TW200948940A - An aqueous slurry composition for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method - Google Patents
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Description
200948940 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種化學機械拋光(CMP)用之水性泥讓 組成物’以及一種化學機械拋光之方法。尤其,本發明係 5 關於一種化學機械拋光用之水性泥漿組成物以及化學機械 拋光方法,其可使在拋光目標層時具有較佳之拋光速率’ 以及高拋光選擇性,並可維持目標層拋光後之良好的表面 狀態。 1〇 【先前技術】 隨著具高整合性及高性能之半導體裝置之需求曰以倍 4,為了使半導體裝置具有高整合性,則須特別形成多屏 線路結構;同時,為了形成此多層線路結構,·則須使每個 線路層平面化以形成一額外的線路層。 15 從以往至今,許多回焊、旋轉塗佈玻璃(SOG)、或回蝕 (etchback)、以及類似方法已被用於線路層平面化之製程, 然而此些方法皆無法製作出良好的多層線路結構。因此, 近來許多線路層平面化的製程係使用化學機械拋光(CMp) 法來進行。 '° CMP法是—種將拋光墊與線路層接觸,並使其相對移 動(例如,將上方形成有線路層之基板旋轉),並將含有研磨 料以及各種化學組成之泥装組成物提供於抛光裝置之抛光 墊以及上方形成有線路層之基板之間而可在研磨料進行 200948940 耜由化學組成物質的作用而將線 線路層機械拋光的同時 路層化學性地拋光。 5 ❹ 10 15 20 ,-般而言’ CMP法中所使用的泥I组成物會包含有石夕 或铭礬土以作為研磨料。然而,由於研磨料的高硬度, Ϊ常又會造成到傷、凹陷 '或侵钱等問題,而使線路層可 罪性降低。 、此外’由於近來以銅形成線路的趨勢增加,而銅金屬 為-種谷易與泥焚組成物中的化學物質進行化學反應之金 屬’因此拋光及平面化製程主要係透過化學抛光完成,而 非透過機械㈣光H因為在銅線路層進行拋光及平 面化的期間’不需要進行化學拋光的部位亦會與化學物質 反應,而造成凹陷的問題產生。 基灰上述問題,發展出一種可維持拋光目標層(如銅線 路層)不會有刮傷、凹陷 '腐姓、及相似問題之泥I组成物 或拋光方法,則為目前之所需。 例如,習知技術中有一種抑制凹陷的方法係使用如 苯亚三唑(benzotriazole)之腐蝕抑制劑來達成卩邛抓以化价
Pubhcat丨on Hei 8-83780)。也就是,銅線路層拋光期間所造 成之凹的原因’是因為待拋光之銅線路層_非平坦部位 的被挖處(dug parts)與有機酸及相似之化學物質反應,此 外’加上由於拋光墊本身並不會接觸到被挖處,故拋光墊 其機械力量並不會到達被挖處’因此才使用腐蝕抑制劑來 抑制此等化學性攻擊’使凹陷及相似問題得以減少。 5 200948940 —腐卩制劑會影響機械拋光的效率,並降 低整個銅線路層之整體拋光 降 尤速率(PO丨1shing rate)以及拋光 速度㈣lshingspeed)。亦即,雖然為了減少銅線 凹陷而使用過多的腐飪如座,士, 幻夕扪屙蝕抑制劑,但卻由於 速率以及拋光速度的大幅降& 體抛先 降低,因此使用過多的腐蝕抑制 劑疋不fa g的’且若相料伯土 對使用較少置的腐蝕抑制劑,會造 成無法抑制凹陷或腐蝕的情形產生。 因此,需開發出—種泥焚組成物,使可維持足夠的銅 ίο 線路層之拋光速率以及拋光速度,並可抑制銅線路層之凹 陷或㈣的情形’以使銅線路層於抛光後仍維 面狀態。 ,此外’-般的銅線路層係使用下述方法進行拋光。即, 於形成-包含组或鈦的抛光停止層,且依序於基板上形成 銅線路層後’將多餘的沉積銅線路層使用CMP方法進行拋 !5光,直到拋光停止層暴露出後才停止抛光步驟以完成銅 線路層拋光。因此,目前巫需一種⑽之泥浆組成物,其 在拋光銅線路層時具有較高的拋光速率以及抛光速度,並 在拋光拋光停止層時具有較低的抛光速率以及抛光速度, 以利用此方法使銅線路層拋光及平面製程最佳化(亦即,銅 20線路層以及拋光停止層之間需具有高度拋光選擇性)。 然而,及至目前所開發出之泥毁組成物皆無法滿足上 述问拋光選擇性之需求’因此關於具有高拋光選擇性的泥 漿組成物之需求的開發仍不斷地存在著。 200948940 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一種化學機械拋光(CMP) 用之泥漿組成物’其可在目標層時維持極佳的 拋光速率以及拋光速度,且對目標層之抛光選擇性較其他 5 膜層高,並可使目標層於拋光後仍維持有優良的表面狀態。 本發明之另一目的在於提供一種使用該泥漿組成物 進行化學機械拋光(CMP)之方法。 本發明提供一種CMP用之水性泥漿組成物,其包括: > 一研磨料;一氧化劑;一錯合劑;以及一聚合添加劑,該 10 聚合添加劑係包括選自由:聚氧化丙稀 (polypropyleneoxide)、氧化丙烯-氧化乙烯共聚物 . (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)、以及如下化學 式1所示之化合物所組群組之至少一者; [化學式1]
其中’ Ri〜R4係各自獨立為氣、Cl ~C6烧基、或C2〜C6 稀基’ R5為C 1 ~C30院基、或稀基,且η為5〜500中之一數字。 本發明亦提供一種CMP方法,包括:提供CMP用之 水性泥漿組成物至基板上之目標層以及拋光墊之間,將 20 拋光塾與目標層接觸’,並將目標層以及拋光墊相對移動, 以拋光目標層。 以下’本發明實施例中CMP用之水性泥漿組成物以及 7 200948940 使用此CMP水性泥漿組成物進行之CMP方法將更詳細地 說明。 本發明之實施例中,化學機械拋光(CMP)用之水性泥 漿·組成物係包括:一研磨料;一氧化劑;一錯合劑;以及 5 一聚合添加劑,該聚合添加劑係包括選自由:聚氧化丙歸 (polypj:opyleneoxide)、氧化丙稀-氧化乙稀共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)、以及如下化學 式1所示之化合物所組群組之至少一者; [化學式1]
烯基,R5為C1〜C30烧基、或烯基,且n為5〜5〇〇 _之一數字。 10 經由本發明之實驗結果可得知,當添加某些聚合添加 劑(如,聚氧化丙烯(p〇lypropylene〇xide)、氧化丙烯氧化 15 ^^^^^(propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer) > 化學式1所示之化合物)至包含有研磨料、氧化劑錯合劑 (例如,有機酸)、及其他之CMp用之水性泥漿組成物中時, 由於目標層可受到聚合物之保護,因而在經由以方法 進行拋光後仍可保有其優良的表面狀態。 期間 凹陷 由於此些聚合物具有適當的疏水特性,因此可於抛光 保護目標層(如’銅線路層)之表面,而可有效地抑制 、腐敍、或到傷的發生。 20 200948940 你田再,者’使用聚合添加劑’可抑制當水性泥浆組成物中 使用過夕犧抑制劑而造成目標層 5 10 15 Ο ,降低的情形。因此,使用CMP方法時,得以維;)= 層之較佳的抛光速度,且相對絕緣層(如,氧切,); 拋先停止層(如,含组層或含鈦層)、及相似層,對於目標 層可展現較佳的拋光選擇性。 v 因此ICMP用之水性泥聚組成物可使 ::抛光速度以及抛光速率,並使目標層相對其 Γ絕佳的拋光選擇性,更使目標層免於產生刮傷及ΐ 他,而可於抛光後仍維持良好的表面狀態。因此,此CMp 方法較佳係、使㈣CMP水性泥I组成物,以將目標層(如, 銅線路層)拋光或平面化。 曰 細地;则撕—組成將更詳
機械用之水性泥I组成物包含有㈣將目標層進行 機=拋光所用之研磨料。—般使用於CMP 研磨:料皆可選用’例如,可使用金屬氧化物研磨料成= 研磨料、或有機-無機複合式研磨料。 "例如,氧化石夕研磨料、氧化铭研磨料、氧化鈽研磨料' 氧化錯研磨料、氧化鈦研磨料、_石研磨料可作為 可由此些之中選取2者以上之研磨料來使 金屬乳化物研磨料可由任何方法製備,如煙 ㈦叫咕法、溶膠·凝勝法、以及相似方法,無特別限制。 再者’可使用笨乙烯-基聚合物研磨料(如,聚笨乙烯 20 5 10 15 200948940
二:烯酸-基聚合物研磨料(如,聚曱A 丙稀《、㈣酸_基絲物、或甲基㈣酸·基^物甲基 聚氣乙稀研磨料、聚酿胺研磨料、聚破酸醋研磨料^ :胺研磨料、以及其相似物作為有機研磨料,,特:; :二由選自由該些聚合物所組成之具有單'结構或二 :、,.::球型聚合物研磨料,亦可不受其形 而選 用二且,如乳化聚合法或懸浮聚合法之任何方法^ 之聚δ物研磨料亦可採用作為有機研磨料。 、寸 …再者’由有機材料(如,聚合物)與無機材料(如,全屬 =^^所_之#機·無機複合研磨料亦可採用作為 射、f/1 ’考量到目標層(如’銅線路層)之抛光速率或 ^迷^、或適當的表面保護,較佳係使 研 作為研磨料e T ^ /t+ 泥^且並成1中為了具有合適的目標層抛光速度以及使於 , 中具有穩定的分散度,研磨料的平均直徑可為 二〇至5:0_。例如,SEM測量結果為基準使用金屬氧化 ,研料時,研磨料之一級顆粒的平均直徑可為1〇至 鹰請,較佳為2〇至⑽nm ;而當使用有機研磨料時’ 研磨料之—級顆粒的平均直徑可為】〇至5〇〇賺較佳為刈 ^ 3〇〇’當研磨料的尺寸大幅縮小時目標層之 會變的相當低,而相反地,當研磨料的尺寸大幅增加時, 泥漿組成物中研磨料的分散度則會降低。 研磨料於CMP水性泥黎組成物中的含量可為〇丨至 20 200948940 重量百分比,較佳為0 3至10重量百分比。當研磨料的含 里不到0.1重量百分比時,會使目標層的拋光效率降低;而 田研磨料的含量超過30重量百分比時,泥漿組成物本身的 穩定性會下降。 5 ❹ 10 15 ❹ 並且,CMP水性泥漿組成物包含有氧化劑。氧化劑係 藉由將目標層(如,銅線路層)氧化而形成氧化物薄骐,而 CMP方法中的目彳示層抛光步驟則可透過物理以及化學抛 光步驟而將氧化物薄膜消除。 一般使用於CMP泥漿組成物之氧化劑可採用作為 氧化劑’無特別限制’例如’如過氧化氫、過氧醋酸過 笨曱酸(perbenzoicacid)、叔丁基過氧化氫、以及相似物之 過氧-基氧化劑;如過硫酸鈉、過硫酸鉀(KPS)、過硫酸鈣、 過硫酸銨、四炫基過硫酸敍、以及相似物之過硫酸-美 氧化劑;次氣酸;過錳酸鉀;硝酸鐵;鐵氰化鉀;過碘酸 钟:次氣酸納(sodium hypochlorite);三氧化_叙 (vanadium trioxide);溴酸鉀;以及相似物皆可使用作為 氧化劑。 此些各種的氧化劑中’較佳係使用過硫酸基 氧化劑。其可藉由以聚合添加劑保護目標層之表面,使 目標層於拋光後仍維持良好的表面狀態,並可同時藉由使 用過硫酸-基氧化劑與如下所述之聚合添加劑,而維持較佳 的目標層拋光速度以及拋光速率。 使用於CMP水性泥漿組成物中的氧化劑含量可為〇 i 至10重量百分比,較佳為0.1至5重量百分比。當氧化劑之 20 200948940 含里過低時,目標層之拋光速度可能會下降;且當氧化劑 之含量過高時,由於目標層的表面可能因過度氧化或腐 蝕,以及部分腐蝕生成物殘留於最終拋光後的目標層(如, 銅線路層)上,因此可能會使銅線路層的特性降低。 5 CMP用之水性泥漿組成物亦包含錯合劑。錯合劑係藉 由與被氧化劑所氧化之目標層的金屬物質(如,銅)形成一 錯合物,而將銅離子消除,並改善目標層之拋光速度。此 外,由於錯合劑可藉由拉電子對與金屬物質(如,銅離子) 而形成一化學穩定的複合物,因此錯合劑可防止金屬物質 ◎ 10重新沉澱於目標層上。尤其,當目標層為如銅線路層之 含銅層時,錯合劑與氧化劑之間交互作用之化學拋光則 可拋光目標層的主要拋光機制。 可使用有機酸作為代表性之錯合劑。尤其,胺基酸_ 基化合物、胺-基化合物、羧酸_基化合物、以及其相似物 15皆可作為錯合劑,無特殊限制。錯合劑的特定例子為丙胺 酸(a丨anine)、甘胺酸(giycine)、胱胺酸(cystine)、組氨酸 (histidine)、天冬醯胺酸(asparagine)、胍(guanidine)、色胺 ❹ 酸(tryptophane)、胼(hydrazine)、乙烯二胺(ethylene diamine)、一氨基環己烧(diamino cyclohexane)(例如,1,2_ 20 二氨基環己烷(U2-diamino cyclohexane))、二氨基丙酸 (diamino propionic acid)、二氨基丙烧(diamin〇 pr〇pane)(例 如 ’ 1,2-二氨基丙烷(i,2_diamino propane)或 1,3-二氨基丙 烷(1,3-diamino propane))、二氨基丙醇(diamin〇 propanol)、順丁 稀二酸(ma}eic acid)、經基 丁二酸(maHc 12 200948940 acid)、酒石酸(tartaric acid)、檸檬酸(citric acid)、曱烷二 酸(malonic acid)、苯二曱酸(phthalic acid)、醋酸(acetic acid)、乳酸(lactic acid)、草酸(oxalic acid) ' 吡。定羧酸 (pyridine carboxylic acid)、°比咬二羧酸(pyridine 5 dicarboxylic acid)(例如,2,3-α比咬二缓酸(2,3-pyridine dicarboxylic acid)或 2,6- °比 °定二叛酸(2,6-pyridine dicarboxylic acid))、抗壞血酸(ascorbic acid)、天冬氨酸 (aspartic acid)、n比嗤二叛酸(pyrazole dicarboxylic acid)、 ® 或2-喧淋曱酸(quinaldic acid)、或其鹽類。考量到目標層 10 (如,銅線路層)的反應性,此些錯合劑之間較佳係使用甘 胺酸。 錯合劑於CMP水性泥漿組成物中之含量可為〇.〇5至5 重量百分比,較佳為0.1至2重量百分比。藉由含此含量錯 合劑’於拋光後可使目標層表面所產生之凹陷或腐蝕減 15 少。當錯合劑含量過高時’目標層的表面可能會受到侵|虫, 且目標層的表面均勻性(稱為WIWNU (Within Wafer Q Non-Uniformity,晶圓不均勻度))亦會降低。 再者’本發明一實施例中之CMP水性泥漿組成物可更 包括一聚合添加劑’此聚合添加劑係包括選自由:聚氧化 20 丙烯(P〇lypr〇pyleneoxide)、氧化丙烯-氧化乙烯共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)、以及如下化學 式1所示之化合物所組群組之至少一者: [化學式1] 13 200948940
ίο 15 烯A r:R1〜R4係各自獨立為氫、C1〜C6烷基、或C2〜C( 席土,R5為Cl〜C观基、或烯基,且n為5〜5财之一數字 著於目此二合添犧有足夠的疏水特性,且其物理性地勒 2目層之表面’而可於使用該水性泥聚組成物進行掏 光步驟期間保護目標 > > 矣& m , 日表面。因此,其可於拋光期間保 ,層之表面免於凹陷、腐蝕、或刮傷,並使目標層之 表面維持良好的狀態。 關於伞氧化丙稀(polypr〇pylene〇xide)、氧化丙稀氧 化乙埽共聚物(Pr°Py】ene。*-吻leneoxide cop。丨 yme〇、 以及如化學式丨所示之化合物’可使用習知或商業上可瞒 之^合物’無特殊限制,且随系列聚合物(Aidn‘chc〇; 聚氧乙烯_ -基聚合物(p〇ly〇x州hylene etherbased P〇iy聽))、或tWEEN系狀聚合物亦可做為如化學式嘀 示之化合物。
卜再者’聚氧化丙烯(P〇1ypr〇pyleneoxide)、氧化两稀_ 氧化乙烯共聚物(propy丨eneoxide-ethy丨eneoxide copolymer)'以及如化學式丨所示之化合物之平均分子量可 分別為300至丨〇〇,〇〇〇。藉此,使用此聚合添加劑可更有效 20保護目標層,並可維持適當的泥漿分散穩定度。 > 並且,由本發明之實驗結果可知,較佳係使用包含有 60至90重量百分比之環氧乙烧重複單元且重量平均分子量
14 200948940 為5000至1〇〇,〇〇〇之氧化丙烯-氧化乙稀共聚物 (pr〇pyleneoxide-ethylene〇xide cop〇iymer),做為聚合添加 劑。 較佳使用此等共聚物作為聚合添加劑之確實原因係 5 如下所述。 ’ 此氧化丙稀-氧化乙烯共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)為同時具有足夠 親水特性以及疏水特性之聚合物,係由於其共同包含有親 水之氧化乙烯單元以及疏水之氧化丙烯單元所造成。因 10此,使用共聚物作為聚合添加劑,可增加對於目標層之表 面保護作用的效果。尤其,由於共聚物具有親水性質以及 某程度的水溶性、以及足夠的疏水特性,因此相較於其他 聚合添加劑,本共聚物可輕易地均句分散於水性泥聚組成 物中,並可降低拋光後目標層局部不平整或是抛光效率減 15低之疑慮。因此,使用此共聚物可使目標層(如,銅線路層) 表面..隹持良好的狀態,並維持更優異的抛光特性(如,抛 碜 光速度或抛光速率)。 ,外,由本發明之實驗結果可知,藉由使用重量平均 刀子里為5000至丨〇〇〇〇〇之氧化丙烯氧化乙烯共聚物 -0 (P opylenecmde-ethyleneoxide cop〇iymer),可在維持目枳 層(如’鋼線路層)之較佳的抛光速度以及拋光速率的^ 日守’展現極佳之曰4©成士 、 之目軚層表面保護效果,且含有聚合物之泥 水、’且成物’更可於目標層以及如含鈕層或含鈦層之其他層 (此一使用作為拋光銅線路層、或氧化梦層時之拋光停止層) 200948940 之間展現極佳的拋光 田孔化丙烯-氧化乙烯 共聚物之分子量太小時,對於目標層無法顯現較佳的表面 保護效果;反之’當分子量太大時,則包含該聚合物之尼 5 聚組成物的穩定性會難轉持或是目標層_光速度會降 低。 曰
另外,氧化乙稀重複單元於共聚物中之含量較 至90重量百分比,且氧化丙稀重複單元較佳係少於此含 量。因此’在維持較高的目標層(如,銅線路層)抛光速度 以及拋光速率的同時,由於該含有此共聚物作為添加物之 10泥默組成物對於如含组層或含欽層、或氧化砂層之其他層 具有較低的拋光速率,使得此泥製組成物可具有較佳的抛 光選擇性,且由於組成物具有較佳之目標層保護效果因 此可抑制抛光後目標層表面的凹陷、腐姓 相反地,當氧化乙稀重複單元含量過低時,其^^生含 15组層或含鈦層、或氧化⑦層)之抛光速率會增加,且抛光選 擇性會下降;而若氧化乙烯重複單元含量過高時,目標層 表面之保護效果會降低且到傷或凹陷的現象會容易產生。 —基於上述原因,氧化丙烯-氧化乙烯共聚物之重量平 均分子量以及氧化乙稀重之含量則必須適當地控 "〇制’以適用於聚合添加劑中,方能於拋光後維持目標層表 的良好狀態,並使含有此添加劑之泥漿組成物可具有較 佳的目標層拋光速度以及抛光選擇性等抛光效能。 此外,本發明之一實施例中之泥漿組成物可更包含有 為t 加劑之親水性聚合物(如’聚乙二醇以及相似 16 200948940 5 ❹ 10 15 物),並與聚氧化丙烯(polypropyleneoxide)、氧化内稀·氧 化乙烯共聚物(propyleneoxide-ethyleneoxide copo丨ymer)4 如化學式1所示之化合物一同使用。此更包含之親水性聚合 物可適當地控制聚合添加劑之親水以及疏水特性,並可相 對地增加有使用添加劑之目標層表面保護的效果。特別 是,當聚合添加劑的水溶性不足時’由於不易同樣均勻地 分散於CMP用之水性泥漿組成物中,而可能會造成拋光後 目標層局部的不平整或是拋光效能的減低,因此需要含有 聚乙二醇等相似物來改善此點。 聚合添加劑於C M P用之水性泥漿組成物中之含量可 為0.0001至2重量百分比,較佳為〇〇〇5至丨重量百分比。藉 由此含量之聚合添加劑,拋光中使用泥漿組成物可使目標 層(如,銅線路層)維持優異的拋光速度,且同時使得目標 層與其他層之間具有有效的拋光選擇性,並使目標層表面 得以受到保護,以避免到傷、凹陷、或腐㈣產生。
% CMP水性泥漿組成物可更包括DBS A ben咖suifonic acid,+_^基苯石黃酸)、嶋 (dodecy丨slUfate,十二院基硫酸)、或其鹽類以增加聚 合添加劑的溶解度。 ,此外,本發明一實施例中之CMP水性泥焚組成物可除 了上述物貝之外更包括腐蝕抑制劑或pH調控劑。 腐:抑制劑係為用以預防凹陷及相似狀況之一種添 =二其係藉由抑制錯合劑對於目標層之 嚴重的化學腐蝕來達成。 、 20 200948940 5 10 15 -般用於CMP泥t組成物中作為錢抑制劑之材料 皆可使用作為在此之腐㈣制劑,無特殊限制,例如,可 使用唾環(azole)-基化合物(如,笨並三。坐(βτα)、Μ,•聯〇比 。定乙烧(4,4i-diPyridy丨 ethane)、3,5_ 吡唑二羧酸 (3,5-pyrazole dicarboxylic acid)、2_喹啉甲酸、或其鹽類卜 此外,腐蝕抑制劑於C M p用之水性泥漿組成物中之含 量可為0.001至2重量百分比,較佳為㈣⑴重量百分比: 藉此,可減緩由腐蝕抑制劑所造成拋光速率降低’且例如 有機酸的化學反應所造成的凹陷亦可有效地減少。 此外,CMP用之水性泥漿組成物可更包括—pH調控 劑以合適地控制泥漿的pH值。鹼性pH調控劑(如氫氧化 奸、氯氧化鈉、氨水、氫氧化热、氫氧化鎚、碳酸氣納、 以及碳酸鈉);或選自由氫氯酸、硝酸、硫酸、磷酸、甲酸、 以及乙酸所組群組之至少一酸性p H調控劑皆可作為p Η調 控劑’且可將ί尼漿以纟離子水稀釋以防止#使用強酸或強 驗時’由於局部pH差異而造成泥漿的凝結。 為了可控制泥聚組成物之適當pH,具習知技藝之人 士叮以適^的®使用pH調控劑。例如,經由考量抛光速 率以及拋光選擇性,CMP水性泥漿組成物之pH較佳係控制 在3至11之間,而pH調控劑的適當使用量則依照pH值範圍 來決定。 此外,CMP用之水性泥漿組成物可更包括剩餘含量的 水或水性溶劑以作為溶解或分散上述物質之溶劑。 藉由含有某些聚合添加劑,CMP用之水性泥漿組成物 20 200948940 可維持目標層(如’銅線路層)的拋光速度以及拋光速率, 並有效地保護表面,防止凹陷、腐蝕、或刮傷的產生,並 維持目標層於拋光後的表面狀態。 例如’當維持拋光速率以及拋光速度於4〇〇〇A/rn丨n或 5 以上,較佳係600〇A/min或以上’更佳為70〇〇A/min時,CMP 用之水性泥漿組成物可有效地保護銅層的表面,並使拋光 後仍維持有很好的表面狀態。例如,如以下實施例所示, ¥使用CMP水性泥聚組成物於銅層cmP拋光過程時,銅層 © 表面狀態之表面粗縫度(Ra)可維持在1 〇 nm或以下,較佳為 10 8_〇nm或以下,更佳為7 〇nm或以下的良好程度。 再者,當維持較高的目標層(如,銅線路層)拋光速率 時對於其他層(如,作為拋光停止層之含组層或含鈦層以 及作為半導體裝置中之絕緣層的氧化矽層),該泥漿組成物 係展現較低的拋光速率。因此,泥漿組成物於目標層以及 15 其他層之間可展現較佳的拋光選擇性。 CMP用之水性泥漿組成物對於銅層:鈕層之拋光速率 ® 比為40」或以上,較佳為60:1或以上,且更佳為100:1或以 上,而於銅層以及钽層間具有較佳的拋光選擇性。並且, 該組成物其對於銅層:氧化矽層之拋光速率比為100丨或以 20上,較佳為200:1或以上,且更佳為3〇〇:1或以上,而於銅 層以及氧化矽層間具有較佳的拋光選擇性。 因此,CMP用之水性泥漿組成物非常適合用於以cMp 方法所進行之銅線路層及類似層的拋光或平面化,係由於 其可使目標層維持良好的表面狀態,且對於目標層(如銅 200948940 層)可展現較佳的拋光速率以及高拋光選擇性。且特別地, 泥漿組成物可使用於如半導體裝置中鋼線路層之含銅層的 拋光以及平面化。 本發明之其他實施例中,係提供一種使用該泥漿組成 5 物之化學機械拋光(CMP)之方法。此CMP方法包括:提供 CMP用之水性泥漿組成物至基板上之目標層以及拋光塾 之間,將拋光墊與目標層接觸,並將目標層以及拋光墊相 對移動,以拋光目標層。 本發明之CMP方法中,目標層可為含銅層(如,半導 10 體裝置中之銅線路層),且拋光停止層(包含有钽或鈦,較 佳為鈕)可形成於該目標層(如,含銅層)下。此外,拋光停 止層以及目標層可形成於由氧化矽層所組成之絕緣層上。 使用CMP方法將目標層(如,銅線路層)抛光或平面化 時,係將形成有目標層之基板置放於拋光裝置之磨頭上, 15將目標層與拋光墊面對面並提供泥漿組成物至該目標層以 及拋光裝置之拋光墊之間,再將目標層與拋光墊接觸並相 對移動之(亦即,旋轉形成有目標層之基板’或是旋轉該拋 光墊)。藉此,利用包含於泥漿組成物中之研磨料或拋光墊 的摩擦來完成的機械性拋光,並藉由一同使用之泥毅組成 20物其他化學組成來進行的化學拋光,來拋光目標層,如此 直至將目標層拋光至露出拋光停止層之上表面為止,以完 成拋光或平面化目標層。 尤其,上述本發明之另一實施例之CMP方法中,可使 用本發明實施例CMP用水性泥漿組成物來達到將目標層 200948940 (如’含銅層)快速並有效率地拋光’並且,由於目標層與 拋光停止層(含有鈕或鈦)或絕緣層之間的拋光選擇性改 善,因此可抑制拋光停止層下之絕緣層的受損,而使目標 層可更有效地進行拋光或平面化。再者,由於可預防拋光 5 Ο ίο 15 ⑩ 20 期間於目標層表面所產生之凹陷、腐蝕、或刮傷因此可 以形成具有較佳表面狀態及特性之線路層以及類似層。 因此’藉由本發明之CMP方法,可以形成一更具可靠 性之半導體裝置之線路層,並可大大地幫助生產具高性能 之半導體裝置。 如上所述,本發明係提供一種CMp水性泥漿組成物’ ^具有較佳的目標層拋光速率,以及相對其他層可展現較 高的目標層拋光選擇性,並可預防拋光期間於目標層表面 所產生之凹陷、腐蝕、或到傷’且本發明亦提供使用此CMp 水性泥漿組成物所進行之Cmp方法。 ^特別地,使用此泥漿組成物以及CMP方法,可以使目 標層(如,銅線路層)具有較佳的效能。 因此,由於使用本發明之泥裳組成物以及CMp方法’ 可使半導體裝置之銅線路層具有較佳的可靠性以及特性, 因此本發明可有效使用於高效能半導體裝置的製備上。 【實施方式】 以下係藉由較佳實施例說明本發明之實施方式。本說 ^中的各項細節亦可基於不同觀點與應用,在不障離本 ㈣之料τ進行各種修飾與變[實施例㈣ 祝明而舉例而已。 25 200948940 實施例1至23:製備CMP用之水性泥漿組成物 首先’取下列材料作為製備CMP用之水性泥浆組成物 之成分。 使用 FUSO CHEMICAL Co.所取得之 Quartr〇n ρ[系列 5 的膠態二氧化石夕(colloidal silica),PL-1或pL-3L,來作為 二氧化矽研磨料。 使用P-65 ( —種由BASF Co.所取得之共聚物, Mw=3500)、L-64 (—種由BASF Co.所取得之共聚物, Mw=3880)、隨機共聚物Random (由Aldrich Co.所取得之隨 10 機共聚物,Mw=2500)、或具有如表1所示之分子量以及氧 化乙烯重複單元含量之氧化丙烯-氧化乙烯共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer),做為氧化丙稀 _ 氧化乙稀共聚物之聚合物添加劑。 使用BRIJ-58 (由Aldrich Co.所取得之介面活性劑,係 15 以聚乙二醇十八烧基趟(polyethyleneglycol stearyl ether)作 為主要組成,Mw=1224)、BRIJ-76 (由Aldrich Co.所取得之 介面活性劑’係以聚乙二醇十八烷基醚作為主要組成,
Mw=711)、或brij-78 (由Aldrich Co.所取得之介面活性 劑’係以聚乙二醇十八烧基鱗作為主要組成,Mw= 1 200), 20 作為化學式1之化合物的聚合添加劑。 為了增加聚合添加劑的溶解度,可加入500 ppm的十 泥漿組成物中。 依照表1中所列之組成,使用以下方法來製備實施例1 22 200948940 至23之CMP水性泥漿組成物。 首先’依照表1中所列之組成,將研磨料、錯合劑、 聚合添加劑、腐蝕抑制劑、以及氧化劑導入至比聚丙烯瓶 中’並接著倒入去離子水,加入十二烷基苯磺酸 5 (dodecylbenzenesulfonic acid,DBSA) ’ 並使用 pH調控劑來 調整泥漿組成物之pH值,並調整組成物的總重。最後,將 組成物以高速攪拌5至1〇分鐘,而製得實施例丨至23之CMP 水性泥漿組成物。 Φ 10 [表1]實施例1至23之組成
實 施 例 泥漿之組成 研磨料 (重量百 分比) 錯合劑 (重量百分比) 腐蝕抑制 劑 (重量百 分比) 氧化劑 (重量百 分比) PH 聚合添加劑 (重量百分比) 1 二氧化 矽 (1.5) 甘胺酸 (0.5) 2-喹啉甲 酸 (0-3) APS(2) 9.5 L-64 (0.05), BR1J-76 (0.025), PEG (Mw: 1 000) (0.125) 2 二氧化 矽 (1.5) 甘胺酸 (0.5) 笨二甲酸 (0.4) BTA (0.0005) APS(2) 9 L-64 (0.05), BRIJ-76 (0.025), PEG (Mw: 1 〇〇〇) (0.125) 3 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸 (0_5) 吡啶羧酸 (0.5) 2 · Df嚇曱 酸 (0.4) APS(2) 9.5 L-64 (0,05), BRU-76 (0.025), PEG (Mw: 1000) (0. 125) 4 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸 (0.5) 吡啶羧酸 (0.5) DPEA (0.15) APS(2) 9 L-64 (0.05). BRIJ-76 (0.025), PEG (Mw: 1 000) (0.125) 5 二氣化 矽 (1.5) 甘胺酸 (i) 2-喹啉甲酸 (0.3) BTA (0.0005) APS(2) 9 L-64 (0.05), BRIJ-76 (0.025), PEG (Mw: 1 000) (0.125) 6 二氡化 矽 (1.2) 甘胺酸 (0.5) 羥基丁二酸 (0.5) DPEA (0.15) APS(2) 9.2 P-65 (0.07). BRIJ-7 6 (0.07), PEG (Mvv: 1000) (0.07) 7 二氧化 矽 (1.5) 甘胺酸 (0.6) DPEA(0.2 ) APS(2) 8.7 L-64 (0.05), BRIJ-76 (0.025), PEG (Mw: 1000) (0.125) 8 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸(0.5) 笨二曱酸 (0.4) 喹啉甲 酸 (0.3) APS(2) 10.3 L-64 (0.05). BRIJ-76 (0.025 ). PEG (Mw: 1000) (0.125) 9 二氡化 矽 甘胺酸(0.5) 吡啶羧酸 2-喹啉甲 酸 APS(2) 9,5 P-65 (0.05). BRIJ-58 (0.025). PEG (Mw:IOOO) 23 200948940 (1) (0.5) (0.2) (0.125) 10 二氧化 矽 (1) 甘胺酸 (0.5) 2 - 曱 酸 (0.2) APS(2) 9.5 隨機共聚物(0.05). BRIJ-58(0.05). PEG (Mw:l〇〇〇) (0.1) Μ 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸(0.6) 2-喳啉甲 酸 (0.3) APS(2) 9.2 PO-EO共聚物 (EO: 80 %, Mw: 1 1,250) (0.2) 12 二氧化 矽 (1.5) 甘胺酸 (0.5) 笨二甲酸 (04) BTA (0.01) APS(2) 9.3 PO-EO共聚物 (EO: 70 %, Mw: 7,500) (0.2) 13 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸 (0_5) 2 -噇·#甲 酸 (0.4) APS(2) 9.2 PO-EO共聚物 (EO: 8〇 %, Mw: 1 1,250) (0.2 ) 14 二氧化 矽 (1_2) 甘胺酸 (0.5) 丙胺酸 (0,2) DPEA (0.15) APS(2) 9.3 PO-EO共聚物 (EO: 7〇 V Mw: 13,350) (0.2) 15 二氧化 矽 (1-5) 甘胺酸 (0.7) 2 - 甲酸 (0.3) DPEA (0.15) APS(2) 9.2 PO-EO共聚物 (EO: 80 %, Mw: 1 1,250) (0.2) i 6 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸(0.7) 2-喹啉曱酸 (0.3) DPEA (0.15) APS(2) 9.2 PO-EO共聚物 (EO: 80 %, Mw: 1 1,250) (0-2), BR|J-78(0.I) 17 二氧化 矽 (1-5) 甘胺酸(0.6) 吼啶羧酸 (0-4) 2-喹啉甲 酸 (0-2) AFS(2) 8.7 PO-EO共聚物 (EO: 80 %, Mw: 16.250) (0.2) 18 二氧化 矽 (1-5) 甘胺酸(0.5) 苯二甲酸 (04) 2 -喧甲 酸 (0.3) APS(2) 9.3 PO-EO共聚物 (1£ϋ: 80 %, Mvv: 1 1.250) (0.2 ), BRlJ-78(0.1) 19 二氧化 矽 (1) 甘胺醆(0.5) "比啶羧酸 (0.5) 2-喹啉甲 酸 (0.2) APS(2) 9.5 PO-EO共聚物 (RO: 80 %, M w: 1 1,250) (0.2) 20 二氧化 矽 (1.2) 甘胺酸(0.6) 2 -噇甲 酸(0.3) APS (2) 9.2 PO-EO共聚物 (EO: 50 %, Mw: 1 1,900) (0.2) 21 二氧化 矽 (1.5) 甘胺酸(0.5) 苯二甲酸(0.4) BTA (0.01) APS (2) 9.3 PO-EO共聚物 (EO: 60 %, Mvv: 2.500) (0.1 ). BRIJ-78(0. I) 22 二氡化 矽 (Ϊ.2) 甘胺酸(0.5) 丙胺酸(0.2) BTA (0.01) APS (3) 9.3 PO-EO共聚物 (EO: 20 %, Mw: 5,000) (0.1 ). PEG (M\v:IOOO) (0.05). BRIJ-78 (0.05) 23 二氧化 矽 (1.5) 甘胺酸(0.7) 2 -。轰·#甲酸 (0.3) DPEA (0.15) APS (2) 9.2 PO-EO共聚物 (E〇: 5〇 °/〇, Mw: 6.500) (0.2) *表1中之組成,除了已揭示於表丨中之成分、以及 未揭示於表1中之十一炫基本石黃酸(dodecylbenzenesulfonic acid ’ DBSA)與pH調控劑以外,剩餘組成為水。 200948940 *表1中’ DPEA係表示4,4·-二吡碇乙烷(4,4'-dipyddyl ethane) ’ BTA係表示 1,2,3-苯甲酿三 11坐(1,2,3-benzotriazole) ,APS係表示過硫酸銨,PO-EO共聚物係表示氧化丙烯-氧 化乙稀共聚物(propyleneoxide-ethyleneoxide 5 copolymer) ’ EO係表示氧化乙稀(ethylenoxide)重複單元, 以及 PEG係表示聚乙二醇(p〇ly ethyl enegly col)。 比較例1至4:製備CMP用之水性泥漿組成物之 © 除了須將CMP水性泥漿組成物之組成以表2所示之組 10 成取代以外’以如實施例1至23之相同方法製備比較例1至 4的CMP水性泥漿組成物。 [表2]比較例1至4之組成 比較 例 泥漿之組成 研磨料 (重量百 分比) 錯合劑 (重量百分比) 腐姓抑制 劑 (重量百分 比) 氧化劑 (重量 百分比 ) pH 聚合添加劑 (重量百分比) 1 二氧化矽 (1.5) 甘胺酸 (0.5) 笨二甲酸 (0.4) DPEA(O.l) APS (2) 9.5 PEG (Mw: 1000 ) (0-2) 2 二氧化矽 (1.2) 甘胺酸 (0.5) 比啶羧酸 (0.5) 2 -啥琳曱 酸(0.4) APS (2) 9.5 PEG (Mw: 300) (0.2) 3 二氧化矽 (2) 甘胺酸 (0.7) °比咬敌酸 (0.4) 2-喹啉甲 醆(0.4) APS (2) 9.3 - 4 二氧化矽 (1-5) 甘胺酸 (0.6) "比咬援酸 (0-4) 2-喹咐甲 酸(0.2) APS (2) 8.7 - 15 *表2中之組成,除了已揭示於表2中之成分、以及未 揭不於表2中之十二烷基笨磺酸(d〇decylbenzenesulf〇ni(: acid ’ DBS A)與pH調控劑以外,剩餘組成為水。 200948940 *表2中’ DPEA係表示4,4,-二吡碇乙烷(4,4,-(^乂以乂1 ethane) ’ APS係表示過硫酸銨,且PEG係表示聚乙二醇(pol yethyleneglycol) ° 5 10 15 20 實驗例:CMP用之水性泥漿組成物抛光性質測試 使用實施例1至23以及比較例1至4之泥漿組成物進行 如下述拋光步驟後,使用以下方法進行拋光性質測試。 首先’使用物理氣象沉積(PVD)法將1500 nm的銅層形 成一晶圓上,並以2x2cm2的大小切割,將切割出來的晶圓 分別浸沒於30 ml之實施例1至23以及比較例1至4的 泥漿組成物中。將浸沒於泥漿組成物前與後的重量差轉換 為銅Ί虫刻量’以計算出泥漿組成物中之銅I虫刻速率 (A/min) ’而所得之銅蝕刻速率之結果係列於表3以及4。 並且’蝕刻測試結束後’隨機選取實施例以及比較例 之晶圓進行AFM分析,此結果係表示於圖1 (實施例4、6 ' 10、以及比較例2)中。 接著,使用實施例丨至23以及比較例1至4的泥漿組成 物以及CMP方法,對上方形成有目標層之晶圓進行拋光丨分 鐘。 1)實施例1至1 0以及比較例1至3 [目標層] 使用PVD法將1 5000A的銅層沉積於6英寸的晶圓上。 使用PVD法將3000A的钽層沉積於6英寸的晶圓上。 使用PETE0S法將7000A的氧化矽層沉積於6英寸的晶 〇 26 25 200948940 圓上 同時,所進行的拋光條件係如下所示。 [拋光條件] 拋光裝置:CDP 1CM51 (Logitech Co.) 拋光墊:IClOOO/SubalV Stacked (Rodel Co.) 平台速率(Platen speed): 70 rpm 磨頭主軸轉速(Head spindle speed): 70 rpm 壓力:3 psi 泥聚流速:200ml/min 10 15 ❹ 20 25 2)實施例1 1至23以及比較例4 [目標層] 使用電鍍法將15000A的銅層沉積於8英寸的晶圓上。 使用PVD法將3000A的钽層沉積於8英寸的晶圓上。 使用PETEOS法將7000A的氧化矽層沉積於8英寸的晶 圓上。 同時,所進行的條件係如下所示。 [拋光條件] 拋光裝置:UNIPLA210 (Doosan DND Co.) 拋光塾:IC1000/SubaIV Stacked (Rodel Co.) 平台速率(Platen speed): 24 rpm 磨頭主軸轉速(Head spindle speed): 100 rpm 晶圓堡力:1.5 psi 扣環(Retainer ring)壓力:2.5 psi 泥聚流速:200 ml/min 27 200948940 拋光步驟之前與之後的銅層、鈕層以及氧化矽層的厚 度係以下述方法測量,且由測得之厚度來得到泥漿組成物 對於銅層、鈕層以及氧化矽層的的拋光速率(拋光速度: A/min)。另外,可由每一層各自的抛光速率計算出 5 泥漿組成物對於銅層及其他層之間的拋光選擇性(銅層對 钽層之拋光選擇性或銅層對氧化矽層的拋光選擇性)。而所 測得之每層的拋光速率以及拋光選擇性之結果係如表3及* 所示。 *每一層各自厚度之測量: 在使用LEI1510 RS Mapping (LEI Co.)測出每一層的層 阻抗值(sheet resistance)之後,以下列公式運算得到銅層以 及鈕層之金屬層厚度係。 [銅層之厚度(A)] =[銅層之特定阻抗值(Q/cm)/層阻抗 值(Ω/square(口))]χ 1 〇8 [组層之厚度(人)]=[钽層之特定阻抗值(Ω/cmV層阻抗 值(Q/square(o))]xl〇8 氧化石夕層之厚度係使用Nanospec 6100裝置 (NanometeicsCo,)進行測量。 此外’拋光後銅層的表面粗操度(Ra)係使用AFm分析 銅層拋光則後的表面而得到,且拋光之銅層的表面狀態係 基於此結果來估計。例如,當所測得之拋光後銅層表面粗 操度為低% ’則表示抛光後銅層表面的狀態為良好的。 再者,刮傷的存在與否係以目視檢查拋光後銅層表面 28 200948940 的刮痕是否為5 mm或以上來判定。 所測量之表面狀態的結果係列於以下表3及4中。 [表3]使用實施例1至23之CMP用之水性泥漿組成物拋 光特性結果
實施 例 抛光速率 (A /min) 拋光選擇性 銅層之 姓刻速 率 (A/min) 刮痕 抛先後 之表面 狀態 (R a (n m) ) 銅層 钽層 氧化矽 層 銅層: 组層 銅 層:氧化 矽層 1 94 14 24 14 392 6 72 10 無 7.1 2 8 13 1 9 1 17 89 478 <10 無 4.9 3 8950 68 15 132 597 <10 無 4.6 4 7863 98 30 80 262 <10 無 5.0 5 8974 102 23 88 390 <10 無 6.3 6 1093 1 180 16 60 683 <10 無 6.9 7 60丨4 160 20 38 301 <10 無 5.4 8 752 1 55 1 6 137 470 <10 無 4.3 9 901 1 61 18 148 501 <10 無 5.3 10 9115 14 1 16 65 570 <10 無 5.4 11 6662 2 1 15 3 17 444 10 無 5.2 12 562 1 33 27 ! 70 208 <10 無 4.8 13 6954 29 14 240 497 10 無 6.4 14 7863 32 7 246 1123 10 無 6.8 15 7112 38 16 187 445 10 無 5.2 16 7725 42 2 1 184 368 i 5 無 7.1 17 6733 34 15 198 449 <10 無 5.7 18 7001 37 15 189 467 10 無 7.2 I 9 8321 24 2 347 4 16 1 <10 無 5.5 20 6054 139 27 44 224 10 無 Λ Λ J . J 2 1 4924 89 34 55 145 10 無 4.2 22 4463 52 32 86 139 <10 無 4.2 23 57 18 99 2 1 58 272 10 無 6.8 29 200948940 ※抛光前之表面狀態:Ra = 3.2 urn [表4]使用比較例丨至4之CMP用之水性泥漿組成物拋 光特性結果 比較 例 抛光 迷半(A/min) 拋光選擇性 銅層之 姓刻速 率 (A / m i η ) r—... 銅層 妲層 ΪΤ2~ 氧化矽 層 銅層: 妲層 銅 層:氧化 矽層 到痕 光後 之表面 狀態 (R a ( n m ) 1 61 14 δ 1 1 〇 3 1 54 197 10 有 ) 12.5 L 2 1 8 30 38 277 24 ' 有 16.9 3 1 1631 ] Ί QQ Λ 224~~ 46 52 253 653"' 有 21.4 / Ο Ο 4 1 84 5 1 43 1 55 3?4~~'~~ 有 15.2 5 如表3及4所示,當使用實施例1至23之含有聚合添加 劑的水性泥聚組成物時,由於目標層具有低粗操度且即使 於拋光後亦未出現刮痕,而可視為能維持良好的表面狀 態,且可同時具有相同於或優於比較例1至4之目標層的拋 光速率。此外,當使用實施例1至23之泥漿組成物時,由於 10組成物對於目標層(銅層)具有高的拋光速率,而對於其他層 (士 層或氧化5夕層)具有低的拋光速率,因此實施例丨至 23之泥漿組成物其對於目標層的拋光選擇性係相同於或優 於比較例1至4之泥漿組成物。 相較之下,當使用不含有聚乙二醇(polyethylene丨ycol) 15或不同於實施例1至23中的聚乙二醇(P〇lyethyleneglycol)作 為添加劑之比較例丨至4的泥漿組成物時,可發現於拋光期 間目標層的表面會有刮傷或其他相似問題產生,且表面狀 態會由於拋光後目標層的粗糙度變高而大幅度地劣化。 30 200948940 再者’將實施例11至19與實施例20至23相比較,當使 用包含重量平均分子量為5〇〇〇至丨〇〇〇〇〇並含有6〇至9〇重量 百分比之氧化乙烯重複單元之氧化丙烯_氧化乙烯共聚物 (propyleneoxide-ethy丨eneoxide copolymer)作為聚合添加劑 5 之泥漿組成物時,可得到較佳的目標層(銅層)拋光速率、 或較佳的目標層與其他層(例如,鈕層)之間的拋光選擇 性。尤其是’可以得到優異的拋光選擇性。 〇 【圖式簡單說明】 10圖1係為本發明實驗例(實施例4、0、10、以及比較例2)於 钱刻測試後的A F Μ分析結果,其+參考級為钱刻測試前的 晶圓。 【主要元件符號說明】
Claims (1)
- 200948940 七、申請專利範圍: 5 10 15 1. 一種化學機械拋光(CMP)用之水性泥漿組成物,包 括:一研磨料;一氧化劑;一錯合劑;以及一聚合添加 劑,該聚合添加劑係包括選自由:聚氧化丙歸 (polypropyleneoxide)、氧化丙烯-氧化乙烯共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)、以及如下化學 式1所示之化合物所組群組之至少一者;[化學式1]2 C6烯基,r5為cl〜C3〇烧基或稀基且n為$〜$⑼中之 數子。如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物:其中’該研磨料包括至少-係選自由:氧化矽研磨 ;;氧化銘研磨料、氧化鈽研磨料、氧化錯研磨料、氧化 鈦研,料、彿石研磨料 '笨乙烯-基聚合物研磨料、丙烯酸 基聚。物研磨料、聚氣乙烯研磨料、聚醯胺研磨料聚碳 酸酯研磨料、 Μ及聚醯亞胺研磨料所組成之群組。 ’如申清專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其+,4 rrT + β研磨料之平均直徑為1〇i5〇〇nm。 如申凊專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中,兮& 。八乳化劑包括一過硫酸鹽-基氧化劑。 •如申清專利範圍第4項所述CMP用之水性泥漿組 32 20 200948940 成物,其中,該過硫酸鹽-基氧化劑包括至少一係選自由: 過硫酸鈉、過硫酸奸(Potassium persulfate, KPS)、過硫酸 妈、過硫酸銨、以及四炫•基過硫酸錄(tetraalky 1 ammonium persulfate)所組成之群組。 ❹ ίο 156.如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中,該錯合劑包括至少一係選自由:丙胺酸 (alanine)、甘胺酸(glycine)、胱胺酸(cystine)、組氨酸 (histidine)、天冬酿胺酸(asparagine)、胍(guanidine)、色胺 酸(tryptophane)、胼(hydrazine)、乙稀二胺(ethylene diamine)、二氧基環己烧(diamino cyclohexane)、二氨基丙 酸(diamino propionic acid)、二氨基丙烧(diamino propane) ' 二氨基丙醇(diamino propanol)、順丁 稀二酸 (maleic acid)、經基 丁二酸(malic acid)、酒石酸(tartaric acid)、檸檬酸(citric acid)、曱院二酸(malonic acid)、笨二 甲酸(phthalic acid)、醋酸(acetic acid)、乳酸(lactic acid)、 草酸(oxalic acid)、。比°定缓酸(pyridine carboxylic acid)、0比 唆二缓酸(pyridine dicarboxylic acid)、抗壞血酸(ascorbic acid)、天冬氨酸(aspartic acid)、°比吐二敌酸(pyrazole dicarboxylic acid)、2-喧淋曱酸(quinaldic acid)、以及其鹽 類所組成之群組。 7.如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中’該聚合添加劑包括一包含有60至90重量百分 比之氧化乙院(ethyl eneoxide)重複單元且重量平均分子量 為5000至100000之氧化丙烯-氧化乙烯共聚物 20 200948940 (propyleneoxide-ethyleneoxide cop〇iymer)。 8.如申請專利範圍第丨項所述cmP用之水性泥漿組 成物’其中’該聚合添加劑更包括一聚乙二醇 (polyethyleneglycol) 〇 5 9.如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物’更包括一腐餘抑制劑、一 pH調控劑、或其混合。 1 0.如申請專利範圍第9項所述CMP用之水性泥漿組 成物’其中’該腐蝕抑制劑包括至少一係選自由:苯並三 唑(benzotriazole)、4,4,_ 聯吡啶乙烷(4 4, dipyridyl 〇 10 ethane)、3,5-°比 °坐二叛酸(3,5-pyrazole dicarboxylic acid)、 2-喹啉甲酸(quinaldic acid)、以及其鹽類所組成之群組。 1 1.如申請專利範圍第9項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中,該pH調控劑包括選自由:氫氧化鉀、氫氧化 鈉、氨水、氫氧化伽、氫氧化铯、碳酸氫鈉、以及碳酸鈉 15 所組群組之至少一鹼式PH調控劑,或選自由:氫氣酸、硝 酸、硫酸、磷酸、曱酸、以及乙酸所組群組之至少一酸式 p Η調控劑。 12. 如申請專利範圍第i項所述CMp用之水性泥漿組 Ο 成物,係包括0.1至30重量百分比之該研磨料、〇1至丨〇重 20量百分比之該氧化劑、0.05至5重量百分比之該錯 合劑、0.0001至2重量百分比之該聚合添加劑、且餘量= 水。 13. 如申請專利範圍第9項所述CMp用之水性泥漿組 成物,係包括0.1至30重量百分比之該研磨料、〇1至丨〇重 34 200948940 量百分比之該氧化劑、0.05至5重量百分比之該錯合劑、 0,001至2重量百分比之該腐蝕抑制劑、〇 〇〇〇1至2重量百分 比之該聚合添加劑、且餘量為該pH調控劑與水。 14.如申印專利範圍第〗項所述CMp用之水性泥漿組 5 10 成物,其中,該組成物係用於將一含銅層進行拋光。 1 5.如申明專利圍第14項所述CMp用之水性泥漿組 成物,其中,該含銅層係包括一半導體裝置之銅線路層。 16.如申π專利範圍第丨項所述CMp用之水性泥漿組 成物,其中,銅層之拋光速率為4〇〇〇A/min或以上。 1 7·如申研專利範圍第丨或i 5項所述CMp用之水性泥 聚組成物,其中,銅層與组層間之拋光速率之拋光選擇性 比為4 0:1或以上。 1 8.如申明專利範圍第丨或丨5項所述cMp用之水性泥 毀組成物,其中,銅層與氧化石夕層間之抛光速率之抛光選 15 擇性比為100:1或以上。 1 9.如申研專利範圍第1或1 5項所述CMP用之水性泥 〇 蒙組成物,係使以⑽抛光銅層之表面粗操度(Ra)^〇nm 或以下。 20.-種化學機械抛光之方法,包括:提供如申請 20利範圍^項所述之水性泥跋組成物至該基板上之—目標 層以及一拋光塾之間,將該拋光餐與該目標層接觸並將 該目標層以及該拋光墊相對移動,以拋光該目標層。 2 1.如申明專利範圍第2〇項所述之CMp方法其中, 該目標層係一含銅層。 ' 35 200948940 22. 如申請專利範圍第21項所述之CMP方法,其中’ 該含銅層係包括位於該基板上之一拋光停止層以及一銅線 路層,且該含銅層之拋光係進行至該拋光停止層之表 露出。 、''' 23. 如申請專利範圍第22項所述之CMp方法其中’ 該拋光停止層包括一含鈕層或含鈦層。 、 200948940 四、指定代表圖: (一) 本案指定代表圖為:圖(1 )。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: 無0 ❹ 五、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式:其中,R,、R2、R3、R4、R5、η如說明書中所定義。 3 200948940 • 带航,ya年6月修正頁 較,當使 再者,將實施例11至19與實施例20至23相 用包含重量平均分子量為5000至100000並含有60至90重量 百分比之氧化乙烯重複單元之氧化丙烯··氧化乙烯共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)作為聚合添力口劑 5 之泥漿組成物時,可得到較佳的目標層(銅層)拋光速率、 或較佳的目標層與其他層(例如,钽層)之間的拋光選擇 性。尤其是,可以得到優異的拋光選擇性。 【圖式簡單說明】 10 圖l(a)-l(e)係為本發明實驗例(實施例4、6、10、以及比較 例2)於蝕刻測試後的AFM分析結果,其中參考組為蝕刻測 試前的晶圓。 【主要元件符號說明】 15 無。 ❹ 31 200948940 七、申請專利範圍: 5 10 15 1. 一種化學機械拋光(CMP)用之水性泥漿組成物,包 括:一研磨料;一氧化劑;一錯合劑;以及一聚合添加 劑,該聚合添加劑係包括選自由:聚氧化丙烯 (polypropyleneoxide)、氧化丙稀-氧化乙稀共聚物 (propyleneoxide-ethyleneoxide copolymer)、以及如下化學 式1所示之化合物所組群組之至少一者; [化學式1]❹ :1〜C6烷基、或 C2〜C6烯基,R5為C1〜C30烷基、或烯基,且η為5~500中之 一數字。如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中,該研磨料包括至少一係選自由:氧化矽研磨 料、氧化鋁研磨料、氧化鈽研磨料、氧化锆研磨料、氧化 鈦研磨料、沸石研磨料、苯乙烯-基聚合物研磨料、丙烯酸 -基聚合物研磨料、聚氣乙烯研磨料、聚醯胺研磨料、聚碳 酸酯研磨料、以及聚醯亞胺研磨料所組成之群組。 3. 如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中,該研磨料之平均直徑為10至500nm。 4. 如申請專利範圍第1項所述CMP用之水性泥漿組 成物,其中,該氧化劑包括一過硫酸鹽-基氧化劑。 5. 如申請專利範圍第4項所述CMP用之水性泥漿組 32 20
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