清除的固体颗粒
特别参照其优选形式如此描述了本公开，显然其中可以做出各种改变和修改，而不偏离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种铜化学机械抛光组合物，包含：
在去离子水中具有导电率C的去除率增强剂，其中所述去除率增强剂遵守以下不等式：
C＜＝a＊W+b，
其中W是去除率增强剂按所述组合物的总重量计的重量％，其中0.0005＜a＜0.0025，并且其中0.0005＜b＜0.0025。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述去除率增强剂选自有机酸和有机酸盐、氨基酸、羧酸、多胺、基于氨的化合物、季铵化合物、无机酸、具有羧基官能团和氨基官能团两者的化合物、乙二胺四乙酸、二乙撑三胺五乙酸及其任意混合物。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述去除率增强剂是甘氨酸。
4.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自苯并三唑、苯并三唑衍生物、甲苯基三唑、甲苯基三唑衍生物、唑类及其任意混合物的腐蚀抑制剂。
5.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自氧化铝、气相二氧化硅、胶体二氧化硅、包覆颗粒、二氧化钛、二氧化铈、氧化锆及其任意混合物的磨料。
6.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自过氧化氢、过硫酸铵、硝酸银、硝酸铁、氯化铁、过酸、过盐、臭氧水、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸钾、溴酸钾、三氧化二钒、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、次氯酸镁、硝酸铁、KMnO4、其它无机或有机过氧化物及其任意混合物的氧化剂。
7.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自表面活性剂、杀生物剂、表面抛光剂、pH调节剂、减缺陷剂或其任意混合物的另外的成分。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述去除率增强剂按所述组合物的总重量计以大于零但小于或等于20重量％的量存在。
9.一种抛光半导体晶圆表面的方法，其使用了垫和根据权利要求1所述的组合物。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/462,695 US9914852B2 (en) | 2014-08-19 | 2014-08-19 | Reduction in large particle counts in polishing slurries |
| US14/462,695 | 2014-08-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105440952A true CN105440952A (zh) | 2016-03-30 |
| CN105440952B CN105440952B (zh) | 2018-06-05 |
Family
ID=55347758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510508285.4A Active CN105440952B (zh) | 2014-08-19 | 2015-08-18 | 减少抛光浆料中的大颗粒计数 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US9914852B2 (zh) |
| KR (2) | KR102350997B1 (zh) |
| CN (1) | CN105440952B (zh) |
| TW (1) | TWI568842B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102324957B1 (ko) * | 2017-05-25 | 2021-11-15 | 후지필름 일렉트로닉 머티리얼스 유.에스.에이., 아이엔씨. | 코발트 적용을 위한 화학 기계 연마 슬러리 |
| CN109913134B (zh) * | 2019-04-21 | 2021-01-12 | 东莞市硕丰研磨科技有限公司 | 一种清香型蓝宝石粗抛光液及其制备方法 |
| US10907074B2 (en) * | 2019-07-03 | 2021-02-02 | Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. | Polishing compositions for reduced defectivity and methods of using the same |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1294168A (zh) * | 1999-10-20 | 2001-05-09 | 国际商业机器公司 | 金属布线的化学机械平面化 |
| CN1398939A (zh) * | 2001-07-23 | 2003-02-26 | 不二见株式会社 | 抛光组合物及使用它的抛光方法 |
| US20030114004A1 (en) * | 2000-03-09 | 2003-06-19 | Shuzo Sato | Methods of producing and polishing semiconductor device and polishing apparatus |
| US20030194949A1 (en) * | 1999-12-31 | 2003-10-16 | Buehler Mark F. | Method for defect reduction |
| CN101275057A (zh) * | 2007-03-30 | 2008-10-01 | 富士胶片株式会社 | 金属抛光液和抛光方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005518670A (ja) | 2002-02-26 | 2005-06-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 基板を研磨するための方法及び組成物 |
| US20060163206A1 (en) * | 2005-01-25 | 2006-07-27 | Irina Belov | Novel polishing slurries and abrasive-free solutions having a multifunctional activator |
| WO2007047454A2 (en) | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Applied Materials, Inc. | Process and composition for electrochemical mechanical polishing |
| US20090056231A1 (en) | 2007-08-28 | 2009-03-05 | Daniela White | Copper CMP composition containing ionic polyelectrolyte and method |
-
2014
- 2014-08-19 US US14/462,695 patent/US9914852B2/en active Active
-
2015
- 2015-07-20 TW TW104123427A patent/TWI568842B/zh active
- 2015-08-10 KR KR1020150112420A patent/KR102350997B1/ko active IP Right Grant
- 2015-08-18 CN CN201510508285.4A patent/CN105440952B/zh active Active
-
2017
- 2017-11-28 US US15/824,234 patent/US10167415B2/en active Active
-
2018
- 2018-02-28 US US15/908,121 patent/US20180187048A1/en not_active Abandoned
-
2022
- 2022-01-10 KR KR1020220003369A patent/KR102475142B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1294168A (zh) * | 1999-10-20 | 2001-05-09 | 国际商业机器公司 | 金属布线的化学机械平面化 |
| US20030194949A1 (en) * | 1999-12-31 | 2003-10-16 | Buehler Mark F. | Method for defect reduction |
| US20030114004A1 (en) * | 2000-03-09 | 2003-06-19 | Shuzo Sato | Methods of producing and polishing semiconductor device and polishing apparatus |
| CN1398939A (zh) * | 2001-07-23 | 2003-02-26 | 不二见株式会社 | 抛光组合物及使用它的抛光方法 |
| CN101275057A (zh) * | 2007-03-30 | 2008-10-01 | 富士胶片株式会社 | 金属抛光液和抛光方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160053136A1 (en) | 2016-02-25 |
| US20180187048A1 (en) | 2018-07-05 |
| KR20200067961A (ko) | 2020-06-15 |
| KR20220011750A (ko) | 2022-01-28 |
| TWI568842B (zh) | 2017-02-01 |
| TW201612286A (en) | 2016-04-01 |
| CN105440952B (zh) | 2018-06-05 |
| KR102350997B1 (ko) | 2022-01-14 |
| US10167415B2 (en) | 2019-01-01 |
| KR102475142B1 (ko) | 2022-12-08 |
| US20180079931A1 (en) | 2018-03-22 |
| US9914852B2 (en) | 2018-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9735030B2 (en) | Polishing compositions and methods for polishing cobalt films | |
| Seal et al. | Effect of glycine and hydrogen peroxide on chemical–mechanical planarization of copper | |
| US6436811B1 (en) | Method of forming a copper-containing metal interconnect using a chemical mechanical planarization (CMP) slurry | |
| JP4091540B2 (ja) | 表面から汚染物質を除去する方法およびそのために有用な組成物 | |
| KR102475142B1 (ko) | 폴리싱 슬러리 내 큰 입자 수의 감소 | |
| US20010005009A1 (en) | Slurry for chemical mechanical polishing | |
| KR20100004874A (ko) | 반도체용 습윤제, 연마용 조성물 및 이를 사용한 연마 방법, 연마용 조성물 농축물, 반도체용 습윤제 농축물 | |
| US20050026444A1 (en) | Slurry and method for chemical-mechanical planarization of copper | |
| EP3601460A1 (en) | Polishing compositions and methods of use thereof | |
| US11407923B2 (en) | Polishing compositions for reduced defectivity and methods of using the same | |
| TW201940644A (zh) | 化學機械研磨用組成物及研磨方法 | |
| JP2005159269A (ja) | 化学機械研磨材スラリー及びその使用方法 | |
| Phatak et al. | Sensor-based modeling of slurry chemistry effects on the material removal rate (MRR) in copper-CMP process | |
| US6913634B2 (en) | Abrasives for copper CMP and methods for making | |
| Prasanna Venkatesh et al. | Electrochemical characterization of Cu dissolution and chemical mechanical polishing in ammonium hydroxide–hydrogen peroxide based slurries | |
| Dong et al. | The role of formamidine acetate as a complexing agent in the chemical mechanical polishing process of Ta-based barrier layers for through-silicon vias wafers | |
| Luan et al. | A High Antibacterial Weakly Alkaline Barrier Slurry with the Tunable Selectivity | |
| CN116496853A (zh) | 化学机械抛光后清洗组合物及半导体器件基板的清洗方法 | |
| Lin et al. | The Effect of Inhibitors on the Electrochemical Deposition of Copper Through-silicon Via and its CMP Process Optimization | |
| TW499477B (en) | An aqueous cleaning composition for post chemical mechanical planarization | |
| KR20060023917A (ko) | 구리 연마용 조성물 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190912 Address after: rhode island Patentee after: Fujifilm Electronic Materials Address before: Michigan, USA Patentee before: FUJIFILM PLANAR SOLUTIONS, LLC |