TWI261068B - Improved CMP products - Google Patents

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1261068 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 本案係I994年2月4日由4主二太&匕 申叩〈申知案號〇8/m，737號之部 ，…琢案係將1992年2月5日申 〇7/831，588號之接續案。 說 發明之背景 本發明係關於CMP ("化學機械平垣化")物質，特別是 G έ π氧化銘粉作爲研磨劑之C μ p物質。 CMPA -種製程，其被用以製備各種範圍電子應用之 半導體產物。半導體裝置通常係藉沈積金屬如銅於 非傳導結構間之空間内，然後除去金屬層，直到非傳導社 構被曝露且其間需下空間仍由金屬佔據爲止而製成。對研 磨劑之要求有許多爭議方式。其必須除去金屬但較佳不是 非傳導物質。其必須有效地除去，但不迅速，因此當達到 所郤移除位準時，製程卻無法終止。 CMP製程可使用研磨劑於液態介質内之淤漿實施， 了研磨劑以外，在於漿内其通常包括其他添加劑包括氧 劑’（如過氧化氫 '硝酸亞鐵、輕許等）；腐蚀抑制劑 苯并三唑；清潔劑及表面活化劑。然而，其亦可使用固 研磨劑實施，研磨粒子分散於固定研磨劑中並固持於可 需要提供成形表面之固化樹脂物質内。 CMP製程可被應用於任何多層式裝置，其包括金屬 絕緣層，其各以減至同一厚度及高度一致表面粗度（Ra)位 準所需之量沈積在基板上。C MP爲減少沈積層至所需 度及平坦化之製程。其問題爲，最佳物質移除研磨劑留· 相當不可接受粗表面或達到物質移除如此快，使所欲終端 除 化 如 定 視 及 厚 下 4- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1261068 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 點時常過衝。在中度速率下移除物質之該等研磨劑會缺少 選擇率或留下不良表面。 以往，此等爭議性要求因使用相當柔軟研磨劑如r氧化 鋁及氧化鋁取得折衷辦法。其減緩移除之速率但在金屬與 非傳導物質間並非極具區別性。曾提出具有平均粒子大小 爲約1 0 0耄微米之α氧化鋁且發現此在優先移除金屬而不 是非傳導物質方面極具區別性。但其亦極侵蝕性，使其難 以避免”凹陷”，其爲設在鄰接非傳導物質結構間之金屬 層内凹面之形成。凹陷不利地影響半導體之性能，因此視 爲極端不適當。 > 因此，對研磨劑之需求爲，在C Μρ應用中其可呈現於 基板，其可選擇性地且相當緩慢地移除金屬，使凹陷降至 最小。 發明之説明 本發明提供一種c ΜΡ製程，其包括使用包含氧化鋁粉 末之研磨劑磨光含有金屬與非傳導物質之基板，其中氧化 銘粒子之粉末具有氧化鋁塗膜且其中粉末具有BET表面 積爲至少50 m2/gm，氧化鋁含量爲至少9 2重量％及q氧化 銘含I爲至少9 5重量％且其中至少9〇%粒子具有最終粒子 寬度爲不超過50，例如，20至50毫微米及具有不超過 10%具有大於1 〇 〇毫微米之最終粒子大小。爲了方便及簡 化起見’該具有此粒子大小範圍之氧化鋁粉末有時以下稱 爲"毫微-氧化鋁"粉末或粒子。 氧化鋁粉末粒子具有氧化矽塗膜，但須知此處所用之術 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） • · W Γ ►<. -----------I -----r ^------------Aw-------------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁〕 1261068 A7 五、發明說明（3 語，，氧化石夕"，除了二氧化石夕以外，包括氧化石夕與金屬氧 化物之錯合乳化物，如富銘紅柱石；驗金屬銘石夕酸鹽或爛 矽鉍鹽；鹼土金屬矽酸鹽等。因此，所述"氧化 分比事實上除了二氧化石夕外亦包括其他成份。 毫微-氧化銘粉末之“氧化銘含量爲至少9q%，較佳爲 至少95。/。。其餘爲氧化石夕及微量其他氧化銘相，其爲水軟 銘石轉化成α相之中間體。其爲在燒製過程時不完全轉化 之結果，燒製過程被降至最小，以確保粒子不會過度累積 而更難分離。 在以下討論該毫微-氧化鋁粒子之”寬度"中，須知除了 上下文清楚指出對比以外，亦欽指出垂直於粒子之最長尺 寸之最大尺寸之數目平均値。實際上，頃發現毫微-氧化 鋁粒子多少具有塊狀外觀，使粒子時常出現成爲等軸。測 f技術乃基於使用掃描、或透射、電子顯微鏡如je〇l 2000SX儀器。 α氧化鋁爲氧化鋁之最硬最稠密形式，且係由在高溫下 加熱氧化鋁或水合氧化鋁之其他形式形成。因此，氧化鋁 形式最適於研磨應用。 π氧化鋁傳統上由熔合過程形成，其中氧化鋁水合物被 加熱至約2000°C以上，然後冷卻並壓碎。在此等高溫下之 加熱造成α氧化鋁之晶體生長至若干微米並燒結一起以產 生極硬物i。以此方式產生之氧化銘粒子之高密度及剛度 使壓碎過程變得極困難。爲了得到小粒子，必需弄破燒結 鍵，若需更小粒子時，或許大約幾微米或以下之大小，甚 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1261068

五、發明說明（4 至曰壓碎晶體本身。此當然爲極困難工作，需極大能量之 費用。難然燒結鍵極難弄破，尤其當燒結至實質上理論密 度發生時，最終晶體本身之破裂甚至更難。 近來，浴膠-规膠，.特別是種籽溶膠-凝膠過程之發展容 泎氣k具有微結晶結構之氧化鋁，其中最終晶體之大小 (時^ %爲微晶粒）爲約〇 i微米或i 〇 〇毫微米。該種籽過 私加入種籽粒子，其可在相當低溫下核晶水軟鋁石（α氧 化鋁-水合物）之轉化成α氧化鋁相。種籽粒子根據其結晶 >狀及日曰格尺寸之性質儘量接近有效核晶之標的物質者， 因此邏輯選擇爲α氧化鋁本身。 Κ際上’一旦產生β相時，在含有低於1微米大小之以 氧化鋁之微晶粒之粒子形式中，有互相接觸之粒子燒結一 起之傾向。此傾向隨著溫度之增加而加速。因此，保持α 相形式之溫度低可使粒子燒結一起之程度降至最低，因此 使對最終粒子大小之壓碎多少變得較易些。 US專利4,657,754，Bauer等人，敎示燒製乾燥種籽溶膠 -凝膠氧化鋁以轉化至少一部份成爲“相，然後壓碎乾燥 產物成爲α粒子之粉末，在燒製期間，注意不造成過度燒 結或粒子生長。此確保小型燒結會發生。因此，壓碎需要 僅弄破些結鍵而非最終粒子。然後’完成轉化之燒製 "T用已呈粉末形式之產品開始。然而，此仍爲困難又昂貴 操作且實質上受α氧化鋁之最終粒子於產物中之大小（i 00 nm)所限制。該粒子仍較本申請案相關之毫微-氧化鋁粒 子大得多。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · n n n ·ϋ ϋ ϋ n 一 I I— 1 ϋ in n ϋ 1^1 I . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1261068 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 、、、’ α氧化鋁粉末廣；之用作磨光或拋光研磨劑。在該拋光 應用中，粉末之粒子大小愈細及愈一致，可達成之最後加 工愈佳。然而，對於CMP應用，如由上述Bauer過程所製 成·^細α氧化鋁爲極具侵蝕性而容易造成凹陷。本發明針 對此問題提供具有較小粒子大小（毫微_氧化鋁粒子）之含 泛氧^銘研磨劑，其導致較少侵錄切割。意外的是，其 亦可選擇足以有利地用於C Μ Ρ應用。 耄微-氧化鋁研磨劑粉可以淤漿形式使用，當磨光墊在 表面上方移動時，其被塗敷至欲磨光之表面。因此，根據 一具體例，本發明包括CMP製程，其中可變形磨光墊係 接觸 < 磨光疋表面移動，而淤漿包含毫微-氧化鋁粉末， 其中知末之氧化鋁粒子具有氧化矽塗膜且其中粉末具有 Β Ε Τ表面積爲至少5〇 m2/gm，氧化鋁含量爲至少92重量 %及“氧化鋁含量爲至少9 〇重量％，且其中粒子之至少 95 /ο”有最終粒子ι度爲2 〇至5 〇毫微米，低於5 %具有大 於100毫微米之最終粒子大小。 根據另一具體例，“氧化鋁粉末呈現於欲提供CMP處 理1表面，使用固定研磨劑，其包含毫微_氧化鋁粉末， 其中粉末之氧化鋁粒子具有氧化矽塗膜且其中粉末具有 B E T表面積爲至少5〇 m2/gm，氧化鋁含量爲至少ρ〕重量 %及α氧化鋁含量爲至少9 0重量％，且其中粒子之至少 95%具有最終粒子寬度爲2 〇至5 〇毫微米，低於5 %具有大 於1 〇 〇 *微米之最終粒子大小，分散於固化黏合劑内。黏 合劑/研磨劑可在輪之外部上，例如邊緣上呈現爲塗膜， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I · I I I l· ^ I I ·1111111» . 1261068 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明說明（6 ) 或其可作爲塗膜在黏合劑被固化前沈積在撓性片材如蓋、 盤或帶之平坦表面上以得研磨工具。黏合劑/研磨劑層之 表面可平滑或其可得一包含多個在固化黏合劑前以無規或 重複順序之形狀之表.面結構。該表面被稱爲”管理化，，， 因爲其可被預定或成形以具有任何應用所需之構型及欲應 用之基材表面。 毫微-氧化鋁爻寧j释 製造笔微-氧化銘粒子之適當方法包括在水軟鋁石凝膠 内分教一物質’特別是氧化矽，在水軟鋁在轉化成α氧化 銘以下之溫度下，其環燒水軟鋁石粒子形成障壁，該物質 係以在α氧化銘自水軟鋁石形成後足以抑制粒子大小生長 足置被加入’然後在軟化至少氧化鋁之主要比例成爲具有 大小爲約2 0至約5 〇毫微米之最終粒子之鬆弛凝聚物形式 之α相之溫度下，乾燥並燒製凝膠。 此等凝聚物被述爲”鬆弛”，意指其可被相當容易地磨碎 以回收最初粒子，其具有低於約5 〇毫微米之寬度。 免製不應爲造成粒子之顯著生長或過度燒結之溫度（燒 製當然會造成粒子極難，若非不可能，分離成最初粒 子）事貝上’障壁塗膜使該產物之燒結僅發生在約1400 c或以上之高溫下，所用有用燒製溫度較佳爲13〇(rc以 下。 據仏障壁物質在凝膠中環繞水軟鋁石之粒子形成極薄塗 膜’其可抑制氧化鋁橫過粒子邊界之移行，因此可防止或 至少抑制當粒子轉化成“相時之生長。因此，其結果形成 -9- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1261068 A7 五、發明說明（7 ) 具有大小約爲最初水軟鋁石凝膠者之α氧化鋁粒子。 較佳玻璃形成障壁物質最有利爲氧切，但可以上述方 式作用（其他玻璃形成物質亦在本發明之範圍内。 括含硼物質如财酸鹽等。爲了此説明之目的，主要= 的是其於氧化矽最易取得且容易使用之物質。 ^切用作障壁物質時，加人量基於氧化料凝膠中 之重里較佳爲約〇.5至約1〇重量％。通常較佳爲分散氧化 矽於水軟銘石之溶膠或凝膠内，俾可使成份間分散之 性至最大程度。 山 水軟銘石可爲任何市面上可得’其具有分散之粒子大小 約局數十毫微米或以下。顯然，以具有最一致細粒子大小 之水軟鋁石較佳’因爲其不具硬而難分散之 其他商品之特性。 〃 Α :般呈現的是，氧切可能藉玻璃之形成與水軟銘石粒 ，表面互相作用，而此減緩對α氧化銘之轉化及此等“ 粒子之後續生長。由於此粒子生長抑制機轉，所以無理由 保持溫度低。因此，使用較高溫度可得更快速轉化而不會 對β結晶大小有不利影響。 氧化矽加入水軟鋁石溶膠中而所得溶膠混合物之膠凝爲 本發明之重要較佳特性，因爲此容許完整又一致之分散被 達成。此外，氧化矽變成接附至實質上膠態分級水軟鋁石 粒子，其被抑制進一步生長。 〜當轉化至π發生時，粒子呈主要粒子具有寬度爲約5〇 毫微米或以下之鬆弛凝聚物之形式，且在掃描電子顯微鏡 -10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 1T^1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 ： 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1261068

下曰出現具有系列桿形或蔟形凝聚物之形A，或有時含有 王要粒子t凡素之粗網狀物。此等鬆弛凝聚物或聚合物藉 例如说或乾研磨相當容易破裂成各個粒子。其爲相當容易 破裂，因為含氧化矽障壁相之形成於結晶邊界，其可抑制 蜒結鍵在π氧化鋁最終粒子間之形成.。此導致毫微_氧化 鋁產物具有數目平均粒子寬度爲低於約50毫微米。濕磨 過私可藉α氧化鋁之表面水解導致微量水合氧化鋁，例 如，二水合氧化鋁之形成。該水合物在燒製時當然會倒輯 成π氧化鋁，爲了此規格之目的，該表面改質α氧化鋁並 非可區別於未改質泛氧化銘。 此過程導致新穎、細緻、一致粒子大小之“氧化鋁粒子 之製造。頃發現研磨以得高ΒΕΤ表面積之習用α氧化鋁 知末包含廣泛粒子大小之範圍至一程度，即，其時常以雙 模悲成爲主要氧化鋁相。因此，此過程亦提供細氧化鋁粉 末，其具有BET表面積爲至少50 m2/gm，較佳爲至少ι〇〇 m /gm，其中全邵氧化鋁相重量之至少9 〇 %係由微結晶q 氧化鋁之粒子所提供，且其中粒子之至少9〇%具有寬度爲 不大於5 0，較佳爲20至5 0毫微米及低於1〇%具有最終粒 子寬度大於1 0 0毫微米。此等大粒子之分率係藉電子（掃 描或透射）顯微鏡分析（超切片樣品）及由粒子佔據，由具 有取終粒子寬度大於1 0 〇晕微米之粒子佔據之全部電場之 百分比之#估所測足。粉末重量之其餘部份大都由障壁物 質所提供，如上所示，其可爲任何在轉化成α氧化鋁時可 抑制粒子生長及/或燒結之物質。當障壁包含含氧化秒之 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

1261068 A7 B7 加 鋁 四 膠 五、發明說明（9 物質如富鋁紅柱石時，此可表示多達全部重量之【5重量 :/。或以上。然而，it常以上述特定之較佳小量氧化矽溶膠 操作時，氧化鋁代表約粉末重量之95%。 亦可能的是，毫微-氧化鋁粉末之氧化鋁相中“氧化 銘可由水㈣石與4目間之氧化銘相中間體如^氧化銘或 Θ氧化鋁所提供。 氧化矽呈現之量應小心控制，因爲若加入太多時，會有 與大部份氧化銘反應之傾向及最後產物多具有富銘紅柱石 或其他含氧化秒相之相當無用化學組合物。另一方面，對 限制α粒子生長效果亦不彰。實際上，頃發現約〇 $至約 8，較佳爲約丨至約5重量％凝膠之固體含量應爲氧化石夕。 通常，最後產物内氧化矽之量較佳應低於約ι〇重量％， 更佳應低於約8，最佳應低於約5重量％。 氧化石夕可以膠態氧化石夕、氧化石夕溶膠或化合物之形式 入’在反應條件下，丨會游離料體或溶膠及環繞氧化 粒子形成玻璃塗膜。該化合物可包括有機㈣如正石夕酸 乙酯及某些金屬矽酸鹽。通常鹼金屬矽酸鹽較不佳。溶 内氧化矽之形式較佳應具有粒子大小，其爲至少類似於或 較佳爲小於水軟銘石者，即，約最多幾毫微米。 將溶膠形式之氧化矽加入水軟鋁石溶膠可確保可用最小 量之氧化矽之最一致及有效分佈。 凝膠可在鍛燒前在較低溫度下乾燥，其通常在約7〇〇τ 下實施若干小時。鍛燒可驅除凝膠中之水，促進玻璃表面 障壁之形成及開始水軟鋁石之轉化成r氧化鋁相。然而， -12- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- 1261068 A7 五、發明說明（1〇) 鍛燒過程必要時可在其他較高或較低溫度之條件下實施， 或甚至一起省略。 乾凝膠之燒製可在任何將致使相轉化成α氧化銘之條件 下I生通#，未播種水软銘石會在約i _至⑽代下隨 著時間轉化成,相以完成随著增加溫度轉化之減少。在本 發明中，較佳燒製度爲約110(rc至⑽。c，在該溫度下所 用時間多少長於在氧化石夕存在時對該氧化銘所用者。燒製 會需要多達40小時在溫度範圍之下限而少幻分鐘在此範 圍之上限。在範圍下限如約11〇〇至約⑵代之燒製使粒子 形成聚集物之傾向降至最小。在此溫度範圍内，需要在燒 製溫度下時間爲約！分鐘至約4〇小時，〃達到轉化成“氧 化銘之所欲位準而不會形成過量難處理（相對於鬆他）之凝 聚物。 、在燒製中，燒製溫度下之時間極重要。緩慢斜升燒製溫 度會支配在燒製溫度下使用較短時間而此斜升時常爲所用 設備t功能。通常，旋轉式爐需較短時間來到達所妒^ 度，而盒式爐則顯然用較長時間。因此，爲了控制及 性，較佳爲使用旋轉式爐。此外，大型樣品較小型 較長時間到達一致本體溫度。因此，眞正使用之：度而 間計劃謹記上述考慮會由環境所支配。 又’ 使用傳統技術如濕或乾球磨等可在磨機内完成磨碎。另 亦可利用冨鋁紅柱石或其他鋁矽酸鹽相存在於凝聚物另 子邊界以使磨碎更容易。該等相通常會具有不同於α ^粒 鋁之熱膨脹特性，其時常可藉循環產物通過乳化 瓜/ffii以產 -13- 卜纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1T---------AVI. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ϊ261068 A7 B7 五、發明說明（11 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

生膨脹應力來破壞該邊界層。該應力本身有時會適於引起 磨碎。亦可藉水力熱處理或藉鹼或酸處理產物使此等含氧 化石夕邊界受化學應力。然而更通常的是，該熱或化學磨碎 需要持續某種物理磨碎以完成破裂成具有數目平均粒子寬 度爲低於50毫微米之粉末。 根據由此過程所得之極細粒子大小獨特之處爲，其纽人 超過50，甚至120 m2/mg之高表面積與粒子大小分佈，使 低於約1 0重量％粒子具有大於100 nm之最終粒子大小。 該研磨通常使用低純度α氧化鋁介質完成，據信所見1〇〇 nm+粒子之比例更可能自介質之磨擦衍生而非由水軟鋁石 t轉化獲得之α氧化鋁所衍生。相對照地，藉研磨較大 氧化鋁粒子獲得之產物通常具有較寬之粒子大小之散佈 终多大於10 0 nm之粒子大小。 用以分離毫微-氧化鋁粒子之最後研磨較佳使用低純 π氧化鋁（約88% π氧化鋁）或氧化锆介質實施。須知,， 化锆"介質包括由添加劑如氧化釔、稀土金屬氧化物、 化鎂、氧化料安定化之氧化锆所製成。由於在研磨期門 高純度氧化銘介質破裂以產生極大碎片之方式，此被視爲 可能。相對照地，通常產生微米大小之粒子之低純度氧 介f深具勃性’其幾乎絲毫無碎片產生 耄蝉二氧鋁於c Μ P淤漿内之用徐 、本發明之一具體例係關於毫微_氧化錯之於漿，其可 於C Μ Ρ製程及關於使用毫微_ 程。 乳化銘研磨粉之CMP a 度 氧 氧 化 用 製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 14 1261068 A7 B7 五、發明說明（12) C MP (化學機械磨光）淤漿通常包含研磨劑於氧化液能 介質内，其通常爲過氧化氫於去離子水中之溶液。於㈣ 常另包含錯合劍如苯幷三吐。當毫微—氧化鋁呈現於該於 漿内時，濃度通常爲全邵淤漿重量之i至丨5重量％，較佳 爲2至10重量％。淤漿與墊片結合使用，當淤漿被饋Z工 作件之表面時，墊片在欲磨光之表面上移動。 兔遂二^匕鋁於固宅研磨劑内^ 然而，近來已有移動以用固定研磨劑取代傳統淤漿/墊 片t組合，其中研磨劑爲複合物形式，研磨劑之粒子保持 於容易侵蝕之黏合劑母體内。此複合物例如可提供研磨輪 之研磨表面。其亦可採取沈積並黏附至撓性基板上之層之 形式，對基板，例如藉模製或壓花過程施加規則型樣。後 者時常稱爲，，管理化”研磨劑。然後固定研磨劑相對於欲 處理之表面移動而水傳統c Mp製程中之墊片般。然而， 代替淤漿，饋入表面之液體爲去離子水或含水氧化溶液。 此仍爲根據本文所用之條件之眞實c M p操作，其結果相 同。然而，？茨等製程在潛力上較使用研磨劑更有效率，且 容易處理及棄置廢棄物。 附圖之説明 垦丄顯示用於本發明CMP製程之毫微·氧化鋁粉末。可看 出其包含具有極少大於5〇麵寬度之高度-致性20-50 nm 粒子。有些顯示鬆弛地凝聚，但各個粒子結構清晰可見。 星丄頌不對可用於製造根據本發明之C MP產物之毫微-氧 化鋁之X-射線衍射痕跡。 -15- 1261068 A7 五、發明說明（13) 較佳具體例之説明 本發明現參照下列實例進—步説明 的，不應採取爲暗示對本發明實質範圍乏1例僅爲例示目 CMP適當性之詁舲. 饪何必要限制。 在製造半導tt料t，n料 導物質之層沈積在梦晶元基板上。沈積時？非傳 坦而需要，，平坦化"以儘可能獲得具有似之表層面^不平 度之測定）。 -a〈表面（表面粗 在典型CMP操作中，其工作爲有效率 時儘量留下無損傷之表面。效率雖，要， 物質，同 因爲沈積層之厚度以埃單元測定，冬達=制更重要’ 移除速率太快會難以停止 : <層厚度時’ 目標。 ％疋又控制好之移除爲 當沈積之物質疊加其上蝕 層時，穩定性亦重要。路之先前沈積之 之位準時，重要的1= 先前沈積蚀刻層 灶構門之：r、「·疋又不再持績，使先前層之殘餘蝕刻 結構間I %无區不再被 ^ ^ ^ fr μ ^ ^ , 又，该過程已知爲”凹陷"。若 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 =與"加層間之移除選擇率被標示且叠加層之移除速 高度不平坦表面大而此當然造成其上可沈積後續層之 广上二在評估特殊研磨劑之cMp潛力中，進行二種試 種試驗欲評估移除之選擇率，第二種則評估凹陷 之潛力。 選擇率試驗係在具有欲平坦化之表面且由銅或二氧化珍 -16 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1261068 五、發明說明（μ) =二:以下稱爲"氧化物”層)製成之樣品上實 ==〇A氧化物層在經微底清潔之半導體綱 製成。此提供評估或移除速率用之氧化物樣品。 :後：：氧化物層樣品之平坦化式樣提供4〇。埃鈇黏著 ^。接㈣，_ A銅層。此銅表面被用以評估銅之移除速 攻驗係、在已提供上述氧化物層但深度爲16，G00 A之 實施。氧化物層被平坦化，然後㈣以得 ，“度〈型樣。在此蝕刻層上沈積有10，_ A銅層。 然後此銅表面被平坦化，直到曝露氧化物表面爲止，並評 估所造成之凹陷之深度。 實例1 -選径_差之評估 對使用上述程序製成之樣品上移除銅及氧化物之二種商 用氧化鋁淤漿評估根據本發明之CMP淤漿。 在各情況下，2〇〇0讲含10重量％固體之氧化銘淤漿與 250 ml 30%過氧化氫溶液及4 gm苯幷三唾（二者均講自 VWR Scientlflc Products公司）混合。加入去離子水以製成 最後淤漿重量爲4000 gm。 然後，在實驗室等級磨光機上評估三種所得於漿。驗丨 請0堆積多孔磨光墊用於磨光試驗。使用磨光壓力爲 34.5Kpa(5psi)，王作件之相對表面速度爲約i2m/秒， 及淤漿流動速率爲100 ml/分鐘。物質移動速率(臟”系 使用重複率爲+/- 10微米之餘數測定並轉換成入/分鐘。以 三種物質獲得之移除速率如下： -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^^1 Μ------ ^ ^--- (請先閲讀背面之江意事項再填寫本頁) f 1261068 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 五、發明說明（15) 氧化鋁源 Cu移除 氧化物移除 選擇率 COMP-1 640 A /分鐘 90 A /分鐘 7 COMP-2 590 A /分鐘 340 A /分鐘 1.7 INVENTION-1 360 A /分鐘 50 A /分鐘 7

Comp 1所用之氧化銘獲自saint-Gobain工業陶資公司， 商品編碼SL 9245。粒子大小爲約丨〇 〇毫微米左右，具有 寬粒子大小範圍。其係藉上述Bauer製程獲得。

Comp-2氧化鋁爲”產品編碼Masterprep，，，獲自Buehier公 司。據信其爲主要Γ氧化鋁。

Invention」所用之氧化鋁示於圖j並由上述製造毫微氧 化鋁之製程獲得。毫微_氧化鋁射線衍射痕跡示於圖 2 ,其指出“氧化鋁含量超過8〇%。眞正位準很難精確地 評估，因爲與Θ氧化鋁轉移形式相關之尖秦不易自二鄰接 π氧化鋁尖峯分離。毫微-氧化鋁包含2重量％氧化矽作爲 環繞粒子之塗膜。氧化矽加入水軟鋁石分散液内而塗有氧 化矽水軟鋁石粒子在115〇-12〇(rc下燒製1〇小時，其後， 粒子被冷卻至室溫並使用氧化結介質於聚脲烷襯底之 Sweco磨機内研磨27小時。 數據顯示移除速率，由於較小粒子大小結果，藉比較較 大粒子大小α氧化鋁而減少，但選擇率則完全保持。因 此，當移除物質至露出下層之點時，其變成可精確證實端 點並適當終止平坦化。 貝 α氧化鋁產物具有第一移除速率但在銅與氧化物物質之 間士乎典任何選擇率。毫微_氧化鋁產品爲僅有可控制又 穩足之氧化物移除同時保持選擇率。 -18 -

'^國家標準297公爱）-------J I -----r ----^---------Awi (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1261068 A7 B7 五、發明說明（16) 實例2 -凹陷之評估 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，以上述方式評估於實例1評估之三種氧化鋁之凹 陷。除了試驗之物質爲上述多層式產物及端點爲金屬與絕 緣氧化物物質可見之第一點以外，試驗方式完全如實例1 所述者。使用獲自Tencor公司之輪廓儀作"凹陷”之測定。 在5至4 5微米高之不同高度之鄰接外觀間之凹陷深度作測 定。平均各樣品之凹陷深度。所得結果如下：

COMP-1..................220 A

COMP-2.............. 220 A

INVENTION-1 . . 120 A 由此可知，以毫微-氧化鋁之凹陷程度，其嚴重性遠低 於其他習知技藝之氧化鋁。 實例3 Ψ 在此實例中，實例1評估之產品於C Μ P淤漿内被評估， 其中於漿包含9 7 gm石肖酸亞鐵及0.5 gm溶解於2 0 0 0 gm去離 子水内之苯幷三峻。2000 gm 10%氧化銘分散液於去離子 水中加入此溶液内。氧化鋁説明如下。 氧化銘源 Cu移除 氧化物移除 選擇率 COMP-3 14180 A/分鐘 31 A /分鐘 457.4 COMP-4 13471 A/分鐘 3 0 A /分鐘 449 INVENTIONS 1175 A/分鐘 8 A /分鐘 147 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Comp-3所用之氧化銘獲自Saint-Gobain工業陶瓷：公司， 商品編碼SL 9245。粒子大小約爲1 0 0毫微米左右，具有 寬粒子大小範圍。其係藉上述Bauer製程獲得。因此，其 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1261068 A7 ________B7^_____ 五、發明說明（17 ) 與Comp-1所用者相同。

Comp-4氧化銘爲’丨產品編碼Masterprep ·，，購自Buehler公 司。據信其爲主要r氧化鋁。此爲以上c〇inp-2所用之氧 化鋁。 所用之毫微_氧化鋁類似於實例1所用者，並由上述製造 Invention-Ι所用之毫微_氧化鋁之製程獲得。然而，其包 含約5重量％氧化矽作爲環繞粒子之塗膜。氧化矽加入水 I銘右分散液内’塗有氧化石夕之水軟铭石粒子在丨丨 1200 C下燒製1 〇小時，其後，粒子被冷卻至室溫並使用 氧化锆介質於具有聚脲烷襯底之Drais磨機内研磨，直到 粉末具有BET表面積爲280 m2/gm爲止。 數據顯示移除之速率，由於較小粒子大小之結果，藉比 較車父大粒子大小α氧化鋁或r氧化鋁產品（其實際上相同） 而減少。但適當選擇率則完全保持。因此，當移除物質至 預定點，例如露出下層之點，其變得可精確證實端點並適 當終止平坦化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

Claims (1)

1. I261臟12〇667號專獅請案 中文申清專利範圍替換本(93年4月） 申請專利範圍 h ^種C M P製程，其包括使用包含氧化鋁粉末之研磨劑磨 光3有金屬與非導電物質之基板，其中粉末之氧化鋁粒 子具有氧化矽塗膜，且其中粉末具有BET表面積為至少 m~/gm ’氧化鋁含量為至少9 0重量％及α氧化鋁含量 為至少9 0重量％，且其中氧化鋁粒子之至少9〇%具有最 終粒子寬度為不大於5 0亳微米，低於1 〇%具有最終粒子 大小為大於100 nm。 2·根據申請專利範圍第1項之c MP製程，其中氧化鋁粉末 之α氧化紹含量為至少9 5 %。 J•根據申請專利範圍第1項之C ΜΡ製程，其中氧化鋁研磨 劑之氧化矽含量為1至8重量％。 4· 2據申請專利範圍第1項之C MP製程，其中氧化鋁研磨 ^係以包含2至1 2 3重量％氧化鋁之漿料之形式呈現至工作 件。 i 格（21〇 X 297 公董) 1 . 2據申請專利範圍第1項之c MP製程，其中氧化鋁研磨 J係以包含分散於固化樹脂母體内之研磨劑之固定研磨 劑之形式呈現至工作件。 2 6. 根據申請專利範圍第5項之CMp製程，其中固定研磨劑 具有包含若干成形結構之外形輪廓表面。 3 · 1種包含氧化鋁粉末之CMP漿料，其包含氧化鋁粉末， 其中粉末之氧化鋁粒子具有氧化矽塗膜且其中粉末具有 =ET表面積為至少5〇 m2/gm，氧化鋁含量為至少重量 /〇及α氧化鋁含量為至少9 0重量％且其中粒子之至少 -、有最、、’ς粒子I度為2 〇至5 〇宅微米，低於1 〇 %具有 1261068 Λ 8 Β8

   取終粒子大小為大於1〇() 。 8。2種適用MCMP應用之工程化研磨齊j，包含工作表面， 其本身包含若干由固化氧化鋁研磨劑粒子於可固化樹脂 内，分散液獲得之成形結構，其中氧化銘研磨劑粒子具 化矽塗膜’ BET表面積為至少5〇 m2/gm，氧化鋁含 里為至少9 0重量％及α氧化鋁含量為至少9 〇重量％且其 中粒子之至少9〇%具有最終粒子寬度為2〇至5〇毫微米了 低於ίο%具有最終粒子大小為大於1〇〇nm。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公¢)