TWI253465B - Chemical mechanical polishing solution for platinum - Google Patents

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Description

1253465 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係揭示一種含有鹼水溶液與氧化劑之鉑（縮寫成”朽, 化學機械研磨(縮寫成”CMpi，)用之溶液。更明確言之，本發明 係揭示-種形成Pt圖樣之方法，纟包括使用上述况娜溶液 其可改良作為金屬電容器下方電極使用之pt之研磨速率與 研磨特性。 【先前技術】 鉑為一種貴金屬，其在化學上與機械上為安定的，且為一 種用於製造高性能半導體元件之必要材料。此外，最近已將 :(Pt):為DRAM元件中之下方電極使用。下方電極係在經由 %儿％万法形成金屬層/絕緣薄膜/金屬層類型之電容器 時產生。 ^ s但是：#Pt層被電沉積時，電流並不均句，此係由於用以 隔離之乳化物層之幾何形狀與密度所致。因此，忾層係不均 句地形成，且造成短路。 為解决上逑問越，故在pt層經電沉積後，可於該層之上方 部份上進行CW製程，以使朽層平面化。但是，由於Pt層具 有相對車乂低化學反應性，故在CMp製程期間，無法提供適當 CMP漿液以將Pt研磨。因此，在將鉑研磨時，係採用欲供其 他金屬譬如鎢或鋁使用之常用漿液。 “、其他金屬使用〈漿液，亦包含用於使矽基材上之各種 至屬層平囬化（化學品。一般而言，具有阳2〜4強酸度之金 屬CMP製程用聚液，係含有研磨劑，譬如氧化銘（a㈣或氧 85919.doc 1253465 10M，且較佳範圍係從0.1M至5M。 氧化劑之實例為會使Pt原子失去電子以使Pt氧化之任何化 合物。例如，使用Fe(N〇3 )2，且較佳為H2〇2，作為氧化劑。氧 化劑係以對鹼水溶液為1體積％至50體積％之濃度範圍存在 ，而更佳範圍係對鹼水溶液為1體積％至10體積％。 包含鹼水溶液與氧化劑之CMP溶液，較佳係保持其pH值範 圍為8至14，而更佳範圍為10至14。 為找出Pt-CMP溶液之化學反應性，故在將預定電壓以外部 方式施加至含有2體積％ H2〇2之1 MKOH水溶液及未含氧化 劑之另一種1 MKOH水溶液後，度量藉由Pt表面上產生之電化 學反應所獲得之電流。 結果顯示，當具有相同外加電位時，含有氧化劑之KOH水 溶液之電流密度，係高於未含氧化劑之KOH溶液。因此，明 瞭Pt層係較快速地被所揭示之Pt-CMP溶液氧化（參閱圖2)。 在將曝露至空氣之Pt表面之氧化速度，與曝露至⑴對金屬 之常用漿液，⑺未含氧化劑之KOH水溶液及（3)含有氧化劑之 所揭示Pt-CMP溶液之Pt表面之氧化速度比較時，經曝露至所 揭示溶液之Pt表面顯示最高氧濃度。因此，經曝露至所揭示 CMP溶液之Pt表面，在研磨製程後具有較大程度之氧化作用（ 參閱圖3a至3d)。 所揭示之Pt-CMP溶液係藉由鹼水溶液與氧化劑改變Pt層表 面之物理與化學性質。意即，使用所揭示之CMP溶液，則於 Pt原子間之鍵結強度與緊密度係被降低。因此，Pt層表面之 氧化速度係增加。 85919.doc 1253465 依此方式，當Pt表面被氧化時，其硬度係被降低，以致Pt 表面較容易被研磨。因此，當古L α q在Pt層上使用所揭示之溶液進 行CMP製程時，比起當使用金屬之常用聚液時，於相同壓力 下之研磨速度係較快速，且研磨製程較簡易。 此外，在與習用漿液比較下，所揭示之九⑽溶液未包含 研磨劑，因此減少在經曝露中間層絕緣薄膜上所產生之刮痕 〇 —種所揭示用於形成鉑圖樣之方法係包括： ⑻在半.導體基材上形成具有接點空穴之中間層絕緣薄 膜圖樣； (b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成銘層；及 ⑷在具有中間層絕緣薄膜圖樣作為 層整個表面上，使用所揭示之―液，進行初= 製程。 步= (C)可進-步包括進行初次CMp製程，使用所揭示之 CMP洛硬’將丹層研磨’直到中間層絕緣薄膜外露為止，並 =用中間層、..e緣薄M用之漿液，進行：次c娜製程，將已曝 露之中間層絕緣薄膜研磨。 在初次CMP製程中，係將朽製成之半導體基材，於壓力下 :、MP系、，·充轉口〈研磨塾接觸。幻麦，將所揭示之㈣娜溶 履仪應土研磨墊與Pt層間之界面，並將朽層研磨。 匕處CMP ^ #王係在壓力範圍從1至3 Psi下，於旋轉類型手 =台轉數範固從1〇至8。-下，及在線性轉台速度範圍 土 600 φπι下違行，依R層之研磨速度與中間層絕緣薄膜 85919.doc 1253465 之研磨性質而定。 接f ’在二次CM?製程令’係於中間層外露之同時，使用 中間層絕緣薄膜用之CMP漿液，進行中間層絕緣薄膜圖樣之 妾觸研磨製程。接觸研磨製程為一種緩衝步驟，以防止只層 Q初/人CMP製程《Pt層與中間層絕緣薄膜間之研磨選擇性上
2差異所產生之盤形化作用。此處，研磨條件係類似初次CMP 製程之條件。 各種頒型〈研磨墊’可根據pt層之研磨性質，使用於上述 CMP製程中。例如，軟墊可用以提升經研磨層之均勻性，而 ㈣可用以改良平面性。且亦可使用與上述兩種塾片層合之 堆疊墊片，或上述墊片之組合。 此外，、金屬黏著層，譬如欽㈤或氮化欽(ΉΝ)，可進一步在 、、成之4 &中間層絕緣薄膜圖樣之頂部表面上形成， 以改良Pt層之黏著性。 意即，一種所揭示用於形成始圖樣之方法係包括： ⑻在半導體基材上形成具有接點空穴之 膜圖樣； ()在中間層’巴緣薄膜圖樣上形成金屬黏著層； (c)在金屬黏著層上形成鉑層； ()在'·白層之整個表面上，使用所揭示之Pt(嫌溶液，進 行初次細P製程，直到金屬黏著層外露為止； ，（）在所$成之表面±，使用金屬聚液，進行二次CMP 敗#王，直到中間層絕緣薄膜外露為止；及 ⑴在所形成之表面上，使用中間層絕緣薄膜用之漿液 S5919.doc 1253465 ’進行接觸研磨製程。 中間層絕緣圖樣較佳為氧化物圖樣，並使肋圖樣作為下 方電極圖樣。 、在初次CMP製程中’係使_成之半導體基材，於壓力下 接觸至CMP系統轉台之研磨墊。然後，將所揭示之扑⑽溶 液供應至研磨墊與朽層之界面，並將朽層研磨。 此處，如上文所述，初次CMp製程係在壓力範圍從1至3泗 下，於旋轉類型系統之轉台轉數範圍從，及在 線性轉台速度範圍從至_φιη下進行，依pt層之研磨速度 ’與中間層絕緣薄膜之研磨性質而定。 士接著’纟二次⑽製程中，係使用金屬CMP漿液，使已外 露之金屬黏著層研磨’直到中間層絕緣薄膜外露為止。 在-/人CMP製程中’係於中間層絕緣薄膜外露之同時，使 用中間層絕緣薄膜用之CMP衆液，進行中間層絕緣薄膜之接 觸研磨製程。接觸研磨製程為一種緩衝步驟，以防止因金屬 層與中間層絕緣薄膜間之研磨選擇性上之差異所產生之Μ 盤形化作用。此處，二次CMP製程與三次⑽製程之條件: 係類似初次CMP製程之條件。 /述供金屬與中間層絕緣薄膜用之二次與三次cMp聚液 係使用一般装液。 听揭示之Pt-電 參考圖1，金屬黏著層3係在半導體基材丨上形成，而_ 層絕緣薄膜（未示出）係相繼地於其上形成。 -般微影術係於其中形成下方電極之中間層絕緣薄膜3 85919.doc -10- 1253465 之開孔部份 定部份上進行。然後，形成使金屬黏著層3外露 及中間層絕緣薄膜圖樣5。 在pt層（未示出）經電沉積於 Γλ/ΓΡ ,,, 碩万、所形成义表面上之後，進行 氣程，以形肋圖樣7，作為下方電極。 在上述CW製程中，係包括使朽製成之半導體基材，於壓 力下接觸至⑽系統轉台上形成之研磨墊。接著，將所揭示 —合液，其含有以1至10體積％存在於0.1至5 MKOH水 洛欣中之H2〇2，供應至研磨墊與汽層之界面，並將朽層研磨 。此處，初;欠CMP製程係在壓力範圍從u3psiT，在旋轉類 :系統《轉台轉數範圍從1Q至8Qrpm下，及在線性轉台速度 範圍從100至600 fpm下進行。然後，於二次CMp製程中，在使 中間層絕緣薄膜外露之同時，使用中間層絕緣薄膜用之漿液 進行接觸研磨製程。 庠人塾、硬塾、與上述兩種墊片層合之堆疊塾片或上述塾片 足組合，可使用於初次與二次CMP製程中所使用之研磨墊片。 【實施方式】 直例1 ·所揭示Pt-CMP泼液之製備 將KOH (1莫耳）添加至1〇〇〇毫升超純水中，以製備1 % k〇h 水洛液。將所形成之溶液攪拌，並添加η2 〇2至所形成之溶液 中’而以2體積％之最後濃度存在。將所形成之溶液進一步 攪拌超過10分鐘，直到其完全混合及安定化為止，於是獲得 Pt-CMP溶液。 t綠實例1._tiM示Pt-CMP溶液之化學反應性 將Pt層浸泡在上文實例1中製成之含有2體積％ H2〇2之 85919.doc -11 - 1253465 之研磨速度，並降低Pt層之盤形化作用。此外，所揭示之;容 液係減少中間層'纟巴緣薄膜中所產生之刮痕，因為該溶液未含 有類似金屬用之習用漿液之研磨劑。因此，本發明係揭示一 種用於元件隔離及降低階層覆蓋率之經改良技術。 -14- 85919.doc

Claims (1)

16543號專利申請案 中文申請專利範圍修正本i94 my—~j α人 山、丄上 I年月 3終!妹说 心、申請專利範圍：―Maaii_二二…二 1· 一種用於鉑之化學機械研磨溶液，其包含： KOH水溶液；與 選自由H2〇2、Fe(N〇3)2及其混合物所組成之群之氧化劑 其中該KOH水溶液之濃度範圍係從〇〇1河至1〇]^，及該 氧化劑係以KOH水溶液之丨體積％至5〇體積％範圍之濃^ 存在。 5 2·:申請專利範圍第！項之溶液，其中該職水溶液之濃肩 範圍係從0.1 Μ至5 Μ。 、、六申明專利圍第i項之溶液，其中該氧化劑係以冗⑽外 洛硬< 1體積％至1〇體積％範圍之濃度存在。 ::明專利軛圍第1項之溶液，其中該溶液之PH值範圍牧 8 至 14。 5·如申請專利範圍第丨項之 從具干3办履又pH值範圍從 丄u主14 〇 6·—種形成鉑圖樣之方法，其包括： 膜圖樣；丰導"基材上形成具有接點空穴之中間層絕緣薄 (b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成銘層；及 中間層絕緣薄膜圖樣作為触刻障料膜之銘 液，進行銘化^I 圍第1項之化學機械研磨溶 化子機械研磨製程。 7·如申清專利範圍第6項泛女 万法，其係進一步包括· 於步驟（c)之後，/本 · 在表面上，使用中間層絕緣用之漿液 1253465 ’進行接觸研磨製程。 其中該中間層絕緣薄膜圖 其中遠銷圖樣係作為下方 8·如申請專利範圍第6項之方法 樣為氧化物圖樣。 9.如申請專利範圍第6項之方法 電極圖樣使用。 1〇.-種形成鉑圖樣之方法，其包括： 點空穴之中間層絕緣薄 ⑷在半導體基材上形成具有接 膜圖樣； ⑼在中間層絕緣薄膜圖樣上形成金屬黏著層； (c)在金屬黏著層上形成銘層； ⑷在舶層之整個表面Λ’使用如申請專利範圍第i項之 化學機械研磨溶液，進行聽學機械研磨製程，直到 黏著層外露為止； ⑷在所形成之表面上，使用金屬漿液，進行化學機相 研磨製程，直到中間層絕緣薄膜外露為止；及 ②在所形成之表面上，使用中間層絕緣薄膜用之聚液 ’進行接觸研磨製程。 11.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中該金屬黏著層為丁丨 或 TiN 〇 12·如申請專利範目第！ 〇項之方法，其中該中間層絕緣薄膜 圖樣為氧化物圖樣。 13.如申請專利範圍第10項之方法，其中該鉑圖樣係作為下 方電極圖樣使用。 14. 一種用於鉑之化學機械研磨溶液，其包含： 85919-941221.doc 1253465 K〇H水溶液；與 過氧化氫， 其中該KOH水溶液之濃度範圍係從0·01 μ至i〇M，及該 過氧化氫係以Κ0Η水溶液之丨至5〇體積％範圍之濃度存在 15. 一種形成鉑圖樣之方法，其包括： (a) 在半導體基材上形成具有接點空穴之中間層絕緣薄 膜圖樣； (b) 在中間層絕緣薄膜圖樣上形成金屬黏著層； (c) 在金屬黏著層上形成銘層； ⑷在鉑層I整個表面上，使用如申請專利範圍第1 4項 之化學機械研磨溶液，進行鉑化學機械研磨製程，直到金 屬黏著層外露為止； ⑷在所形成之表面上，使用金屬漿液，進行化學機械 研磨I程，直到中間層絕緣薄膜外露為止；及 使用中間層絕緣薄膜用之漿液 (f)在所形成之表面上 ，進行接觸研磨製程。 85919-941221.doc
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