TW201500530A - 具有低固體含量之化學機械拋光組合物及其相關方法 - Google Patents

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Abstract

本文揭示拋光組合物及拋光基板之方法。該組合物具有低載量(例如，至多0.1wt.%)之磨料粒子。該拋光組合物亦含有水及至少一種陰離子型表面活性劑。在一些實施例中，該等磨料粒子係α氧化鋁粒子(例如，經有機聚合物塗覆)。該拋光組合物可用於(例如)拋光強度較弱之基板，例如有機聚合物。在一些實施例中，該組合物中包括用於氧化矽及有機聚合物中之至少一者之試劑。

Description

具有低固體含量之化學機械拋光組合物及其相關方法
業內熟知用於平坦化或拋光基板表面之組合物及方法。化學機械平坦化或化學機械拋光(CMP)係用於平坦化基板之常見技術。CMP利用化學組合物(稱為CMP組合物或更簡單地稱為拋光組合物(亦稱作拋光漿液))自基板移除材料。通常藉由使基板表面與經拋光組合物飽和之拋光墊(例如，拋光布或拋光盤)接觸對基板施加拋光組合物。基板之拋光通常係藉由拋光組合物之化學活性及/或懸浮於拋光組合物中或納入拋光墊(例如，固定研磨拋光墊)中之磨料的機械活性輔助。
習用CMP組合物及方法通常在平坦化基板時並不完全令人滿意。具體而言，CMP拋光組合物及方法在施加至基板時可產生低於期望之拋光速率及高表面缺陷率。由於許多基板之性能直接與其表面之平坦性相關，故使用針對特定基板產生高拋光效率、選擇性、均勻度及移除速率且留下具有高品質拋光與最小表面缺陷之基板的CMP組合物及方法係至關重要的。
產生對半導體晶圓有效之拋光組合物的困難源於半導體晶圓之複雜性。半導體晶圓通常包括基板，其上形成複數個電晶體。積體電路藉由圖案化基板中之區及基板上之層以化學及物理方式連接至基板中。為產生可操作之半導體晶圓並使晶圓之產率、性能及可靠性最大化，期望拋光晶圓之選擇表面而不有害地影響下伏結構或形貌.事 實上，若未在足夠平坦化晶圓表面上實施過程步驟，則可在半導體製作中發生各種問題。
CMP組合物經常含有氧化劑，其可與基板表面反應且使得表面更易於藉由機械研磨移除。已出於此目的使用含有過氧化氫之氧化劑，但其可不為某些基板(包括彼等對過氧化物不高度反應者)提供令人滿意之移除速率。
日益關注有機聚合物材料於基板中之使用。一些有機膜呈現(例如)介於1與2.2之間之低介電常數(k)且藉此具有期望絕緣性質。其他有機膜具有較高介電常數。有機聚合物材料亦相對較不昂貴。儘管存在與在基板中使用有機聚合物膜相關之優勢，但使用有機聚合物存在折衷。具體而言，有機聚合物關於平坦化呈現明顯挑戰，此乃因其可機械柔軟且易於刮傷。此外，與其機械靈敏性相反，有機聚合物經常具有化學惰性。該等化學及機械特徵之組合使得有機聚合物介電材料難以使用傳統水性基CMP組合物拋光。半導體製作中所用之有機聚合物材料通常包括(a)具有相對高有機含量之聚合物，(b)具有低及高有機含量與高孔隙率程度之聚合物，(c)基於矽-氧型材料及無機材料具有相對低有機含量之聚合物，及(d)具有該等性質之組合之聚合物。
仍需要在含有有機聚合物材料之基板之拋光及平坦化期間呈現期望移除速率及均勻度、同時使拋光及平坦化期間之缺陷率(例如表面缺陷)及對下伏結構及形貌之損害最小化的拋光組合物及拋光方法。本發明提供該拋光組合物及方法。自本文提供之本發明之說明將明瞭本發明之該等及其他優勢以及其他本發明特徵。
在一個態樣中，本發明提供包含以下組分之拋光組合物：(a)0.01wt.%至0.001wt.%磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑及(c)水。磨料粒子期望地經聚合物塗覆，且組合物之pH為1.5至5。
在另一態樣中，本發明提供包含以下組分之拋光組合物：(a)至多0.1wt.%之量之磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑，(c)氧化有機聚合物之氧化劑，及(d)水，其中組合物之pH為1.5至5。
在另一態樣中，本發明提供拋光基板之方法。該方法包含使基板與拋光墊及包含以下組分之拋光組合物接觸：(a)0.001wt.%至0.1wt.%磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑及(c)水。磨料粒子期望地經聚合物塗覆，且組合物之pH為1.5至5。該方法進一步包含相對於基板移動拋光墊及拋光組合物以研磨至少一部分基板來拋光基板。
在另一態樣中，本發明提供拋光基板之方法，其包含使基板與拋光墊及包含以下組分之拋光組合物接觸：(a)至多0.1wt.%之量之磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑，(c)氧化有機聚合物之氧化劑，及(d)水，其中組合物之pH為1.5至5。該方法進一步包含相對於基板移動拋光墊及拋光組合物以研磨至少一部分基板來拋光基板。
圖1係繪示根據本發明實施例在拋光具有三種不同拋光組合物之基板時30秒內之移除量(Y-軸)對自晶圓之邊對變之量測點(X-軸)的圖。
圖2係圖解說明因使用三種含有不同量之磨料粒子之單獨拋光組合物產生的基板之缺陷數目之條形圖。
圖3係旋塗碳基板之10×放大之光學顯微鏡影像，該基板使用包括習用載量之磨料粒子之拋光組合物進行拋光用於比較目的。
圖4係圖解說明使用包含不同表面活性劑或不包含表面活性劑之拋光組合物之多晶矽及旋塗碳自基板之移除速率的條形圖。
本發明之實施例提供具有低磨料粒子固體含量之拋光組合物。本發明實施例之拋光組合物包含通常0.1wt.%或更小(例如，0.001wt.%至0.1wt.%)量之磨料粒子、一或多種陰離子型表面活性劑及水。該拋光組合物呈漿液形式且可用於利用適宜化學機械拋光(CMP)裝置(包括例如本文所述拋光墊)拋光表面，例如機械上弱之表面。在一些實施例中，拋光組合物對於有機膜達成高移除速率，同時對於下伏基板上之有機膜材料之多晶矽材料選擇性達成低移除速率。此外，拋光組合物之一些實施例容許橫跨基板表面之良好移除均勻度。
有利地，本發明實施例之拋光組合物驚人且出乎意料地產生對於具有遠更高磨料粒子濃度之拋光組合物先前已知的期望移除速率。此外，拋光組合物達成該等期望移除速率，同時亦驚人且出乎意料地在所拋光基板上達成低缺陷率(例如，刮傷及諸如此類)。
在一些實施例中，磨料粒子經選擇以包含金屬氧化物，具體而言氧化鋁(例如，α氧化鋁)、氧化鋯、膠狀二氧化矽、發煙二氧化矽、氧化鈰或其組合。上述磨料粒子期望地經聚合物塗覆，該化合物經選擇以在拋光組合物中之磨料粒子與所拋光基板(例如，聚合物膜)相互作用時提供墊。舉例而言，磨料粒子可經聚合物塗覆，在磨料粒子接觸如利用CMP裝置施加之欲拋光基板(例如機械上弱之有機膜)時，該聚合物有效達成0.1至0.5(例如，0.2至0.3)之摩擦係數(CoF)(如根據如本文定義之扭矩量測方法所測定)。在本文定義之扭矩量測方法中，使用來自TA Instruments(New Castle,Delaware)之ARG2流變儀(使用錐板幾何形狀)測定扭矩(N˙m)。將拋光墊環附接至板且在其之間添加漿液。在錐體相對於底板以固定100rpm旋轉時，量測扭矩。隨後根據以下計算將扭矩轉化為CoF：
其中τ=扭矩，R2係外徑，R1係內徑，且N係法向力。
在一些實施例中，聚合物塗層係水溶性陰離子聚合物，例如親水性磺酸丙烯酸系聚合物(包括共聚物)、丙烯酸聚合物(包括共聚物)、馬來酸聚合物(包括共聚物)、天冬胺酸共聚物(包括共聚物)或其組合。舉例而言，塗層可呈丙烯酸聚(2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸)、聚丙烯酸或其任一組合之共聚物形式。聚合物可以任一適宜量(以重量計)存於磨料粒子中，例如，5wt.%至50wt.%，例如10wt.%至30wt.%(聚合物之wt.%按照粒子之重量基)。在一個闡釋性實施例中，磨料粒子係α氧化鋁粒子，其經丙烯酸聚(2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸)之共聚物塗覆。
在一些實施例中，拋光組合物實質上不含膠狀二氧化矽粒子、氧化鋯及/或發煙二氧化矽粒子，此乃因其無任何聚合塗層，且由於在將該等粒子用於拋光組合物中時，機械上弱之有機膜有時可能易於發生缺陷率。如本文所用，「實質上不含」該等其他粒子意指拋光組合物以組合物之重量計含有0wt.%、或無該等其他粒子或含無效量或非實質量之該等粒子。如彼等熟習此項技術者將瞭解，無效量之實例係低於達成使用該等粒子之預期目的之臨限值量的量。如彼等熟習此項技術者將瞭解，非實質量可為(例如)低於0.01wt.%。
磨料粒子可以0.1wt.%或更小之任一適宜濃度存於拋光組合物中。舉例而言，在各個實施例中，拋光組合物中所包括磨料粒子之量可為0.001wt.%至0.1wt.%，例如0.0025wt.%至0.1wt.%、0.01wt.%至0.1wt.%、0.03wt.%至0.1wt.%、0.05wt.%至0.1wt.%、0.01wt.%至0.08wt.%、0.02wt.%至0.08wt.%、0.03wt.%至0.08wt.%、0.01wt.%至0.06wt.%、0.02wt.%至0.06wt.%、0.01wt.%至0.05wt.%或0.02wt.%至0.05wt.%。
磨料粒子(例如經塗覆α氧化鋁粒子)可具有任一適宜粒度。粒子 之粒度係涵蓋粒子之最小球體之直徑。經塗覆磨料粒子之平均粒度可為10nm或更大，例如25nm或更大、50nm或更大、75nm或更大或100nm或更大。或者或另外，經塗覆磨料粒子之平均粒度可為250nm或更小，例如225nm或更小、200nm或更小、175nm或更小、160nm或更小或150nm或更小。因此，經塗覆磨料粒子可具有以上述終點中之任一者為界限的粒度。舉例而言，經塗覆磨料粒子之平均粒度可為25nm至250nm，例如35nm至200nm、45nm至150nm、50nm至125nm、55nm至120nm或60nm至115nm。
期望將磨料粒子懸浮於拋光組合物中，更特定而言懸浮於拋光組合物之水性載劑中。在將磨料粒子懸浮於拋光組合物中時，磨料粒子較佳地具有膠態穩定性。術語膠體係指磨料粒子存於水性載劑中之懸浮液。膠態穩定性係指經過一段時間仍能維持此懸浮液形式。在本發明之上下文中，若當將磨料粒子置於100mL量筒內且並不攪動使其靜置2小時時間時，量筒底部50mL粒子之濃度([B]，以g/mL表示)與量筒頂部50mL粒子濃度([T]，以g/mL表示)間之差值除以磨料組合物中粒子之初始濃度([C]，以g/mL表示)小於或等於0.5(亦即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則認為磨料粒子具有膠態穩定性。期望地，[B]-[T]/[C]之值小於或等於0.3，且較佳小於或等於0.1。
本發明拋光組合物之實施例中包括一或多種陰離子型表面活性劑。包括陰離子型表面活性劑作為增強所拋光基板表面之移除速率的促進劑。陰離子型表面活性劑優於非離子型表面活性劑(例如，雙官能嵌段共聚物及諸如此類)及陽離子型表面活性劑，此乃因據信陰離子型表面活性劑潤濕並潤滑所拋光基板表面以增強基板表面(例如，有機膜)之親水性。期望地，CMP裝置中所用之拋光墊亦係親水性的以進一步有利於所拋光基板表面之移除速率。
具體而言，根據本發明之一些實施例，陰離子型表面活性劑將 在向基板表面施加水滴時之基板表面之接觸角有效減小至60°或更小(例如，自70°或更大之角下降)。在一些實施例中，陰離子型表面活性劑將基板表面之接觸角有效減小至50°或更小，例如40°或更小、30°或更小、20°或更小或15°或更小。可藉由任一適宜技術(例如業內瞭解之滴形方法)量測接觸角。在一些實施例中，陰離子型表面活性劑包含羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、膦酸鹽及其組合。舉例而言，陰離子型表面活性劑可包含磺酸根基團，例如二苯基醚二磺酸鹽。
陰離子型表面活性劑可以任一適宜濃度存於拋光組合物中。舉例而言，在各個實施例中，陰離子型表面活性劑可以0.0002wt.%至2wt.%(例如0.002wt.%至0.2wt.%、0.01wt.%至0.02wt.%)之量包括於拋光組合物中。
視情況，在一些實施例中，拋光組合物可包括一或多種氧化劑。氧化劑經選擇以氧化欲拋光基板(其包括(例如)有機膜)。舉例而言，在一些實施例中，氧化劑包括至少一個過氧(--O-O--)基團。該等過氧型氧化劑可為有機過氧化物、無機過氧化物或其組合。含有至少一個過氧基團之化合物之實例包括(但不限於)過氧化氫及其加合物(例如過氧化氫脲及過碳酸鹽(例如，過碳酸鈉))、有機過氧化物(例如過氧化苯甲醯、過乙酸、過硼酸及二-第三丁基過氧化物)、單過硫酸根(SO5 2-)、二過硫酸根(S2O8 2-)及過氧化鈉。在一個實施例中，氧化劑係過氧化氫。
若包括一或多種氧化劑，則其可以任一適宜濃度存於拋光組合物中。舉例而言，在各個實施例中，氧化劑可以0.1wt.%至10wt.%(例如0.1wt.%至5wt.%、1wt.%至3wt.%或1wt.%至2wt.%)之量包括於拋光組合物中。
拋光組合物包括水性載劑。水性載劑含有水(例如，去離子水)， 且可含有一或多種水混溶性有機溶劑。可使用之有機溶劑之實例包括醇，例如丙三醇、異丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇、及諸如此類；醛，例如乙醛及諸如此類；酮，例如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮及諸如此類；酯，例如甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸甲酯、乳酸丁酯、乳酸乙酯及諸如此類；醚，包括亞碸(例如二甲基亞碸(DMSO))、四氫呋喃、二噁烷、二甘醇二甲醚及諸如此類；醯胺，例如N,N-二甲基甲醯胺、二甲基咪唑啶酮、N-甲基吡咯啶酮及諸如此類；多羥基醇及其衍生物，例如乙二醇、甘油、二乙二醇、二乙二醇單甲基醚及諸如此類；及含氮有機化合物，例如乙腈、戊胺、異丙胺、咪唑、二甲胺及諸如此類。較佳地，水性載劑係水(即，由其組成)。
拋光組合物可具有任一適宜pH。通常，拋光組合物之pH為1或更大。拋光組合物之pH通常係5或更小。舉例而言，拋光組合物之pH可在1至5範圍內(例如，1.5之pH、2之pH、2.5之pH、3之pH、3.5之pH、4之pH、5之pH或由該等pH值中之任兩者界定之範圍內之pH)。較佳地，pH在1至3.5或2至3.5(例如2至2.5)範圍內。
拋光組合物之pH可藉由任一適宜方式達成及/或維持。更特定而言，拋光組合物可進一步包含pH調節劑、pH緩衝劑或其組合。pH調節劑可為任何適宜pH調節化合物。舉例而言，pH調節劑可為酸。酸可為任何適宜酸。通常，酸係乙酸、硝酸、磷酸、草酸及其組合。較佳地，酸係硝酸。或者，pH調節劑可為鹼。鹼可為任何適宜鹼。通常，鹼係氫氧化鉀、氫氧化銨及其組合。較佳地，鹼係氫氧化銨。pH緩衝劑可為任何適宜緩衝劑。舉例而言，pH緩衝劑可為磷酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、硼酸鹽、銨鹽及諸如此類。拋光組合物可包含任一適宜量之pH調節劑及/或pH緩衝劑，前提係使用適宜量以將拋光組合物之pH達成及/或維持在本文所述pH範圍內。
在一些實施例中，拋光組合物實質上不含金屬錯合劑、腐蝕抑制劑及/或流變性或黏度試劑。該等材料之實例闡述於標題為Chemical-Mechanical Polishing Composition Containing Zirconia and Metal Oxidizer之共同待決且共同受讓之美國專利申請案13/754,413中。如本文所用，「實質上不含」該等金屬錯合劑、腐蝕抑制劑及/或流變性或黏度試劑意指拋光組合物以組合物之重量計含有0wt.%、或無該等金屬錯合劑、腐蝕抑制劑及/或流變性或黏度試劑或無效量或非實質量之該等金屬錯合劑、腐蝕抑制劑及/或流變性或黏度試劑。無效量之實例係低於達成使用該等金屬錯合劑、腐蝕抑制劑及/或流變性或黏度試劑之預期目的之臨限值量的量，如彼等熟習此項技術者將瞭解。不重要量可為(例如)低於0.05wt.%，例如低於0.01wt.%，如彼等熟習此項技術者將瞭解。然而，若期望，在替代實施例中，該等成份可包括於拋光組合物中。
拋光組合物可藉由任何適宜技術來製備，其中許多技術已為熟習此項技術者所習知。拋光組合物可以批式或連續過程來製備。通常，拋光組合物可藉由以任何順序組合本文中之組份來製備。
本發明之實施例亦提供利用本文所述拋光組合物拋光基板之方法。拋光基板之方法包含(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供上述化學機械拋光組合物，(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸，及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨至少一部分基板來拋光該基板。在另一態樣中，本發明提供拋光基板之方法。
具體而言，該方法之一些實施例包含使基板與拋光墊及包含以下組分之拋光組合物接觸：(a)0.001wt.%至0.1wt.%磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑及(c)水。磨料粒子期望地經聚合物塗覆，且拋光組合物之pH為1.5至5。該方法進一步包含相對於基板移動 拋光墊及拋光組合物以研磨至少一部分基板來拋光基板。
另外，本發明之一些實施例提供拋光基板之方法，其包含使基板與拋光墊及包含以下組分之拋光組合物接觸：(a)至多0.1wt.%之量之磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑，(c)氧化有機聚合物之氧化劑，及(d)水，其中組合物之pH為1.5至5。該方法進一步包含相對於基板移動拋光墊及拋光組合物以研磨至少一部分基板來拋光基板。
本發明拋光組合物可用於拋光任何適宜基板。欲拋光之基板可為任一多層工件之另一表面。適宜基板包括半導體、MEMS(微機電系統)及光學波片以及抗反射塗層(ARC)之層。拋光組合物尤其可用於拋光機械上弱之基板，具體而言包含有機聚合物膜之基板。就此而言，儘管拋光組合物可用於拋光具有任一適宜碳含量之有機聚合物膜，但在一些實施例中，拋光組合物充分適於拋光含有高碳含量(例如，至少50%，例如至少60%、至少70%、至少80%或更高，例如50%至85%，例如60%至85%或70%至85%，如藉由碳分析所量測)之基板。
舉例而言，在一些實施例中，機械上弱之有機膜基板呈現2.5GPa或更小之彈性模數(楊氏模數(Young’s modulus))，如根據ASTM E 111所測定，例如2GPa或更小，例如1.5GPa或更小、1GPa或更小、0.5GPa或更小。在一些實施例中，基板係(例如)在對膜施加水滴時呈現70°或更大之接觸角的疏水性有機膜。
欲利用本發明拋光組合物拋光之有機聚合物膜可具有任一適宜介電常數，例如介電常數為3.5或更小(例如，3或更小、2.5或更小、2或更小、1.5或更小或1或更小)。或者或另外，有機聚合物膜可具有1或更大(例如，1.5或更大、2或更大、2.5或更大、3或更大或3.5或更大)之介電常數。因此，有機聚合物膜可具有以上述終點中之任兩者 為界限的介電常數。舉例而言，有機聚合物膜可具有介於1與3.5之間(例如，介於2與3之間、介於2與3.5之間、介於2.5與3之間、介於2.5與3.5之間)之介電常數。
適宜有機聚合物膜可包含旋塗碳材料，其中之許多已為業內所知。該等旋塗碳材料通常具有如本文所述之高碳含量且通常係藉由旋塗方法形成。例如，參見美國專利7,615,497及美國專利公開案2009/0035590、2010/0170868、2012/0270395及2013/0011630。一種市售旋塗碳材料係來自Brewer Science,Rolla,MO之OptiStack® SOC110D。
其他適宜有機膜包括(例如)聚醯亞胺、氟化聚醯亞胺、聚伸芳基及聚伸芳基醚(例如來自Dow Chemical之SILKTM、來自Allied Signal之FLARETM及來自Schumacher之VELOXTM)、聚苯并環丁烯、二乙烯基矽氧烷雙苯并環丁烯(DVS-BCB)、聚四氟乙烯(PTFE)、多晶矽氧烷、聚伸萘基醚、聚喹啉、帕利靈(paralyne)(例如Parylene AF4，即脂族四氟化聚-對-伸二甲苯基)、其共聚物及其組合。期望地，有機聚合物膜包含含有環之有機聚合物，例如雜環有機聚合物(例如，聚苯并噁唑)。基板視情況可不含一或多種二氧化矽或金屬層、尤其包含銅、鉭、鎢、鈦、鉑、釕、銥、鋁、鎳及/或其組合之金屬層。在一些實施例中，在基板製作期間，可採用間隙密封技術。就此而言，可於高溫下氧化有機膜層以形成二氧化碳並燒盡有機聚合物以形成空氣間隙作為夾心型結構中之氧化層之間的空間填充材料。此佈置容許基板使用空氣之1之低介電常數。
根據本發明，可利用本文所述拋光組合物藉由任一適宜技術平坦化或拋光基板。本發明之拋光方法尤其適於結合CMP裝置使用。通常，該CMP裝置包含平臺，當使用時該平臺會運動且具有因軌道、直線或圓周運動產生之速率；與該平臺接觸且隨平臺運動而移動之拋光 墊；及支座，其藉由接觸基板並相對於拋光墊表面移動基板來固持欲拋光之基板。本發明之拋光組合物之實施例容許增加之平臺轉速(例如，50或更大，例如100或更大)。基板之拋光藉由將基板放置接觸本發明之拋光組合物及隨後利用拋光組合物研磨至少一部分基板表面(例如，有機聚合物膜或本文所述基板材料中之一或多者)以拋光該基板來發生。
期望地，CMP裝置進一步包含原位拋光終點檢測系統，其中之許多為業內所知。業內已習知藉由分析自工件表面反射之光或其他輻射來檢查及監測拋光過程之技術。該等方法闡述於(例如)美國專利5,196,353、美國專利5,433,651、美國專利5,609,511、美國專利5,643,046、美國專利5,658,183、美國專利5,730,642、美國專利5,838,447、美國專利5,872,633、美國專利5,893,796、美國專利5,949,927及美國專利5,964,643中。期望地，對於所拋光工件之拋光過程進度之檢查或監測使得可確定拋光終點，亦即，確定何時終止對特定工件之拋光過程。
以下實例進一步闡釋本發明，但當然不應理解為以任何方式限制本發明之範圍。
實例1
此實例比較三種不同拋光組合物(1A-1C)對旋塗碳(SoC)有機膜基板(晶圓)之移除速率的效應。
具體而言，利用拋光組合物1A-1C利用習用CMP裝置拋光SoC基板。拋光組合物包括不同量之經塗覆α氧化鋁粒子。具體而言，用丙烯酸聚(2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸)處理α氧化鋁粒子。每一拋光組合物亦包括1wt.%氧化劑過氧化氫(H2O2)。若需要，將所有三種拋光組合物皆調節至2.3之pH。
根據本發明實施例，拋光組合物中之兩者亦包括表面活性劑作 為移除速率促進劑。表面活性劑係二苯基醚二磺酸鹽陰離子型表面活性劑，其可在DOWFAX商標下購得。出於比較目的，第三拋光組合物不包括表面活性劑，但包括顯著更高濃度之經塗覆磨料粒子。經塗覆α氧化鋁粒子、表面活性劑及過氧化氫之量闡述於下表1中：
在REFLEXIONTM CMP裝置(Applied Materials公司，Santa Clara,California)上拋光基板。用於拋光組合物1A及1B之拋光墊係D200 42D XY溝槽化墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)，而用於拋光組合物1C之拋光墊係POLYTEXTM墊(Rodel公司，Phoenix,Arizona)。拋光參數係如下：6.89kPa(1psi)下壓力、50rpm平臺轉速及47rpm頭速度。
在拋光後，以Å測定SoC之移除速率。結果闡釋於圖1中，該圖係於量測點(X-軸)處30秒內之移除速率量(Y-軸)的曲線，該量測點指示跨越晶圓之整個距離之量測之位置。
該等結果證實經塗覆α氧化鋁粒子與表面活性劑組合即使於低濃度之磨料粒子下亦可尤其有效拋光包含有機膜之基板。具體而言，拋光組合物1A較拋光組合物1B具有相當高之移除速率，即使拋光組合物1A具有低幾乎一個數量級之磨料粒子。此外，拋光組合物1C具有與拋光組合物1B相當之移除速率，即使拋光組合物1B具有拋光組合物1C之40倍之量之磨料粒子。另外，拋光組合物呈現良好均勻度，且對於拋光組合物1A均勻度比率小於15%，對於拋光組合物1B小於 13%，且對於拋光組合物1C小於10%。
實例2
此實例比較三種不同拋光組合物(2A-2C)對在拋光SoC有機膜基板時缺陷之數目的效應。
具體而言，利用拋光組合物2A-2C利用習用CMP裝置拋光SoC基板。每一拋光組合物包括不同量之經塗覆α氧化鋁粒子及如實例1中所述之過氧化氫氧化劑。如需要，則將所有三種拋光組合物類似地調節至2.3之pH。
根據本發明實施例，拋光組合物2B及2C包括表面活性劑作為移除速率促進劑。拋光組合物2B及2C二者皆包括實例1中所述之二苯基醚二磺酸鹽陰離子型表面活性劑。拋光組合物2C進一步包括非離子型表面活性劑，即在一級羥基中封端之雙官能嵌段共聚物，其可以Pluronic 31TM(BASF公司，Florham Park,New Jersey)購得。出於比較目的，拋光組合物2A不包括表面活性劑。經塗覆α氧化鋁粒子、表面活性劑及過氧化氫之量闡述於下表2中：
在REFLEXIONTM CMP裝置(Applied Materials公司，Santa Clara,California)上拋光基板。拋光墊係D200 42D XY溝槽化墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)。拋光參數係如實例1中所述。
在拋光後，測定基板缺陷之數目，其中0.05微米之臨限值大小定 性為缺陷。結果闡釋於圖2中，該圖係指示由每一拋光組合物引起之基板缺陷之數目的條形圖。
該等結果證實經塗覆α氧化鋁粒子與表面活性劑組合尤其於較低磨料濃度下可尤其有效拋光包含具有低缺陷計數之有機膜的基板。具體而言，所提供拋光組合物2B具有最低基板缺陷計數，同時具有最低磨料濃度且亦包括表面活性劑。此外，於相同磨料濃度下，拋光組合物2A較拋光組合物2C提供相當高之基板缺陷計數，但拋光組合物2C包括表面活性劑，而拋光組合物2A不包括表面活性劑。
實例3-比較
此實例闡釋SoC有機膜基板在習用系統中經受拋光時呈現缺陷率之傾向。
利用習用CMP裝置使用包括0.5wt.%膠狀二氧化矽及1%過氧化氫且pH為2.3之拋光組合物以拋光SoC有機膜基板。在REFLEXIONTM CMP裝置(Applied Materials公司，Santa Clara,California)上拋光基板。墊係D200 42D XY溝槽化墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)。拋光參數係如實例1中所述。
在拋光後，以10×放大獲取經拋光旋塗碳基板之光學顯微鏡影像，如圖3中所繪示。如自圖3明瞭，經拋光基板在經受含有習用濃度範圍內之習用磨料粒子的習用拋光組合物時呈現大的刮傷。
實例4
此實例比較不同拋光組合物中包括各種表面活性劑相對於(a)旋塗碳(SoC)有機膜及(b)下伏有機膜之多晶矽的移除速率之效應。
測試5種拋光組合物(4A-4E)。所有拋光組合物皆包括0.15wt.%磨料粒子及1%過氧化氫，如實例1中所述，且若需要，調節所有拋光組合物以達成2.3之pH。
每一拋光組合物皆關於表面活性劑變化。更具體而言，拋光組 合物4A不包括表面活性劑。拋光組合物4B包括0.03wt.%非離子型表面活性劑，其可以Surfynol 104PG TM自Air Products,Allentown,Pennsylvania購得。拋光組合物4C包括0.01wt.%非離子型表面活性劑，其特徵在於在一級羥基中封端之雙官能嵌段共聚物且可以Pluronic 31TM(BASF公司，Florham Park,New Jersey)購得。拋光組合物4D包括0.01wt.%二苯基醚二磺酸鹽陰離子型表面活性劑，其可以DOWFAXTM自Dow(Midland,Michigan)購得。拋光組合物4E包括2wt.%二甲基亞碸(DMSO)。
在MirraTM CMP裝置(Applied Materials公司，Santa Clara,California)上拋光基板。拋光墊係D200 42D XY溝槽化墊(Cabot Microelectronics,Aurora,Illinois)。拋光參數係如實例1中所述。
在拋光後，測定SoC之移除速率(Å/min)。結果闡釋於圖4中，該圖係圖解說明由SoC膜及下伏多晶矽上之每一拋光組合物影響之移除速率的條形圖。自圖4明瞭，SoC之移除速率最高，且多晶矽之移除速率最低，利用二苯基醚二磺酸鹽陰離子型表面活性劑。
本文闡述了本發明之較佳實施例，包括本發明者已知用於實施本發明之最佳模式。彼等熟習此項技術者在閱讀上述說明後可瞭解彼等較佳實施例之各種變化形式。發明者期望熟習此項技術者適當採用該等變化形式，且發明者期望本發明可以不同於本文具體闡述之方式實施。因此，本發明包括適用法律所允許的本文隨附申請專利範圍中所引述標的物之所有修改形式及等效形式。此外，除非本文另有說明或上下文另外明顯矛盾，否則在其所有可能的變化中，上述元件之任何組合均涵蓋於本發明中。

Claims (24)

  1. 一種拋光組合物，其包含：(a)0.001wt.%至0.1wt.%經聚合物塗覆之磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑，及(c)水，其中該組合物具有1.5至5之pH。
  2. 如請求項1之拋光組合物，其中該等磨料粒子包含氧化鋁、發煙二氧化矽、二氧化矽及/或氧化鋯。
  3. 如請求項1之拋光組合物，其中該等磨料粒子包含α氧化鋁。
  4. 如請求項1之拋光組合物，其中在該等粒子接觸如根據ASTM E 111所測定具有2.5GPa或更小之彈性模數的有機膜基板時，該聚合物有效達成如根據扭矩量測方法所測定為0.1至0.5之摩擦係數。
  5. 如請求項1之拋光組合物，其中該聚合物係水溶性陰離子聚合物。
  6. 如請求項1之拋光組合物，其中該聚合物係丙烯酸聚(2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸)。
  7. 如請求項1之拋光組合物，其中該組合物有效拋光有機膜，該組合物進一步包含氧化有機聚合物之氧化劑。
  8. 如請求項1之拋光組合物，其中該組合物有效拋光在將水滴施加至有機膜時具有70°或更大之接觸角之該有機膜，且其中該陰離子型表面活性劑有效將在將水滴施加至該有機膜時之該有機膜之該接觸角減小至60°或更小。
  9. 如請求項1之拋光組合物，其中該陰離子型表面活性劑係選自由羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、膦酸鹽及其組合組成之 群。
  10. 如請求項9之拋光組合物，其中該陰離子型表面活性劑包含磺酸根基團。
  11. 如請求項9之拋光組合物，其中該陰離子型表面活性劑包含二苯基醚二磺酸鹽。
  12. 一種拋光組合物，其包含：(a)至多0.1wt.%之量之磨料粒子，(b)至少一種陰離子型表面活性劑，(c)氧化具有至少60%之碳含量之有機聚合物之氧化劑，及(d)水，其中該組合物具有1.5至5之pH。
  13. 如請求項12之拋光組合物，其中該等磨料粒子包含經聚合物塗覆之α氧化鋁粒子。
  14. 如請求項13之拋光組合物，其中該聚合物係丙烯酸聚(2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸)。
  15. 一種拋光基板之方法，該方法包含：(i)使基板與拋光墊及如請求項1之拋光組合物接觸；及(ii)相對於該基板移動該拋光墊及該拋光組合物，以研磨至少一部分該基板來拋光該基板。
  16. 如請求項15之方法，其中該基板包含有機聚合物且研磨該有機聚合物以拋光該基板。
  17. 如請求項16之方法，其中該有機聚合物包含旋塗碳材料。
  18. 如請求項16之方法，其中該有機聚合物如根據ASTM E 111所測定，具有2.5GPa或更小之彈性模數。
  19. 如請求項16之方法，其中該接觸使得在該等粒子接觸該有機膜基板時產生如根據扭矩量測方法所測定為0.1至0.5之摩擦係數。
  20. 一種拋光基板之方法，該方法包含：(i)使基板與拋光墊及如請求項12之拋光組合物接觸；及(ii)相對於該基板移動該拋光墊及該拋光組合物，以研磨至少一部分該基板來拋光該基板。
  21. 如請求項20之方法，其中該基板包含有機聚合物且研磨該有機聚合物以拋光該基板。
  22. 如請求項21之方法，其中該有機聚合物包含旋塗碳材料。
  23. 如請求項21之方法，其中該有機聚合物如根據ASTM E 111所測定，具有2.5GPa或更小之彈性模數。
  24. 如請求項21之方法，其中該接觸使得在該等粒子接觸該有機膜基板時產生如根據扭矩量測方法所測定為0.1至0.5之摩擦係數。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2976263C (en) 2015-02-27 2023-03-21 Ecolab Usa Inc. Compositions for enhanced oil recovery
EP3296376B1 (en) * 2015-05-08 2023-07-05 Fujimi Incorporated Method of polishing
KR101861894B1 (ko) * 2015-05-15 2018-05-29 삼성에스디아이 주식회사 유기막 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법
US10035929B2 (en) * 2015-11-30 2018-07-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. pH-adjuster free chemical mechanical planarization slurry
CN106281221B (zh) * 2016-04-26 2017-11-03 福吉米株式会社 研磨材料、研磨用组合物及研磨方法
US10808165B2 (en) 2016-05-13 2020-10-20 Championx Usa Inc. Corrosion inhibitor compositions and methods of using same
WO2018005341A1 (en) 2016-06-28 2018-01-04 Ecolab USA, Inc. Composition, method and use for enhanced oil recovery
US10037889B1 (en) * 2017-03-29 2018-07-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Cationic particle containing slurries and methods of using them for CMP of spin-on carbon films
US11043151B2 (en) * 2017-10-03 2021-06-22 Cmc Materials, Inc. Surface treated abrasive particles for tungsten buff applications
KR20210079573A (ko) * 2019-12-20 2021-06-30 주식회사 케이씨텍 유기막 연마용 슬러리 조성물
KR102367056B1 (ko) * 2020-02-27 2022-02-25 주식회사 케이씨텍 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196353A (en) 1992-01-03 1993-03-23 Micron Technology, Inc. Method for controlling a semiconductor (CMP) process by measuring a surface temperature and developing a thermal image of the wafer
US6614529B1 (en) 1992-12-28 2003-09-02 Applied Materials, Inc. In-situ real-time monitoring technique and apparatus for endpoint detection of thin films during chemical/mechanical polishing planarization
US5658183A (en) 1993-08-25 1997-08-19 Micron Technology, Inc. System for real-time control of semiconductor wafer polishing including optical monitoring
US5433651A (en) 1993-12-22 1995-07-18 International Business Machines Corporation In-situ endpoint detection and process monitoring method and apparatus for chemical-mechanical polishing
JP3270282B2 (ja) 1994-02-21 2002-04-02 株式会社東芝 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法
JP3313505B2 (ja) 1994-04-14 2002-08-12 株式会社日立製作所 研磨加工法
US5964643A (en) 1995-03-28 1999-10-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for in-situ monitoring of chemical mechanical polishing operations
US5893796A (en) 1995-03-28 1999-04-13 Applied Materials, Inc. Forming a transparent window in a polishing pad for a chemical mechanical polishing apparatus
US5838447A (en) 1995-07-20 1998-11-17 Ebara Corporation Polishing apparatus including thickness or flatness detector
US5872633A (en) 1996-07-26 1999-02-16 Speedfam Corporation Methods and apparatus for detecting removal of thin film layers during planarization
US7232514B2 (en) * 2001-03-14 2007-06-19 Applied Materials, Inc. Method and composition for polishing a substrate
US7128825B2 (en) * 2001-03-14 2006-10-31 Applied Materials, Inc. Method and composition for polishing a substrate
US6679928B2 (en) 2001-04-12 2004-01-20 Rodel Holdings, Inc. Polishing composition having a surfactant
US6692546B2 (en) * 2001-08-14 2004-02-17 Advanced Technology Materials, Inc. Chemical mechanical polishing compositions for metal and associated materials and method of using same
US6821897B2 (en) 2001-12-05 2004-11-23 Cabot Microelectronics Corporation Method for copper CMP using polymeric complexing agents
US6830503B1 (en) 2002-01-11 2004-12-14 Cabot Microelectronics Corporation Catalyst/oxidizer-based CMP system for organic polymer films
US6776810B1 (en) 2002-02-11 2004-08-17 Cabot Microelectronics Corporation Anionic abrasive particles treated with positively charged polyelectrolytes for CMP
JP2005518670A (ja) * 2002-02-26 2005-06-23 アプライド　マテリアルズ　インコーポレイテッド 基板を研磨するための方法及び組成物
US7229484B2 (en) * 2002-11-27 2007-06-12 Intel Corporation Pre-coated particles for chemical mechanical polishing
TW200427827A (en) * 2003-05-30 2004-12-16 Sumitomo Chemical Co Metal polishing composition
US20050092620A1 (en) * 2003-10-01 2005-05-05 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for polishing a substrate
US7427361B2 (en) 2003-10-10 2008-09-23 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Particulate or particle-bound chelating agents
US7182798B2 (en) * 2004-07-29 2007-02-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Polymer-coated particles for chemical mechanical polishing
US7709053B2 (en) * 2004-07-29 2010-05-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of manufacturing of polymer-coated particles for chemical mechanical polishing
US7988878B2 (en) 2004-09-29 2011-08-02 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Selective barrier slurry for chemical mechanical polishing
US7524347B2 (en) 2004-10-28 2009-04-28 Cabot Microelectronics Corporation CMP composition comprising surfactant
US20060096179A1 (en) * 2004-11-05 2006-05-11 Cabot Microelectronics Corporation CMP composition containing surface-modified abrasive particles
JPWO2007108215A1 (ja) 2006-03-20 2009-08-06 三井化学株式会社 研磨用組成物
US9343330B2 (en) * 2006-12-06 2016-05-17 Cabot Microelectronics Corporation Compositions for polishing aluminum/copper and titanium in damascene structures
US20080203059A1 (en) 2007-02-27 2008-08-28 Cabot Microelectronics Corporation Dilutable cmp composition containing a surfactant
KR100866735B1 (ko) 2007-05-01 2008-11-03 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법
CN101802711B (zh) 2007-07-30 2014-12-03 布鲁尔科技公司 用于光刻法的可非共价交联的材料
US9640396B2 (en) 2009-01-07 2017-05-02 Brewer Science Inc. Spin-on spacer materials for double- and triple-patterning lithography
KR20120120729A (ko) 2011-04-25 2012-11-02 에스케이하이닉스 주식회사 반도체장치의 금속패턴 제조 방법
US8647809B2 (en) 2011-07-07 2014-02-11 Brewer Science Inc. Metal-oxide films from small molecules for lithographic applications

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