TWI262209B - Polishing composition - Google Patents
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1262209 九、發明說明: 發明所屬之技術領域】 導 先前技術】 本發明主要為關於一種化學機㈣光m指在半 體工業拋光矽晶圓加工所用之拋光漿液内之組合物。 半導體業之石夕晶圓必須具有高度完美表面才能用在组 件加工。這種表面均透過以_種拋光組合物(本文以下或稱 為“漿液”以配合其性質)拋光晶圓而得。抛光漿液—般 有次微米粒子之組合物。組件或基材浸浴或以漿液渴潤, 配合-種彈性墊壓在基材上旋轉,使毁液粒子在受壓下壓 住基材。塾側向移動促使槳液粒子移動過基材表面,造成 基材表面磨損或體積去除。理想狀況下,此種加工能將突 起部份選擇性磨去,加工完成得到最高程度的表 面。 一工業界矽拋光加工有二個或以上步驟。首先,或稱粗 扎光步私中,去除晶圓因裁切或成型所生主要缺陷點。晶_ 圓表面狀似光滑可觀,但實際上仍具有無數多的細小缺陷 點、。此部份須由其後細拋光步驟去除,其去除表面上更多 才^料及拋光去表面缺陷,使表面粗度為最低,產生無霧區 表面。 拋光後晶圓表面粗糙度及缺陷/粒子濃度是以掃描光 線散射偵測器測量。各種型號可用於石夕晶圓工業,如
Censor ANSl〇〇? Tencor 6200 ^ Estek WIS9000 〇 、J 紅作原理相同,即自晶圓表面偵測非正反射光程度。
(修正本)93045L 1262209 以南密度雷射光束掃過晶圓表面。非正反射光收集在軸外 偵、測器’再分析此散射光訊號強度。表面粗糙會造成低強 度光之一般散射,一般稱為霧狀。粒子或其它間斷表面缺 產生較始、而具同點源之散射。此散射點光源強度取與各 種尺寸之乳膠標準校正球比較。這種點光源一般稱為光點 偵測或LPD,而其分佈排列係依據p· 〇h· Ha|]n等人文獻 The Si~Si02 Interface Roughness: Causes and
Effects”,及“C· R· Helms and Β· E· Dead,Eds·,,,The
Physics and Chemistry of Si02 and the Si~Si02
Interface,pp· 401-411,Plenum Press,Mew York (1 988) 之測量技藝及命名,併為本文參考。目前所知,傳統二步 驟可以得到在二次步驟拋光後具良好表面之基材表面,但 是去除率非常慢。 ^取終拋光中,尤其是二步驟最終拋光中,通常是以拋 光組合物方式拋光,其係以氧化鋁或其它研磨物徹底粉碎 調成適當粒子尺寸,加入水,硝酸紹或各種有機酸,及其 它拋光加速劑,或是使用含有膠質氧化矽及水之拋光組ς 物。然而以前一種拋光組合物方式拋光產生一項問題,亦 即機械成份與化學成份平衡差,而細小突起易形成。使用 後一種拋光組合物問題為料除去率太低,拋光需時甚長, 生產力低,且不易避免小突起,細刺及其它表面缺陷。 因此需要發展一種拋光組合物或表面處理組合物,其 具有尚拋光去除率,且可形成不具霧之非常平滑拋光表面。 用於拋光矽晶圓漿液之先前專利有許多。
(修 IL 本)93045L 1262209 曰Min°ru及Yutaka(日本專利字號第u-1 1 6942)所述石夕 曰曰圓拋光毁液包含二氧切,水,水溶性聚合物化合物, 醇性羥基化合物,及經基含氛化合物。並未提出 物化合物之高分子量及高多分散性。此外,其提出以、^ =維素配合聚乙稀醇使用,未提出單獨使㈣乙基=維
Miyishata 及 Minami(歐洲專利書第 Ep 〇 933 1 號)提出以含氧化石夕之研磨物為主成份,水為溶劑,及一種 水溶纖維素之拋光劑。未提出高分子量及高多散性。ί 【發明内容】 本發明提供-種具高抛光去除率且可形成非常平滑抛 光表面及具低霧之拋光組合物。 :發明特性之一為含花生狀勝質氧化矽粒子,水溶性 、,滅、准不’氨,及水之拋光組合物。 本發明另項特點為含研磨物,分量子至少約 1,〇〇〇, _水溶性纖維素,驗性化合物與水的ς総合物。彳 本發明另項特點為含研磨物’多分散性至少、約5嶋 水溶性纖維素,鹼性化合物及水之拋光組合物。 本發明其它目的,特點及優點,可由以下詳細說明更 ^於明瞭。然而咸應認知,詳細說明及將特定實例雖指出 科明具體實例,係以範例方式提供,本發明範田壽係由以 下洋細况明後之申請專利範圍界定。 【實施方式】 此處提出一種超出目前1@ $
業私準,拋光矽半導體晶圓 (修正本) 93045L 7 1262209 之最終拋光組合物或聚液。此毁液較目前已存在工業標準 激液具有去除受損層較高去除率,並為較低霧 表面。“液包含研磨物,水溶性纖維素,驗性化合物及 水。該浆液係混合並分散該研磨物,水溶纖維素,驗性化 t物及水而成。分散或溶解這些成份於水中方式不為固定 種二舉例而言’可以葉片式搜拌機攪拌或超音波分散方 此外,混合順序不為—定,亦不同時進行。 rΑΙϋΐ導體基材上形成膜時,滎液經水稀釋使稀釋漿< =1/2°到約1/80的原襞液濃度,較佳為1/2。到約 二,度。為稀釋該漿液,職與分散物係以同 半;=過二L及分散物經另一小孔到位在拋光盤上的 半導體曰曰:圓。W土方式為預混合聚液與分散物後再施加於 研磨物 本發明抛総合物較佳使用研磨物為膠質氧
Inc. a ^ Fus〇 pL_3 m羊匕 及 R〇de】 Nltta2R〇del Particle lnc.膠 = f氧切為非球形,具如花生狀形體, X 一知貝氧化矽為粗糙之表面。此現 級粒子形成二級粒子而成。花生粒之初級粒子。二 广。未u τ。丄當粒子尺寸增大’膠質氧化石夕粒子即失去 化形。舉例而言,300⑽Fus0粒子為圓形而非 此係導因於G伽】Μ熟現象,使粒子成為圓形。粗料戶。 爾為對石夕最終拋光為最重要’因為該粒子較傳統心
(修正本) 93 04 5 L 1262209 固體膠質氧化矽粒子為敕。 本發明漿液中谬質氧化石夕粒子量為20 : 1到40 : 1稀 的稀釋後漿液重量約。。i "%到約i 〇〇wt%,較佳約為 〇·10㈣到約Q·5秦若研磨物含量太小,拋光去除率 低,需長時間拋光,使生產力低到不符合實際應用。另一 量太高’不易維持均勾分散,且組合物黏度會 過南,處理困難。 工=光欲拋光表面氧化石夕粒子是作為研磨力機 &柄明拋光組合物所用氧切粒子較佳平均粒徑,可< 由峨120 _,更佳在約5〇 到約8。⑽間。 1 及立狀’初級粒子為3〇至35⑽。所得花生狀 粒子為約二倍於該粒徑,因其包含二個初級粒子。 右粒徑太大,研磨粒子分散性不易 不安定,研磨粒沈澱,易於在拋 二此、·且“勿 方面,若粒經太小,抛光去除=二表㈣成到痕。另 加1產率太低。 料低’加工時間過長,實際
水溶性纖維素 I 本發明組合物較佳含有—種水溶性纖維素 圓表面立即產生疏水性,在拋光組合物中,空,俊日日 它《物沈積在晶圓表面,組合物研磨物或::乾二或 化疋於晶圓表φ,造成晶圓表面沈積。然在 乙續固 合物中,該水溶纖維素在晶圓表' 、 X明拋光組 表面形成親水性,故曰P1生 面在拋光結束到下—階段緩衝或清潔前, :曰0表 燥。較佳方法中,A s wj 了内不會乾 基材曰曰因在拋光後以水緩衝。水緩衝加
(修正本)93045L 1262209 上界面劑組合之下,可使晶圓不良降低。 該水溶纖維素在膠質氧化石夕粒子或晶圓表面塗佈。該 水溶性纖維素此時緩衝粒子碰擊表面。水溶纖維素用以壓 制拋光步料晶圓的損害。該水溶纖料f能溶於該租人 物,並選自下列群組:經甲基纖維素,經丙基纖維素^ ^甲基纖維素,及經乙基纖維素。以經乙基纖維素為!; Γ 、纖維素。最佳者,該經乙基纖維素具高分子量及 夕分散性(P〇lydlspersity)。m纖維素 於約uoo,刚而多分散性大於約5分子量/分子數土大« (MW/Mn)。多分散性測量聚合物鍵尺寸 . 較佳佔稀釋後繼量的約。. 右L乙基織維素1太高,若宗 化矽粒子及/ A# & 凡王主佈—厚層在膠質氧 或基材表面,則會阻卿移除。使用高分子量 面㊁液對表面有較大覆蓋性,對基材表丨 ® /、知同包覆岔度,可增加去除率。 驗性化合物 驗性化合物控錢液邱值,加人本發明 鹼性,增加拋光功能。同時,# /吏/、在
值調整拖光時PH值為8或以上 時:此PH 素結團。較佳㈣化合物$ 2 #及水純纖維 時增加經基漠度於晶圓二=::氨量可在抛光 較佳增進去除率方法,因氧化時:^為 ]〇
(修正本)93045L 1262209 w t %, 氨量佔稀釋後衆液總重量的約fl.006 wt%到約〇.〇?5 車乂么為約 0. 0125 到約 0. 0375 wt%。 四曱基銨氫氧化物 、加入四甲基錄氫氧化物(TMAH)可大幅度改良本發明漿 ,功效、’使霧現象較低較好。画為一種有時用來清潔矽 曰曰圓之/合液。TMAH有時有助於安定漿液中氧化矽粒子。 TMAH有助在拋光時於晶圓表面產生疏水性,視經乙基 纖維素表面覆蓋程度而^。麵呈現可降拋光溫度。m土 佔稀釋後漿液總重量之約〇 〇〇〇3wt%到約〇 〇5w % 為約 〇· 0006 Wt%到約 〇· 02 Wt%。 乂土 實施方式 實例1 本發明組合物實例,以改變羥乙基纖維素濃度測試。 各組合物實例中其它材料濃度及性質維持不變。表1 :: 為40 : 1稀釋之配方測試。第!圖說明4〇 : ι稀釋漿=不 羧乙基纖維素濃度改變對霧的影響。 ^ /之中
表I HEC濃度配方(4〇 : 1稀釋) 漿液 目標研磨 HEC(MW) HEC濃度 〇. 500% 4〇?7^ RPTA-0113 4. 00% 1,300, 000 RPTA-0114 「4. 00% 1, 300, 000 oTTs%^ ---------— 0. 500% RPTA-0119 4. 00% 1, 300, 000 —-—._____ ο. 500% ^ (修正木)93〇叹 1262209 . 實例2 本發明組合物實例以改變氨濃度測試。各組合物實例 中其它材料濃度及性質保持不變。表π所示為2〇:1稀釋 下測試之配方。第2圖說明2〇 : 1稀釋漿液改變氨濃度對 去除率的影響。 、又
表II ΝΗ4〇Η濃度測試配方
漿液 目標研磨 HEC(MW) HEC濃度 NH·濃度 目標豨釋 RPTA-0101 9. 50% 1,300, 000 0. 25% 0.245% 20 1 RPTA-0107 9· 50% 1,300, 000 0.25% 0.500% 20 1 RPTA-0111 9. 50% ^ 1,300, 000 0. 25% 0.350% -------- 20 JJ 實例3 本發明組合物實例以改變四曱基銨氫氧化物濃度測 試。組合物實例中其它材料濃度及性質維持不變。表j j t 所示為20 : 1及40 : 1稀釋測試之TMAH配方。表Iv及v 為表111配方所得拋光結果。所有測試均在Strausbaugh Φ 6 EC進行。表ΠΙ20: 1稀釋配方拋光8及1〇分鐘,而表 ΠΙ 40 : 1配方在同樣拋光參數下拋光6分鐘。配方過遽 塾為SMP3100墊。第3圖所示為當TMAH濃度增加時去除率 降低。表IV及V所示為增加TMAH時,去除率及霧的降低。
(修正本) 93045L 1262209
表III TMAH測試配方 漿液 目標研磨 HEC(MW) HEC 濃度 TMAH 濃度 NH.OH 濃度 目標稀釋 RPTA0107 9. 50% 1,300, 000 0.25% 0. 00% 0. 50°/〇 20 RPTA0140 9. 50% 1,300, 000 0. 25% 0. 025% 0. 50% 20 RPTA0113 4. 00% 1,300, 000 0. 50% 0. 00% 0. 50°/〇 40 RPTA0117 4. 00% 1,300, 000 0. 50°/〇 0. 05% 0. 50% 40 RPTA0115 4. 00% 1,300, 000 0. 50% 0. 10% 0. 50% 40 \
表IV TMAH配方拋光測試結果20 : 1 漿液種類 稀釋 溫度 (°C) 去除 (β m) 抛光時間 (分) 去除率 (//m /min) 務 LPD RPTA0107 20 1 30. 8 0. 2486 8 0. 0311 0. 289 221 RPTA0107 20 1 31. 3 0. 2500 8 0. 0313 0. 290 149 RPTA0140 20 1 25. 8 0. 0122 10 0.0012 0. 252 234 RPTA0140 20 1 26. 1 0. 0123 10 0. 0012 0. 268 317
(修正本) 93045L 1262209 表v TMAH配方抛光測試結果40 : 1 漿液種類 稀釋 溫度 rc) 去除 (“ m) 抛光時間 (分) 去除率 (β m /min) 霧 LPD RPTA0113 40:1 29. 8 0.1311 6 0. 0218 0. 253 123 RPTA0113 40:1 30. 4 0. 1311 6 0. 0219 0.260 182 RPTA0117 40:1 27· 9 〇. 0806 6 0. 0134 0.219 173 RPTA0117 40:1 28.3 0.0779 6 0. 0130 0. 232 151 RPTA0115 40:1 25. 7 0.0301 6 0.0050 0. 213 159 RPTA0115 40:1 25. 2 0.0050 0.210 276 ^ 【圖式簡單說明】 第1圖為以40 ·· 1稀釋本發明組合物後,改變組合物 搜乙基纖維素濃度所作基材霧效果繪圖。 第2圖為以20 : 1稀釋本發明組合物後,改變該拋光 組合物氨濃度所得拋光去除率繪圖。 第3圖為以40 · 1稀釋本發明組合物後,改變該拋光 組合物四曱基銨濃度所得拋光去除率。
(修正本) 93045L
Claims (1)
- I262209 弟92103519號專利申請案 申請專利範圍修正本 I (95年5月30日) 種用於拋光矽晶圓之拋光組合物,包含以重量百分比 計算之下列成份·· "〇· 01至1重夏%之花生狀膠質氧化矽粒子,該花生 狀虱化矽粒子具有小於50 nm之初級粒徑,· 提供該氧化矽晶圓親水性表面之水溶性纖维辛· 秘0._至0.075重賴,以提升邱值為至少^ $加石夕姓刻速率;及 水。 2. ::1!專利範圍第1項之拋光組合物,其中該水溶性纖 、准素包括羥乙基纖維素。 3. =請相範圍第2項之拋光組合物,其中祕乙基纖 、、隹f具有至少約5 Mw/Mn之多分散性。 4. 專利範圍第1項之拋光組合物,其中該花生狀膠丨 ^ w粒子包括二級粒子’該二級粒子具有範圍自約 nm至12 0 nm之平均粒徑。 5· 專利範圍第1項之拋光組合物,其中該拋光組合 氧=:步包含自〇·_到U5重量%之四甲基銨氯 93045L修正版 1 Sen:㈣光組合物,其包含以重量百分 〇. 〇1至1重量%之花生狀膠質氧切粒子,該花生 l2622〇9 呔氧化矽粒子具有小於5〇 nm之初級粒徑; 〇. 006至1重量%之水溶性纖維素,其 矽晶圓親水性表面; 、/、氧化 0-0003至0.05重量%之四甲基銨氫氧化物; 〇. 0125至〇. 0375重量%之氨,以裎4 II , 8日祕^ ^ 以挺升PH值為至少 8且乓加石夕姓刻速率·,及 水。 7. ^請專利範圍第6項之拋光組合物,其中該水溶 維素包括羥乙基纖維素。 、籲 8. 如申請專利範圍第7項之拋光組合物,其中該羥乙基纖 維素具至少約5 MW/Mn之多分散性。 9. :"專利範圍第6項之拋光組合物,其中該花生狀膠 貝乳化石夕粒子具範圍自約20⑽至約12〇⑽之平均粒 徑。 1〇.如申請專利範圍第6項之抛光組合物,其中包含0.0_ 至0.02重量百分比之四甲基錢氣氧化物。 # 93045L修正版
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