TW202311461A - 矽晶圓拋光組合物及方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於拋光矽晶圓之化學機械拋光組合物包括以下各項、基本上由以下各項組成或由以下各項組成：基於水之液體載體、分散於該液體載體中之膠體矽石顆粒、在使用時約0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑、及在自約8至約12之範圍內之pH。一種用於拋光矽晶圓之方法可包含：使該晶圓與上文所闡述之拋光組合物接觸；相對於該晶圓移動該拋光組合物；及研磨該晶圓以自該晶圓移除矽且藉此拋光該晶圓。

Description

矽晶圓拋光組合物及方法
所揭示實施例係關於化學機械拋光且更特定而言係關於用於拋光矽晶圓之組合物及方法。
用於電子裝置中之矽晶圓通常自單晶矽錠製備而成，該單晶矽錠首先使用金剛石鋸被切成薄晶圓、經研光以改良平坦度，且經蝕刻以移除由研光導致的表面下損壞。然後通常在兩步驟雙面製程中拋光此等晶圓以移除由蝕刻導致的奈米形貌且在晶圓可接受以供用於電子裝置中之前達成所要厚度。
在晶圓處理期間，硬雷射標記通常形成於晶圓之背面上以顯示晶圓批號以用於可追溯性。此等硬雷射標記之邊沿一般自晶圓表面突出。在雙面拋光製程期間，在此等突出部附近之平坦度控制在晶圓之正面及背面兩者上皆具挑戰性。
隨著電晶體大小繼續縮小，矽晶圓表面飾面要求(包含粗糙度、奈米形貌及平坦度)已變得越來越嚴格且達成更具挑戰性。在此項技術中需要尤其係在硬雷射標記附近達成經改良平坦度控制之拋光組合物及方法。
揭示一種用於拋光矽晶圓之化學機械拋光組合物。該拋光組合物包括以下各項、基本上由以下各項組成或由以下各項組成：基於水之液體載體、分散於該液體載體中之膠體矽石顆粒、在使用時約0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑、及在自約8至約12之範圍內之pH。拋光濃縮物可包含(舉例而言)自約0.2重量％至約40重量％之該偶極非質子溶劑。
進一步揭示一種用於拋光矽晶圓之方法。該方法可包含：使晶圓與上文所闡述拋光組合物接觸；相對於該晶圓移動該拋光組合物；及研磨該晶圓以自該晶圓移除矽且藉此拋光該晶圓。適合之方法可另一選擇係及/或另外包含在拋光晶圓之前將偶極非質子溶劑施加至拋光墊。
揭示化學機械拋光組合物。拋光組合物包括以下各項、基本上由以下各項組成或由以下各項組成：基於水之液體載體、分散於液體載體中之膠體矽石顆粒、在使用時約0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑，及在自約8至約12之範圍內之pH。在一項較佳實施例中，偶極非質子溶劑係二甲基亞碸且拋光組合物進一步包括至少一種四烷基銨鹽、至少一種胺基膦酸及至少一種含氮雜環化合物。舉例而言，拋光濃縮物可包含自約0.2重量％至約40重量％之偶極非質子溶劑。
進一步揭示用於拋光矽晶圓之方法。在一項實施例中，可使用上文所闡述拋光組合物中之一者來拋光矽晶圓。在另一實施例中，所揭示方法可包含利用偶極非質子溶劑來接觸、潤濕或浸濕拋光墊以獲得經潤濕拋光墊。方法可視情況包含在拋光之前自該墊沖洗該溶劑。方法進一步包含將經潤濕拋光墊與拋光組合物接觸、相對於晶圓移動拋光組合物，且研磨晶圓以自晶圓移除矽並藉此拋光晶圓。舉例而言，偶極非質子溶劑可包含二甲基亞碸且拋光組合物可包含分散於液體載體中之膠體矽石顆粒，以及至少一種四烷基銨鹽、至少一種胺基膦酸、至少一種含氮雜環化合物並且可不含偶極非質子溶劑。
所揭示組合物及方法可提供優於先前技術之各種技術優點及改良。舉例而言，所揭示組合物及方法可使得矽晶圓能夠以經改良平坦度被拋光。舉例而言，所揭示組合物及方法可在矽晶圓之周邊上(諸如在硬雷射標記附近)提供經改良平坦度。所揭示實施例可進一步提供經改良/經減少墊磨合時間。
拋光組合物一般含有懸浮於液體載體中之磨料顆粒。液體載體用於促進將磨料顆粒及任何選用化學添加劑施加至待拋光(例如，待平坦化)之基板之表面。液體載體包括去離子水、較佳地由去離子水組成或基本上由去離子水組成。
磨料顆粒較佳地包含矽石顆粒及/或氧化鋁顆粒且最佳地包含懸浮於液體載體中之膠體矽石顆粒。如本文中所使用，術語膠體矽石顆粒係指經由濕式製程而非產生結構上不同顆粒之熱解或火焰水解製程製備而成之矽石顆粒。膠體矽石顆粒可為聚合或非聚合的。非聚合顆粒係個別離散顆粒，該等個別離散顆粒之形狀可為球形或幾乎球形的，但亦可具有其他形狀(諸如大體上橢圓形、正方形或矩形剖面)。聚合顆粒係其中多個離散顆粒聚集或接合在一起以形成具有大體上不規則形狀之聚合體之顆粒。舉例而言，在共同讓與之美國專利9,309,442中揭示聚合膠體矽石顆粒。
膠體矽石顆粒可具有實質上任何適合顆粒大小。可在工業中使用各種手段來界定懸浮於體載體中之顆粒之顆粒大小。舉例而言，顆粒大小可被界定為囊括顆粒之最小球體之直徑且可使用若干種市售儀器來量測，舉例而言，包含CPS圓盤離心機，型號DC24000HR (可自路易斯安那州普雷裡維爾之CPS儀器公司獲得)或可自Malvern Instruments®獲得之Zetasizer®。膠體矽石顆粒可具有約5 nm或更大(例如，約10 nm或更大、約20 nm或更大、約30 nm或更大，或約40 nm或更大)之平均顆粒大小。膠體矽石顆粒可具有約200 nm或更小(例如，約150 nm或更小、約120 nm或更小、約100 nm或更小，或約80 nm或更小)之平均顆粒大小。因此，膠體矽石顆粒可具有處於由以上端點中之任何兩者限界之範圍內之平均顆粒大小。舉例而言，膠體矽石顆粒可具有處於自約5 nm至約200 nm (例如，自約10 nm至約200 nm、自約20 nm至約150 nm，或自約30 nm至約100 nm)之範圍內之平均顆粒大小。
拋光組合物可包含實質上任何適合量之膠體矽石顆粒。拋光組合物可包含在使用時約0.01 wt.％或更多之膠體矽石顆粒(例如，約0.02 wt.％或更多、約0.05 wt.％或更多、約0.1 wt.％或更多、約0.2 wt.％或更多，或0.5 wt.％或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約20 wt.％或更少之膠體矽石顆粒(例如，約10 wt.％或更少、約5 wt.％或更少、約3 wt.％或更少，或約2 wt.％或更少)。因此，拋光組合物中之矽石顆粒之使用點量可處於由以上端點中之任何兩者限界之範圍內。舉例而言，拋光組合物中之膠體矽石顆粒之量可處於自約0.01 wt.％至約20 wt.％ (例如，自約0.02 wt.％至約10 wt.％、自約0.05 wt.％至約5 wt.％、自約0.1 wt.％至約3 wt.％，或自約0.1 wt.％至約2 wt.％)之範圍內。
所揭示拋光組合物中之膠體矽石顆粒可包含實質上任何適合表面電荷。經分散顆粒(諸如矽石顆粒)上之電荷通常在此項技術中稱為界達(zeta)電位(或電動電位)。膠體矽石顆粒之界達電位可為正的(陽離子)或負的(陰離子)。所揭示實施例在此方面不受限制。
拋光組合物可進一步包含實質上任何適合偶極非質子溶劑。化學領域中之熟習此項技術者將理解，偶極非質子溶劑係具有相當高的相對介電係數或介電常數(例如，大於約15)以及無法提供不穩定氫原子以形成強氫鍵之相當大的永久偶極矩之溶劑(參見 IUPAC ， Compendium of Chemical Terminology ，第二版，“ Gold Book ”， 1997)。較佳偶極非質子溶劑可包含乙腈、二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、六甲基磷醯胺、乙酸乙酯、吡啶及其混合物。二甲基亞碸係最佳偶極非質子溶劑。
拋光組合物可包含實質上任何適合量之偶極非質子溶劑(例如，二甲基亞碸)。拋光組合物可包含在使用時約0.001 wt.％或更多(10重量ppm或更多)之偶極非質子溶劑(例如，約0.01 wt.％或更多、約0.02 wt.％或更多、0.03 wt.％或更多，或約0.05 wt.％或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約10 wt.％或更少之偶極非質子溶劑(例如，約5 wt.％或更少、約3 wt.％或更少、約2 wt.％或更少，或約1 wt.％或更少)。因此，拋光組合物中之偶極非質子溶劑之使用點濃度可處於由以上端點中之任何兩者限界之範圍內。舉例而言，拋光組合物中之膠體矽石顆粒之量可處於自約0.001 wt.％至約10 wt.％ (例如，自約0.01 wt.％至約5 wt.％、自約0.02 wt.％至約3 wt.％、自約0.02 wt.％至約2 wt.％，或自約0.05 wt.％至約1 wt.％)之範圍內。
拋光組合物具有在使用時約12或更小(例如，約11.5或更小，或約11或更小)之pH。拋光組合物亦可具有在使用時約7或更大(例如，約8或更大、8.5或更大，或9或更大)之pH。較佳地，拋光組合物具有在使用時約7至約12 (例如，約8至約12、約9至約12、約7至約11、約8至約11，或約9至約11)之pH。
拋光組合物視情況包含pH調節劑，舉例而言，氫氧化鉀、氫氧化銨及/或硝酸(舉例而言，取決於所要pH)。拋光組合物亦可視情況包含pH緩衝系統，其中諸多pH緩衝系統係此項技術中眾所周知的，例如包含碳酸氫鹽-碳酸鹽緩衝系統、胺基烷基磺酸及諸如此類。拋光組合物可包含任何適合量之pH調節體及/或pH緩衝劑以便達成及/或維持所要pH (在濃縮物或使用點組合物中之任一者或兩者中)。
拋光組合物可視情況包含其他化合物，舉例而言，包含：(i)一或多種有機羧酸；(ii)一或多種聚胺基羧酸；(iii)一或多種胺基膦酸；(iv)一或多種四烷基銨鹽；(v)一或多種胺類；(vi)一或多種含氮雜環化合物；及/或(vii)一或多種碳酸氫鹽。拋光組合物可進一步包含適合量之氫氧化鉀以達成較佳鹼性pH。
舉例而言，拋光組合物可視情況包含一或多種羧酸或其鹽類。適合有機羧酸可包含烷基羧酸或芳基羧酸且可視情況用選自由以下各項組成之群組之群組取代：C 1-C 12烷基、胺基、經取代胺基(例如，甲胺基、二甲胺基及諸如此類)、羥基、鹵素及其組合。適合羧酸之非限制性實例包含：丙二酸、乳酸、蘋果酸、酒石酸、乙醯異羥肟酸、乙醇酸、2-羥基丁酸、二苯羥乙酸、水楊酸、2,6-二羥基苯甲酸、甘胺酸、丙胺酸、脯胺酸、離胺酸、半胱胺酸、白胺酸、天冬胺酸、穀胺酸、2-胺基-4-噻唑乙酸、3-胺基水楊酸、3-胺基-4-羥基苯甲酸、吡啶甲酸及菸鹼酸。
在包含一或多種有機羧酸或鹽類之實施例中，拋光組合物可包含在使用時約10重量ppm或更多之有機羧酸(例如，約50重量ppm或更多、約100重量ppm或更多、約200重量ppm或更多，或約500重量ppm或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約1 wt.％或更少之有機羧酸(例如，約0.8 wt.％或更少、約0.5 wt.％或更少、約0.3 wt.％或更少，或約0.2 wt.％或更少)。因此，拋光組合物中之有機羧酸之使用點量可由以上端點中之任何兩者限界。舉例而言，拋光組合物可包含在使用時約10重量ppm (0.001 wt.％)至約1 wt.％之有機羧酸(例如，自約50重量ppm至約0.5 wt.％，或自約200重量ppm至約0.2 wt.％)。
拋光組合物可視情況包含一或多種適合聚胺基羧酸或鹽類。如本文中所使用之術語聚胺基羧酸係指具有兩個或多於兩個胺基基團及兩個或多於兩個羧酸基團之化合物。較佳聚胺基羧酸係選自由以下各項組成之群組：乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、N-(羥乙基)乙二胺三乙酸、次氮基三乙酸、甲基甘氨酸二乙酸、其鹽類及其組合。最佳聚胺基羧酸係選自由以下各項組成之群組：乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、其鹽類(例如，其單鈉鹽、二鈉鹽、三鈉鹽或四鈉鹽)，及其混合物。
在包含一或多種聚胺基羧酸或鹽類之實施例中，拋光組合物可包含在使用時約5重量ppm或更多之聚胺基羧酸(例如，約10重量ppm或更多、約20重量ppm或更多，或約50重量ppm或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約0.5 wt.％ (5000重量ppm)或更少之聚胺基羧酸(例如，約0.3 wt.％或更少、0.2 wt.％或更少，或約0.1 wt.％或更少)。因此，拋光組合物中之聚胺基羧酸之使用點量可由以上端點中之任何兩者限界。舉例而言，拋光組合物可包含約5重量ppm至約0.5 wt.％之聚胺基羧酸(例如，約10重量ppm至約0.3 wt.％、約20重量ppm至約0.2 wt.％，或約50重量ppm至約0.1 wt.％)。
拋光組合物可視情況包含一或多種適合胺基膦酸。舉例而言，適合胺基膦酸可選自由以下各項組成之群組：乙二胺四(亞甲基膦酸)、胺基三(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、其鹽類及其組合。一種較佳胺基膦酸係胺基三(亞甲基膦酸)。
在包含一或多種胺基膦酸之實施例中，拋光組合物可包含在使用時約20重量ppm或更多之胺基膦酸(例如，約50重量ppm或更多、約100重量ppm或更多、約200重量ppm或更多，或約500重量ppm或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約0.5 wt.％或更少之胺基膦酸(例如，約0.3 wt.％或更少、0.2 wt.％或更少，或約0.1 wt.％或更少)。因此，拋光組合物可包含由以上端點中之任何兩者限界之胺基膦酸之使用點量。舉例而言，拋光組合物可包含約20重量ppm (0.002 wt.％)至約0.5 wt.％之胺基膦酸(例如，約50重量ppm至約0.3 wt.％、約100重量ppm至約0.2 wt.％，或約200重量ppm至約0.2 wt.％)。
拋光組合物可視情況包含一或多種適合四烷基銨鹽。較佳四烷基銨鹽包含選自由以下各項組成之群組之陽離子：四甲胺、四乙胺、四丙胺及四丁胺。四烷基銨鹽可包含實質上任何適合陰離子，諸如但不限於氫氧化物、氯化物、溴化物、硫酸鹽或硫酸氫鹽。在一項較佳實施例中，四烷基銨鹽可包含氫氧化四烷銨(例如，氫氧化四甲銨)。
在包含一或多種四烷基銨鹽之實施例中，拋光組合物可包含在使用時約10重量ppm或更多(0.001 wt.％)或更多之四烷基銨鹽(例如，約0.01 wt.％或更多、約0.02 wt.％或更多，或約0.05 wt.％或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約2 wt.％或更少之四烷基銨鹽(例如，約1 wt.％或更少、約0.5 wt.％或更少，或約0.3 wt.％或更少)。因此，拋光組合物可包含以由以上端點中之任何兩者限界之量之四烷基銨鹽的使用點量。舉例而言，拋光組合物可包含約0.001 wt.％至約2 wt.％之四烷基銨鹽(例如，約0.01 wt.％至約1 wt.％、約0.02 wt.％至約1 wt.％，或約0.05 wt.％至約1 wt.％)。
拋光組合物可視情況包含一或多種適合胺類。適合胺類之非限制性實例包含：哌嗪、胺乙基哌嗪、2-甲基-2-胺基乙醇、(2-胺乙基)-2-胺基乙醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、二伸乙基三胺、四伸乙基五胺、肼、2-羥乙基肼、胺基脲、胲、N-甲胲、O-甲胲及O-羥基甲胲。較佳胺類包含哌嗪及/或胺乙基哌嗪。
在包含一或多種胺類之實施例中，拋光組合物可包含在使用時約0.01 wt.％或更多之胺類(例如，約0.02 wt.％或更多、約0.03 wt.％或更多，或約0.05 wt.％或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約2 wt.％或更少之胺類(例如，約1.5 wt.％或更少、約1 wt.％或更少、約0.8 wt.％或更少，或約0.5 wt.％或更少)。因此，拋光組合物可包含以由以上端點中之任何兩者限界之量之胺類的使用點濃度。舉例而言，拋光組合物可包含約0.01 wt.％至約2 wt.％、約0.02 wt.％至約1.5 wt.％或者約0.02 wt.％至約1 wt.％之胺類。
拋光組合物可視情況包含一或多種適合含氮雜環化合物。如本文中所使用之術語含氮雜環化合物係指含有一或多個氮原子作為環系統(結構)之一部分之5元環化合物、6元環化合物或7元環化合物。舉例而言，在一項實施例中，含氮雜環化合物可包含三唑(諸如1,2,3-三唑或1,2,4-三唑)，或胺基三唑(諸如3-胺基-1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑-5-羧酸、3-胺基-5-巰基-1,2,4-三唑及4-胺基-5-肼基-1,2,4-三唑-3-硫醇)。在其他實施例中，含氮雜環化合物可包含噻唑，諸如2-胺基-5-甲基噻唑、2-胺基-4-噻唑乙酸及噻唑。在仍其他另外實施例中，含氮雜環化合物可包含雜環N-氧化物，諸如2-羥基吡啶-N-氧化物、4-甲基嗎啉-N-氧化物及吡啶甲酸N-氧化物。儘管所揭示實施例在此方面不受限制，但三唑(諸如1,2,3-三唑或1,2,4-三唑)一般係較佳的。
在包含一或多種含氮雜環化合物之實施例中，拋光組合物可含有在使用時約1重量ppm或更多之雜環化合物(例如，2重量ppm或更多、5重量ppm或更多，或約10重量ppm或更多)。拋光組合物亦可包含在使用時約0.5 wt.％或更少之雜環化合物(例如，約0.2 wt.％或更少、約0.1 wt.％或更少或者約0.05 wt.％或更少，或約0.02 wt.％或更少)。因此，拋光組合物可包含以由以上端點中之任何兩者限界之量之含氮雜環化合物的使用點量。舉例而言，拋光組合物可包含約1重量ppm至約0.5重量％ (例如，約2重量ppm至約0.2 wt.％、約5重量ppm至約0.1 wt.％，或約10重量ppm至約0.05 wt.％)之含氮雜環化合物。
拋光組合物可視情況包含一或多種碳酸氫鹽，舉例而言，包含碳酸氫鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫銨及其組合。包含碳酸氫鹽之拋光組合物可包含在使用時實質上任何適合量，舉例而言，約10重量ppm至約1 wt.％、約20 ppm至約0.5 wt.％或者約50 ppm至約0.5 wt.％。
拋光組合物可視情況包含用以調節pH之氫氧化鉀。氫氧化鉀之量一般取決於拋光組合物中之其他化合物(若存在)之量。舉例而言，包含氫氧化鉀之拋光組合物可包含在使用時約10重量ppm至約1 wt.％、約20 ppm至約0.5 wt.％或者約50 ppm至約0.5 wt.％。
拋光組合物可視情況進一步包含殺生物劑。殺生物劑可包含任何適合殺生物劑，舉例而言，異塞唑林酮殺生物劑。拋光組合物中之殺生物劑之量通常處於在使用時或在濃縮物中自約1 ppm至約50 ppm之範圍內，且較佳地自約1 ppm至約20 ppm之範圍內。
拋光組合物可使用任何適合技術來製備，其中諸多技術為熟習此項技術者已知。拋光組合物可以分批或連續製程來製備。一般而言，拋光組合物可藉由以任何次序組合其組分(例如，包含磨料顆粒及上文所闡述之選用化合物)而製備。如本文中所使用之術語“組分”包含個別成分(例如，矽石顆粒、偶極非質子溶劑及其他選用化合物)。
舉例而言，可將各種拋光組合物組分(諸如偶極非質子溶劑及殺生物劑)直接添加至包含懸浮矽石磨料之分散液。可使用任何適合技術來將組分摻合在一起以達成充分混合。此等摻合/混合技術為熟習此項技術者眾所周知。拋光組合物可有利地作為包含包括具有上文所闡述物理性質之膠體矽石以及其他選用組分的組合物之單封裝系統而供應。
將理解，可在拋光組合物之製備期間在任何時間添加偶極非質子溶劑。偶極非質子溶劑可作為上文所闡述單封裝系統(包含磨料顆粒、偶極非質子溶劑及其他選用化合物)之一部分而提供。另一選擇係，偶極非質子溶劑可與拋光組合物之其他組分單獨地供應且可(例如)由終端使用者在使用前不久(例如，在拋光操作之約1分鐘內、或約10分鐘內、或約1小時內、或約1天內、或約1周內)與拋光組合物之其他組分組合。亦可藉由在拋光操作期間在晶圓之表面處(例如，在拋光墊上)混合各組分而製備拋光組合物。各種其他兩個容器或者甚至三個或多於三個容器、拋光組合物之各組分之組合在熟習此項技術者之知識範圍內。
本發明之拋光組合物亦可作為濃縮物而提供，該濃縮物意欲在使用之前用適當量之水來稀釋。在此實施例中，拋光組合物濃縮物可包含磨料顆粒及其他選用組分(諸如四烷基銨鹽、聚胺基羧酸、含氮雜環化合物及/或殺生物劑)、具有或不具有偶極非質子溶劑，該等組分之量使得在用適當量之水來稀釋濃縮物後，且如果偶極非質子溶劑尚未以適當量存在，則拋光組合物之每一組分將在拋光組合物中以處於上文針對每一組分所陳述之適當範圍內之量存在。舉例而言，組分中之每一者可各自在拋光組合物中以比上文針對每一組分所陳述之使用點濃度大約2倍(例如，約3倍、約4倍、約5倍、約10倍、約15倍或甚至約20倍)之量存在，使得當用相等體積(或質量)之水(例如，分別2個相等體積(或質量)之水、3個相等體積(或質量)之水、4個相等體積(或質量)之水、9個相等體積(或質量)之水、14個相等體積(或質量)之水或者19個相等體積(或質量)之水)來稀釋濃縮物時，每一組分將在拋光組合物中以處於上文針對每一組分所陳述之範圍內之量存在。此外，如熟習此項技術者將理解，濃縮物可含有最終拋光組合物中存在之適當分數之水以便確保其他組分至少部分或完全地溶解於該濃縮物中。
在一項實例性實施例中，拋光濃縮物可包含基於水之液體載體、分散於液體載體中之磨料顆粒(例如，至少10重量％之膠體矽石顆粒)、約0.2重量％至約40重量％之偶極非質子溶劑，及在自約8至約12之範圍內之pH。拋光濃縮物可在使用之前用去離子水來稀釋以獲得包含0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑之拋光組合物。
在特定實施例中，可有利地用水與偶極非質子溶劑之混合物來稀釋不含偶極非質子溶劑之拋光濃縮物，以獲得包含約0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑之拋光組合物。僅出於圖解說明目的，一份包含21重量％之膠體矽石之拋光濃縮物可用20份包含在水中5重量％之偶極非質子溶劑之混合物來稀釋，以獲得包含1重量％之膠體矽石及0.24重量％之偶極非質子溶劑之拋光組合物。當然，所揭示實施例在此等方面不受限制或不限制於任何特定位準之濃縮物。
本發明之拋光方法尤其適合於連同化學機械拋光(CMP)設備一起使用。通常利用包含上部台板及下部台板之設備使用雙面拋光操作來拋光矽晶圓(但所揭示實施例明確地在此方面不受限制)。在此等雙面操作中，可將拋光墊貼附至每一台板。具有用於固持晶圓之至少一個孔之載體板(或晶圓固持器)插置於台板之間。台板獨立地旋轉且引起載體板之旋轉，藉此致使晶圓相對於拋光墊之拋光表面移動。當晶圓由拋光墊(上部及下部)及本發明之拋光組合物接觸且然後拋光墊相對於矽晶圓移動以便研磨矽晶圓之兩側之至少一部分時，晶圓之拋光發生。
可利用任何適合拋光墊(例如，拋光表面)、利用化學機械拋光組合物來平坦化或拋光基板。適合拋光墊包含(舉例而言)編織及非編織拋光墊。此外，適合拋光墊可包括具有不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮後反彈能力及壓縮模數之任何適合聚合物。適合聚合物包含(舉例而言)聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸(nylon)、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共同形成之產物及其混合物。
在替代方法實施例中，可在拋光之前將偶極非質子溶劑(例如，二甲基亞碸)施加至拋光墊。舉例而言，可在拋光之前(例如，在拋光之前約1分鐘、約2分鐘、約5分鐘、約10分鐘、約20分鐘、約30分鐘或約1小時)使拋光墊(上部及/或下部)與偶極非質子溶劑接觸。在一項實施例中，使上部墊及下部墊與偶極非質子溶劑接觸以獲得經潤濕或經浸濕墊(例如，可將溶劑施配於下部墊上且然後將上部墊降低以與下部墊及溶劑接觸)。可然後視情況在拋光矽晶圓之前用去離子水來沖洗該等墊。可然後使經潤濕或經沖洗墊與拋光組合物接觸且相對於晶圓移動以藉此研磨並拋光晶圓。在引入拋光組合物之前，可視情況將溶劑自該等墊移除(例如，沖洗掉或甩掉)。在此等實施例中，拋光組合物可不含偶極非質子溶劑。
在特定合意實施例中，所揭示拋光組合物及方法改良經拋光矽晶圓之平坦度及拋光墊之磨合時間。
將理解，本發明包含眾多實施例。此等實施例包含但不限於以下實施例。
在第一實施例中，一種化學機械拋光組合物包含：基於水性之液體載體；分散於該液體載體中之磨料顆粒；約0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑；及在自約8至約12之範圍內之pH。
第二實施例包含第一實施例，其中該偶極非質子溶劑係由以下各項組成之群組之成員：乙腈、二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、六甲基磷醯胺、乙酸乙酯、吡啶及其混合物。
第三實施例包含第一至第二實施例中之任一者，其中該偶極非質子溶劑係二甲基亞碸。
第四實施例包含第一至第三實施例中之任一者，其包括自約1重量％至約10重量％之該偶極非質子溶劑。
第五實施例包含第一至第四實施例中之任一者，其進一步包括一或多種有機羧酸。
第六實施例包含第一至第五實施例中之任一者，其進一步包括一或多種聚胺基羧酸。
第七實施例包含第一至第六實施例中之任一者，其進一步包括一或多種四烷基銨鹽。
第八實施例包含第一至第七實施例中之任一者，其進一步包括一或多種胺基膦酸。
第九實施例包含第一至第八實施例中之任一者，其進一步包括一或多種含氮雜環化合物。
第十實施例包含第一至第九實施例中之任一者，其中該等磨料顆粒包括膠體矽石磨料顆粒。
第十一實施例包含第一至第十實施例中之任一者，其進一步包括：一或多種四烷基銨鹽； 一或多種聚胺基羧酸；及一或多種含氮雜環化合物。
第十二實施例包含第一至第十一實施例中之任一者，其進一步包括氫氧化鉀及碳酸氫鉀中之至少一者。
第十三實施例包含第一至第十二實施例中之任一者，其中該偶極非質子溶劑係二甲基亞碸。
第十四實施例包含一種化學機械拋光晶圓之方法，該方法包含：(a)使該晶圓與第一至第十三拋光組合物實施例中之任一者之拋光組合物接觸；(b)相對於該晶圓移動該拋光組合物；及(c)研磨該晶圓以自該晶圓移除矽且藉此拋光該晶圓。
第十五實施例包含第十四實施例，其中該方法使用具有以下各項之拋光設備：(i)上部台板及下部台板，該等台板中之每一者具有黏附至其之拋光墊；及(ii)載體板，其具有用於固持該晶圓之至少一個固持孔；且(c)中之該研磨會自該晶圓之相對第一側及第二側移除矽，藉此拋光該晶圓。
第十六實施例包含第十四至第十五實施例中之任一者，其中該晶圓包含硬雷射標記；且(c)中之該研磨會改良在該晶圓之周邊區域中該晶圓之平坦度。
在第十七實施例中，一種拋光矽晶圓之方法包含：(a)提供具有安裝於對應台板上之至少一個拋光墊之拋光設備；(b)使該拋光墊與偶極非質子溶劑接觸以潤濕該拋光墊；(c)使該經潤濕拋光墊與拋光組合物接觸；(d)相對於該晶圓移動該拋光組合物；及(e)研磨該晶圓以自該晶圓移除矽且藉此拋光該晶圓。
第十八實施例包含第十七實施例，其中該拋光組合物不含偶極非質子溶劑。
第十九實施例包含第十七至第十八實施例中之任一者，其中該偶極非質子溶劑係二甲基亞碸。
第二十實施例包含第十七至第十九實施例中之任一者，其中該拋光組合物包括：分散於水性液體載體中之膠體矽石顆粒；一或多種四烷基銨鹽；一或多種聚胺基羧酸；一或多種含氮雜環化合物；及在自約8至約12之範圍內之pH。
第二十一實施例包含第十七至第二十實施例中之任一者，其中：該拋光設備包括：(i)上部台板及下部台板，該等台板中之每一者具有黏附至其之拋光墊；及(ii)載體板，其具有用於固持該晶圓之至少一個固持孔；且(e)中之該研磨會自該晶圓之相對第一側及第二側移除矽，藉此拋光該晶圓。
第二十二實施例包含第十七至第二十一實施例中之任一者，其中：該晶圓包含硬雷射標記；且在(b)中使該拋光墊與該偶極非質子溶劑接觸以及在(e)中研磨該晶圓會改良在該晶圓之周邊區域中該晶圓之平坦度。
第二十三實施例包含第十七至第二十二實施例中之任一者，其中(b)進一步包括在(c)中之該接觸之前用去離子水來沖洗該經潤濕墊。
在第二十四實施例中，一種化學機械拋光濃縮物包含：基於水之液體載體、分散於該液體載體中之磨料顆粒、約0.2重量％至約40重量％之偶極非質子溶劑、及在自約8至約12之範圍內之pH。該拋光濃縮物可視情況進一步包含在第五至第十二實施例中所揭示之組分中之任何一或多者。
第二十五實施例包含第二十四實施例，其中該等磨料顆粒包括膠體矽石顆粒且該拋光濃縮物包括至少10重量％之該等膠體矽石顆粒。
在第二十六實施例中，一種化學機械拋光晶圓之方法包含：(a)提供拋光濃縮物，該拋光濃縮物包含：(i)基於水之液體載體；(ii)分散於該液體載體中之至少5重量％之膠體矽石顆粒；及(iii)在自約8至約12之範圍內之pH；(b)藉由以下操作而稀釋(a)中所提供之該拋光濃縮物以獲得拋光組合物：將至少4份之水與偶極非質子溶劑之混合物添加至1份該拋光濃縮物，使得該拋光組合物包含約0.01重量％至約2重量％之該偶極非質子溶劑；(c)相對於該晶圓移動該拋光組合物；及(d)研磨該晶圓以自該晶圓移除矽且藉此拋光該晶圓。
第二十七實施例包含第二十六實施例，其中該方法使用具有以下各項之拋光設備：(i)上部台板及下部台板，該等台板中之每一者具有黏附至其之拋光墊；及(ii)載體板，其具有用於固持該晶圓之至少一個固持孔；且(d)中之該研磨會自該晶圓之相對第一側及第二側移除矽，藉此拋光該晶圓。
以下實例進一步圖解說明本發明，但當然不應理解為以任何方式限制本發明之範疇。 實例1
此實例演示偶極非質子溶劑對硬雷射標記峰值高度之影響。拋光三組矽晶圓。比較實例1A及發明實例1C利用SP2600拋光漿液(可自卡伯特微電子公司(Cabot Microelectronics)獲得)，該SP2600拋光漿液用20重量份去離子水被稀釋為1重量份SP2600拋光漿液以獲得具有1重量％之矽石磨料之拋光組合物。發明實例1B利用SP2600拋光漿液，該SP2600拋光漿液用充足去離子水及二甲基亞碸被稀釋以獲得具有1重量％之矽石磨料及0.24重量％之二甲基亞碸之拋光組合物。在發明實例1C中，在起始拋光實驗之前用二甲基亞碸將所安裝拋光墊潤濕達40分鐘。在拋光之前用去離子水將該墊沖洗達5分鐘。
使用自300 mm (12英寸)矽晶圓切割之類似試樣運行五個批次。在每一實例中使用可自岡本機械所(Okamoto Machine Works)獲得之SPP800S拋光工具及可自新田哈斯株式會社(Nitta Haas Incorporated)獲得之MH S-15A拋光墊來拋光試樣。使用模板類型晶圓頭部將試樣支撐於工具上。在1.45 psi (10 kPa)之下壓力、32 rpm之台板旋轉速率及31 rpm之拋光頭部旋轉速率下以300 ml/min之漿液流動速率(自由流動)對試樣進行拋光。每一批次拋光達20分鐘。
來自矽晶圓之試樣包含背面硬雷射標記條碼。在完成拋光實驗後，旋即在每一實例(1A、1B及1C)中針對第一、第三及第五批次量測硬雷射標記峰值高度及矽移除速率。使用可自科天公司(KLA-Tencor Corporation)獲得之P16探針式輪廓儀藉由根據SEMI標準掃描T7標記之最內列中之硬雷射標記點之上部部分而量測峰值高度。將距晶圓表面上之基準平面之最大峰值高度值視為HLM峰值高度。此等HLM峰值高度在表1及圖1A中進行陳述。拋光速率藉由重量損失量測而判定且在表1及圖1B中進行陳述。 表 1
實例–批次 移除速率(Å/min) HLM峰值高度(Å，T7點處)
1A-1 2522 17163
1A-3 2551 6771
1A-5 2515 3942
1B-1 2255 10949
1B-3 2295 3446
1B-5 2256 1249
1C-1 2340 10383
1C-3 2452 2697
1C-5 2422 1609
如自表1以及圖1A及圖1B中所陳述之結果易於明瞭，包含二甲基亞碸之拋光組合物(1B)具有顯著經改良平坦度及經減少磨合時間，如由較低硬雷射標記峰值高度所指示。此外，此改良係在不具有Si移除速率之對應損失之情況下達成的。經由用二甲基亞碸潤濕拋光墊(1C)而達成幾乎相同之平坦度及磨合時間改良。
除非本文中另外指示或內容脈絡明顯矛盾，否則在闡述本發明之內容脈絡中(尤其在隨附申請專利範圍之內容脈絡中)所用之術語“一(a及an)”、“該”及類似指示物皆應解釋為涵蓋單數與複數兩者。除非另外指明，否則術語“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(including)”及“含有(containing)”應解釋為開放性術語(亦即，意指“包含但不限於”)。除非本文中另外指示，否則本文中之值範圍敘述僅意欲用作個別提及落入範圍內之每一單獨值之速記方法，且每一單獨值係如同在本文中個別敘述一般併入說明書中。除非本文中另外指示或內容脈絡另外明顯矛盾，否則本文中所闡述之所有方法皆可以任何適合次序執行。除非另外聲明，否則本文中所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，“諸如”)之使用僅意欲用於較佳地闡釋本發明且並非對本發明之範疇加以限制。本說明書中之任何語言皆不應解釋為指示任何未主張要素對於本發明實踐係必需的。
本文中闡述本發明之較佳實施例，包含發明人已知用於執行本發明之最佳模式。熟習此項技術者在閱讀前述說明後可明瞭彼等較佳實施例之變化形式。發明人期望熟習此項技術者適當採用此等變化形式，且發明人意欲使本發明以不同於本文中具體闡述之方式實踐。因此，本發明包含適用法律所允許之本文隨附申請專利範圍中所陳述之標的物之所有修改及等效形式。此外，除非本文中另外指示或內容脈絡另外明顯矛盾，否則在其所有可能之變化形式中，上文所闡述要素之任何組合皆由本發明囊括。
為更全面地理解所揭示標的物將其優點，現在參考連同隨附圖式一起進行之以下說明，在隨附圖式中：
圖1A繪示硬雷射標記峰值高度對拋光批次計數之圖。
圖1B繪示矽拋光速率對拋光批次計數之圖。

Claims (18)

  1. 一種化學機械拋光組合物，其包括： 基於水性之液體載體； 分散於該液體載體中之磨料顆粒； 約0.01重量％至約2重量％之偶極非質子溶劑；及 在自約8至約12之範圍內之pH。
  2. 如請求項1之組合物，其中該偶極非質子溶劑係由以下各項組成之群組之成員：乙腈、二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、六甲基磷醯胺、乙酸乙酯、吡啶及其混合物。
  3. 如請求項1之組合物，其中該偶極非質子溶劑係二甲基亞碸。
  4. 如請求項1之組合物，其包括自約0.05重量％至約0.5重量％之該偶極非質子溶劑。
  5. 如請求項1之組合物，其進一步包括一或多種有機羧酸。
  6. 如請求項1之組合物，其進一步包括一或多種聚胺基羧酸。
  7. 如請求項1之組合物，其進一步包括一或多種四烷基銨鹽。
  8. 如請求項1之組合物，其進一步包括一或多種胺基膦酸。
  9. 如請求項1之組合物，其進一步包括一或多種含氮雜環化合物。
  10. 如請求項1之組合物，其中該等磨料顆粒包括膠體矽石磨料顆粒。
  11. 如請求項10之組合物，其進一步包括： 一或多種四烷基銨鹽； 一或多種聚胺基羧酸；及 一或多種含氮雜環化合物。
  12. 如請求項11之組合物，其進一步包括氫氧化鉀及碳酸氫鉀中之至少一者。
  13. 如請求項11之組合物，其中該偶極非質子溶劑係二甲基亞碸。
  14. 一種化學機械拋光晶圓之方法，該方法包括： (a)     使該晶圓與如請求項1至13中任一項之拋光組合物接觸； (b)     相對於該晶圓移動該拋光組合物；及 (c)     研磨該晶圓以自該晶圓移除矽且藉此拋光該晶圓。
  15. 如請求項14之方法，其中 該方法使用具有以下各項之拋光設備：(i)上部台板及下部台板，該等台板中之每一者具有黏附至其之拋光墊；及(ii)載體板，其具有用於固持該晶圓之至少一個固持孔；且 (c)中之該研磨會自該晶圓之相對第一側及第二側移除矽，藉此拋光該晶圓。
  16. 如請求項14之方法，其中： 該晶圓包含硬雷射標記；且 (c)中之該研磨會改良在該晶圓之周邊區域中該晶圓之平坦度。
  17. 一種化學機械拋光濃縮物，其包括： 基於水之液體載體； 分散於該液體載體中之磨料顆粒； 約0.2重量％至約40重量％之偶極非質子溶劑；及 在自約8至約12之範圍內之pH。
  18. 如請求項17之拋光濃縮物，其中： 該等磨料顆粒包括膠體矽石顆粒；且 該拋光濃縮物包括至少10重量％之該等膠體矽石顆粒。
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