TW483805B - Chemical mechanical polishing systems and methods for their use - Google Patents

Description

五、發明說明（1) (1 )發明之領j：或 本發明係關於含有α _氨基 及淤漿，其可用於磨光包括多干£、械性磨光組合物 材。 層至屬、金屬及介電質之基 (2 )習知技藝之說明 積體電路係由百萬形成於 或上之有源器件所構成。最^ 土材如矽半導體晶圓内 多級互連物互連以形成功能；；=之有源_ 有第一級金屬化、級間介電叫 ^ 互連結構通常具 級與後續級金屬化。級間介‘：第：：金屬化及有時第三 (Μ)及低—k介電質被用以電： 氧化石夕 ;^:3文供參考專利〔7 = 兒虱化I巨層之方法。 在類似方式中，金屬接觸件# 阱内 > 叩μ μ — + 土 千破用以形成互連級與形成於 屬：ί 接。金屬管道及接觸件可裝填各種金 屬及5金，包括鈦（Π)、氮化鈦（TiN)、钽（Ta)、氮化鈕 TaN)、鋁銅（Al-Cu)、矽化鋁（Al-Si)、銅（cu)、鎢（w)、 氣化鎢及其組合。金屬管道及接觸件通常使用黏著層，如 氮化鈦（TiN)、鈦（Ti)、钽（Ta)、氮化妲（TaN)、鎢、氮化 鹤或其組合以將金屬層黏至介電層。在接觸等級下，黏著 層作為擴散障壁以防止裝填之金屬及介電層反應。製造方 法及/或管道之CMP示於us專利4, 671，851，4, 910, 155及 屬，。在不同互連級間之= 几成。併入本文供來去夕π奎„…欠稽1定用至屬化官 種 製

第4頁 483805 五、發明說明（2) 4, 944, 836 。 在典型化學機械性磨光方法中，半導體晶圓被放置與磨 光塾接觸。當向下力施至半導體晶圓之後侧時，墊與檯會 旋轉。含研磨劑之化學反應溶液，一般稱為”淤漿π在磨光 時塗覆至墊。當淤漿提供至晶圓/墊介面時，藉墊相對於 基材之旋轉運動使磨光過程容易遊行。以此方式持續磨光 ’直到除去絕緣體上之所欲膜原為止。淤漿組合物為CMp 步驟中之重要因素。根據氧化劑、研磨劑及其他有用添加 劑之選擇，磨光淤漿可被配製，以在所欲磨光速率下對金 屬層k供有效磨光’同時使表面缺點、缺陷、侵姓及腐钱 降至最少。另外，磨光淤漿可被用以對目前積體電路技術 所用之其他薄膜物質如鈦、氮化鈦、鈕、氮化鈕、鎢、氮 化鎢等提供對照磨光選擇率。 a =常，CMP磨光於裝包含懸浮於氧化水性介f中研磨物 貝如之氧化矽或氧化鋁。例如，us專利5,244,534 人，記載含有氧化鋁、過氧化氫及過 其可用以在可預期速率下除去鎢而幾 ^ ^ a之淤漿， 。US專利5, 2 0 9, 8 1 6，Yu等人，揭示一示人去下方絕緣層 氧化氫及固態研磨物質於水性介質内匕3過氣酸、過 光鋁。US專利5, 340, 370，Cadi en等人，’於漿一，其可用來磨 之淤漿，其包含約〇 · 1 Μ鐵氰化鉀，約 j ^不一種磨光鎢 。加入乙酸以緩衝pH在約3 . 5。 里/q矽石及乙酸鉀 US 專利 4，789，648，Beyer 等人，揭厂、 使用氧化鋁研磨劑與硫酸 '硝酸、 種，於漿調配物， 馱及去離子水結合。

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五、發明說明（3) US專利5，3 9 1，2 5 8及5，4 7 6，6 0 6揭示淤漿供磨光金屬與石夕 之複合物，並包括水性介質、研磨劑粒子及陰離子，其^ 控制石夕石移除之速率。U S專利5，7 7 0，〇 9 5揭示磨光j:於將" 其包含化學劑及蝕刻劑’選自胺基乙酸及醯胺基缔酸 $ 氧化劑。其他用於CMP應用之磨光淤漿述於us專利 同 5，527, 423 ’Neville 等人，US 專利 5, 354, 490，Yu 等人 US 專利5， 157, 876 ’Medellin ，US 專利5， 137,544 ， Medellin 及US 專利4, 956,313 ， Cote 等人。

有各種機構揭示於習知技藝中，金屬表面蕤苴 磨光。未形成表面薄膜之金屬表面可使用於漿磨光，、” 情況下，過程係藉金屬粒子之機械性移除及其在淤許f ^ 溶解進行。在該機構中，化學溶解速率為防^渴蝕4 慢。然而，一更佳機構為其中可研磨層係由金屬表二應每 種或多種組份於於漿如錯合劑、氧化劑及/或膜形' 與一 之反應連續形成。可研磨薄層再藉機械性作用以控^中」 除去。一旦機械性磨光過程停止時，鈍態薄膜殘留方^ 上並控制濕蝕刻過程。但在大部份情況，化學機表3 係藉此二機構之若干組合進行。機械作用不但可;，4 薄膜而且可除去金屬下面部份，金屬之溶解及鈍化對總= 程挺（、所為之控制，小顆金屬粒子優先溶解於於漿内，而 殘餘表面之一些鈍化對成圖金屬對抗過度凹陷提供保護。

Ta及TaN在化學上極鈍態且機械方面極剛硬，因此很難 由磨光除去。用高Cu:Ta選擇率實施之單一淤漿之使用對 Ta可要求延長磨光時間，即，對銅明顯超過磨光時間，多

$ 6頁 五、發明說明（4) 間有顯著凹陷及廒 成功地在高速率：L結果，對CMP組合物及於漿，其' CMP組合物及於装及、擇率下磨光多層基材，仍有需要。對 為了改良平ft# 〃可在類似或不類似速率及選擇率下 良+面化可磨光多層基材層，亦仍有需要。 本發明係關於含有灰 ， 其包括化學機械性廚:虱土馱之化學機械性磨光系統， 率下磨# 一話+生磨光組合物，淤漿及在高速率與低損 & 或多種金屬及電基材相關之介電層之方法。 其中11尺\=2'乂1^2(：0叫表示，其中1?1及^句非氫，：1 狀1 1 、蜀立選自氫、具有1至8個碳原子之分支、環 ，、直鏈部份，其未經取代或經一個或多個取代基所取代 π :代基選自含氮取代基、含氧取代基、含硫取代基及其 風物、另外’化學機械性磨光系統可包括磨光塾，其與 ^匕學機械性磨光組合物協合以磨光基材。在一具體例/中Ϊ =光墊不包括埋入其中之研磨粒子。在另一具體例中，磨 一塾包括埋入其中之研磨粒子。 么本發明亦關於化學機械性磨光組合物，其包含約〇 · 〇 5至 、、、、1〇·〇重量％過氧化氫及約01至約10 0重量％笨胺，具有 或不具有約〇· 1至約30. 〇重量％氧化鋁。 約本餐明又關於化學機械性磨光組合物，其包含約Q Q 5 $ ' 0 · 0重量％至少一種氧化劑、約0 · 1至約1 0 · 〇重量％苯胺 化ί2^01至約5.。重量％至少一種含氮化合物’二可抑制 —層械性磨光組合物之能力’以磨光與基材相關之至少 曰 因為至少一種含氮化合物抑制化學機械性磨光組人 五、發明說明（5) 物磨光基材層之能 合物顯示被陽離子 性磨光組合物可包 本發明亦關於磨 方之第二金屬層之 合物塗覆至基材之 物包含氧化劑及至 H2N-CRil^COOH，其 自氫、及具有1至8 未經取代或經一個 取代基、含氧取代 時，第一金屬層係 一金屬層之至少一 部份磨光之基材。 或第二磨光組合物 本發明係關於含 包括化學機械性磨 及淤漿磨光包括一 電層之基材之方法 力’所以稱為停止化合物。雖然停止化 =電，此並非本發明之限制。化學機械 s或不可包含研磨劑。 光包括第一金屬層與位於第一金屬層下 f柯。該方法包括將化學機械性磨光組 〒 金屬層，其中化學機械性磨光組合 少〜個α -氨基酸，其具有式 Rl及R2均非氫’且其中及|^2各獨立選 们k原子之環狀、分支及直鏈部份，其 4 $個取代基所取代，取代基選自含氮 基 '含硫取代基及其混合物。一旦塗覆 $ t學機械性磨光組合物磨光，直到第 #份係自基材除去以暴露第二層以形成 本發明之組合物可用以磨光後續基材層 可用以磨光後續基材物質層。 體例之說明 α 一氨基酸之化學機械性磨光系統，其 光組合物及淤漿及使用本發明之組合物 種或多種金屬層及祝需要一種或多種介 在說明本發明各種較佳具體例之細節前，將界定本文所 用之若干術語。化學機械性磨光（"C Μ Ρ")組合物為本發明 之有用產品，其包含氧化劑、α —氨基酸與其他成份之磨 光添加劑，其中其他成份為視需要而定。CMP組合物可用

第8頁 483805 五、發明說明（6) 於磨光其上沉積有多層金屬層之基材’本文稱為"電義# π ，其包括但不限於半導體薄膜、積體電路薄膜及住命甘 Ν具他 CMP法可使用之薄膜及表面。 術語π銅"及"含銅合金π本文可交換使用’因為在熟乘此 技藝者瞭解内，術語包括但不限於基材，其包含純銅二鋼 鋁合金及Cu/TiN/Ti層，及Cu/TaN/Ta多層之基材。 術語"钽"及π含钽合金"本文可交換使用，意指鉋及/或 氮化钽黏著層，在傳導層如傳導銅層下方。 本發明之磨光組合物可與至少一研磨劑組合以得化學機 械性磨光淤漿，其可用來磨光基材。替代地，本文所揭示 之磨光組合物亦可與含研磨劑墊或不含研磨劑墊結人使用 以磨光金屬層、黏著層及與基材相關之介電層。可與本發 明之磨光組合物使用之研磨劑墊之例示於u s專利 5, 84 9’ 051及5, 849, 0 5 2中，其說明書併入本文供參考。當 上下文如此記錄時，術語CMP組合物及CMp淤漿可在 之精神内交換使用。 ^ Θ 本發明之磨光系統包括組合物及淤漿，各包一 氧化劑。氧化劑有助於將基材金屬層或諸岸二 氧化物、氫氧化物或離子。例如，4 3虱化成，、對應 成氧化鈦、鎢氧化成氧化鎢、銅氧化^可用以將鈦氧化 氧化鋁。當氧化劑加入CMP系統時可葬乳化銅及銘氧化成 磨光金屬及金屬基底組份，包括欽、氣’〖生磨光法用以 始、釕、及各種混合物及其組合。 w 至、銀、

483805 五、發明說明（7) 各種氧化劑皆可用於本發明之CMP系統内。適當氧化劑 包括一種或多種無機及有機過化合物以及含有呈較高或最 高氧化狀態之元素之化合物。 過化合物為含有至少一個過氧基（-0-0-)之化合物。含 有至少一個過氧基之化合物之例包括但不限於過氧化氫及 其加成物如過氧化脲氫及過碳酸鹽，有機過氧化物如過氧 化琴基、過醋酸及過氧化二-第三丁基、單過硫酸鹽（so5=) 、二過硫酸鹽（s2 〇8=)、過氧化鈉及其混合物。 含有呈其較高氧化狀態之元素之氧化劑之例包括但不限 於溴酸、溴酸鹽、氯酸、氣酸鹽、鉻酸酸、碘酸、碘酸鹽 、過碘酸、過碘酸鹽、過溴酸，過溴酸鹽、過氯酸、過氣 酸鹽、過硼酸、過硼酸鹽、過錳酸鹽、鈽（I V)化合物如硝 酸鈽銨、鐵鹽如硝酸鹽、硫酸鹽、EDTA及檸檬酸鹽、鐵氰 化鉀、三氧化釩等及鋁鹽。 較佳氧化劑為過醋酸、過氧化脲-氫、過氧化氫、單過 硫酸、二過硫酸、其鹽及其混合物。最佳氧化劑為過氧化 氫。 氧化劑可以約0 . 0 1至約3 0 . 0重量％之量呈現於化學機械 性磨光系統。氧化劑呈現於本發明CMP系統内之量較佳範 圍為約0 . 1至約1 7 . 0重量％，最佳為約0 . 5至約1 0 . 0重量％。 本發明之CMP系統，包括組合物及淤漿，可包括成份， 其在電基材層之表面上形成鈍化層。一旦形成鈍化層時， 為了獲得所欲磨光速率，能干擾鈍化層變得重要。本發明 之化學機械性磨光系統包括增加金屬磨光速率之α-氣基

第10頁 483805 五、發明說明（8) 酸之磨光添加劑 a 氯基酸由式tN-CHCOOH表示，其 中心及^均非氫且其中心及匕各獨立選自氫及具有1至8個碳 原子之環狀、分支及支鏈部份，其未經取代或經一個或多 個取代基所取代，取代基選自含氮取代基、含氧取代基及 含硫取代基，包括但不限於-C00H，-C0NH2，-NH2，-S-， -OH，-SH及其混合物。更佳的是，α -氯基酸係選自丙胺 酸、精胺酸、天門冬醯胺、天門冬胺酸、胱胺酸、半胱胺 酸、穀氨醯胺、穀胺酸、組胺酸、異亮胺酸、亮胺酸、賴 胺酸、蛋胺酸、苯基丙胺酸、絲胺酸、蘇胺酸、色胺酸、 酪胺酸、纈胺酸及其混合物所組成之群。磨光添加劑最佳 為丙胺酸。 α -氣基酸之磨光添加劑以約0. 0 5至約1 0. 0重量％之量包 含於本發明之組合物及淤漿内。更佳的是，磨光添加劑係 以約0. 3至約5. 0重量％之量呈現於本發明之組合物内。 « 本發明之化學機械性磨光系統，包括組合物或於漿，可 包括一種或多種視需要成份，其可改良或增強本發明組合 物及淤漿之性能。有用視需要成份之若干例包括鈍化薄膜 形成劑、分散劑、界面活性劑、磨光停止化合物、安定劑 、研磨劑、及熟悉此技藝者習知促進並控制CMP磨光之任 何其他視需要成份。 本發明之系統可包括一種或多種停止化合物。停止化合 物與金屬層、黏著劑及/或介電層互相作用且實質上停止 化學機械性磨光組合物或淤漿之磨光作用。其結果為化學 機械性磨光組合物或淤漿磨光一與基材相關之層且實質上

483805 五、發明說明（9) 停止磨光位在已磨光層，即第一層下方之第二層。停止化 合物可為任何可吸附在第二層上並抑制其移除之任何化合 物。本文所用之術語"實質上停止π意指磨光組合物或淤漿 具有第一層對第二層之磨光選擇率為約3 0 : 1 ，較佳為至少 5 0 : 1 ，最佳為至少1 0 0 : 1。 較佳停止化合物係自其磨光被抑制之層之表面電荷對置 充電。較佳種類之停止化合物包括陽離子充電之含氮化合 物。"陽離子充電”意指停止化合物在CMP組合物或淤漿之 操作pH下呈陽離子形式。被磨光之層較佳為金屬層，例如 ，組層，及被磨光之層下方之層為另一金屬層、黏著層或 介電層。 較佳停止化合物之種類包括含氮停止化合物，例如，第 一、第二、第三及第四胺、低聚合及聚合胺、亞胺、醯胺 、醯亞胺、氨基酸、氨基醇及醚胺。更佳合氮停止化合物 之種類包括具有分子量範圍為約2 0 0至百萬以上之聚伸乙 亞胺；N4-胺（Ν，Ν’ -雙-[3 -胺基丙基]乙二胺）；4, 7, 10 -三 曙三癸烧-1，13 -二胺；3，3 -二甲基-4,4 -二胺基二環己甲 烷；2 -苯基乙胺；聚醚胺 3-[2-曱氧乙氧基]丙胺； 醚胺；Ν，Ν-二甲基二丙三胺； 甲基胺基丙胺；1,4 -雙（3-胺 胺 基丙基）六氫吡哄；賴胺酸；異佛爾酮二胺；六亞甲 ;Ν -環己基-1,3 -丙二胺；Ν-(3 -胺基丙基）-1,3 -丙二胺； 四乙五胺；Ν，Ν，Ν’，Ν’ -四甲基-1,4 - 丁二胺；丙胺；2-（2-胺基乙氧基）乙醇；1，3 -二胺基-2-丙醇；硫代雲母礦 (thiomicamine) ;2 -胺基-1- 丁醇；聚[雙（2-氯醚）-alt-

第12頁 483805 五、發明說明（ίο) 1，3 -雙（3-甲基胺基）丙基];及其混人物 」==CMP組合物及於漿；用之停止化合物之 置靶圍為約0 · 0 0 1至約5 . 〇重量％，較伟 量％。此外，停止化合物可被直接加至約3·0重 知技術在金屬氧化物研磨劑之表面二5物内或使， ，添加劑之量被調整以達到磨…；：。在任-情況下 佳停止化合物之最後選擇亦視盆化;=之所欲濃度。較 之成份交互作用（或其缺少)及直性、與其他於聚 膠黏安定性上之功效而定。/、在所用之任何研磨粒子之 本發明之CMP系統進一步可包括相 。薄膜形成劑可為任何薄膜形成劑 屬表面層之鈍化對防止全溶解層。基材金 化…成劑為含氮雜環化合物，其中有用鈍 雜環且氮為環之-部份涛膜形成劑包括含5與6員 之例包括丨，2,3-三合物。該含氮5及6員環化合物 及苯并噻哇及其盘羚其 ’ 坐 笨并二^、笨并咪σ坐 确基及烧基取代基亞胺基、羧基、硫醇基、 刻抑制劑為苯并三嗤（，，J ，，，其他^衍生物。較佳I虫 及其混合物。 ’ ’ 3 —二σ坐、1 ’ 2，4〜三唑 視需要鈍化薄膜开彡屮… 呈現於本發明之CMP組人^應以約〇·0 0 5至約1. 〇重量％之量 0· 01至約0. 2重量％之Λ物内。純化薄獏形成劑較佳以約 之置主現於CMP組合物及淤漿内。 1 第13頁 ^3805 五、發明說明（11) 鈍化薄膜形成劑亦稱為蝕刻抑制劑。 在C Μ P過程中之機械性研磨可使用含研磨劑之淤漿與磨 光塾之組合’使用不含研磨劑之於漿與其内埋有研磨劑之 磨光墊之組合，或使用不含研磨劑之於漿與其内未埋有研 磨劑之磨光墊之組合來達成。本發明之化學機械性磨光組 合物及於漿可包括研磨劑。研磨劑通常為金屬氧化物研磨 劑。金屬氧化物研磨劑可選自氧化鋁、氧化鐵、氧化鍅、 氧化鍺、氧化矽、氧化鈽及其混合物之群。本發明之CMP 於漿較佳各包括約〇· 1至約3〇· 〇重量％或以上之研磨劑。本 發明之淤漿更佳為包括約〇 · 5至約1 〇. 〇重量％研磨劑。 金屬氧化物研磨劑較佳被加入磨光淤漿之水性介質内作 為金屬氧化物之濃縮分散液，其包含約3%至約45%固體， 更佳為1 0 %與2 0 %固體之間。金屬氧化物之分散液可使用傳 統技術如將金屬氧化物研磨劑緩慢加入適當介質如去離子 水中以形成膠黏分散液而製成。分散液通常著熟悉此技藝 者習知之咼另力混合條件完成。〉於漿之pH可被調整遠離等 電點以使膠黏安定性最大。 本發明之CMP組合物及淤漿可使用熟悉此技藝者習知之 傳統技術製成。通常，氧化劑與其他非研磨成份在預定濃 度及剪力條件下混入水性介質如去離子或蒸餾水中，直到 該等成份完全溶解於介質内為止。視需要而定，金屬氧化 物研磨劑如發煙氧化鋁之濃縮分散液可加入介質内並稀釋 至研磨劑之所欲負荷位準及所有其他成份於最後CMp淤漿 内0

第14頁 483805 五、發明說明（12) =發明之⑽组合物及於聚可被供應為包括所有於聚添 加刎之一包裝式乐統。由於關切運送含有氧化劑，尤其是 匕氫之CMP於漿’較佳的是，本發明之㈤組合物及於 :衣備並包裝為含有除了氧化劑以外各式成份之CMP先質 若本發明之組合物顯示第一 著層之磨光速率比為低4時至=即傳導層對下方黏 單一 +酹+ # ^ 30 %尽發明之磨光組合物可於 早 乂驟中使用以磨光傳導盘黏著；S。办丨丄 銅且下方釉荽厣么八4 者居例如，若傳導層為 剌五下方黏者層為含钽之物質以及磨 ’含銅及4日之物皙W枯田4 m / , 、革比為低於3 0時 3剡及i一之物貝可使用相同化學機械性 ，即，可用單一步驟以實施磨光。 先、、且合物磨光 比大於30時使用本發明之組合物或於=磨光速率 要對黏著劑延長磨光時間，因此，對第一 6 ^ “多層會需 磨光時間，其間有顯著凹陷及腐蝕，即了 ^屬層顯著過度 能之惡化。在該情況丁，有需要二種 ^ ^及腐蝕性 於浆或其組合，其可被成功使用以磨合物， 包含銅與鈕之基材。 9 土材，特別是 由本务明之組合物及於漿磨光之基材通常勹 其覆盍-種或多種黏著層，其再覆蓋氧化物：”屬層’ 可放在第二金屬層等上以提供強化基材。本^。氣化物層 及淤漿可周於磨光一層或含有基材之層组;。x明之組合物 明之磨光組合物可用以磨光金屬層，^後;7麼例如，本發 或淤漿自基材除去，本發明或非本發明之第二光之組合物 或淤漿被塗覆至基材之黏著及/或介電，磨光組合物 曰M磨光第二及 4838U5 五、發明說明（13) 視需要後續基材層。丨卜冰 . 磨光傳導或金屬層，第_:ί 一磨光；合物或淤毁可用以 ，第三組合物或淤^ :、，'且“勿或淤漢可用以磨光黏著層 例中，本發明之磨光纪八:11;層二在另一替代具體 層：τ需自基材除去磨；以磨光二層或多 發明之组合物或㈡或於聚被用以磨光基材時，本 著/介電層選擇率廡呈右吊Α為弟一磨光組合物或淤漿且對黏 於毁對黏著/介電；選屬層，而第二磨光組合物或 他成份，其容呼磨朵二勿或，於水可匕括磨光添加劑及其 對组及其他黏著或於聚在高速率下磨光銅，而 層之磨光完成時，磨層顯ΐ低磨光速率一旦銅 ，容許磨光你? 物或淤衆後自基材除去。然後 著、介電或全】交低速率下磨光銅同時對組或其他黏 第二化學機械性Γ光：=光速率之包括磨光添加劑之 基材。本發明音=物或於漿可被塗覆至局部磨光之 化學機械性磨；種或多種磨光添加劑以修正所得 Φ 定金屬，•著ΐϊ: !;於浆在所欲高或低速率下磨光特 當用以磨：=物：；：力\ 塗覆至基材，基材則^ t化學機械性磨光組合物被 如上所設i研磨劑；機及磨光塾磨光。 可加入或埋在磨光墊或二 、，且。物以形成磨光淤漿， 淤漿磨光之基材完成時， ^當使用本發明之組合物或

基材可用去離子水或其他溶劑洗 483805 五、發明說明（14) 滌以自局：磨光之基材除去磨光組合物或淤漿。其次 二磨光組5物或淤漿可塗覆至基 一 磨光以優先磨光相對於A都讲上 土何⑴便用傳統技術 v 於局部磨光之基材之銅部份之釦或新 化钽部份。一旦第二磨井牛砰士 ^ ^ 51 >將Θϋ + k + 步成時，第二磨光組合物或 淤衆仏用去料水或另—溶劑自基材洗條，基材準 一步加工。 ^ 在一磨光步驟中，磨本扣人私7 4、g , ^ . ^ ^ :先組5物或淤漿可在基材磨光時以 控制方式直接X復至基材、至磨光墊或二者。但磨光組八 物較佳塗覆至墊’之後該墊抵住基材放置，然後墊以 材關係移動以達成基材磨光。 丞 本發明之磨光組合物特別可用於在良好速率及可控制 件下磨光基材，其包括銅、鈦、氮化鈦、鈕、氮化钽、鎢 及氮化鎢層。本發明之磨光淤漿可在各種半導體積體電路 製造之步驟日守使用，以提供在所欲磨光速率下有效之磨光 ，同時使表面缺點及瑕疵降至最小。 實例1 此實例比較包括甘油之磨光淤漿與根據本發明包括丙胺 酸作為α -氨基酸之磨光淤漿。磨光淤漿包括3 · 〇重量％氧 化鋁、2. 0重量％過氧化氫連同下表1所示之成份。氧化無 呈Semi-Sperse® W-A3 5 5磨光淤漿之形式，由Cabot Microelectronics Co· Aurora， IL 製造。組合物磨光結 果亦示於表1。 ° 所有磨光用堆在Suba IV墊上之多孔R〇del IC-1000塾於 IPEC 472磨光機上完成。磨光工具參數為：向下力為3

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第18頁 483805 五、發明說明（16)

*Lupasol SKA :铐令^&漭(2,000,000 卡苏今屮-1)^>^雔^。 0.15克分子濃度 甘油，0. 06% Lupasol SKA* ， 0. 04%三唑， pH 4.8 c cd 〇 ^ * c ^ · CD *113 fc323 ·— 公 JD 咐 CJi • ^ ⑺ 、 00 |u 〇 ^ ^ J 〇屮 5442 CO απ ι—* Cu速率 A /分鐘 oo Η—^ Ta速率 A /分鐘 CO CO 氧化物速率 A /分鐘 2153 QJ1 OO OO H—^ CD 3 >°s 55 4360 3094 50 //m CO oo oo t>0 ΟΊ h—* ^ p 4®· χ1 H—k CD 3 氧化物腐蝕 CD 〇 -<I OO g ^ CO i泛 Q 3 CO H—k CD oo CD ’ ·〇 5 $ CD 3 線凹面 A Cu上之 粗度，A >1

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五、發明說明（17) 上表顯示丙胺酸及甘油基底淤漿之凹 府u a ^ 曰、腐独及Cu線凹 面與於漿中其他各物質之性能比較為相同。直社果欲垂丙 胺酸於Cu CMP過程中使凹陷、腐，虫、線凹面及c:二度 顯著降至最小之獨特性質及能力。據信性能差異乃由於丙 胺酸與甘油之分子結構方面之差里。攄仁 甘 左，、 艨传丙胺酸，以其額 外甲基在取甘油更慢速率下錯合銅。此丙胺酸及其他經取 代之氨基酸之獨特性造成磨光過程更易控制。 實例2

進行各種磨光試驗以證實含α-氨基酸磨光化合物在銅 移除速率上之功效。磨光作用之研磨劑為3%固體位準下之 氣化铭’自Semi-Sperse^ W-Α355，Cabot Microelectronics公司之磨光淤漿所製備。使用實例1所 述之相同物質 '設備及條件實施磨光作用。 表2 含α -氨基酸之添加劑在銅於具有3 %氧化鋁與 2 · 5 %過氧化氫之淤漿内之磨光速率上之功效 化學 Cu速率 A/分鐘 Ta速率 A/分鐘 1 0.5% α-丙胺酸，pH 7. 7 2961 288 2 ί〇·6% D，L-天冬胺酸，pH 7. 7 3807 448 3 1% D，L-蛋胺酸，pH 7. 7 CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH 3161 149

組合物1及2除去Cu及/或Ta並可被用作單一步驟磨光組 合物。組合物3在較Ta高得多速率下除去⑶並可用作第一 步驟磨光組合物。

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五、發明說明（18) 實例3 除了證貫含α -氨基酸之磨光化合物在銅移除速率上 功效之磨光試驗以外，評估/3 -氨基酸在銅移除速率上$ 功效。磨光所用之研磨劑為在3%固體位準下之氧化鋁， Semi-Spersee W-A355 ， Cabot Microelectronics C〇·，

Aurora， IL之磨光淤漿所製備。使用實例及2所述之相 物質、設備及條件實施磨光。 表3 含α -氨基酸與/3 -氨基酸之添加劑在銅於具有3 % 氧化鋁、0.03% 三唑、0.06% Lupasol SKA，1·0〇/ο 過氧化氫及pH為7·5之淤漿内磨光速率上之比較 化學 Cu速率 A/分鐘 Ta速率 A/分鐘一 1 1.0% α -丙胺酸 2784 11 2 1.0% 冷-丙胺酸 986 13 含α -丙胺酸之組合物在大於含卢—丙胺酸之組合物力 2. 8倍之速率下除去銅。 實例4 /相異 間麈力 面速度> 別具有 6重量°/〇 在此例中，使用Mirra磨光工具（獲自Appl ied Ma t e r i a 1 s公司）及二相磨光法試驗單一淤漿，第 MP(載體膜壓力為4 psi(磅/平方忖）及ιρ(載體管 4 psi，及RRP(載體保持環壓力）為5 psi，PS(平 為43 rpm及CS(載體速度）為37 rpm，而第二相分 MP/IP/RRP/PS 及 CS 為 2/ 2/ 3/ 1 0 3/ 9 7。淤衆包括 〇·

483805 五、發明說明（19) 胺酸、0.06 重量 ％ Lupasol SKA，0.04 重量 ％ 1，2，4，三°坐 ，1重量％ H2 02及3重量％氧化鋁。淤漿之pH為7. 7。磨光淤 漿可在4101《/分鐘之速率下自Cu/Ta晶圓除去銅。晶圓凹 陷在1 0 // m外觀大小為6 1 3各及在5 0 // m外觀大小為9 1 3。對 具有0 . 5 // m線及1 v m節距之列陣，即，0 . 0 5 / 1 . 0 // m列陣 之腐蝕為1 9 0 &。 Φ

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Claims (1)

1. 483805 六、申請專利範圍 1. 一種化學機械性磨光系統，其包含： 至少一種氧化劑；及 至少一個α -氨基酸，其中具有式IN-CRihCOOH 其 中心及匕均非氫，且其中心及心各獨立選自氫、具有1至8個 碳原子之分支、環狀及直鏈部份，其未經取代或經一個或 多個取代基所取代，取代基選自含氮取代基、含氧取代基 、含硫取代基及其混合物。 2.根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統，其 中含氮取代基、含氧取代基及含硫取代基係選自-C00H， C0NH, NH2 3. 根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統，其 中α -氨基酸係選自α -丙胺酸、精胺酸、天門冬醯胺、天 門冬胺酸、胱胺酸、半胱胺酸、穀氨醯胺、穀胺酸、組胺 酸、異亮胺酸、亮胺酸、賴胺酸、蛋胺酸、苯基丙胺酸、 絲胺酸、蘇胺酸、色胺酸、酪胺酸、纈胺酸及其混合物所 組成之群。 4. 根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統 包括約0 . 0 5至約1 0 . 0重量％該α -氨基酸。 5. 根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統 中氨基酸為丙胺酸。 6. 根據申請專利範圍第5項之化學機械性磨光系統 包括約0.05至約10.0重量％ α-丙胺酸。 7. 根據申請專利圍第1項之化學機械性磨光系統 包括約0 . 1至約1 7. 0重量％至少一種氧化劑。 其 其 其 其

   第23頁 483805 六、申請專利範圍 a 11 - 1，3 -雙（3 -曱基胺基）丙基];及其混合物。 1 3.根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統，其 更包括至少一種鈍化薄膜形成劑，其包括至少一個有機雜 環，其具有5至6員雜環作為活性官能基，其中至少一個環 包括氮原子。 1 4.根據申請專利範圍第1 3項之化學機械性磨光系統， 其中至少一個鈍化薄膜形成劑選自苯并三唑、三唑、苯并 味唾及其混合物。 1 5.根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統，其 更包括至少一種金屬氧化物研磨劑。 1 6.根據申請專利範圍第1 5項之化學機械性磨光系統， 其中金屬氧化物研磨劑為約0. 1至約30重量％金屬氧化物研 磨劑，選自氧化紹、氧化鈽、氧化鍺、氧化;g夕、氧化鈦、 氧化錯、其複合物及其混合物。 1 7.根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光糸統’其 更包括磨光墊。 1 8.根據申請專利範圍第1 7項之化學機械性磨光系統， 其中磨光墊包括埋入其上或其内之研磨劑。 1 9. 一種化學機械性磨光組合物，其包含： 約0 . 5至約1 0 . 0重量％過氧化氫；及 约0. 0 5·至約10. 0重量％丙胺酸。 2 0.根據申請專利範圍第1 9項之化學機械性磨光組合物 ，其包括約0 . 1至約3 0 · 0重量％之氧化鋁。 2 1. —種化學機械性磨光組合物，其包含：

   第25頁 40 -------— 六 、申請專利範圍 約〇 · 5至約] 約〇· 05至約〗重量％至少一種氧化劑； 約〇 . 〇】 、〇 · 〇重量％丙胺酸；及 化學機械性I i 重量％至少一種含氮化合& ^ 4 ，其中至少义ί物磨光至少-與基材相:之 2 2 ·根據申請 11化合物被陽離子充電。 b ，装包枯奶η 和乾圍第2 1項之化學機只、以 第二層之基材的包方含屬層與位在第-金屬層下方之 a.將化學機村，、包括 基材，化學機械性^ /ι光組合物塗覆至與磨光墊結合之 氨基酸，d?組合物包含氧化劑及至少一個^ 其中心找各獨立HCR1R2C00H ’其中R丨及Μ句非氫，且 狀及直鏈部份，立\自_虱、具有1至8個碳原子之分支、環 ,取代基選自含^ f取代或經一個或多個取代基所取代 混合物，·; 11取代基、含氧取代基、含硫取代基及其 用化學機械性磨光組合物及磨光墊磨光第一金屬 一金屬層之至少一部份自基材除去以形成局部 磨先基材為止。 24. y根據申請專利範圍第23項之方法，其中含氮取代基 、含氧取代基及含硫取代基係選自__c〇〇H，_c〇NH2，_麗2， -S-，-on，-SH及其混合物。 2 5 ·根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中α —氨基酸係 選自α ~丙胺酸、精胺酸、天門冬醯胺、天門冬胺酸、胱

   第26頁 483805 六、申請專利範圍 胺酸、半胱胺酸、穀氨醯胺、穀胺酸、組胺酸、異亮胺酸 、亮胺酸、賴胺酸、蛋胺酸、苯基丙胺酸、絲胺酸、蘇胺 酸、色胺酸、酪胺酸、纈胺酸及其混合物所組成之群。 2 6.根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中α -氨基酸係 以該組合物之約0 . 0 5至約1 0 . 0重量％之量呈現。 2 7.根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中α -氨基酸為 α -丙胺酸。 2 8.根據申請專利範圍第2 7項之方法，其包括約(Κ 0 5至 約1 0 . 0重量％ α -丙胺酸。 2 9.根據申請專利範圍第2 3項之方法，其包括約0. 1至約 1 7. 0重量％氧化劑。 3 0 .根據申請專利範圍第2 9項之方法，其包括約0 . 5至約 10. 0重量％氧化劑。 3 1.根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中氧化劑為過 氧化氫。 3 2.根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中化學機械性 磨光組合物包括至少一種純化薄膜形成劑，其包括至少一 個有機雜環，其具有5至6員雜環作為活性官能基，其中至 少一個環包括氮原子。 3 3.根據申請專利範圍第3 2項之方法，其中至少一個鈍 化薄膜形成劑選自苯并三唾、三唑、苯并咪唑及其混合物 〇 3 4.根據申請專利範圍第23項之方法，其中化學機械性 磨光組合物包括至少一種金屬氧化物研磨劑。

   第27頁 483805 六、申請專利範圍 3 5.根據申請專利範圍第3 4項之方法，其中金屬氧化物 研磨劑為約0. 1至約3 0重量％金屬氧化物研磨劑，選自氧化 I呂、氧化鈽、氧化鍺、氧化碎、氧化鈦、氧化錯及其混合 物。 3 6.根據申請專利範圍第23項之方法，其中化學機械性 磨光組合物包括至少一種停止化合物，其抑制化學機械性 磨光組合物磨光至少一與基材有關之層之能力，其中至少 一種停止化合物為陽離子充電之含氮化合物。 3 7.根據申請專利範圍第3 6項之方法，其中至少一種停 止化合物係選自化合物，其包含第一胺、第二胺、第三胺 、第四胺、低聚合胺、低聚合亞胺、低聚合醯胺、低聚合 醯亞胺、聚合胺、聚合亞胺、聚合醯胺、聚合醯亞胺、氨 基酸、氨基醇、醚胺及其混合物。 3 8.根據申請專利範圍第3 6項之方法，其中至少一種停 止化合物係選自具有分子量範圍為約2 0 0至百萬以上之聚 伸乙亞胺；N4 -胺（N，Ν’ -雙-[3 -胺基丙基]乙二胺）； 4，7，10 -三曙三癸烧-1，13 -二胺；3，3 -二曱基-4，4 -二胺 基二環己曱烷；2 -苯基乙胺；聚醚胺；醚胺；Ν，Ν-二甲基 二丙三胺；3-[2-曱氧乙氧基]丙胺；二曱基胺基丙胺； 1，4 -雙（3 -胺基丙基）六氫吡哄；賴胺酸；異佛爾酮二胺； 六亞甲二胺；Ν -環己基-1，3 -丙二胺；Ν-(3_胺基丙基）-1，3-丙二胺；四乙五胺；[^，！^，『，1^’-四曱基_1，4_丁二胺 ;丙胺；2-(2-胺基乙氧基）乙醇；1,3 -二胺基-2_丙醉； 硫代雲母礦；2 -胺基-1- 丁醇；聚[雙（2 -氯醚）-alt-l，3- 483805 六、申請專利範圍 雙（3-曱基胺基）丙基];及其混合物。 3 9.根據申請專利範圍第3 6項之方法，其中第二層為黏 著層，其覆蓋在氧化物層上，其中至少一種停止化合物可 抑制黏著層及氧化物層之磨光。 4 0.根據申請專利範圍第2 3項之方法，其中該磨光墊包 括埋入其上或其内之研磨劑。

   第29頁 483805 六、申請專利範圍 8. 根據申請專利範圍第7項之化學機械性磨光系統，其 包括約0 . 5至約1 0 . 0重量％至少一種氧化劑。 9. 根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統，其 中至少一種氧化劑為過氧化氫。 1 0 .根據申請專利範圍第1項之化學機械性磨光系統，其 包括至少一種停止化合物，其抑制化學機械性磨光組合物 磨光至少一與基材有關之層之能力，其中至少一種停止化 合物為陽離子充電之含氮化合物。 1 1 .根據申請專利範圍第1 0項之化學機械性磨光系統， 其中至少一種停止化合物係選自化合物，其包含第一胺、 第二胺、第三胺、第四胺、低聚合胺、低聚合亞胺、低聚 合醯胺、低聚合醯亞胺、聚合胺、聚合亞胺、聚合醯胺 、聚合醯亞胺、氨基酸、氨基醇、趟胺及其混合物。 1 2.根據申請專利範圍第1 0項之化學機械性磨光系統， 其中至少一種停止化合物係選自具有分子量範圍為約2 0 0 至百萬以上之聚伸乙亞胺；N4-胺（Ν，Ν’ -雙-[3 -胺基丙基] 乙二胺）；4, 7, 10 -三噚三癸烷-1,13 -二胺；3, 3 -二甲基-4 ,4 -二胺基二環己甲烷；2 -苯基乙胺；聚醚胺；醚胺； Ν，Ν -二甲基二丙三胺；3-[2 -甲氧乙氧基]丙胺；二甲基胺 基丙胺；1，4 -雙（3 -胺基丙基）六氫吡畊；賴胺酸；異佛爾 嗣二胺；六亞甲二胺；Ν -環己基-1，3_丙二胺；Ν_(3_胺基 丙基）-1，3-丙二胺，四乙五胺；Ν，Ν，Ν ，Ν -四甲基-1，4-丁二胺；丙胺；2-(2 -胺基乙氧基）乙醇；1，3 -二胺基-2_ 丙醇；硫代雲母礦；2 -胺基-1- 丁醇；聚[雙（2 -氣鍵）-