TW201313851A - 用於化學機械研磨鎢之方法 - Google Patents

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Abstract

一種使用非選擇性化學機械研磨組成物來化學機械研磨含鎢基板之方法。

Description

用於化學機械研磨鎢之方法
本發明係關於化學機械研磨含鎢基板之方法。更具體言之,本發明係關於化學機械研磨具有鎢導孔(via)之半導體基板的方法。
鎢係廣泛用於半導體製造中,用於在積體電路加工中形成連接層間金屬線的接觸導孔及孔。典型地,導孔係蝕刻通過層間介電質(ILD),到達互連之線或到達半導體基板。隨後,可將一薄黏著層例如氮化鈦或鈦層形成於該ILD上以及所蝕刻之導孔內。隨後,鎢膜係沉積覆於該黏著層上以及該導孔內。隨後,藉由化學機械研磨(CMP)移除過量之鎢以形成鎢導孔。
於CMP中使用之化學機械研磨組成物係決定該CMP成功與否的重要變數。依據研磨劑及其他助劑之選擇,可調整該化學機械研磨組成物,從而以所欲之研磨速率對存在之各種層提供有效之研磨,同時最小化與該等鎢導孔相鄰之層間介電質的表面瑕疵、缺陷、腐蝕及銹蝕。此外,該化學機械研磨組成物可用以對存在於所研磨之基板表面上的其他材質如,舉例而言,鈦、氮化鈦、氮化矽等提供受控之研磨選擇性。
典型地,該鎢CMP製程係使用包括研磨劑粒子及化學試劑之化學機械研磨組成物予以實施。用於鎢CMP之傳統研磨組成物係使用氧化鋁(Al2O3)或氧化矽(SiO2)微粒作為 嚴苛氧化環境中之研磨劑材質。氧化劑之選擇係取決於該研磨組成物之整體配方及該鎢CMP整合方案之具體要求。所使用之研磨組成物逐漸以設計為蝕刻鎢以增強該組成物所顯現之鎢移除速率的組分配製。然而,於很多情況中,所得組成物係以將鎢自該表面化學蝕刻的方式蝕刻鎢,而非將鎢轉換成柔軟的氧化膜之更容易藉由機械研磨自該表面移除的方式。由於這一增強之化學作用,該等組成物容易造成鎢栓之凹陷(recessing)。於凹陷鎢導孔處(該導孔內之鎢的表面係低於周圍之層間介電質),可能造成與該裝置之其他區域電性接觸的問題。此外,鎢導孔之中心處凹陷可能於後續之裝置層上導致裝置之不平整性增加。自導孔之中心蝕刻鎢亦可造成非所欲之「鑰匙孔化」。
Grumbine等人於美國專利案第6,136,711號中揭露宣稱用於改良鎢導孔之形成的一種溶液。Grumbine等人揭露了一種化學機械研磨組成物,其係包含:能蝕刻鎢之化合物;以及至少一種鎢蝕刻之抑制劑,其中,該鎢蝕刻之抑制劑係包括含氮官能基之化合物,係選自具有形成烷基銨離子之三個或更多個碳原子的化合物、具有三個或更多個碳原子之胺基烷基、除了含硫胺基酸之外的胺基酸、及其混合物。
於該鎢研磨步驟後使用氧化物緩衝步驟係提供用以達成更佳之鎢導孔形貌之替代手段。隨著半導體基板上之接觸尺寸持續收縮,此等氧化物緩衝步驟正變得越發重要。
據此,對於作為鎢緩衝製劑之用於達成更佳形貌效能 的新化學機械研磨組成物及方法存在持續之需求。
本發明係提供一種化學機械研磨基板之方法,係包含:提供基板,其中,該基板係包含鎢;提供化學機械研磨漿料組成物,該組成物係包含下列者(主要由下列組成)作為初始成分:水;0.1至5 wt%之研磨劑;0.005至0.1 wt%之根據式(I)之二(四級)化合物(diquaternary compound): 其中,A係各別獨立選自N及P;其中,R1係選自飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基及C6-C15芳烷基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別獨立選自氫、飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基、C6-C15芳烷基及C6-C15烷芳基;以及,其中,式(I)中之陰離子可為平衡式(I)中陽離子上2+電荷之任何陰離子或陰離子之組合;0.001至10 wt%之酞酸、酞酸酐、酞酸鹽化合物與酞酸衍生物之至少一者;以及0.001至10 wt%之碘酸鉀;其中,所提供之化學機械研磨漿料組成物係具有1至4之pH;其中,該化學機械研磨組成物係顯現5 Å/分之鎢靜態蝕刻速率及100 Å/分之鎢移除速 率;其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑;以及,其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑;提供具有研磨表面之化學機械研磨墊;以0.69至34.5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊之研磨表面與基板間的介面處產生動態接觸;以及,將該化學機械研磨漿料組成物分注於該化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之介面或接近該介面處;其中,該基板係經研磨;以及,其中,部份鎢係自該基板移除。
本發明亦提供一種化學機械研磨基板之方法,係包含:提供基板,其中,該基板係包含鎢;提供化學機械研磨漿料組成物,該組成物係包含下列者(主要由下列組成),作為初始成分:水;1.5至3.5 wt%之研磨劑,其中,該研磨劑係平均粒徑為10至100 nm之膠體氧化矽研磨劑;0.01至0.1 wt%之二(四級)化合物;其中A各別係N;其中,R1係-(CH2)4-基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基;0.01至1 wt%之酞酸氫銨;以及0.01至1 wt%之碘酸鉀;其中,所提供之化學機械研磨組成物係具有2至3之pH;其中,該化學機械研磨組成物係顯現5 Å/分之鎢靜態蝕刻速率及100 Å/分之鎢移除速率;其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑(per-oxy oxidizer);以及,其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑;提供具有研磨表面之化學機械研磨墊;以0.69至34.5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊之研磨表面與基板間的介面處產生動態 接觸;以及,將該化學機械研磨漿料組成物分注於該化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之介面或接近該介面處;其中,該基板係經研磨;以及,其中,部份鎢係自該基板移除。
本發明亦提供一種化學機械研磨基板之方法,係包含:提供基板,其中,該基板係包含鎢;提供化學機械研磨漿料組成物,該組成物係包含下列者(主要由下列組成)作為初始成分:水;1.5至3.5 wt%之研磨劑,其中,該研磨劑係平均粒徑為25至75 nm之膠體氧化矽研磨劑;0.01至0.03 wt%之根據式(I)之二(四級)化合物;其中A各別係N;其中,R1係-(CH2)4-基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基;0.05至0.5 wt%之酞酸氫銨;以及0.1至0.5 wt%之碘酸鉀;其中,所提供之化學機械研磨組成物係具有2至3之pH;其中,該化學機械研磨組成物係顯現5 Å/分之鎢靜態蝕刻速率及100 Å/分之鎢移除速率;其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑;以及,其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑;提供具有研磨表面之化學機械研磨墊;以0.69至34.5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊之研磨表面與基板間的介面處產生動態接觸;以及,將該化學機械研磨漿料組成物分注於該化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之介面或接近該介面處;其中,該基板係經研磨;以及,其中,部份鎢係自該基板移除;其中,以平台速度為每分鐘133轉(133 rpm)、 載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200毫升(mL)/分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200毫米(mm)研磨機上之標稱下壓力為13.8千帕(kPa)時,該化學機械研磨組成物促使鎢之移除速率為300 Å/分;以及,其中,該基板復包含Si3N4;其中,至少部份Si3N4係自該基板移除;以及,其中,以平台速度為133 rpm、載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200 mm研磨機上之標稱下壓力為13.8 kPa時,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對Si3N4移除速率之選擇性為2:1至1:2。
本發明之化學機械研磨方法係有用於研磨含鎢基板,尤其是包含鎢導孔之半導體晶圓。於本發明之方法中使用的化學機械研磨組成物係所欲地在非選擇性可調整製劑中提供低鎢靜態蝕刻速率(5 Å/分)。
本發明之化學機械研磨基板的方法係可用於化學機械研磨含鎢基板。本發明之化學機械研磨基板的方法係尤其有用於具有鎢導孔之半導體晶圓的化學機械研磨。
較佳地,使用本發明之方法研磨之基板視需要復包含選自下列之額外之材質:磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、未摻雜之矽酸鹽玻璃(USG)、旋塗式玻璃(SOG)、原矽酸四乙酯(TEOS)、電漿增強TEOS(PETEOS)、流動性氧化物(FOx)、高密度電漿化學氣相沉積(HDP-CVD) 氧化物、及氮化矽(Si3N4)。較佳地,使用本發明之方法研磨之基板復包含選自TEOS與Si3N4之額外之材質。
較佳地,作為初始成分用於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物中的水係經蒸餾與去離子化之至少一者處理,以限制偶發之雜質。
適用於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物中的研磨劑係包括,舉例而言,無機氧化物、無機氫氧化物、無機氫氧化物氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、聚合物粒子以及包含前述之至少一者的混合物。適當之無機氧化物係包括,舉例而言,氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、氧化錳(MnO2)、氧化鈦(TiO2)或包含前述氧化物之至少一者的組合。若需要,亦可使用此等無機氧化物之改質形式,如有機聚合物包覆之氧化物粒子及無機包覆之粒子。適當之金屬碳化物、硼化物及氮化物係包括,舉例而言,碳化矽、氮化矽、碳氮化矽(SiCN)、碳化硼、碳化鎢、碳化鋯、硼化鋁、碳化鉭、碳化鈦或包含前述之金屬碳化物、金屬硼化物及金屬氮化物之至少一者的組合。較佳地,所使用之研磨劑係膠體氧化矽研磨劑。更佳地,所使用之研磨劑係平均粒徑為1至100 nm(更佳係10至100 nm,最佳係25至75 nm)之膠體氧化矽,該平均粒徑係藉由習知之雷射光散射技術測定之。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物較佳係包含作為初始成分之0.1至5 wt%(更佳1.5 至3.5 wt%)之研磨劑。較佳地,該研磨劑係膠體氧化矽研磨劑。最佳地,本發明之化學機械研磨組成物係包含作為初始成分之0.1至5 wt%(更佳1.5至3.5 wt%)之平均粒徑為1至100 nm(更佳10至100 nm,最佳25至75 nm)的膠體氧化矽研磨劑。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物較佳係包含作為初始成分之根據式(I)之二(四級)物質: 其中,A係各別獨立選自N及P,較佳係A各別為N;其中,R1係選自飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基及C6-C15芳烷基(較佳係C2-C10烷基;更佳係C2-C6烷基;再更佳係-(CH2)6-基及-(CH2)4-基;最佳係-(CH2)4-基);其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別獨立選自氫、飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基、C6-C15芳烷基及C6-C15烷芳基(較佳係氫及C1-C6烷基;更佳係氫及丁基;最佳係丁基);以及,其中,式(I)中之陰離子可為平衡式(I)中陽離子上2+電荷之任何陰離子或陰離子之組合(較佳地,式(I)中之陰離子係選自鹵化物陰離子、氫氧根陰離子、硝酸根陰離子、硫酸 根陰離子及磷酸根陰離子;更佳係鹵化物陰離子及氫氧根陰離子;最佳係氫氧根陰離子)。較佳地,所使用之化學機械研磨組成物係包含作為初始成分之0.005至0.1 wt%(更佳0.01至0.1 wt%,最佳0.01至0.03 wt%)之根據式(1)之二(四級)物質。最佳地,所使用之化學機械研磨組成物係包含作為初始成分之0.005至0.1 wt%(更佳0.01至0.1 wt%,最佳0.01至0.03 wt%)之根據式(I)之二(四級)物質,其中,A各別為N;R1係-(CH2)4-基;以及,其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基。於本發明之化學機械研磨漿料組成物中包括視需要之根據式(I)之二(四級)物質,(於實施例中詳述之研磨條件下)提供增加之氧化矽移除速率、降低之Si3N4移除速率及略微增強之鎢移除速率。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物較佳係包含作為初始成分之0.001至10 wt%(更佳0.01至1 wt%,最佳0.05至0.5 wt%)之酞酸、酞酸酐、酞酸鹽化合物及酞酸衍生物之至少一者。較佳係透過加入酞酸鹽化合物如,舉例而言,酞酸氫鉀或透過加入酞酸衍生物如,舉例而言,酞酸氫銨而將酞酸併入所使用之化學機械研磨組成物中。最佳地,所使用之化學機械研磨組成物係包含作為初始成分之0.001至10 wt%(更佳0.01至1 wt%,最佳0.05至0.5 wt%)之酞酸氫銨。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物較佳係包含作為初始成分之0.001至10 wt%(更佳 0.01至1 wt%,最佳0.1至0.5 wt%)之碘酸鉀。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物較佳係具有1至4(更佳2至3)之pH。適用於調節該化學機械研磨組成物之pH的酸包括,舉例而言,硝酸、硫酸及鹽酸。適用於調節該化學機械研磨組成物之pH的鹼包括,舉例而言,氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化四甲基銨及四甲基碳酸氫銨;較佳係氫氧化四甲基銨。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物視需要復包含選自消泡劑、分散劑、界面活性劑及緩衝劑之額外助劑。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物係不含過氧類氧化劑。如本文及後附申請專利範圍中所使用者,術語「過氧類氧化劑」係意指,選自過氧化氫、過氧化氫脲、過碳酸鹽、過氧化苯甲醯、過乙酸、過氧化鈉、過氧化二第三丁基、單過硫酸鹽、二過硫酸鹽、鐵(III)化合物。如本文及後附申請專利範圍中所使用者,術語「不含過氧類氧化劑」係意指,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑。較佳地,該化學機械研磨組成物係含有<0.0005wt%(更佳<0.0001 wt%)之過氧類氧化劑。
於本發明之化學機械研磨方法中使用之化學機械研磨組成物係不含腐蝕抑制劑。如本文及後附申請專利範圍中所使用者,術語「腐蝕抑制劑」係指藉由吸附於待研磨表面上並於該其上形成膜而起到抑制鎢之腐蝕功能的成分。 腐蝕抑制劑係,舉例而言:苯并三唑、1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、1-(1,2-二羧基乙基)苯并三唑、1-[N,N-雙(羥乙基)胺基甲基]苯并三唑或1-(羥甲基)苯并三唑。如本文及後附申請專利範圍中所使用者,術語「不含腐蝕抑制劑」係意指,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑。較佳地,該化學機械研磨組成物係含有<0.001wt%(更佳<0.0001 wt%)之腐蝕抑制劑。
本發明之化學機械研磨方法較佳係包含:提供基板,其中,該基板係包含鎢(較佳地,其中,該基板係具有鎢導孔之半導體基板);提供化學機械研磨漿料組成物,該組成物係包含下列者(主要由下列組成)作為初始成份:水;0.1至5 wt%(較佳1.5至3.5 wt%)之研磨劑(較佳地,其中,該研磨劑係平均粒徑為10至100 nm(較佳25至50 nm)之膠體氧化矽研磨劑);0.005至0.1 wt%(較佳0.01至0.1 wt%,更佳0.01至0.03 wt%)之根據式(I)之二(四級)化合物: 其中,A係各別獨立選自N及P(較佳地,其中,較佳係A各別為N);其中,R1係選自飽和或不飽和之C1-C15烷基、 C6-C15芳基及C6-C15芳烷基(較佳地,R1係-(CH2)4-基);其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別獨立選自氫、飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基、C6-C15芳烷基及C6-C15烷芳基(較佳地,其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基);以及,其中,式(I)中之陰離子可為平衡式(I)中陽離子上2+電荷之任何陰離子或陰離子之組合;0.001至10 wt%(較佳0.01至1 wt%,更佳0.05至0.5 wt%)之酞酸、酞酸酐、酞酸鹽化合物及酞酸衍生物之至少一者(較佳酞酸氫銨);以及,0.001至10 wt%(較佳0.01至1 wt%,更佳0.1至0.5 wt%)之碘酸鉀;其中,所提供之化學機械研磨組成物係具有1至4(較佳2至3)之pH;其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢靜態蝕刻速率為5 Å/分(於實施例中詳述之條件下量測之)且鎢移除速率為100 Å/分(較佳300 Å/分)(於實施例中詳述之研磨條件下量測之);其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑;以及,其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑;提供具有研磨表面之化學機械研磨墊;以0.69至34.5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊之研磨表面與基板間的介面處產生動態接觸;以及,將化學機械研磨漿料組成物分注於該化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之介面或接近該介面處;其中,該基板係經研磨;以及,其中,部份鎢係自該基板移除。較佳地,其中,該基板復包含TEOS,其中,至少部份TEOS係自該基板移除,其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率 對TEOS移除速率選擇性(於實施例中詳述之研磨條件下量測之)為5:1至1:5。較佳地,該基板復包含Si3N4,其中,至少部份Si3N4係自該基板移除,其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對Si3N4移除速率選擇性(於實施例中詳述之研磨條件下量測之)為2:1至1:2。
本發明之化學機械研磨方法較佳係包含:提供基板,其中,基板係包含鎢(較佳地,其中,該基板係具有鎢導孔之半導體基板);提供化學機械研磨漿料組成物,該組成物係包含下列者(主要由下列組成),作為初始成分:水1.5至3.5 wt%之研磨劑,其中,該研磨劑係平均粒徑為25至75 nm之膠體氧化矽研磨劑;0.01至0.03 wt%之根據式(I)之二(四級)化合物;其中,A各別為N;其中,R1係-(CH2)4-基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基;0.05至0.5 wt%之酞酸氫銨;以及,0.1至0.5 wt%之碘酸鉀;其中,所提供之化學機械研磨組成物係具有2至3之pH;其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢靜態蝕刻速率為5 Å/min(於實施例中詳述之條件下量測之)且鎢移除速率為100 Å/分(較佳300 Å/分)(於實施例中詳述之研磨條件下量測之);其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑;以及,其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑;提供具有研磨表面之化學機械研磨墊;以0.69至34.5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊之研磨表面與基板間的介面處產生動態接觸;以及,將化學機械研磨漿料組成物分注於該化 學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之介面或接近該介面處;其中,該基板係經研磨;以及,其中,部份鎢係自該基板移除。較佳地,其中,該基板復包含TEOS,其中,至少部份TEOS係自該基板移除,其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對TEOS移除速率選擇性(於實施例中詳述之研磨條件下量測之)為5:1至1:5。較佳地,該基板復包含Si3N4,其中,至少部份Si3N4係自該基板移除,其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對Si3N4移除速率選擇性(於實施例中詳述之研磨條件下量測之)為2:1至1:2。
現在,將於下述實施例中詳細揭示本發明之某些態樣。
化學機械研磨組成物 [實施例]
所測試之化學機械研磨組成物(CMPC)係揭示於表1中。化學機械研磨組成物A至F係比較性製劑,其係不處於本發明所主張之範疇內。
靜態蝕刻測試
將鎢覆膜晶圓分別於含有過氧化氫之傳統整體鎢漿料(比較性CMPC G)、根據實施例5之CMPC及根據實施例7之CMPC中浸潤30分鐘。所觀察到的靜態蝕刻速率報導於表2中。
研磨測試
使用表1中揭示之化學機械研磨組成物於購自SVTC(Advantiv and SKW Associates Inc.)之原矽酸四乙酯(TEOS)、氮化矽(Si3N4)及鎢(W)之覆膜晶圓上分別施行研磨實驗。使用配備ISRM偵檢器系統之應用材料公司(Applied Materials,Inc.)之Mirra® 200 mm研磨機,使用IC1010TM聚胺酯研磨墊(可自羅門哈斯電子材料CMP控股公司商購之),於2 psi(13.8 kPa)下壓力、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分、平台速度為133 rpm及載體速度為111 rpm的條件下,施行研磨實驗。使用Diagrid® AD3BG-150855鑽石墊調節器(可自中國砂輪企業(Kinik Companv)商購之) 來調節該研磨墊。使用7.0 lbs(3.18 kg)之下壓力研磨20分鐘後,該研磨墊破開。將該研磨墊進一步進行異位(ex situ)調節,再使用5.2磅(lbs)(2.36公斤(kg))下壓力研磨。表3報導之W移除速率數據係使用Jordan Valley JVX-5200T度量工具(metrology tool)測定。於表3中報導之Si3N4及TEOS移除速率係藉由在研磨之前及之後使用KLA-Tencor FX200度量工具量測膜厚度而測定。研磨測試之結果係列述於表3中。

Claims (10)

  1. 一種用於化學機械研磨基板之方法,係包含:提供基板,其中,該基板係包含鎢;提供化學機械研磨漿料組成物,該組成物包含作為初始成份之下列者:水;0.1至5 wt%之研磨劑;0.005至0.1 wt%之根據式(I)之二(四級)化合物: 其中,A係各別獨立選自N及P;其中,R1係選自飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基及C6-C15芳烷基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別獨立選自氫、飽和或不飽和之C1-C15烷基、C6-C15芳基、C6-C15芳烷基及C6-C15烷芳基;以及,其中,該式(I)中之陰離子可為平衡該式(I)中陽離子之2+電荷之任何陰離子或陰離子之組合;0.001至10 wt%之酞酸、酞酸酐、酞酸鹽化合物與酞酸衍生物之至少一者;以及0.001至10 wt%之碘酸鉀; 其中,所提供之該化學機械研磨組成物係具有1至4之pH;其中,該化學機械研磨組成物係顯現5 Å/分之鎢靜態蝕刻速率及100 Å/分之鎢移除速率;其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.001 wt%之過氧類氧化劑;以及,其中,該化學機械研磨組成物係含有<0.005 wt%之腐蝕抑制劑;提供具有研磨表面之化學機械研磨墊;以0.69至34.5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊之研磨表面與該基板間的介面處產生動態接觸;以及將該化學機械研磨漿料組成物分注於該化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之介面或接近該介面處;其中,該基板係經研磨;以及,其中,部份該鎢係自該基板移除。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中,該化學機械研磨組成物係顯現300 Å/分之鎢移除速率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中,該基板復包含原矽酸四乙酯;其中,至少部份該原矽酸四乙酯係自該基板移除;以及,其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對原矽酸四乙酯移除速率之選擇性為5:1至1:5。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中,該基板復包含Si3N4;其中,至少部份該Si3N4係自該基板移除;以及,其中,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對 Si3N4移除速率之選擇性為2:1至1:2。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中,所提供之該化學機械研磨漿料組成物係包含,作為初始成份之下列者:水;1.5至3.5 wt%之研磨劑,其中,該研磨劑係平均粒徑為10至100 nm之膠體氧化矽研磨劑;0.01至0.1 wt%之二(四級)化合物;其中A各別係N;其中,R1係-(CH2)4-基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基;0.01至1 wt%之酞酸氫銨;以及0.01至1 wt%之碘酸鉀;以及其中,所提供之該化學機械研磨組成物係具有2至3之pH。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法,其中,以平台速度為133 rpm、載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200 mm研磨機上之標稱下壓力為13.8 kPa時,該化學機械研磨組成物促使鈦之移除速率為300 Å/分。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法,其中,該基板復包含原矽酸四乙酯;其中,至少部份該原矽酸四乙酯係自該基板移除;以及,其中,以平台速度為133 rpm、載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200 mL/ 分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200 mm研磨機上之標稱下壓力為13.8 kPa時,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對原矽酸四乙酯移除速率之選擇性為5:1至1:5。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法,其中,該基板復包含Si3N4;其中,至少部份該Si3N4係自該基板移除;以及,其中,以平台速度為133 rpm、載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200 mm研磨機上之標稱下壓力為13.8 kPa時,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對Si3N4移除速率之選擇性為2:1至1:2。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中,所提供之該化學機械研磨漿料組成物係包含作為初始成份之下列者:水;1.5至3.5 wt%之研磨劑,其中,該研磨劑係平均粒徑為25至75 nm之膠體氧化矽研磨劑;0.01至0.03 wt%之該根據式(I)之二(四級)化合物;其中A各別係N;其中,R1係-(CH2)4-基;其中,R2、R3、R4、R5、R6及R7係各別為-(CH2)3CH3基;0.05至0.5 wt%之酞酸氫銨;以及0.1至0.5 wt%之碘酸鉀;其中,所提供之該化學機械研磨組成物係具有2 至3之pH。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中,以平台速度為133 rpm、載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200 mm研磨機上之標稱下壓力為13.8 kPa時,該化學機械研磨組成物促使鎢之移除速率為300 Å/分;以及,其中,該基板復包含Si3N4;其中,至少部份該Si3N4係自該基板移除;以及,其中,以平台速度為133 rpm、載體速度為111 rpm、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分,且於使用包含聚胺酯灌注之非織研磨墊的化學機械研磨墊之200 mm研磨機上之標稱下壓力為13.8 kPa時,該化學機械研磨組成物顯現鎢移除速率對Si3N4移除速率之選擇性為2:1至1:2。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6035346B2 (ja) * 2011-12-21 2016-11-30 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se 半導体装置の製造方法及びcmp組成物の使用方法
CN103265893B (zh) * 2013-06-04 2015-12-09 复旦大学 一种基于金属Mo的抛光工艺的抛光液、其制备方法及应用
US9303188B2 (en) * 2014-03-11 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten CMP
JP6646051B2 (ja) 2014-10-21 2020-02-14 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション コバルト研磨促進剤
US9944828B2 (en) 2014-10-21 2018-04-17 Cabot Microelectronics Corporation Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt
TWI611049B (zh) 2014-10-21 2018-01-11 卡博特微電子公司 腐蝕抑制劑及相關組合物及方法
US9834704B2 (en) 2014-10-21 2017-12-05 Cabot Microelectronics Corporation Cobalt dishing control agents
JP6538368B2 (ja) * 2015-02-24 2019-07-03 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物及び研磨方法
US9803108B1 (en) * 2016-10-19 2017-10-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous compositions of stabilized aminosilane group containing silica particles
US10181408B2 (en) * 2017-01-31 2019-01-15 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing method for tungsten using polyglycols and polyglycol derivatives
WO2021210310A1 (ja) * 2020-04-16 2021-10-21 富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社 処理液、化学的機械的研磨方法、半導体基板の処理方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10163142A (ja) * 1996-12-02 1998-06-19 Fujimi Inkooporeetetsudo:Kk タングステンの研磨用組成物
US6083419A (en) 1997-07-28 2000-07-04 Cabot Corporation Polishing composition including an inhibitor of tungsten etching
JP3805588B2 (ja) 1999-12-27 2006-08-02 株式会社日立製作所 半導体装置の製造方法
US6409781B1 (en) 2000-05-01 2002-06-25 Advanced Technology Materials, Inc. Polishing slurries for copper and associated materials
US6569770B2 (en) 2001-06-28 2003-05-27 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Method for improving oxide erosion of tungsten CMP operations
FR2835844B1 (fr) * 2002-02-13 2006-12-15 Clariant Procede de polissage mecano-chimique de substrats metalliques
US6641630B1 (en) * 2002-06-06 2003-11-04 Cabot Microelectronics Corp. CMP compositions containing iodine and an iodine vapor-trapping agent
CN1705725A (zh) 2002-10-22 2005-12-07 皮斯洛奎斯特公司 化学机械抛光铜表面用的腐蚀延迟抛光浆液
TWI347969B (en) * 2003-09-30 2011-09-01 Fujimi Inc Polishing composition
US20090215269A1 (en) * 2005-06-06 2009-08-27 Advanced Technology Materials Inc. Integrated chemical mechanical polishing composition and process for single platen processing
US8512593B2 (en) * 2005-11-04 2013-08-20 Cheil Industries, Inc. Chemical mechanical polishing slurry compositions, methods of preparing the same and methods of using the same
US20080020680A1 (en) * 2006-07-24 2008-01-24 Cabot Microelectronics Corporation Rate-enhanced CMP compositions for dielectric films
JP5322455B2 (ja) 2007-02-26 2013-10-23 富士フイルム株式会社 研磨液及び研磨方法
JP2009081200A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Fujifilm Corp 研磨液
JP5314329B2 (ja) * 2008-06-12 2013-10-16 富士フイルム株式会社 研磨液
US8506831B2 (en) 2008-12-23 2013-08-13 Air Products And Chemicals, Inc. Combination, method, and composition for chemical mechanical planarization of a tungsten-containing substrate
US8119529B2 (en) * 2009-04-29 2012-02-21 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for chemical mechanical polishing a substrate
US8025813B2 (en) * 2009-11-12 2011-09-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing composition and methods relating thereto
US8232208B2 (en) * 2010-06-15 2012-07-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Stabilized chemical mechanical polishing composition and method of polishing a substrate
US8568610B2 (en) * 2010-09-20 2013-10-29 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Stabilized, concentratable chemical mechanical polishing composition and method of polishing a substrate

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