CN107109192A - 用于研磨铜的cmp浆料组合物及使用其的研磨方法 - Google Patents

用于研磨铜的cmp浆料组合物及使用其的研磨方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107109192A
CN107109192A CN201580061512.1A CN201580061512A CN107109192A CN 107109192 A CN107109192 A CN 107109192A CN 201580061512 A CN201580061512 A CN 201580061512A CN 107109192 A CN107109192 A CN 107109192A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chemical
mechanical planarization
sizing agent
copper
agent composition
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.)
Pending
Application number
CN201580061512.1A
Other languages
English (en)
Inventor
郑正焕
郑荣哲
姜东宪
金泰完
卢锺
卢锺一
洪昌基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of CN107109192A publication Critical patent/CN107109192A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • 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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F3/00—Brightening metals by chemical means
    • C23F3/04—Heavy metals
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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]

Abstract

本发明提供一种用于研磨铜的CMP浆料组合物。CMP浆料组合物包含：研磨粒子及去离子水，其中所述研磨粒子包含无机粒子及有机粒子，且无机粒子与有机粒子两者均具有正界达电位。

Description

用于研磨铜的CMP浆料组合物及使用其的研磨方法
技术领域
本发明是有关于一种用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物及使用其的研磨方法。更特定而言，本发明是有关于一种用于研磨金属线，诸如半导体制造中的铜线的化学机械平坦化浆料组合物，及使用其的研磨方法。
背景技术
在半导体装置的制造中，化学机械平坦化处理用于将晶圆表面或晶圆上的绝缘层或金属层平坦化。举例而言，在制造半导体装置期间，在硅穿孔(Through Silicon Via)处理中Cu层沈积至30,000埃或更大的厚度。化学机械平坦化浆料组合物用于研磨此类Cu层。在此类化学机械平坦化浆料组合物用于研磨Cu层的处理中，需要确保适当的平坦化程度(dishing)以及足够研磨速率。否则，研磨时间变得更长，或会发生诸如腐蚀(erosion)及凹陷(dishing)的表面缺陷(defect)。
在化学机械平坦化处理中，将研磨垫(polishing pad)置放于研磨平台(platen)上，接着施加流体静压力(hydrostatic press)，同时研磨头固持晶圆且在研磨平台旋转期间使其旋转。因此，化学机械平坦化处理可通过研磨垫及研磨浆料组合物的研磨剂，使用机械研磨作用进行研磨，或通过研磨浆料组合物的氧化剂，使用化学研磨作用进行研磨，来使晶圆表面层平坦化。一般而言，化学机械平坦化中所用的研磨浆料组合物可包含：金属氧化物粒子的研磨剂；其中悬浮研磨剂的去离子水(DI water)；通过在金属膜表面上形成钝化层(passive layer)而移除金属氧化物的氧化剂；通过钝化(passivation)来防止过度腐蚀的腐蚀抑制剂；以及螯合由氧化剂氧化的金属氧化物的错合剂。
近来，已提议一种使用有机粒子代替金属氧化物粒子的研磨剂的方法。然而，典型有机粒子展现的物理特性比金属氧化物粒子差，因此其研磨速率较低。详言的，典型有机粒子具有负(-)表面电荷，且在研磨期间Cu层氧化成CuO或Cu2O，因此也具有负(-)表面电荷。因此，有机粒子与Cu层的间产生排斥力，引起研磨量减少。
因此，需要一种研磨特性比典型有机粒子更佳，同时展示极佳研磨速率的化学机械平坦化浆料组合物。
发明内容
技术问题
本发明的一实施方式为提供一种用于研磨铜的化学机械平坦化(CMP)浆料组合物，其在研磨金属线，尤其铜线时研磨力可提高；及使用其的研磨方法。
本发明的另一实施方式为提供一种用于研磨铜的化学机械平坦化(CMP)浆料组合物，其使用无机粒子与有机粒子两者，可减少研磨物件的表面缺陷(defect)，同时提高研磨力；及使用其的研磨方法。
解决问题的技术手段
本发明的一个实施方式是有关于一种用于研磨铜的化学机械平坦化(CMP)浆料组合物，其包含：研磨粒子及去离子水，其中研磨粒子包含无机粒子及有机粒子，且无机粒子与有机粒子两者具有正的界达电位。
界达电位可在约+1毫伏至约+100毫伏范围内。
组合物可具有约5至约9的pH值。
研磨粒子可具有约10纳米至约500纳米的平均粒径(D50)，且有机粒子(D2)的平均粒径(D50)可超过无机粒子(D1)的平均粒径(D50)。
有机粒子的平均粒径(D50)与无机粒子的平均粒径(D50)的比率(D2/D1)可约超过1且约小于或等于6。
无机粒子可为二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(Zirconia)、氧化铈(Ceria)或其混合物。
阳离子起始剂可化学键结至有机粒子的表面
阳离子起始剂可包含选自以下的至少一种AIBN(偶氮二异丁腈)阳离子起始剂：2，2’-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐、2，2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二硫酸盐二水合物、2，2’-偶氮二[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙酰胺]、2，2’-偶氮二[2-(3，4，5，6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2’-偶氮二{2-[1-(2-羟基乙基)-2-基]丙烷}二盐酸盐、2，2’-偶氮二{2甲基-N-[2-(羟基丁基)]丙酰胺}、2，2’-偶氮二[2-甲基-N-[2-(羟基乙基)丙酰胺]及2，2’-偶氮二(N-丁基-2-甲基丙酰胺)。
化学机械平坦化浆料组合物可进一步包含：腐蚀抑制剂、pH值调节剂、界面活性剂、氧化剂、错合剂或其组合。
化学机械平坦化浆料组合物可包含：约0.01wt％至约20wt％的研磨粒子；约0.01wt％至约10wt％的氧化剂；约0.001wt％至约10wt％的腐蚀抑制剂；约0.01wt％至约20wt％的错合剂；以及其余量的去离子水。
研磨粒子可包含重量比为约1∶0.1至约1∶0.5的无机粒子及有机粒子。
本发明的另一实施方式是有关于一种使用如上所述的化学机械平坦化浆料组合物的研磨方法。所述方法包含使用化学机械平坦化浆料组合物研磨铜线。
有利功效
根据本发明，使用无机粒子与有机粒子两者作为研磨粒子，用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物可确保高研磨力及高研磨速率，同时使研磨物件的表面缺陷(defect)最少。
具体实施方式
根据本发明的实施例，化学机械平坦化浆料组合物用于研磨金属线，例如用作半导体装置的导电层的铜线的处理中。化学机械平坦化浆料组合物包含：研磨粒子及去离子水。
化学机械平坦化浆料组合物可进一步包含腐蚀抑制剂、pH值调节剂、界面活性剂、氧化剂、错合剂、分散剂、调节剂或其组合。
在下文中，将详细地描述每种组分。
(A)研磨粒子
化学机械平坦化浆料组合物包含研磨粒子(A)，且研磨粒子包含具有相同电荷(charge)的无机粒子(a1)及有机粒子(a2)。特定言之，无机粒子与有机粒子均具有正界达电位。
在一个实施例中，无机粒子(a1)及有机粒子(a2)各具有约+1毫伏至约+100毫伏、特别约+10毫伏至约+35毫伏，例如约+10毫伏、+11毫伏、+12毫伏、+13毫伏、+14毫伏、+15毫伏、+16毫伏、+17毫伏、+18毫伏、+19毫伏、+20毫伏、+21毫伏、+22毫伏、+23毫伏、+24毫伏、+25毫伏、+26毫伏、+27毫伏、+28毫伏、+29毫伏、+30毫伏、+31毫伏、+32毫伏、+33毫伏、+34毫伏或+35毫伏的界达电位(zeta potential)。在此范围内，研磨粒子可确保足够分散性，因此可实现铜层的高研磨速率。此处，通过动态电泳光散射(ELS-8000，大冢电子)，在置于0.001摩尔浓度NaCl溶液中的0.01wt％样品上测量界达电位。
无机粒子(a1)可包含表面具有正(+)界达电位的金属氧化物。举例而言，无机粒子(a1)可包含表面具有正界达电位的二氧化硅(SiO2)、表面具有正界达电位的氧化铝(Al2O3)、表面具有正界达电位的氧化锆(Zirconia)、表面具有正界达电位的氧化铈(Ceria)或其混合物。
本文中，术语「金属氧化物」中的术语「金属」指碱金属(alkali metal)、碱土金属(alkaline earth metal)、过渡金属(transition metal)、后过渡金属(post-transitionmetal)、类金属(metalloid)及其类似物。
有机粒子(a2)可经由在阳离子起始剂存在下使单体聚合来制备。阳离子起始剂可以按单体100重量份计0.001重量份至15重量份的量使用。在此范围内，有机粒子的表面可由阳离子起始剂充分包围。
作为单体，可使用含乙烯基的单体。举例而言，单体可包含芳族乙烯基单体、氰化乙烯单体、丙烯酸单体及烯烃单体，但不限于此。这些单体可单独或呈其混合物使用。在这些单体中，较佳使用芳族乙烯基单体，尤其苯乙烯单体。
虽然单体聚合可通过本领域中已知的任何适合方法进行，较佳采用悬浮聚合。典型有机粒子的物理特性比金属氧化物低，因此展现较低研磨速率。根据本发明，可为有机粒子提供不同于待抛光层的表面电荷的表面电荷，从而在有机粒子与所述层的间产生吸引力。此类吸引力可引起有机粒子在研磨期间在压力下相抵于待抛光表面摩擦。此处，不同于金属氧化物粒子，有机粒子由于具有弹性而与表面进行表面接触，而非点接触，因此可展现优于典型有机粒子的研磨特性。
通过以上方法聚合的有机粒子的实例可包含聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺或其共聚物。聚(甲基)丙烯酸酯可为例如聚(甲基)丙烯酸甲酯。
如上聚合的有机粒子可具有其中阳离子起始剂化学键结于表面的结构。
阳离子起始剂可包含AIBN阳离子引发剂，诸如2，2’-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐、2，2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二硫酸盐二水合物、2，2’-偶氮二[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙酰胺]、2，2’-偶氮二[2-(3，4，5，6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2’-偶氮二{2-[1-(2-羟基乙基)-2-基]丙烷}二盐酸盐、2，2’-偶氮二{2-甲基-N-[2-(羟基丁基)]丙酰胺}、2，2’-偶氮二[2-甲基-N-[2-(羟基乙基)丙酰胺]及2，2’-偶氮二(N-丁基-2-甲基丙酰胺)，但不限于此。这些化合物可单独或呈其混合物使用。因而，阳离子起始剂用于使有机粒子的表面电荷带正电荷(pluscharge)，从而在Cu层与粒子之间引起吸引力。因此，与典型有机粒子相比，有机粒子可展现提高的研磨力。
在一些实施例中，研磨粒子可具有约+1毫伏至约+100毫伏、特别约+10毫伏至约+35毫伏，例如约+10毫伏、+11毫伏、+12毫伏、+13毫伏、+14毫伏、+15毫伏、+16毫伏、+17毫伏、+18毫伏、+19毫伏、+20毫伏、+21毫伏、+22毫伏、+23毫伏、+24毫伏、+25毫伏、+26毫伏、+27毫伏、+28毫伏、+29毫伏、+30毫伏、+31毫伏、+32毫伏、+33毫伏、+34毫伏或+35毫伏的界达电位。在此范围内，化学机械平坦化浆料组合物可展现Cu层的高研磨速率。此处，通过动态电泳光散射(ELS-8000，大冢电子)，在置于0.001摩尔浓度NaCl溶液中的0.01wt％样品上测量界达电位。
有机粒子可具有100，000克/摩尔至400,000克/摩尔的重量平均分子量。在此范围内，化学机械平坦化浆料组合物可展现铜层的高研磨速率。
另外，有机粒子可具有2000兆帕至4000兆帕的弹性模数。在此范围内，有机粒子可与铜层进行表面接触，从而展示优良研磨力。
作为研磨粒子的无机粒子及有机粒子各可具有10纳米至500纳米的平均粒径(D50)，且有机粒子(D2)的平均粒径(D50)可超过无机粒子(D1)的平均粒径(D50)。在一个实施例中，有机粒子与无机粒子的平均粒径比率(D2/D1)可约超过1且约小于或等于6，特别约超过1且约小于或等于3.5，例如约超过1且约小于或等于3.3、约超过1且约小于或等于2.0、约超过1且约小于或等于1.6或约超过1且约小于或等于1.5。在此范围内，可进一步减少待抛光层的表面缺陷。
研磨粒子可包含重量比为1∶0.1至1∶0.5的无机粒子及有机粒子。如与使用单独无机粒子相比，使用有机粒子与无机粒子两者可进一步减少待抛光层的表面缺陷(defect)。
研磨粒子可以约0.01wt％至约20wt％的量存在于化学机械平坦化浆料组合物中。在此范围内，可确保分散稳定性且容易调整研磨速率。特定言之，研磨粒子可以约0.1wt％至约10wt％、更特定言之约0.15wt％至约5wt％的量存在于化学机械平坦化浆料组合物中。在此范围内，可进一步确保分散稳定性且进一步容易调整研磨速度。
(B)去离子水
研磨粒子悬浮于去离子水中以形成浆料。另外，浆料pH值可经由pH值控制维持在约5至约9、例如约5、约6、约7、约8或约9的水准下。在pH值的此范围内，可很好地预防铜层的腐蚀(corrosion)。
(C)氧化剂
氧化剂通过氧化作为研磨对象的例如铜层的金属层的表面，用以促进化学研磨。
根据本发明，氧化剂可包含无机或有机过化合物(per-compounds)、溴酸及其盐、硝酸及其盐、氯酸及其盐、铬酸及其盐、碘酸及其盐、铁及其盐、铜及其盐、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物、铁氰化钾、重铬酸钾及其类似物。在这些材料中，氧化剂较佳为过氧化氢。为获得适当研磨速率且减少研磨时的腐蚀或坑洞(pitting)，氧化剂可以约0.01wt％至约10wt％、特别约0.1wt％至约5wt％的量存在于浆料组合物中。
(D)腐蚀抑制剂
腐蚀抑制剂充当研磨调节剂，通过发生研磨的高梯级高度区域中研磨粒子的物理作用进行移除，同时延迟氧化剂的化学反应以遏制不发生研磨的低梯级高度区域(lowstep height area)中的腐蚀来实现研磨。腐蚀抑制剂可包含含氮化合物，例如氨、烷基胺、胺基酸、亚胺、唑及其类似物。这些可单独或以其组合形式使用。更有效地，腐蚀抑制剂为包括环状氮化合物(cyclic nitrogen compound)及其衍生物的化合物，且腐蚀抑制剂可为包含苯醌(Benzoquinone)、邻苯二甲酸苯甲酯丁酯(Benzyl butyl phthalate)及苯甲基-二氧戊环(Benzyl-dioxolane)的化合物。在一个实施例中，腐蚀抑制剂可包含1，2，3-三唑、1，2，4-三唑或2，2’-[[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)-甲基]亚胺基]双乙醇(2，2′-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl)-methyl]imino]bis-ethanol)的异构体混合物(isomeric mixture)。根据浆料组合物的腐蚀遏制、研磨速率、分散稳定性及研磨物件的表面特性，腐蚀抑制剂可以约0.001wt％至约10wt％、特别约0.001wt％至约5wt％、更特定言之约0.001wt％至3wt％的量存在于化学机械平坦化浆料组合物中。
(E)错合剂
错合剂用以螯合氧化剂氧化的氧化铜。也即，错合剂允许螯合氧化铜以遏制氧化铜再吸附至作为研磨对象的铜层上，藉此可增加铜的研磨速率，同时减少表面缺陷(defect)。
根据本发明，错合剂可包含有机酸及其盐、胺基酸及其盐、醇(诸如二元醇、三元醇及多元醇)、含胺化合物及其类似物。举例而言，错合剂可包含乙酸铵(Ammonium acetate)、草酸铵(Ammonium oxalate)、甲酸铵(Ammonium formate)、酒石酸铵(Ammoniumtartrate)、乳酸铵(Ammonium lactate)、甘胺酸、丙胺酸、丝胺酸、天冬胺酸、麸胺酸、脯胺酸、侧氧基脯胺酸、精胺酸、半胱胺酸、组胺酸、酪胺酸、白胺酸、离胺酸、甲硫胺酸、缬胺酸、异白胺酸、苏胺酸、色胺酸、苯丙胺酸、四水合铵(Ammonium tetrahydrate)、胺基苯并三唑(Amimobenzotriazole)、胺基丁酸(Aminobutyric acid)、胺基乙基胺基乙醇(Aminoethylaminoethanol)、胺基吡啶(Aminopyridine)、羰基化合物及其盐、羧酸化合物及其盐，例如含有至少一个羟基的羧酸化合物及其盐、二羧酸化合物及其盐、三羧酸化合物及其盐、多元羧酸化合物及其盐以及含有至少一个磺酸基及磷酸基或磷酸基团及其盐的羧酸化合物，但不限于此。这些错合剂可单独或以其混合物形式来使用。
根据浆料的研磨速率、分散稳定性、研磨物件的表面特性、晶圆剖面(profile)的改善以及大面积平坦化，错合剂可以0.01wt％至20wt％、特别以0.1wt％至10wt％的量存在于化学机械平坦化浆料组合物中。
除如上所述的组分之外，化学机械平坦化浆料组合物可进一步包括界面活性剂、调节剂、pH值调节剂、分散剂及其类似物。
根据本发明，化学机械平坦化浆料组合物可具有5至9、特别6至8的pH值。在此范围内，浆料组合物可很好地防止铜层腐蚀(corrosion)。
然后，将参考一些实例更详细地解释本发明。应了解，这些实例仅为了说明而提供，且不应以任何方式理解为限制本发明。
将省去可能不必要地混淆本发明的标的物的已知功能及构造的描述。
实例
实例1
在去离子水中，将0.1wt％平均粒径(D50)为60纳米且界达电位为+20毫伏的二氧化硅无机粒子(a1)(进行表面处理及通过SDI化学生产)与0.05wt％平均粒径(D50)为200纳米且界达电位为+30毫伏的苯乙烯-丙烯酰基有机粒子(a2)(通过SDI化学生产)、0.05wt％腐蚀抑制剂(1，2，4-三唑)、1wt％氧化剂(H2O2)及0.6wt％作为添加剂的错合剂(丝胺酸)混合。接着，使用氢氧化钾将浆料组合物调整至pH 7.0，从而制备化学机械平坦化浆料组合物。接着，所述化学机械平坦化浆料组合物在以下特性方面经受研磨评估。结果展示于表1中。
<研磨条件>
-用于测量研磨速率的晶圆：300毫米Cu毯覆式晶圆
-研磨仪器：瑞福新LK 300毫米(应用材料有限公司)
-研磨垫：IC1010k-凹槽(罗德尔有限公司)
-研磨时间：30秒
-压力：2.6psi
-平台rpm：93rpm
-头部rpm：87rpm
-流速：250毫升/分钟
实例2及比较实例1至比较实例3
除浆料组合物的组成及研磨粒子的组分如表1中所列改变外，化学机械平坦化浆料组合物以与实例1中相同的方式制备。
特性评估
Cu研磨速率(埃/分钟)：使用CMT-SR5000电阻计(AIT有限公司)在以上研磨条件下测量研磨速率。
缺陷(defect)数目：在研磨后，在750伏检测器电压下，使用表面缺陷分析(detector)器(LS-6800，日立有限公司)测量诸如刮痕(scratch)及残渣(residue)的表面缺陷(defect)的数目。
表1
如表1中所示，可见实例1及实例2的浆料组合物具有优良的铜研磨速率且可减少研磨物件的表面缺陷数目。
相反，可见使用单独无机粒子或有机粒子的比较实例1及比较实例2的浆料组合物具有增加的表面缺陷，且包括具有负界达电位的研磨粒子的比较实例3的浆料组合物的研磨速率降低且表面缺陷增加。
尽管已参考一些实施例描述本发明，但于本领域中技术人员可在不脱离本发明的精神及范畴的情况下进行各种修改、改变、变更及同等实施例。因此，本发明的范畴应仅受所附申请专利范围限制。

Claims (13)

1.一种用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其包括：
研磨粒子；以及去离子水，
其中所述研磨粒子包括无机粒子及有机粒子，
所述无机粒子与所述有机粒子两者均具有正的界达电位。
2.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述界达电位在约+1毫伏至约+100毫伏范围内。
3.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述化学机械平坦化浆料组合物具有约5至约9的pH值。
4.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述研磨粒子具有约10纳米至约500纳米的平均粒径(D50)，且所述有机粒子(D2)的平均粒径(D50)超过所述无机粒子(D1)的平均粒径(D50)。
5.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述有机粒子与所述无机粒子的平均粒径(D50)比率(D2/D1)约超过1且约小于或等于6。
6.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述无机粒子为二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(Zirconia)、氧化铈(Ceria)或其混合物。
7.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述有机粒子为聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺或其共聚物。
8.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中阳离子起始剂化学键结至所述有机粒子的表面。
9.根据权利要求8所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述阳离子起始剂包括选自以下的至少一种AIBN阳离子起始剂：2，2’-偶氮二(2-甲基丙脒)二盐酸盐、2，2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二硫酸盐二水合物、2，2’-偶氮二[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙酰胺]、2，2’-偶氮二[2-(3，4，5，6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二盐酸盐、2，2’-偶氮二{2-[1-(2-羟基乙基)-2-基]丙烷}二盐酸盐、2，2’-偶氮二{2-甲基-N-[2-(羟基丁基)]丙酰胺}、2，2’-偶氮二[2-甲基-N-[2-(羟基乙基)丙酰胺]及2，2’-偶氮二(N-丁基-2-甲基丙酰胺)。
10.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，还包括：
腐蚀抑制剂、pH值调节剂、界面活性剂、氧化剂、错合剂、分散剂、调节剂或其组合。
11.根据权利要求1所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，包括：
约0.01wt％至约20wt％的所述研磨粒子；约0.01wt％至约10wt％的所述氧化剂；约0.001wt％至约10wt％的所述腐蚀抑制剂；约0.01wt％至约20wt％的所述错合剂；以及其余量的所述去离子水。
12.根据权利要求11所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物，其中所述研磨粒子包括重量比为约1∶0.1至约1∶0.5的所述无机粒子及所述有机粒子。
13.一种研磨方法，包括：使用权利要求1至12中任一项所述的用于研磨铜的化学机械平坦化浆料组合物研磨铜线。
CN201580061512.1A 2015-09-08 2015-12-07 用于研磨铜的cmp浆料组合物及使用其的研磨方法 Pending CN107109192A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0127168 2015-09-08
KR1020150127168A KR20170030143A (ko) 2015-09-08 2015-09-08 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
PCT/KR2015/013336 WO2017043701A1 (ko) 2015-09-08 2015-12-07 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107109192A true CN107109192A (zh) 2017-08-29

Family

ID=58239967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580061512.1A Pending CN107109192A (zh) 2015-09-08 2015-12-07 用于研磨铜的cmp浆料组合物及使用其的研磨方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10150890B2 (zh)
KR (1) KR20170030143A (zh)
CN (1) CN107109192A (zh)
TW (1) TWI667337B (zh)
WO (1) WO2017043701A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110064973A (zh) * 2019-03-21 2019-07-30 林德谊 一种铜或铜合金的表面抛光处理工艺
CN112521864A (zh) * 2020-12-15 2021-03-19 绍兴自远磨具有限公司 一种用于半导体碳化硅芯片的化学机械抛光液

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102308353B1 (ko) * 2018-10-05 2021-10-01 삼성에스디아이 주식회사 구리 배리어층 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001164239A (ja) * 1999-12-14 2001-06-19 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体
US20100181525A1 (en) * 2009-01-20 2010-07-22 Belmont James A Compositions comprising silane modified metal oxides
CN102597142A (zh) * 2009-11-13 2012-07-18 巴斯夫欧洲公司 包含无机粒子与聚合物粒子的化学机械抛光(cmp)组合物

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1133896A (ja) 1997-05-22 1999-02-09 Nippon Steel Corp 研磨砥粒、研磨剤及び研磨方法
US20040065021A1 (en) 2002-10-04 2004-04-08 Yasuhiro Yoneda Polishing composition
KR101101207B1 (ko) 2009-05-27 2012-01-04 솔브레인 주식회사 금속막 연마용 ｃｍｐ 조성물
KR101411019B1 (ko) 2011-12-29 2014-06-24 제일모직주식회사 Ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR101465603B1 (ko) 2012-12-18 2014-11-27 주식회사 케이씨텍 구리 배리어층 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR101610997B1 (ko) 2012-12-28 2016-04-08 제일모직주식회사 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물　및 이를 이용한 연마 방법
US8974692B2 (en) * 2013-06-27 2015-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Chemical mechanical polishing slurry compositions and method using the same for copper and through-silicon via applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001164239A (ja) * 1999-12-14 2001-06-19 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体
US20100181525A1 (en) * 2009-01-20 2010-07-22 Belmont James A Compositions comprising silane modified metal oxides
CN102597142A (zh) * 2009-11-13 2012-07-18 巴斯夫欧洲公司 包含无机粒子与聚合物粒子的化学机械抛光(cmp)组合物

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110064973A (zh) * 2019-03-21 2019-07-30 林德谊 一种铜或铜合金的表面抛光处理工艺
CN112521864A (zh) * 2020-12-15 2021-03-19 绍兴自远磨具有限公司 一种用于半导体碳化硅芯片的化学机械抛光液

Also Published As

Publication number Publication date
TW201712099A (zh) 2017-04-01
KR20170030143A (ko) 2017-03-17
US20170335139A1 (en) 2017-11-23
WO2017043701A1 (ko) 2017-03-16
US10150890B2 (en) 2018-12-11
TWI667337B (zh) 2019-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7044836B2 (en) Coated metal oxide particles for CMP
EP1483349B1 (en) Anionic abrasive particles treated with positively-charged polyelectrolytes for cmp
CN101796160B (zh) 包含离子型聚电解质的铜化学机械抛光组合物及方法
CN102585704B (zh) 化学机械抛光浆料组合物及使用其制造半导体器件的方法
US20040157535A1 (en) Mixed-abrasive polishing composition and method for using the same
US7955520B2 (en) Copper-passivating CMP compositions and methods
KR101472617B1 (ko) 금속용 연마액 및 연마 방법
US20060096179A1 (en) CMP composition containing surface-modified abrasive particles
KR20050046620A (ko) 구리 연마용 조성물 및 방법
TW201936882A (zh) 可得到經改善之表面形狀的鎢緩衝拋光組合物
EP3681964A1 (en) Composition for tungsten cmp
KR20160009644A (ko) 적어도 하나의 iii-v 재료를 포함하는 물질 또는 층을 연마하기 위한 cmp 조성물의 용도
EP3999605A1 (en) Method to increase barrier film removal rate in bulk tungsten slurry
US9005472B2 (en) Aqueous polishing agent and graft copolymers and their use in a process for polishing patterned and unstructured metal surfaces
CN107109192A (zh) 用于研磨铜的cmp浆料组合物及使用其的研磨方法
KR20140086751A (ko) 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물　및 이를 이용한 연마 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170829

RJ01 Rejection of invention patent application after publication