TW200815570A - Low dielectric polishing slurry including mixed abrasive particles - Google Patents

Description

200815570 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種撤光液’特別是關於一種含有混合磨料的 低介電材料拋光液。 【先前技術】 在積體電路製造中，互連技術的標準在提高，一層上面又沉 積一層，使得在襯底表面形成了不規則的形狀。現有^術中使用 的一種平坦化方法就是化學機械拋光(CMP)，CMP製程就是使用 一種含磨料的混合物和拋光墊去拋光一石夕片表面。在典型的化學 機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉拋光墊接觸，用二載重物^ 襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉，同時在概 底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液(通常稱為拋光液或 拋光漿料)塗於墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發生化 開始進行拋光過程。 、在絕大多數CMP抛光液中，往往採用各種無機或有機顆粒 作為磨料，例如二氧化矽、氧化鋁、二氧化鍅、氧化鈽、 鐵、聚合物顆粒及/或其混合物等。由於這些無機或有機顆粒具 不同的粒徑、硬度、表面化學基團等特性，對各種拋光基材&往 表現出不同的拋光性能，尤其在對基材的拋光速率和 有很大的差異。 曰 、，因此、，在一些CMP拋光液中會採用兩種或兩種以上 料，以改善各種基材的拋絲率和調節他_麵比。比如 專利公告第6，_，獨號公開的抛光液主縣兩種不同粒徑的= 子的混合鑛齡，用關整和_金屬、阻擋層以及 石 的抱光速輪選擇比··第-種粒子触徑為5_5Gnm ;另_種教 的粒徑為50-l00nm。美國專利公告第6,896,591號公開的含有二 6 200815570 =料體系，主制於拋細化鎳基材 氣相氧化銘顆粒以及⑶二氧化賴粒。而美國專== I 5虎公開的採用兩種不同粒徑的二氧化石夕磨料體系， ίϊΐ 擒層Ta或通’並改善拋光過程中的雜和刮傷 於兩種不同粒徑的二氧化石夕磨料體系為：⑴第一種一氣 光液的财基礎上’還可以加人第三種顆粒。 成新的阻_抛綠，該第三麵粒魏脑齡。 y 【發明内容】 電材料抛 電路 包括 :裹!it，包括二氧化一、罐 於本發明中，該第二種磨料為二氧化石夕。 該掺銘二氧化石夕磨料的品質百分比濃度較佳地為〜抓。 10〜=。二氧化働的粒錄佳地是5〜麵；更钱是 0.5 〜15ί本發财’該第：種磨料的品質百分比濃度較佳地為 該第二種磨料的粒雜佳地是1G〜l〇0nm。 該拋光液的pH值較佳地為2〜12。 200815570 或表中種液還包括阻綱、氧化劑 '速率增助劑 其中’该阻餘劑較佳地是苯並三唾。 該氧化劑較佳地是過氧化氫。 該速率增助劑較佳地是有機羧酸、有 ί鱗:中=或多種補增助劑更

磷“的多種編夂銨、五硼酸錢、甘氨酸或乙二㈣叉 該表面活性劑包括陰離子表面活性劑、 ϊϊΞΐ面ί性和ΐ”子表ί活性劑;較佳地是: 二甲其、、臭化键=稀酸1聚乙一醇、十二烧基苯石黃酸納、十二烧基 一τ基溴化鈿或四丁基氫氧化銨中的一種或多種。 純繩光液可用缝光包含金屬、_層、二氧化石夕 矛低;I電材料結構的積體電路。 敕⑽雜進步效果在於··本發_減液可以較佳地調 f，;丨電村料氧化石夕_)與TEOS的拋光速率的同時，防止金屬 ίίίΪ中產生的局部和整體腐飿，提高產品良率。而且能應用 積體ΪΪΪ金屬、換竣二氧切_和二氧頻刪)結構的 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述得到進一 步的瞭解。 【實施方式】 為達到上述有關本發明之範疇，所採用之技術手段及 ，、餘功效，茲舉數個較佳實施例加以說明如下： 8 200815570 實施例1 : 拋光液1 :摻鋁二氧化矽(45nm)5%，氧化鋁包裹二氧 化矽（20nm)5%，酒石酸 0 2%，btao.2。/。，h2〇2〇j%， ρΠ=3 ； 拋光液2 :摻鋁二氧化矽(45nm)5%，氧化錘包裹二氧 化矽（20nm)5%，酒石酸 0.2%，btAO.2%，H2O20 3%， pH-2 ；

拋光液3 ·掺銘二氧化梦（45nm)5%，二氧化碎 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%，PH二3 ; 拋光液4 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，氣相氧化鋁（初 始粒徑 15nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，H2〇20.3%， pH=3。 拋光材料：BD材料；抛光條件：i.5pSi，拋光盤轉速 70rpm，拋光墊 Politex，抛光液流速 looml/min，Logitech PM5 Polisher 〇 結果如圖一所示：本發明採用摻鋁二氧化矽與不同的 辅助磨料組成混合磨料體系後，其拋光液可以較佳地調節 和控制低介電材料的拋光速率以及選擇比。 實施例2 : 拋光液5(1):摻鋁二氧化矽（20nm)5%，二氧化石夕 (70nm>5%，酒石酸 0·2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%，pH=3 ; 拋光液5(2):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，酒石酸 0·2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%，pH=3 ; 拋光液5(3):摻鋁二氧化矽（80nm)5%，二氧化石夕 9 200815570 (70nm)5%，酒石酸 0·2%，ΒΤΑ0·2%，Η2020·3%，pH=3。 拋光液6(1):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (20nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%，pH二3 ; 拋光液6(2):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸 0·2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%，pH=3 ; 拋光液6(3):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (120nm)5%，酒石酸 0·2%，BTA0.2%，Η202〇·3%， • ρΗ=3 〇 抛光材料· BD材料；拋光條件：i.5psi，撤光盤轉速 70rpm ’ 拋光墊 Politex，拋光液流速 looml/min，Logitech PM5 Polisher ° 結果如圖二、圖三所示：20〜8〇nm的摻鋁二氧化矽 磨^和20〜140nm的二氧化矽磨料都適合於本發明，而且 隨著摻鋁二氧化矽磨料粒徑的增大，拋光速率上升，因此 ，於〃80nm的摻鋁二氧化矽磨料也適合於本發明。但是隨 著二氧化矽磨料粒徑的增大，TEOS反而下降，因此大= 120nm的二氧化石夕磨料粒徑不適合本發明。 實施例3 : 拋光液7(1):摻鋁二氧化矽（45nm)〇5%，二氧化 (100nm)7%， pH=3 ； 拋光液7(2):摻鋁二氧化矽（45nm)7%，二氡化 (10—0腿)7% ’ 酒石酸 〇 2%，bTA〇.2%，H2〇2〇 3%， 200815570 » i 拋光液7(3):摻鋁二氧化矽（80nm)15%，二氧化矽 (100nm)7%，酒石酸 0.2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%， ρΗ=3 ° 拋光液8(1):摻鋁二氧化矽（45nm)7%，二氧化矽 (70nm)0.5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%， ρΗ=3 ; 拋光液8(2):摻鋁二氧化矽（45nm)7%，二氧化矽 (100nm)7%，酒石酸 0·2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%， φ pH二3; 拋光液8(3):摻鋁二氧化矽（80nm)7%，二氧化矽 (100nm)15%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2020·3〇/〇， pH-3 〇 拋光液8(4):摻鋁二氧化矽（45nm)l%，二氧化矽 (100nm)9%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%， ρΗ=3 ； 拋光液8(5):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 _ (100nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%， ρΗ=3 ； 拋光液8(6):摻鋁二氧化矽（80nm)9%，二氧化矽 (100nm)l%，酒石酸 0.2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%， ρΗ=3 〇 抛光材料：BD材料；拋光條件：1.5psi，拋光盤轉速 70rpm，抛光墊？〇1加乂，拋光液流速1〇〇1111/111丨11，1^(^如(；11 PM5 Polisher 〇 結果如圖四、圖五、圖六所示·當換銘二氧化秒的濃 200815570 ^為0.5%〜15〇/〇之間或二氧化石夕的濃度為〇 5%〜i5%之間 柃，本發明的拋光液可以顯著增加低介電材料BD 化石夕TEOS的拋光速率。同時在上述濃度範圍内，通過改 變摻銘二氧化;^和二氧化發之間的濃度比，本發明的抛光 液也可以調節和控制低介電材料BD與二氧化矽te〇s的 拋光速率和選擇比。 實施例4 :

一 ^拋光液9(1):拋光液9(2):摻鋁二氧化矽(45nm)5%， 一氧化發（70nm)5% ’ 酒石酸 0.2%，BTA0.2%， Η2〇2〇·3%，pH=2 ; 拋光液9(2):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，酒石酸 〇·2%，BTA0.2%，Η2〇2〇·3%，ph=3 ; 抛光液9(3) ·摻紹二氧化石夕（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5% ’ 酒石酸 〇·2%，BTA0.2%，Η2〇2〇·3%，pH=7 ; 撖光液9(4) ··摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，酒石酸 0·2%，ΒΤΑ0·2%，Η9〇9〇·3%， ρΗ=10 ; 拋光液9(5):摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，H9O90.3%， pH=12 〇 拋光材料·· BD材料；抛光條件：i.5psi，撤光盤轉速 70rpm ’ 抛光塾 Politex，抛光液流速 l〇〇xxxi/min，Logitech PM5 Polisher 〇 結果如圖七所示：當拋光液的pH值為2〜7時，通過 改變本發明的拋光液的pH值可以較佳地調節和控制低介 12 200815570 « 1 電材料的拋光速率。 實施例5 : 拋光液10 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，草酸 0·2%，BTA0.2%，Η2〇2〇·3%，pH二3 ; 樾光液11 ··掺紹二氧化石夕（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，丁二酸 0.2%，JBTA0.2%，Η2Ο20·3%，pH二3 ; 拋光液12 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，正丁胺 0·2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%，pH二3 ; 拋光液13 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸銨 0.2%，BTA0.2%，H2O20.3%， pH二3 ; 拋光液14 ·•掺銘二氧化石夕（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，五硼酸銨 0.2%，BTA0.2%，H2O20.3%， ρΗ=3 ； 拋光液15 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，甘氨酸 0.2%，ΒΤΑ0·2%，Η2Ο20·3%，pH二3 ; 拋光液16 :掺銘二氧化石夕（45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，乙二胺四曱叉麟酸 0.2%，BTA0.2%， Η2020·3%，pH二3 〇 拋光液17 :掺銘二氧化石夕(45nm)5%，二氧化石夕 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2020·3%，聚乙二 醇(PEG)(分子量為 200)0.2%，ρΗ=3 ; 拋光液18 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2020·3%，右旋糖 13 200815570 * » 苷（分子量為 20000)0.2%，pH=3 ; 拋光液19 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Ή2〇2〇·3% ’ ΒΥΚ1540.2%，pH二3 ; 拋光液20 :掺鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石薇 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%，聚丙烯 醢胺（分子量 Mw=3000000)0.2%，pH二3 ; φ 拋光液21 ··摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%，四丁基 氫氧化銨0.07%，ρΗ=3 ; 拋光液22 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5%，酒石酸 0.2%，BTA0.2%，H2020.3%，十二烧 基三曱基溴化銨0.1%，pH二3 ; 拋光液23 :摻鋁二氧化矽（45nm)5%，二氧化矽 (70nm)5% ’ 酒石酸 〇·2%，BTA0.2%，Η2Ο20·3%，十二烧 0 基苯續酸鈉0.1%，ρΗ=3 ; 拋光材料：BD材料；拋光條件：lpsi，拋光盤轉速 70rpm，拋光墊P〇litex ’拋光液流速1〇〇ml/min，[叩泡吐 PM5 Polisher 〇 結果如圖 固九所示 土古 ----------通過改變本發明的拋光液中 ，率增助劑及/絲面活_可錢 制低介電材料的拋光速率。 1 p 本發明所使用的原料和試劑均為市f產品。 藉由以上較佳具體實施例之註十 ⑺之序述’係希望能更加清楚描述本 200815570 =之特徵與精神，而並非以上述 本發明之範私以限制。相反地，其目例來對 、相等性的女排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇内。因 匕’本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬 廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排見 15

響圖； 200815570

4 I 【圖式簡單說明】 圖為掺紹—乳化石夕及其混合磨料體系的抛光速率圖； I圖二為_二氧切的粒㈣低介電材料的減速率影響 圖三為混合雜的祕雜介電材料的拋光速率影響圖，· 圖四為不同用量的混合磨料的拋光速率圖； 圖五為不同用量的混合磨料的拋光速率圖； 圖六為不同用量的混合磨料的拖光速率圖； 圖七為本發明的拋光液的pH值對低介電材料的拋光速率影 ^圖八為本發明的拋光液的混合磨料與速率增助劑的組合性能 影響圖； 圖九為本發明的抛光液的混合磨料與表面活性劑的組人卜fc 影響圖；以及…％ 圖十為本發明拋光液的拋光材料結構示意圖。 【主要元件符號說明】 益 16

Claims (1)

1. 200815570 十、申請專利範圍： 1、 一種含有混合磨料的低介電材料拋光液，該拋光液包括兩種或 兩種以上的抛光磨料，其特徵在於：其中一種磨料為摻銘二氧 化矽二第二種磨料包括二氧化矽、氧化鋁、鋁包裹二氧化矽或 鉛包裹二氧化矽中的一種或多種。 2、如申請專利範圍第1項所述之拋光液，其特徵在於：該第二種廢 料為二氧化矽。

   如申請專利範圍第2項所述之拋光液，其特徵在於：該摻鋁二氧 化矽磨料的品質百分比濃度為〇.5〜15%。 4、如申請專利範圍第2項所述之拋光液，其特徵在於：該摻鋁二氧 化硬磨料的粒徑是5〜5〇〇nm。 如申请專利範圍第4項所述之拋光液，其特徵在於··該摻銘二氧 化矽磨料的粒徑是1〇〜1〇〇nm。 6、 如申請專利範圍第2項所述之拋光液，其特徵在於：該第二種磨 料的品質百分比濃度為0.5〜15%。 7、 如申請專利範圍第2項所述之拋光液，其特徵在於··該第二廢 料的粒徑是10〜l〇0nm。 足 8、如申請專利範圍第1至7項任一項所述之抛光液，其特徵在於： 該拋光液的pH值為2〜12。 9、如申請專利範圍第1至8項任一項所述之拋光液，其特徵在於： 該拋光液還包括阻蝕劑、氧化劑、速率增助劑或&面^判, 的一種或多種。 片 10、 如申請專利範圍第9項所述之拋光液，其特徵在於： 該阻蝕劑是 17 200815570 1U Ξίΐί利範圍第9項所述之抛光液’其特徵在於：該氧化劑是 12、 如=請專利範圍第9項所述之拋光液，其特徵在於··該速率捭 劑是有機羧酸、有機羧酸鹽、氨基酸或有機磷酸中的一種』/ 種。 4夕 13、 如申，專利範圍第12項所述之拋光液，其特徵在於：該速率辦 1劑疋草酸、酒石酸、丁二酸、正丁胺、酒石酸銨、五硼酸 銨、甘氨酸或乙二胺四甲叉填酸中的一種或多種。 夂 φ 14、 如申請專利範圍第9項所述之拋光液，其特徵在於：該表面活性 劑包括陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活 {'生以及兩性離子表面活性劑。 15、 如申請專利範圍第14項所述之拋光液，其特徵在於：該表面活 性劑是聚丙烯醯胺、右旋糖苷、聚丙烯酸、聚乙二醇、十二烧 基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨或四丁基氫氧化銨中一種 或多種。 16、 如申睛專利範圍第2項所述之抛光液’其特徵在於：該抛光液用 * 於拋光包含金屬、阻擋層、二氧化矽以及低介電材料結構的積 體電路。 18