CN112175523A - 用于减少缺陷的抛光组合物及其使用方法 - Google Patents

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CN112175523A CN201910789528.4A CN201910789528A CN112175523A CN 112175523 A CN112175523 A CN 112175523A CN 201910789528 A CN201910789528 A CN 201910789528A CN 112175523 A CN112175523 A CN 112175523A
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Abstract

本申请涉及用于减少缺陷的抛光组合物及其使用方法。化学机械抛光组合物包含磨料、第一去除速率增强剂和水，其中当使用0.2μm的面元尺寸测量时，抛光组合物对于以下关系具有小于800000的值：大颗粒计数/磨料重量百分比。

Description

用于减少缺陷的抛光组合物及其使用方法
技术领域
本公开涉及化学机械抛光组合物。更特别地，本公开涉及这样的具有 低于期望阈值的大颗粒计数的组合物。
背景技术
铜是在半导体制造中用于形成互连的常用材料。一旦通过例如镶嵌工 艺形成铜镶嵌结构，就通过抛光并清除镶嵌线之间的铜和阻挡金属来制造 隔离的铜线。铜和阻挡层CMP涉及铜和阻挡层的抛光。期望以高材料去 除速率对晶片进行抛光以提高处理能力，同时仍保持有利的晶片特性，例 如低的总缺陷数。
称为化学机械抛光或平坦化(CMP)的工艺涉及使用抛光垫和浆料对 半导体晶片上的不同层进行抛光/平坦化，以在构造后续层之前抛光掉多 余或不需要的材料层。铜是在半导体制造中用于形成互连的常用材料。一 旦通过例如根据由例如镶嵌工艺所决定的图案来沉积铜的镶嵌工艺形成 铜镶嵌结构，就通过抛光并清除镶嵌线之间的铜和阻挡金属来制造隔离的 铜线。
铜和阻挡层CMP涉及使用一种抛光浆料或多种抛光浆料以将铜和阻 挡层去除至进行半导体制造过程中的下一步骤所需的程度。典型的铜 CMP工艺由3个工艺步骤组成。首先，以相对高的向下力对电镀铜覆盖 层(overburden)(根据技术节点，其厚度可以高至5μm或更大)进行快 速抛光，留下一些量的铜直到使沉积形貌完全平坦化。以较低的向下力抛光掉在第一步骤期间在完全平坦化之后剩余的铜覆盖层，在阻挡层上停 止。用于增加处理能力的高去除速率与平坦化效率和低缺陷的结合是 CMP工艺的关键需求。特别地，如果来自铜CMP步骤的不期望的深划痕 具有足够的深度而无法在随后的阻挡层抛光中去除，则它们可能在芯片制 造的后期阶段期间继续存在。这类划痕最终可能损害器件性能并导致无功 能的装置以及降低的晶片良品率。
CMP工艺类似地用于对包含铜之外的金属和/或介电材料的基底(同 时还可能另外包含铜)进行抛光。因此，在半导体工业中寻求改善的抛光 组合物及其使用方法。
发明内容
提供该发明内容以介绍在以下详细描述中进一步描述的概念的选择。 该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用 作帮助限制所要求保护的主题的范围。
在一个方面中，本文中公开的实施方案涉及化学机械抛光组合物，其 包含磨料、第一去除速率增强剂和水，其中，当使用0.2μm的面元尺寸 (bin size)测量时，抛光组合物对于以下关系具有小于800000的值：大 颗粒计数/磨料重量百分比。本公开还提供了用所述组合物抛光基底的方 法。
在另一方面中，本文中公开的实施方案涉及化学机械抛光组合物，其 包含磨料、第一去除速率增强剂和水，其中，当使用0.2μm的面元尺寸 测量时，抛光组合物对于以下关系具有小于50000的值：大颗粒计数/固 体重量百分比。
在另一方面中，本公开提供了制备抛光组合物的方法，其中所述抛光 组合物包含磨料、第一去除速率增强剂和水。当使用0.2μm的面元尺寸 测量时，抛光组合物对于以下关系具有小于800000的值：大颗粒计数/磨 料重量百分比。该方法包括以下步骤：选择磨料使得其符合所述值，以及 将磨料、第一去除速率增强剂和水合并。
根据以下描述和所附权利要求，所要求保护的主题的其他方面和优点 将是明显的。
附图说明
图1示出了现有技术的未过滤的浆料(图1至13中的“标准浆料”) 和根据本公开的未过滤的组合物(图1至13中的“低缺陷浆料”)使用0.56 μm的面元尺寸的LPC计数。
图2示出了现有技术的未过滤的浆料和根据本公开的未过滤的组合 物使用1.01μm的面元尺寸的LPC计数。
图3示出了现有技术的未过滤的浆料和根据本公开的未过滤的组合 物使用0.29μm的面元尺寸的LPC计数。
图4示出了现有技术的未过滤的浆料和根据本公开的未过滤的组合 物使用0.2μm的面元尺寸的LPC计数。
图5是示出现有技术的浆料和根据本公开的组合物的归一化铜去除 速率的比较的图。
图6是示出在使用现有技术的浆料和根据本公开的组合物对具有各 种Cu图案(即，线宽/密度)的晶片抛光之后观察的凹陷(dishing)的比 较的图。
图7示出了与现有技术的抛光浆料相比，本公开的组合物的归一化的 总缺陷计数。
图8示出了与现有技术的抛光浆料相比，本公开的组合物的归一化的 划痕总数。
图9示出了十种抛光组合物在老化0天、3天和7天时使用0.2μm的 面元尺寸的LPC计数。
图10示出了十种抛光组合物在老化0天、3天和7天时使用0.29μm 的面元尺寸的LPC计数。
图11示出了十种抛光组合物在老化0天、3天和7天时使用0.56μm 的面元尺寸的LPC计数。
图12示出了十种抛光组合物在老化0天、3天和7天时使用1.01μm 的面元尺寸的LPC计数。
图13示出了现有技术的抛光浆料和本公开的组合物在使其经受使用 0.1μm深度过滤器的过滤之后在11天的时间段内使用0.2μm的面元尺寸 测量的LPC计数的图。
图14示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.2μm的 面元尺寸下测量的LPC/二氧化硅重量百分比。
图15示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.29μm 的面元尺寸下测量的LPC/二氧化硅重量百分比。
图16示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.2μm的 面元尺寸下测量的LPC/固体重量百分比。
图17示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.29μm 的面元尺寸下测量的LPC/固体重量百分比。
具体实施方式
本文中公开的实施方案提供了化学机械抛光组合物，当与已知的 CMP组合物相比时，所述化学机械抛光组合物能够使缺陷特别是微划痕 最小化。本公开的组合物包含具有特别限制为低于限定水平的大颗粒计数 (LPC)的磨料。由此在使用本公开的组合物时避免了较高水平的LPC的 有害影响(例如，高水平的缺陷)或使其最小化，同时仍保持相同或更高 程度的抛光活性。
本公开的组合物具有低于某一阈值的大颗粒计数(LPC)，所述大颗 粒计数是指大于某一尺寸的颗粒的数目。在CMP领域中，组合物的LPC 与经抛光的表面上的缺陷(例如划痕)数目之间明确的相关性仍然不明。 本发明人出乎意料地发现，当组合物的LPC数相对于组合物中的磨料(或 固体)的量保持低于某一量时，存在明显改善的结果。
CMP浆料中的LPC可以来自浆料中使用的磨料，或者在浆料配制期 间作为固体添加的可以随时间溶解但是可能缓慢和/或不完全溶解的其他 组分(例如，腐蚀抑制剂、去除速率增强剂等)。如将在本申请中进一步 详细说明的，本发明人已经发现，通过使用以下抛光组合物，在抛光期间 可以使划痕或缺陷最小化，同时保持相同或更高的抛光速率：在使用0.2 μm的面元尺寸测量LPC时(即，当LPC被分类为大于0.2μm的颗粒时)， 所述抛光组合物包含小于800000的LPC/磨料重量百分比(即，对于关系： 大颗粒计数/磨料重量百分比而言小于800000LPC的值)。此外，相关地， 以下抛光组合物还实现了比具有更高LPC/固体重量百分比读数的组合物 更少的晶片缺陷和划痕：当使用0.2μm的面元尺寸测量LPC时，所述抛 光组合物具有小于50000的LPC/固体重量百分比(即，对于关系：大颗 粒计数/在配制期间作为固体添加的组分的重量百分比而言小于50000 LPC的值)。％固体(固体重量百分比)旨在与％磨料(磨料重量百分比) 具有如下区别，％固体包括在配制期间以固体形式添加的所有组分，其中 一些可能在老化时最终溶解或部分溶解。不论组合物的整体组成如何，将 LPC计数标准化为磨料重量百分比或固体重量百分比允许组合物的直接 比较，因为发明人已经观察到如果各种组合物(例如，具有0.08磨料重 量百分比的那些至具有10磨料重量百分比的那些)具有超出上述范围的 LPC计数，则对它们观察到更高的划痕。
如以下更详细讨论的，本公开中所述的益处是出乎意料的，因为当使 用高于本文中确定的阈值的常规阈值测量LPC时，这些益处没有出现。 所要求的比率的益处仅在使用以下讨论的更小的面元尺寸测量LPC时出 现。此外，先前认为CMP组合物的去除速率增强剂显著有助于LPC和缺 陷，但是本公开提出磨料是划痕缺陷的最大贡献者。这是本公开的比率使 用较小的LPC阈值(更旨在包含组合物中的磨料颗粒)的原因。如以下 还讨论的，当组合物满足所要求的比率的限度时，出现显著的益处。
如上所述，如果来自CMP步骤的不期望的深划痕具有足够的深度而 无法在任何后续抛光步骤中去除，则它们可能在芯片制造的后期阶段期间 继续存在。这类划痕可能最终损害器件性能，并且深划痕背后的潜在元凶 之一可能是存在于CMP浆料中的大的不期望的颗粒。这些不期望的颗粒 的存在通常通过光散射技术来监测以确定LPC，其中对溶液中直径高于所 选阈值(常规地，约0.5微米(μm)和/或约1.0μm)的颗粒的浓度进行 量化。常规选择的尺寸阈值(例如，0.5μm和/或1.0μm)通常远高于溶 液中期望颗粒(例如，磨料)的尺寸分布的第99百分位，并因此阻止了 关于浆料中有助于LPC的颗粒是否是不期望的(例如，污染物)还是期 望的混淆。然而，发明人出乎意料地发现，磨料颗粒的大于约0.2μm的 部分与增加的划痕高度相关。因此，由于需要实现令人满意的去除速率和 整体抛光性能而通常被认为是期望的磨料的部分实际上是有害的并且显 著地促使在抛光期间非常不期望的划痕。
如在本公开中稍后呈现的实施例中所证明的，发明人已经发现，当与 使用0.2μm的面元尺寸测量LPC时具有更高LPC/磨料重量百分比的相似 配制的抛光组合物相比时，将LPC/磨料重量百分比控制为在使用0.2μm 的面元尺寸测量LPC时小于800000产生实现减少的晶片缺陷/划痕的抛光 组合物。不受理论的束缚，本发明人认为，由于LPC限度减少了组合物 中由于它们的硬度和尺寸而最可能产生划痕的较大磨料的相对量，因此当 遵守上述LPC限度时实现了缺陷/划痕的减少。实际上，在美国专利第 9914852号的背景技术部分中，讨论了大于约0.5μm的颗粒被教导为存在 潜在的划痕问题，但是其中没有提及如本申请中所证明的限制大于0.2μm 的颗粒以在抛光期间减少缺陷/划痕的重要性。
在抛光浆料中，当在0.2μm的面元尺寸下测量时，LPC由磨料控制， 而由于用于抛光组合物中使用的磨料的典型尺寸选择，使用更大的面元尺 寸(例如，约0.5μm和约1μm)的测量中磨料组分的表现少得多。用于 抛光组合物的磨料具有这样的粒径分布：即使两种不同的磨料可能具有相 似或甚至相同的平均粒径，粒径分布也可能根据合成方法或合成过程的参 数而显著不同。例如，取平均粒径各自为60nm的两种磨料源，一种磨料 源可以具有比具有较窄粒径分布的另一种磨料源更宽的粒径分布和更大 比例的大于200nm(即，大于0.2μm的面元尺寸)的颗粒。因此，当在 0.2μm的面元尺寸下测量时，即使它们具有相同的平均粒经，较宽分布磨 料源的LPC也将高于(并且可能超出本公开中所述的限度)较窄分布的磨料源。
前述段落中所讨论的考虑是不能假定目前可获得的浆料或组合物具 有本公开的特性的一个原因。目前的浆料可能具有相似的平均粒径，但是 这并不意味着它们在所述的面元尺寸下具有相同的LPC计数。此外，如 先前在本说明书中描述的，由于在较大面元尺寸下差异根本不明显，因此 没有迹象表明本申请组合物的LPC计数与目前可获得的组合物的LPC计 数相比可能有或将有这样的分歧。应选择本公开的磨料使得它们实现期望 的LPC计数和比率。如先前在本公开中提出的，即使将浆料过滤也不必 然意味着LPC将降低至本公开的阈值水平。本公开的磨料还可以进行化 学处理或用特定的化学合成形成以确保它们满足期望的LPC特性。
实际上，可以使用过滤过程以试图从产品或浆料制剂中去除大于一定 尺寸的颗粒。然而，即使使用过滤也可能无法一直有效地将LPC降低至 使划痕或缺陷最小化的水平。例如，并且如将在本公开中稍后呈现的实施 例中所示，0.1μm深度过滤器在将LPC降低至低于800000LPC/磨料重量 百分比或50000LPC/固体重量百分比的阈值方面不是有效的。这不是直观 的，因为将预期具有0.1μm孔直径的过滤器将能够显著减少能够在0.2μm 的面元尺寸中引起计数的颗粒(包括大于0.2μm的颗粒)的出现。然而， 深度过滤器具有宽的孔径分布，并且允许大于额定值的组分的至少一部分 通过过滤器。因此，在一个或更多个实施方案中，本公开的抛光浆料在配 制之后不过滤和/或用于抛光浆料的磨料组分在配制之前不过滤。例如， 当磨料由供应商提供时，它们通常分散在溶液内，然后与其他组分一起混 合以配制浆料。因此，在一些实施方案中，由供应商提供的分散的磨料溶 液在配制成抛光浆料之前不过滤。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物包含选自以下的磨料：氧化 铝、热解法氧化硅、胶态氧化硅、涂覆颗粒、氧化钛、氧化铈、氧化锆、 及其任意混合物。在一个或更多个实施方案中，磨料选自热解法氧化硅、 胶态氧化硅及其混合物。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物包含选自有机酸和有机酸盐 的去除速率增强剂。在更具体的实施方案中，去除速率增强剂选自氨基酸、 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 氨基官能团二者的化合物、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、及其任 意混合物。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物包含选自唑、唑衍生物及其 混合物的腐蚀抑制剂。在更具体的实施方案中，腐蚀抑制剂可以选自苯并 三唑、苯并三唑衍生物、甲苯基三唑及其混合物。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物包含选自以下的氧化剂：过 氧化氢、过硫酸铵、硝酸银、硝酸铁、氯化铁、过酸、过酸盐、臭氧水、 铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸钾、溴酸钾、三氧化钒、次氯酸、次氯酸钠、 次氯酸钾、次氯酸钙、次氯酸镁、硝酸铁、KMnO4、其他无机过氧化物或 有机过氧化物、及其任意混合物。
在一个或更多个实施方案中，抛光组合物包含选自以下的至少一者： 表面活性剂、第二去除速率增强剂、杀生物剂、表面精整剂、pH调节剂、 缺陷减少剂、凹陷减少剂、动态表面张力减小剂、或其任意混合物。
在一个或更多个实施方案中，本文中所述的抛光组合物可以基本上不 含某些成分中的一种或更多种，例如盐(例如卤化物盐)、聚合物(例如 阳离子或阴离子聚合物，或凹陷减少剂之外的聚合物)、表面活性剂(例 如铜腐蚀抑制剂之外的那些)、增塑剂、氧化剂、腐蚀抑制剂(例如，非 唑类腐蚀抑制剂)、和/或某些磨料(例如，氧化铈或氧化铝磨料或非离子 磨料)。可以从抛光组合物中排除的卤化物盐包括碱金属卤化物(例如卤 化钠或卤化钾)或卤化铵(例如氯化铵)，并且可以为氯化物、溴化物或 碘化物。如本文中所使用的抛光组合物“基本上不含”的成分是指不是有意 添加到抛光组合物中的成分。在一些实施方案中，本文中所述的抛光组合 物可以具有至多约1000ppm(例如，至多约500ppm、至多约250ppm、 至多约100ppm、至多约50ppm、至多约10ppm、或至多约1ppm)的抛 光组合物基本上不含的一种或更多种上述成分。在一些实施方案中，所描 述的抛光组合物可以完全不含一种或更多种上述成分。
实施例
在以下呈现的实施例中，使用配备有Particle Measuring Systems Inc.(Boulder,CO)Liquilaz S02液体光学颗粒计数器的Celerity(Tualatin,OR) 浆料颗粒测量车型号AD10300-01，随时间测量0.2μm、0.29μm、0.56μm 和1.01μm面元尺寸的参照的LPC测量结果。所有样品在车内用0.04μm 过滤的去离子水稀释至500倍至1000倍以使计数达到适合于S02颗粒计 数器的水平。所报道的LPC考虑了所有稀释物(图1至4)。此外，在某 些实施例中，通过％二氧化硅(二氧化硅重量百分比)负载(图14和图 15)以及％固体负载(图16和图17)将结果归一化。
实施例1
在该实施例中，在多个面元尺寸下测量现有技术的浆料和根据本公开 的组合物二者在11天的时间段内LPC计数的变化。现有技术的抛光浆料 的LPC计数超过了根据本公开的抛光浆料所教导的限度。相反地，本公 开的抛光组合物的LPC计数低于根据本公开的抛光浆料所教导的限度。 两种抛光浆料的组分在化学上相同，并且在每种组合物内以相同的量使 用。
当配制抛光组合物时，最初可以添加两种类型的固体材料。一种类型 是在组合物中保持固体的固体，例如磨料，而另一种类型的组分是在一段 时间内溶解在组合物中的固体。随时间保持固体的固体将在浆料的LPC 计数中保持稳定存在，而溶解的固体将在浆料的LPC计数上显示减少的 存在，并且一旦溶解，也将不会造成在抛光期间划伤晶片的担忧。常规思 维假设较大的颗粒在抛光时导致划痕缺陷，并因此通常使用0.56μm和/ 或1.01μm的面元尺寸测量和报道LPC值。即，通常的做法是测量大于约 0.56μm和/或1.01μm的颗粒的LPC计数，并努力使它们在抛光浆料中的 存在最小化。
图1和2分别示出了未过滤的现有技术的浆料和未过滤的本公开的抛 光组合物在0.56μm和1.01μm的面元尺寸下的LPC计数。这些图显示的 是两种浆料在这些面元尺寸的LPC开始高，然后随着时间发展在更低且 基本相同的值处稳定。该结果表明在两个面元尺寸的LPC主要由随时间 溶解的组分而不是随时间不溶解的固体磨料组分控制。此外，因为值在大 致相同的值处稳定，所以当与现有技术的组合物相比时，低缺陷组合物减 少缺陷的能力(图7和8中所示)无法通过这两个尺寸范围内的LPC值 来说明。
图3示出了未过滤的现有技术的浆料和未过滤的本公开的抛光组合 物在0.29μm的面元尺寸下的LPC计数(即，对尺寸大于0.29μm的颗粒 进行计数)。与0.56μm和1.01μm的面元尺寸的结果相似，图3中的结果 显示两种浆料在这些面元尺寸的LPC开始高，然后随着时间发展在更低 且基本相同的值处稳定。因此，当与现有技术的组合物相比时，该面元尺寸的颗粒也由随时间溶解的组分控制，并且无法说明低缺陷组合物减少缺 陷的能力(稍后在实施例4中讨论并且在图7和8中示出)。
图4示出了未过滤的现有技术的浆料和未过滤的本公开浆料的抛光 组合物在0.2μm的面元尺寸下的LPC计数(即，对尺寸大于0.2μm的颗 粒进行计数)。在此，两种不同浆料的LPC计数显示出显著的分歧。具体 地，LPC计数在测试的时间段内保持相对稳定，表明该值主要由非溶解磨 料组分控制。其次，现有技术的组合物获得的值是本公开的抛光组合物获 得的计数值的大于两倍。结合稍后在实施例4中讨论并在图7和8中示出 的结果，该结果出乎意料地表明，通过特别地控制尺寸大于0.2μm的颗 粒的量，可以实现经抛光的晶片上划痕/缺陷的减少。
实施例2
在实施例2中，在两个不同的向下力值下，对现有技术的抛光浆料的 铜覆盖层(blanket)去除速率与本公开的抛光组合物的铜去除速率进行比 较。现有技术的抛光浆料的LPC计数超过了根据本公开的抛光浆料所教 导的限度。相反地，本公开的抛光组合物的LPC计数低于根据本公开的 抛光浆料所教导的限度。两种抛光浆料的组分在化学上相同，并且在每种 组合物内以相同的量使用。
图5中呈现的结果证明在每个向下力值下每种浆料的铜去除速率在 正常的晶片对晶片工艺(wafer-to-wafer process)变化中是相当的。
实施例3
在实施例3中，对用现有技术的抛光浆料抛光晶片之后观察到的凹陷 与用本公开的抛光组合物抛光之后观察到的凹陷进行比较。现有技术的抛 光浆料的LPC计数超过了根据本公开的抛光浆料所教导的限度。相反地， 本公开的抛光组合物的LPC计数低于根据本公开的抛光浆料所教导的限 度。在每种组合物中两种抛光浆料的组分使用相同的化学组分。此外，当 使用每种组合物时，抛光条件相同。
图6中呈现的结果证明在具有各种Cu图案(即线宽/密度)的晶片上 使用两种浆料之后，观察到的凹陷量是相当的。
实施例4
在该实施例中，对在经现有技术的抛光浆料抛光的覆盖层铜晶片上发 现的总缺陷和缺陷类型与在经本公开的抛光组合物抛光的覆盖层铜晶片 上发现的那些进行比较。现有技术的抛光浆料的LPC计数超过了根据本 公开的抛光浆料所教导的限度。相反地，本公开的抛光组合物的LPC计 数低于根据本发明的抛光浆料所教导的限度。两种抛光浆料的组分在化学 上相同，并且在每种组合物内以相同的量使用。此外，当使用每种组合物 时，抛光条件相同。
图7显示当将数据归一化时，本公开的抛光组合物的总缺陷计数显著 低于在用现有技术的抛光浆料抛光时观察到的那些。图8显示当将数据归 一化时，本公开的抛光组合物的划痕总数显著低于在用现有技术的抛光浆 料抛光时观察到的那些。此外，由于在图8中获得的对使用本公开的抛光 组合物获得的划痕数的值与在图7中示出的对缺陷总数的值的强相关性 (即，归一化的值在约0.6处相似)，因此可以得出结论，在经抛光的晶 片上观察到的大多数缺陷是划痕，而不是污点、有机残留物、腐蚀等。该 结果还显示当用本公开的抛光组合物进行抛光时，划痕可以减少约40％。
实施例5
在该实施例中，通过示出各自具有不同的组分和/或组分的量的十种 不同的抛光组合物的条形图证明了实施例1中详述的基于面元尺寸选择 的LPC计数趋势的一般性(generality)。图9示出了十种抛光组合物在老 化0天、3天和7天时使用0.2μm的面元尺寸的LPC计数。图10示出了 十种抛光组合物在老化0天、3天和7天时使用0.29μm的面元尺寸的LPC 计数。图11示出了十种抛光组合物在老化0天、3天和7天时使用0.56μm 的面元尺寸的LPC计数。图12示出了十种抛光组合物在老化0天、3天 和7天时使用1.01μm的面元尺寸的LPC计数。重要地，通过最初添加的 用以形成每种组合物的固体(即，所有固体组分，包括磨料和在最初配制 期间作为固体添加的任何其他组分)的百分比将所示的LPC计数归一化，使得即使每种浆料组合物有差别，也可以比较LPC计数。
当从较小至较大的面元尺寸(即，图9至图12)观察时，在图9中 所有浆料的LPC计数相对稳定(使用0.2μm面元尺寸)，而如图10至12 所示，当在三个较大的面元尺寸下测量时，所有浆料的计数从第0天至第 3天显著减少。该证据支持了实施例1中讨论的结论的一般性，其中显示 磨料主要控制在0.2μm的面元尺寸的LPC计数，而其中显示在更大且更 常规地测量的面元尺寸控制LPC计数的可溶性固体组分示出随时间LPC 计数的显著减少。此外，该数据还呈现了对常规地认为LPC计数应控制 在0.56μm和/或1.01μm面元尺寸的观点与现实世界应用中的减少缺陷/ 划痕不太相关的原因的说明。具体地，划痕主要由磨料引起，并且0.56μm 和/或1.01μm的面元尺寸在充分表征来自非溶解磨料的有问题的LPC计 数方面是不适当的。
实施例6
在该实施例中，研究了过滤的使用以确定通过深度过滤器的过滤 (CMP工业中通常使用的做法)可以对现有技术的抛光浆料和本公开的 抛光组合物的LPC计数具有怎样的影响。现有技术的抛光浆料的LPC计 数在过滤之前超过了根据本公开的抛光组合物所教导的限度。相反地，本 公开的抛光组合物的LPC计数在过滤之前低于根据本公开的抛光组合物 所教导的限度。两种抛光浆料的组分在化学上相同，并且在每种组合物内 以相同的量使用。
图13示出了现有技术的抛光组合物和本公开的抛光组合物在使其经 受使用0.1μm深度过滤器的过滤之后，在11天的时间段内使用0.2μm的 面元尺寸测量的LPC计数的图。如图所示，使用0.1μm深度过滤器的过 滤确实稍微减少了现有技术和本公开的抛光组合物二者的LPC计数，但 是现有技术的抛光组合物的LPC计数从未接近本公开的抛光组合物所获 得的水平。
实施例7
在该实施例中，对根据本申请配制的浆料和未根据本申请配制的比较 浆料的LPC计数/浆料中使用的二氧化硅重量百分比磨料进行了比较。浆 料1至4和6根据本发明配制，而浆料5和7至10是未根据本发明配制 的比较浆料。虽然所有浆料具有稍微不同的配方，但是一个主要差异是每 种配方中使用的特定二氧化硅产品。下表1汇总了浆料。
表1
浆料 高的划痕倾向
1 否
2 否
3 否
4 否
5 是
6 否
7 是
8 是
9 是
10 是
图14示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.2μm的 面元尺寸下测量的LPC/二氧化硅重量百分比。浆料1至4和6使用导致 在0.2μm的面元尺寸下测量时的适当水平的LPC/二氧化硅重量百分比 (即小于800000LPC/％二氧化硅)的二氧化硅磨料产品，而浆料5和7 至10使用导致大于800000LPC/二氧化硅重量百分比的LPC/二氧化硅重 量百分比的二氧化硅产品。经浆料1至4和6抛光的晶片显示出少于经比 较浆料5和7至10抛光的晶片上观察到的划痕。
图15示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.29μm 的面元尺寸下测量的LPC/二氧化硅重量百分比。显著地，比较浆料(即 浆料5和7至10)平均显示出在该面元尺寸下低于产生较少划痕并且根 据本公开配制的浆料1至4和6的LPC计数。该结果进一步证明在0.29μm 或更大的面元尺寸下测量的LPC计数与抛光期间减少划痕/缺陷的浆料不 太相关。
实施例8
在该实施例中，对根据本申请配制的浆料和未根据本申请配制的比较 浆料的LPC计数/浆料中使用的固体重量百分比(即，磨料和可溶性固体 组分)进行比较。浆料1至4和6根据本发明配制，而浆料5和7至10 是未根据本发明配制的比较浆料。在该实施例中使用的浆料与实施例7中 使用的浆料相同，但是将图16至17中所示的LPC计数归一化为固体重 量百分比。
图16示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.2μm的 面元尺寸下测量的LPC/固体重量百分比。如前所述，当与比较浆料5和7 至10相比时，浆料1至4和6在抛光之后显示出减少的缺陷。因此，基 于图16中所示的数据，小于50000的LPC/固体重量百分比值将是浆料在 抛光期间减少缺陷/划痕的有效限度。
图17示出了浆料1至10在配制之后0天、3天和7天时在0.29μm 的面元尺寸下测量的LPC/固体重量百分比。如图所示，五种最低LPC/固 体重量百分比中的四种实际上是作为证明不可接受的/增加的划痕水平的 比较浆料的浆料6至9。因此，在0.29μm或更大的面元尺寸下测量的LPC 计数与在抛光期间减少划痕/缺陷的浆料不太相关。
虽然以上仅详细描述了几个示例性实施方案，但是本领域技术人员将 容易理解，在实质上不脱离本发明的情况下，示例性实施方案中可以进行 许多修改。因此，所有这些修改旨在包括在如以上权利要求所限定的本公 开的范围内。

Claims (16)

1.一种化学机械抛光组合物，包含：
磨料；
第一去除速率增强剂；和
水，
其中，当使用0.2μm的面元尺寸测量时，所述抛光组合物对于以下关系具有小于800000的值：大颗粒计数/磨料重量百分比。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一去除速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、具有羧酸官能团和氨基官能团二者的化合物、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、及其任意混合物。
3.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自唑和唑衍生物的腐蚀抑制剂。
4.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自以下的磨料：氧化铝、热解法氧化硅、胶态氧化硅、涂覆颗粒、氧化钛、氧化铈、氧化锆、及其任意混合物。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述磨料选自热解法氧化硅、胶态氧化硅及其混合物。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物中所述磨料的量为至少0.05重量％。
7.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自以下的氧化剂：过氧化氢、过硫酸铵、硝酸银、硝酸铁、氯化铁、过酸、过酸盐、臭氧水、铁氰化钾、重铬酸钾、碘酸钾、溴酸钾、三氧化钒、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、次氯酸镁、硝酸铁、KMnO4、其他无机过氧化物或有机过氧化物、及其任意混合物。
8.根据权利要求1所述的组合物，还包含选自以下的至少一者：表面活性剂、第二去除速率增强剂、杀生物剂、表面精整剂、pH调节剂、缺陷减少剂、凹陷减少剂、动态表面张力减小剂、或其任意混合物。
9.根据权利要求1所述的组合物，其中当使用0.2μm的面元尺寸测量时，在测量大颗粒计数/磨料重量百分比之前不过滤所述组合物。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中当使用0.2μm的面元尺寸测量时，在测量大颗粒计数/磨料重量百分比之前使所述组合物在配制之后老化至少3天。
11.一种化学机械抛光组合物，包含：
磨料；
第一去除速率增强剂；和
水，
其中当使用0.2μm的面元尺寸测量时，所述抛光组合物对于以下关系具有小于50000的值：大颗粒计数/固体重量百分比。
12.一种抛光基底的方法，包括以下步骤：
将根据权利要求1所述的组合物施加至所述基底上；以及
用抛光垫向所述基底施加压力，以去除所述基底的表面的至少一部分。
13.一种制备抛光组合物的方法，其中所述抛光组合物包含：
磨料；
第一去除速率增强剂；和
水，
其中当使用0.2μm的面元尺寸测量时，所述抛光组合物对于以下关系具有小于800000的值：大颗粒计数/磨料重量百分比，
其中所述方法包括以下步骤：
选择所述磨料使得其符合所述值；以及
将所述磨料、所述第一去除速率增强剂和所述水合并。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述合并步骤之前不过滤所述磨料。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括对所述磨料进行化学处理使得它们符合所述值的步骤。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括经由化学合成形成所述磨料使得它们符合所述值的步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115477899A (zh) * 2022-07-29 2022-12-16 深圳市永霖科技有限公司 一种基于氧化还原电位机理的氮化镓化学机械抛光液

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US11658065B2 (en) * 2020-06-15 2023-05-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Chemical mechanical polishing slurry composition, method for chemical mechanical polishing and method for forming connecting structure

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010055940A1 (en) * 2000-06-15 2001-12-27 Leland Swanson Control of CMP removal rate uniformity by selective control of slurry temperature
US20030203705A1 (en) * 2002-04-26 2003-10-30 Yaojian Leng Chemical-mechanical polishing slurry with improved defectivity
US6749488B2 (en) * 2001-04-30 2004-06-15 Planar Solutions Llc Chemical mechanical polishing slurry composition for polishing conductive and non-conductive layers on semiconductor wafers
US20040159050A1 (en) * 2001-04-30 2004-08-19 Arch Specialty Chemicals, Inc. Chemical mechanical polishing slurry composition for polishing conductive and non-conductive layers on semiconductor wafers
US20060124539A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Fujiwara Sangyo Kabushiki Kaisha Sludge scraping and collecting apparatus
US20160053136A1 (en) * 2014-08-19 2016-02-25 Fujifilm Planar Solutions, LLC Reduction in large particle counts in polishing slurries
CN107880783A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 包含正电和负电二氧化硅粒子的cmp抛光组合物

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5934978A (en) * 1997-08-15 1999-08-10 Advanced Micro Devices, Inc. Methods of making and using a chemical-mechanical polishing slurry that reduces wafer defects
JP2005286047A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Nitta Haas Inc 半導体研磨用組成物
JP2008523638A (ja) * 2004-12-13 2008-07-03 プラナー ソリューションズ エルエルシー コロイド状シリカをベースとする化学機械研磨用スラリー
KR101526006B1 (ko) 2012-12-31 2015-06-04 제일모직주식회사 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물　및 이를 이용한 연마 방법
JP6680652B2 (ja) * 2016-09-08 2020-04-15 株式会社フジミインコーポレーテッド 砥粒分散液、およびこれを含む研磨用組成物キット、ならびにこれらを用いた研磨用組成物の製造方法、研磨用組成物、研磨方法および磁気ディスク用基板の製造方法
US10486124B2 (en) * 2017-08-23 2019-11-26 Cabot Microelectronics Corporation Systems for mixing a liquid and related methods
US10934457B2 (en) * 2018-05-23 2021-03-02 The University Of Toledo Altering shear thickening in fumed silica suspensions using nanoparticles
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010055940A1 (en) * 2000-06-15 2001-12-27 Leland Swanson Control of CMP removal rate uniformity by selective control of slurry temperature
US6749488B2 (en) * 2001-04-30 2004-06-15 Planar Solutions Llc Chemical mechanical polishing slurry composition for polishing conductive and non-conductive layers on semiconductor wafers
US20040159050A1 (en) * 2001-04-30 2004-08-19 Arch Specialty Chemicals, Inc. Chemical mechanical polishing slurry composition for polishing conductive and non-conductive layers on semiconductor wafers
US20030203705A1 (en) * 2002-04-26 2003-10-30 Yaojian Leng Chemical-mechanical polishing slurry with improved defectivity
US20060124539A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Fujiwara Sangyo Kabushiki Kaisha Sludge scraping and collecting apparatus
US20160053136A1 (en) * 2014-08-19 2016-02-25 Fujifilm Planar Solutions, LLC Reduction in large particle counts in polishing slurries
CN107880783A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 包含正电和负电二氧化硅粒子的cmp抛光组合物

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TON JUTA等: "Continuous Monitoring and Control of CMP Slurry Health", 《NCCAVS CMPUG 10TH ANNUAL INT. SYMP》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115477899A (zh) * 2022-07-29 2022-12-16 深圳市永霖科技有限公司 一种基于氧化还原电位机理的氮化镓化学机械抛光液
CN115477899B (zh) * 2022-07-29 2023-09-08 深圳市永霖科技有限公司 一种基于氧化还原电位机理的氮化镓化学机械抛光液

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