TW201708451A - 低淺盤效應銅化學機械平坦化 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種銅化學機械拋光(CMP)配方、方法及系統。該CMP配方包含微粒材料、至少二或更多胺基酸、氧化劑、腐蝕抑制劑，而且其餘部分為水。

Description

低淺盤效應銅化學機械平坦化 相關申請案之交互參照
本案請求2015年4月27日申請的美國臨時申請案第62/153,213號之權益。在此以引用的方式將該臨時申請案的揭示內容併入本文。
本發明大體上關於半導體晶圓的化學機械平坦化(CMP)。更明確地說，本發明關於用於CMP含銅(Cu)基材的低淺盤效應配方。CMP拋光配方、CMP拋光組合物或CMP拋光漿料在本發明中可相互替換。
銅由於其低電阻率、高可靠度及可擴縮性(scalability)而被選用於當成使裝配積體電子裝置時所用的金屬互相連接的現行材料。所以需要以銅化學機械平坦化製程從鑲嵌溝槽結構去除銅覆蓋層(copper overburden)同時達成低金屬損失的全面平坦化。
隨著技術節點推進降低，金屬淺盤效應及金屬損失的需求變得越來越重要。任何新拋光配方也必須保持高移 除速率、對阻障材料(barrier material)的高選擇性及低缺陷性。
先前技藝中曾揭示用於銅CMP的CMP配方，舉例來說，於US20040175942、US6773476及US8236695中。然而所揭示的配方卻無法符合該移除速率及低淺盤效應的性能要求，使先進技術節點變得越來越具挑戰性。
本發明揭示為了符合該等先進技術節點的低淺盤效應及高移除速率的挑戰要求而研發出來的整體銅CMP拋光配方。
在一態樣中，本發明提供一種銅化學機械拋光(CMP)配方，其包含：微粒材料、至少二胺基酸、氧化劑、腐蝕抑制劑、而且其餘部分為水。
在另一態樣中，本發明提供一種將含銅半導體基材化學機械拋光之方法，其包含以下步驟：提供表面含銅的半導體基材；提供拋光墊；提供化學機械拋光(CMP)配方，其包含微粒材料、 至少二胺基酸、氧化劑、腐蝕抑制劑、而且其餘部分為水；使該半導體基材表面與該拋光墊及該化學機械拋光配方接觸；及將該半導體表面拋光；其中該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械拋光配方二者同時接觸。
在又另一態樣中，本發明提供一種化學機械拋光之系統，其包含一半導體基材，其具有含銅表面；一拋光墊；及一化學機械拋光(CMP)配方，其包含微粒材料、至少二胺基酸、氧化劑、腐蝕抑制劑、而且其餘部分為水；其中該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械拋光配方二者同時接觸。
該等微粒材料包括，但不限於發煙氧化矽、膠態 氧化矽、發煙氧化鋁、膠態氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物。該微粒材料濃度可介於0.001至0.25重量%。
包括衍生物在內的各式各樣的胺基酸係含有胺及羧酸官能基的有機化合物。其他官能基也可能存於該等胺基酸結構中。該等胺基酸皆能用於該組合物，其包括但不限於胺基醋酸(也被稱為甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺酸、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺乙酸、天冬醯胺酸、天門冬酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸(bicine)、麥黃酮(tricin)、脯胺酸及其混合物。胺基酸的較佳組合包括甘胺酸(胺基醋酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸。該等胺基酸的濃度在約0.01重量%至約8重量%的範圍內；較佳為0.05重量%至約5重量%，而且更佳為約0.25重量%至約2重量%。用於該漿料的一胺基酸對另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1；較佳為10：90至90：10，更佳為25：75至75：25。
該等腐蝕抑制劑包括但不限於含含氮環狀化合物例如1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑及苯并咪唑。苯并噻唑例如2,1,3-苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇也能使用。較佳的抑制劑係1,2,4-三唑、5-胺基三唑及三聚異氰酸酯化合物例如三聚異氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)。該腐蝕抑制劑係於以重量計為約0.1ppm至約20,000ppm，較佳地以重量計為約20ppm至約10,000ppm，而且更佳地以重量計為約50ppm至約1000ppm 的範圍之濃度水準下加入。
該氧化劑包括但不限於過氧化氫、二鉻酸銨、過氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽類、次氯酸鈣、硫酸高鈰(ceric sulfate)、氯酸鹽類、三氧化鉻、三氧化鐵、氯化鐵、碘酸鹽類、碘、過氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽類、過碘酸、高錳酸、二鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、二鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽類、過醋酸、尿素-過氧化氫、過氯酸、過氧化第三丁基、單過硫酸鹽類、二過硫酸鹽及其組合。該氧化劑的濃度在約0.1%至約20重量%的範圍中，較佳為約0.25%至約5重量%。
該CMP配方另外包含表面活性劑，其包括，但不限於苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、硫酸酯或磺酸酯表面活性劑、甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物、聚山梨酸酯表面活性劑、非離子型烷基乙氧基化物表面活性劑、甘油丙氧基化物-乙氧基化物嵌段共聚物、氧化胺表面活性劑、羥基乙酸乙氧基化物油烯基醚、聚乙二醇、聚環氧乙烷、乙氧基化醇類、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚消泡分散劑及其他表面活性劑。表面活性劑濃度能在0.001至0.5重量%的範圍，較佳為介於0.01至0.25重量%之間。
該CMP配方另外包含選自由pH調節劑、生物殺滅劑或生物防腐劑、分散劑及潤濕劑所組成的群組中的至少一者。
構成本說明書實體部分的附圖顯示：圖1描繪包含二胺基酸的配方I及僅包含一胺基酸的配方II之銅拋光速率。
圖2描繪包含二胺基酸的配方I及僅包含一胺基酸的配方II之淺盤化性能。
本發明揭示的是為先進技術節點所研發的整體銅CMP拋光組合物。該等配方具有所顯示的改良淺盤化性能、較低銅蝕刻速率。
配方包含微粒材料、二或更多胺基酸、氧化劑、銅腐蝕抑制劑，而且該配方的剩下部分為液態載劑。
大體而言，廣大範圍的微粒材料或粒子皆能使用。該等粒子能透過各式各樣的製造及加工技術獲得，其包括但不限於熱處理、溶液生長製程、原礦開採並按尺寸磨細及快速熱分解。該等材料一般能按製造廠商供應的形式加入該組合物。某些微粒材料以較高濃度當成研磨料用於該組合物。然而，傳統未曾當CMP漿料中的研磨料用的其他微粒材料也能用於以提供有益的結果。
代表性微粒材料包括各式各樣的無機和有機材料，其於本發明漿料的使用條件之下具有惰性。該等微粒材料包括，但不限於發煙氧化矽、膠態氧化矽、發煙氧化鋁、膠態氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、聚苯乙烯、聚甲 基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物。該等微粒材料的粒徑介於約4nm至約10,000nm，較佳為約4nm至約1,000nm，而且更佳為約4nm至約400nm。該等粒子可依各式各樣的物理形式存在，例如但不限於板形物、碎形凝集物及球形物種。
該較佳微粒材料係膠態氧化矽。又更佳為含有非常小量微量金屬雜質的膠態氧化矽。能使用的高純度膠態氧化矽的實例係從日本Fuso Chemical公司購得的Fuso PL-3、PL2、PL3H及PL3L高純度膠態氧化矽粒子。
不同粒徑和類型的膠態氧化矽粒子混合物也可能產生改良的性能。
該微粒材料濃度可介於0.001至0.25重量%。
該等配方包含至少二胺基酸或至少二螫合劑(該等胺基酸係螯合劑)。
各式各樣的胺基酸及衍生物，在本發明中被稱作胺基酸，能用於製備該CMP配方。胺基係定義為含有胺和羧酸官能基的有機化合物。該等胺基酸結構中也可能存有其他官能基。該等胺基酸皆能用於該組合物，該等胺基酸包括但不限於胺基醋酸(也被稱作甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺酸、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺乙酸、天冬醯胺酸、天門冬酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸、麥黃酮、脯胺酸及其混合物。胺基酸的較佳組合包括甘胺酸(胺基醋酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸。
頃發現胺基酸存於該配方會影響CMP製程期間 的銅移除速率。然而，提高的胺基酸量將使該銅移除速率提高，那並不適宜。因此能調整濃度水準以達成銅移除速率與該蝕刻速率之間可接受的平衡。
通常，該等胺基酸的濃度在約0.01重量%至約16重量%的範圍內；較佳為0.05重量%至約5重量%，而且更佳為介於約0.25重量%與約2重量%之間。
用於該漿料中的一胺基酸對另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1；較佳為10：90至90：10；更佳為25：75至75：25。
該配方能包含腐蝕抑制劑以限制該CMP製程期間的金屬腐蝕及蝕刻。該腐蝕抑制劑藉由物理吸附或化學吸附形成保護膜於該金屬表面上。因此，該腐蝕抑制劑能有效防止該銅表面受到該CMP製程期間的蝕刻及腐蝕作用影響。
該等腐蝕抑制劑包括但不限於含氮環狀化合物例如1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑、5-胺基三唑及苯并咪唑。苯并噻唑例如2,1,3-苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇也能使用。較佳的抑制劑係1,2,4-三唑及5-胺基三唑。
據發現三聚異氰酸酯化合物例如三聚異氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)也能用於腐蝕抑制及改良性能。
該腐蝕抑制劑係於以重量計為約0.1ppm至約20,000ppm，較佳地以重量計為約20ppm至約10,000ppm，而且更佳地以重量計為約50ppm至約1000ppm的範圍之濃 度水準下加入。
該氧化劑表現氧化功能並且促成該晶圓表面上的銅轉化成CuOH、Cu(OH)2、CuO或Cu2O中任一者的水合銅化合物。
該氧化劑包括但不限於過氧化氫、二鉻酸銨、過氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽類、次氯酸鈣、硫酸高鈰(ceric sulfate)、氯酸鹽類、三氧化鉻、三氧化鐵、氯化鐵、碘酸鹽類、碘、過氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽類、過碘酸、高錳酸、二鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、二鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽類、過醋酸、尿素-過氧化氫、過氯酸、過氧化第三丁基、單過硫酸鹽類及二過硫酸鹽及其組合。
較佳地該氧化劑係於使用時或於彼之前片刻就地加於該配方。也能於合併其他組分時加入該氧化劑，但是必須將考量如此形成的組合物隨著較長久儲存條件的安定性。
該氧化劑的濃度在約0.1重量%至約20重量%的範圍中，較佳為約0.25重量%至約5重量%。
據發現當表面活性劑加於這些配方時也在降低淺盤效應及缺陷方面有有益的影響。表面活性劑可能是非離子型、陽離子型、陰離子型或兩性。
表面活性劑的實例包括，但不限於苯基乙氧基化物型表面活性劑例如Nonidet®TM P40(辛基苯氧基聚乙氧基乙醇)及炔屬二醇表面活性劑例如Dynol®TM 607、Dynol®TM 800、Dynol®TM 810、Dynol®TM 960、Dynol®TM 980、Surfynol 104E、Surfynol 465、Surfynol 485、Surfynol PSA 336、Surfynol FS85、Surfynol SE、Surfynol SE-F；陰離子型表面活性劑例如硫酸酯或磺酸酯表面活性劑；甘油丙氧基化物；甘油乙氧基化物；聚山梨酸酯表面活性劑例如Tween 20、Tween 40、Tween 60、Tween 80、非離子型烷基乙氧基化物型表面活性劑例如Brij LA-4；甘油丙氧基化物-乙氧基化物嵌段共聚物；氧化胺表面活性劑例如Tomamine AO-455及Tomamamine AO-405；羥基乙酸乙氧基化物油烯基醚表面活性劑；聚乙二醇；聚環氧乙烷；乙氧基化醇類例如Tomadol 23-6.5、Tomadol 91-8、carbowet 13-40；乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑例如Tergitol Minfoam 1X、Tergitol Minfoam 2X；聚醚消泡分散劑例如DF204及其他表面活性劑。有效降低Cu線淺盤效應的較佳表面活性劑包括苯基乙氧基化物(例如Nonidet P40)、炔屬二醇表面活性劑(例如Surfynol 104E、Dynol®TM 607、Dyno®TM 800、Dynol®TM 810)、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑例如Tergitol Minfoam 1X、聚醚分散劑(例如DF204)。表面活性劑濃度可能在0.001至0.5%的範圍中，更佳為介於0.01至0.25%之間。
有效降低Cu線淺盤效應的較佳表面活性劑包括苯基乙氧基化物(例如Nonidet P40)、炔屬二醇表面活性劑(例如Surfynol 104E、Dynol®TM 607、Dyno®TM 800、Dynol®TM 810)、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑例如Tergitol Minfoam 1X、聚醚分散劑(例如DF204)。表面活性劑濃度可能 在0.001至0.5%的範圍中，更佳為介於0.01至0.25%之間。
該等配方也可包含其他任意添加物例如生物殺滅劑或生物防腐劑、分散劑、潤濕劑、pH調節劑等等。
該CMP組合物可包含生物殺滅劑，亦即，生物生長抑制劑或防腐劑以防止儲存期間的細菌及黴菌生長。該生物生長抑制劑包括，但不限於，氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四丙基銨、氯化烷基苯甲基二甲基銨和氫氧化烷基苯甲基二甲基銨(其中該烷基鏈介於1至約20個碳原子)、亞氯酸鈉及次氯酸鈉。一些市售可得的防腐劑包括來自Dow chemicals的KATHONTM(例如Kathon II)和NEOLENETM產品群組及來自Lanxess的PreventolTM群組。更多的揭露於美國專利第5,230,833號(Romberger等人)及美國專利申請案編號US 20020025762。在此以引用的方式將其全文併入本文。
該pH-調節劑包括，但不限於，氫氧化鈉、氫氧化鈰、氫氧化鉀、氫氧化鈰、氫氧化銨、氫氧化四級有機銨(例如氫氧化四甲基銨)及其混合物。
分散劑可用以改良粒子的膠態穩定性。分散劑可包含表面活性劑及聚合物。分散劑的實例包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸。
該配方其餘部分為水，水佔了液體組分的主要部分。有益的是該水為去離子(DI)水。
該等配方的pH可介於2至12，更佳為介於4與9之間而且最佳為介於6與8之間。
該等配方能以濃縮形式製造並且在拋光時以DI 水來稀釋以降低與貨運和處理有關的成本。稀釋度能介於1份漿料濃縮物：0份水至1份漿料濃縮物：1000份水，或介於1份漿料濃縮物：3份水至1份漿料濃縮物：100份水之間，或介於1份漿料濃縮物：5份水至1份漿料濃縮物：50份水之間。
本發明的配方係用以拋光具有銅互連線的圖案化晶圓以提供高銅移除速率還有低淺盤效應。
銅CMP一般分三步驟進行。在第一步驟時，整體銅配合拋光條件以高移除速率從該圖案化晶圓除去並且形成了平坦化表面。在第二步驟時，進行更受控的拋光以去除其餘的銅以降低淺盤效應並且接著停於該阻障層。第三步驟涉及阻障層的去除。本發明的配方能用於上述步驟1及2。在該步驟1時，能用較高向下作用力或工作台速度於高移除速率下將銅拋光，而且該銅CMP的步驟2用較低向下作用力及較低工作台速度。通常該第一步驟拋光於2.5psi或更高的向下作用力下進行。該第二步驟拋光係於1.5psi或更高的向下作用力下進行。吾人所欲為就晶圓生產而言該等銅移除速率高到能獲得可接受的處理量。較佳地該第二步驟CMP希望的CMP移除速率為至少3000Å/min或更佳為高於4000Å/min。就該第一步驟而言，希望的移除速率為高於6000Å/min。
本發明的配方能於對阻障層或拋光阻擋層(polish stop layer)的高選擇性下拋光銅。銅與該阻障層之間的移除速率選擇性係高於50。這些配方可用於用銅或銅基礎合金當互連材料而且含有包括但不限於Ta、TaN、Ti、TiN、Co、 Ru在內的一系列可能阻障/拋光阻擋層的各種不同積體結構。
包含二或更多胺基酸的發明配方使漿料得以調配出來以致使移除速率與僅包含一胺基酸的配方之移除速率相當，而且還提供明顯降低的淺盤化性能。在較佳的具體實施例中包含二或更多胺基酸的漿料配方的移除速率在100X100μm線結構上提供一淺盤效應r，與包含單一胺基酸的漿料配方相比為小於75%的淺盤效應及至少70%的移除速率。在更佳的具體實施例中包含二或更多胺基酸的漿料配方的移除速率在100X100μm線結構上提供一淺盤效應r，與包含單一胺基酸的漿料配方相比為小於60%的淺盤效應及至少75%的移除速率。
本發明進一步藉由以下實施例來證明。
通用實驗程序
本文所述的相關方法必連帶著使用前述供含銅基材的化學機械平坦化用之漿料。
在該等方法中，將基材(例如，具有銅表面的晶圓)面向下置於拋光墊上，該拋光墊固定不動地接附於CMP拋光機的可轉動壓盤。依此方式，使要被拋光及平坦化的基材與該拋光墊直接接觸。用晶圓承載系統或拋光頭將該基材固持於適當位置並且在CMP製程期間靠住該基材背側施以向下壓力，同時轉動該壓盤及該基材。在CMP加工期間將該拋光配方施加(通常連續地)於該墊子上以便有效移除材料並且將該基材平坦化。
本文所述的拋光漿料及相關方法能有效用於包括大部分基材在內的各種不同基材的CMP，特別是能用於拋光銅基材。
在以下所示的實施例中，利用以下指定的程序及實驗條件來進行CMP實驗。
該等實施例所用的CMP設備為Mirra®，由加州，聖塔克拉拉，95054，Bowers大道3050號的Applied Materials公司製造。
拋光藉著93RPM的工作台速度配合200mL/min漿料流速靠來自Dow Chemicals的IC1010®墊子進行。關於移除速率數據，用電鍍銅晶圓供拋光之用。淺盤效應數據靠含有TEOS介電質中Cu線及Ta/TaN阻障層的MIT854圖案化晶圓獲得。關於該第一拋光步驟，圖案化晶圓拋光牽涉到於2.5psi向下作用力下拋光1分鐘，緊接著於1.5psi下拋光到限定的拋光終點為止。限定終點為按照Mirra®的光學終點技術得知銅從該圖案化晶圓表面被清除之後的20秒。淺盤效應量測利用測面技術(profilometric technique)來進行。
工作實施例 實施例1
表1中描述全部包含215ppm 1,2,4-三唑當成腐蝕抑制劑、63ppm膠態氧化矽(平均粒徑-MPS係為約48nm，由Fuso供應)；550ppm Dynol 607、1重量%過氧化氫，但是不同胺基酸組合，而且其餘部分為水的CMP配方。
表2中顯示於1.5psi及2.5psi向下作用力下的Cu移除速率及該等配方在100x100μm線結構上造成的淺盤效應數據。淺盤效應數據在1.5psi向下作用力下拋光該圖案化 晶圓同時停於該阻障層時獲得。
從數據結果證實，含胺基酸組合的配方造成淺盤效應降低而不會折損移除速率。如配方3所示，藉著胺基酸的組合也能使該等移除速率提高同時使淺盤效應降低。
在這些雙重螯合劑組合當中，甘胺酸/二羥乙甘胺酸或甘胺酸/肌胺酸分別在100 x 100μm線上提供465Å及437Å之相對低的寬銅線淺盤效應。
實施例2
表3中描述全部包含215ppm 1,2,4-三唑當成腐蝕抑制劑、1.9ppm Kathon II當成生物殺滅劑及62.5ppm膠態氧化矽(MPS係為約48nm，由Fuso供應)當成研磨料、1.0重量% H2O2當成氧化劑，而且其餘部分為水的CMP配方9至14。所有配方皆利用不同添加物製造。配方12至16全包含二羥乙甘胺酸。
該等配方係利用不同量的甘胺酸及二羥乙甘胺酸製造以提供與僅包含甘胺酸的配方類似的移除速率。
表4彙總關於表3列出的配方對100x100μm線的Cu移除速率及淺盤效應。該等數據相應於沒使用二羥乙甘胺酸的配方列表。
如表4所示，顯然使用依此選定的甘胺酸及二羥乙甘胺酸的多種濃度組合以提供相當的移除速率，獲得了戲劇性降低的淺盤效應。利用Non-idet P40添加物及甘胺酸和二羥乙甘胺酸的組合獲得最佳的淺盤化性能。
實施例3
製備多配方以比較包含一胺基酸與二胺基酸組合的配方。
配方15至17也包含215ppm 1,2,4-三唑當成腐蝕 抑制劑、1.9ppm Kathon II當成生物殺滅劑、0.1% Nonidet P40當成淺盤效應降低劑及62.5ppm膠態氧化矽(MPS係為約48nm，由Fuso供應)當成研磨料、1.0重量%H2O2當成氧化劑，而且其餘部分為水，如表5所述。
表6中顯示該等配方對100x100μm線的Cu移除速率及淺盤效應。
包含兩種甘胺酸及丙胺酸的配方(配方17)證明比單單包含甘胺酸或丙胺酸的配方明顯降低的淺盤效應而不會顯著折損Cu移除速率。
實施例4
製造配方18(一胺基酸、唯獨甘胺酸)及19(二胺基酸、甘胺酸及二羥乙甘胺酸)以提供於1.5psi向下作用力下的高銅移除速率。配方同樣包含水、0215重量% 1,2,4-三唑、1.9ppm Kathon II、0.025重量%高純度膠態氧化矽(MPS係為約48nm，由Fuso供應)及1.0重量%H2O2。二配方皆具有大約7.25的pH。
將該等配方顯示於表7。
表8中顯示該等配方對100x100μm線的Cu移除速率及淺盤效應。
如表8所示，甘胺酸及二羥乙甘胺酸的組合(配方19)提供比僅甘胺酸為基礎的配方在100x100μm線特徵上 顯著降低的Cu線淺盤效應。
實施例5
製造配方20(一胺基酸、唯獨甘胺酸)及21(二胺基酸、甘胺酸及DL-丙胺酸)以提供於1.5psi向下作用力下的高銅移除速率。配方同樣包含水、0215重量% 1,2,4-三唑、1.9ppm Kathon II、0.025重量%高純度膠態氧化矽(MPS係為約48nm，由Fuso供應)及1.0重量%H2O2。二配方皆具有大約7.25的pH。
將該等配方顯示於表9。
表10中顯示該等配方對100x100μm線的Cu移除速率及淺盤效應。
如表10所示，二甘胺酸，亦即甘胺酸及丙胺酸，的組合(配方21)提供比僅甘胺酸為基礎的配方在100x100μm線特徵上顯著降低的Cu線淺盤效應。
實施例6
表11中顯示指定配方I及II。
配方I具有雙重螯合劑亦即二胺基酸。配方II僅具有一胺基酸。配方的pH係為大約6.15至6.25。
拿包含二胺基酸的配方I的CMP性能與僅包含一胺基酸的配方II作比較。將結果顯示於圖1及2。
更明確地將該等銅拋光速率顯示於圖1。將該淺 盤化性能顯示於圖2。
如圖1及2證明的，當使用具有二胺基酸的漿料時能獲得關於移除速率(提高)及橫過不同線寬的淺盤效應(戲劇性地降低)之明顯改良。
本發明的配方工程及最適化提供淺盤化性能的明顯改良。橫過廣範圍銅線寬度至淺盤化之處的改良顯示對特徵尺寸並不敏感。
以上列示的發明具體實施例，包括工作實施例在內，示範了本發明可完成的許多具體實施例。預期該製程的許多其他組態皆可應用，而且該製程使用的材料可選自已明確揭示者以外的許多材料。

Claims (21)

  1. 一種銅化學機械拋光(CMP)配方，其包含：0.001至0.25重量%微粒材料、0.01至16重量%至少二胺基酸、0.25至5重量%氧化劑、0.1ppm至2重量%腐蝕抑制劑，而且其餘部分為水；其中該微粒材料係選自由發煙氧化矽、膠態氧化矽、發煙氧化鋁、膠態氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物所組成的群組；而且該配方具有2至12的pH。
  2. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光(CMP)配方，其中該胺基酸係獨立地選自由胺基醋酸(甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺酸、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺乙酸、天冬醯胺酸、天門冬酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸(bicine)、麥黃酮(tricin)、脯胺酸及其混合物所組成的群組；而且用於該漿料的一胺基酸對另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1。
  3. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光(CMP)配方，其中該 氧化劑係選自由以下所組成的群組：過氧化氫、二鉻酸銨、過氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽類、次氯酸鈣、硫酸高鈰(ceric sulfate)、氯酸鹽類、三氧化鉻、三氧化鐵、氯化鐵、碘酸鹽類、碘、過氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽類、過碘酸、高錳酸、二鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、二鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽類、過醋酸、尿素-過氧化氫、過氯酸、過氧化第三丁基、單過硫酸鹽類、二過硫酸鹽及其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光(CMP)配方，其中該腐蝕抑制劑係選自由含氮環狀化合物所組成的群組，該含氮環狀化合物係選自由1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑、苯并咪唑；5-胺基三唑、苯并噻唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇；三聚異氰酸酯及其組合所組成的群組。
  5. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光(CMP)配方，其另外包含選自由以下所組成的群組之表面活性劑：苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、硫酸酯或磺酸酯表面活性劑、甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物、聚山梨酸酯表面活性劑、非離子型烷基乙氧基化物表面活性劑、甘油丙氧基化物-乙氧基化物嵌段共聚物、氧化胺表面活性劑、羥基乙酸乙氧基化物油烯基醚、聚乙二醇、聚環氧乙 烷、乙氧基化醇類、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚消泡分散劑及其組合。
  6. 如申請專利範圍第5項之化學機械拋光(CMP)配方，其中該微粒材料係膠態氧化矽；該胺基酸係選自由胺基醋酸(甘胺酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸所組成的群組；該氧化劑係過氧化氫；該腐蝕抑制劑係選自由1,2,4-三唑及5-胺基三唑所組成的群組；該表面活性劑係選自由苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚分散劑所組成的群組；該水係去離子水；而且該pH係6至8。
  7. 如申請專利範圍第1項之化學機械拋光(CMP)配方，其另外包含選自由pH調節劑、生物殺滅劑、分散劑及潤濕劑所組成的群組中的至少一者。
  8. 一種將含銅半導體基材化學機械拋光之方法，其包含以下步驟：提供表面含銅的半導體基材；提供拋光墊；提供化學機械拋光(CMP)配方，其包含0.001至0.25重量%微粒材料、0.01至16重量%至少二胺基酸、0.25至5重量%氧化劑、 0.1ppm至2重量%腐蝕抑制劑，而且其餘部分為水；其中該微粒材料係選自由發煙氧化矽、膠態氧化矽、發煙氧化鋁、膠態氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物所組成的群組；而且該配方具有2至12的pH；使該半導體基材表面與該拋光墊及該化學機械拋光配方接觸；及將該半導體表面拋光；其中該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械拋光配方二者同時接觸。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該胺基酸係獨立地選自由胺基醋酸(甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺酸、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺乙酸、天冬醯胺酸、天門冬酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸、麥黃酮、脯胺酸及其混合物所組成的群組；而且用於該漿料的一胺基酸對另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該氧化劑係選自由以下所組成的群組：過氧化氫、二鉻酸銨、過氯酸銨、過硫 酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽類、次氯酸鈣、硫酸高鈰、氯酸鹽類、三氧化鉻、三氧化鐵、氯化鐵、碘酸鹽類、碘、過氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽類、過碘酸、高錳酸、二鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、二鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽類、過醋酸、尿素-過氧化氫、過氯酸、過氧化第三丁基、單過硫酸鹽類、二過硫酸鹽及其組合。
  11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該腐蝕抑制劑係選自由含氮環狀化合物所組成的群組，該含氮環狀化合物係選自由1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑、苯并咪唑；苯并噻唑、5-胺基三唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇；三聚異氰酸酯及其組合所組成的群組。
  12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該CMP配方另外包含選自由以下所組成的群組之表面活性劑：苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、硫酸酯或磺酸酯表面活性劑、甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物、聚山梨酸酯表面活性劑、非離子型烷基乙氧基化物表面活性劑、甘油丙氧基化物-乙氧基化物嵌段共聚物、氧化胺表面活性劑、羥基乙酸乙氧基化物油烯基醚、聚乙二醇、聚環氧乙烷、乙氧基化醇類、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚 消泡分散劑及其組合。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該微粒材料係膠態氧化矽；該胺基酸係選自由胺基醋酸(甘胺酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸所組成的群組；該氧化劑係過氧化氫；該腐蝕抑制劑係選自由1,2,4-三唑及5-胺基三唑所組成的群組；該表面活性劑係選自由苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚分散劑所組成的群組；該水係去離子水；而且該pH係6至8。
  14. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該CMP配方另外包含選自由pH調節劑、生物殺滅劑、分散劑及潤濕劑所組成的群組中的至少一者。
  15. 一種化學機械拋光之系統，其包含一半導體基材，其具有含銅表面；一拋光墊；及一化學機械拋光(CMP)配方，其包含0.001至0.25重量%微粒材料、0.01至16重量%至少二胺基酸、0.25至5重量%氧化劑、0.1ppm至2重量%腐蝕抑制劑，而且 其餘部分為水；其中該微粒材料係選自由發煙氧化矽、膠態氧化矽、發煙氧化鋁、膠態氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物所組成的群組；而且該配方具有2至12的pH；其中該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械拋光配方二者同時接觸。
  16. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該胺基酸係獨立地選自由胺基醋酸(甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺酸、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺乙酸、天冬醯胺酸、天門冬酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸、麥黃酮、脯胺酸及其混合物所組成的群組；而且用於該漿料的一胺基酸對另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1。
  17. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該氧化劑係選自由以下所組成的群組：過氧化氫、二鉻酸銨、過氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽類、次氯酸鈣、硫酸高鈰、氯酸鹽類、三氧化鉻、三氧化鐵、氯化鐵、碘酸鹽類、碘、過氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽類、過碘酸、高錳酸、二鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、二鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽類、過醋酸、 尿素-過氧化氫、過氯酸、過氧化第三丁基、單過硫酸鹽類、二過硫酸鹽及其組合。
  18. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該腐蝕抑制劑係選自由含氮環狀化合物所組成的群組，該含氮環狀化合物係選自由1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑；5-胺基三唑、苯并咪唑、苯并噻唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇；三聚異氰酸酯及其組合所組成的群組。
  19. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該CMP配方另外包含選自由以下所組成的群組之表面活性劑：苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、硫酸酯或磺酸酯表面活性劑、甘油丙氧基化物、甘油乙氧基化物、聚山梨酸酯表面活性劑、非離子型烷基乙氧基化物表面活性劑、甘油丙氧基化物-乙氧基化物嵌段共聚物、氧化胺表面活性劑、羥基乙酸乙氧基化物油烯基醚、聚乙二醇、聚環氧乙烷、乙氧基化醇類、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚消泡分散劑及其組合。
  20. 如申請專利範圍第19項之系統，其中該微粒材料係膠態氧化矽；該胺基酸係選自由胺基醋酸(甘胺酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸所組成的群組；該氧化劑係過氧化氫； 該腐蝕抑制劑係選自由1,2,4-三唑及5-胺基三唑所組成的群組；該表面活性劑係選自由苯基乙氧基化物表面活性劑、炔屬二醇表面活性劑、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚分散劑所組成的群組；該水係去離子水；而且該pH係6至8。
  21. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該CMP配方另外包含選自由pH調節劑、生物殺滅劑、分散劑及潤濕劑所組成的群組中的至少一者。
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