TWI311091B - Friction reducing aid for cmp - Google Patents

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1311091 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於化學機械研磨之摩擦減低辅助物。 【先前技術】 積體電路由數百萬形成於諸如矽晶圓之基板中或上的活 性設備組成。該等活性設備經化學及物理連接至一基板且 經由使用多位準互連相互連接以形成功能電路。在一製造 = 藉由習知乾式蝕刻方法圖案化介電基板以形成用 ”及水平互連之洞及槽。接著將經圖案化表面視情況 以7擴散障壁層及/或黏著促進層塗佈，接著沈積一金屬 層以填充邊等槽及洞。接著使用化學機械研磨（C⑽）以減 低金屬層之厚度以及擴散障壁層及/或黏著促進層之厚 度，直至曝露下伏介電層，由此形成電路設傷。 在化學機械研磨中，使基板表面與_研磨组合物及一諸 塾之研磨組份接觸。研磨組合物（亦稱為研磨幻通 ;3有水溶液中之磨，材料且藉由使表面與以研磨組合物 飽和之研磨墊接觸將研磨組合物施加於表面。認為研磨组 學組份與所研磨基板之表面材料反應，藉由將表 ㈣料轉化為該等材料之更柔軟、更容易磨損之衍生物， :妾者藉由磨蝕材料及/或研磨墊之機械作用移除該等衍生 ’或早獨藉由增溶藉由機械作用移除的表面材料。在某 二應用中，可將磨料附著於研磨墊之表面。 基板表面及研磨塾表面與其間的研磨組 ° “多動導致的摩擦力可經由藉由磨料顆粒及/或 115713.doc

1311091 研磨墊擦傷基板破壞線，及經由使表面層自基板分層導致 形成於基板上之設備的缺陷。另外，於墊/漿料介面摩擦 加熱研磨墊可導致提前墊失敗。諸如將界面活性劑併入^ 磨組合物中、使用由較柔軟材料組成之研磨墊或降低施加 於基板/研磨墊介面上的力之降低摩擦力之策略通常導致 所研磨材料移除速率降低，此可導致加工時間增加，因此 降低產量且增加總體單位成本。 此外’為降低微電子設備上導電層之間的電容且因此增 加設備可操作之頻率或速度，使用具有介電f數較通常使 用之以二氧化石夕為主之介電材料低的材料以提供電路線之 間的電絕緣。低介電常數材料之實例通常包括有機聚合物 材料、無機及有機多孔介電材料及摻合或複合有機及無機 材料（其可為多孔或非多孔的）。該等材料在機械上較以二 氧化：為主之介電材料柔軟且在設備製造期間更容易受破 壞。高度需要將低介電常數材料併入半導體結構中，同時 仍可利用白知化學機械研磨（CMP)系統用於在半導體晶圓 加工期間研磨所得設備之表面。 日日 , τ展不基板與研磨組份之間降低的摩擦 學機械研磨《且人抓β么 、、〇物及糸統的需要。本發明之此等及其他優 勢’以及其他發明特科胺& 士 中顯而易見。.政將自本文所提供之本發明實施方式 【發明内容】 嗨明提供一種用於而 其包含（a) 一選自由研磨售 基板之化學機械研磨系 料及其組合組成之群的 統， 研磨 H5713.doc 1311091 組份’⑻-水溶性矽酸鹽化合物’其量足以提供〇】重量 %或〇」重量％以上之_，⑷-氧化至少-部分基板之氧 =劑及⑷水，其中研磨系統之pH值為8至12。本發明另外 j供-種化學·機械研磨—基板之方法’該方法包含⑴使 -基板與包含以下成份之化學機械研磨系統接觸⑷一選 自由研磨塾、磨料及其組合組成之群的研磨組 一水 溶性石夕酸鹽化合物，其量足以提供〇1重量％或〇1重量％以 上之叫，⑷-氧化至少—部分基板之氧化劑及⑷水， 磨損至少-部分基板以研磨基板，其中該研磨系統 之PH值為8至12。 【實施方式】 本發明提供—種化學機械研磨（CMp)系統，其包含一研 磨組份、一足以提供0.1重量％或〇.1重量％以上Si〇2之量的 ^谷性石夕酸鹽化合物、一氧化至少一部分基板之氧化劑及 研磨系統之PH值為8至12。水及任何溶解或懸 <於，、中的組份形成化學機械研磨系統之研磨組合物。除 非1外心出’否則本文所引用組份之量係基於研磨組合物 ^重量（亦即水及任何溶解或懸浮於其中之其他組份之 重幻。 。亥研磨組份係選自由研磨墊、磨料、及研磨墊與磨料之 組合組成之群。若存在磨料’則磨料可為任何合 =如磨料顆粒)。可將磨料固定於研磨塾及 形㈣浮於水中。該研磨塾可為任何合適研磨塾，= 許夕為此項技術中已知的。 115713.doc 1311091 該磨料可為任何a 的，且可包含金屬：…4 ’例如該磨料可為天然或合成 匕3孟屬乳化物、 人 類似物。該磨料亦可 、氮化物、金剛砂及其 想地包含金屬氧化物，？ 粒或經塗佈顆粒。磨料理 化紹、二氧物。較佳地’該金屬氧化物係選自由氧 乳化飾、二氧化 組合组忐夕班^ 乳化錯、其共形成產物及其 為20随至5GG nm 平均粒度（例如平均粒徑）通常 %職至_細（例如^至^/磨料顆粒之平均粒度為 ^ Ί,芯 至 300 nm，或 50 nm至 250 nm， 或 75 nm至 200 nm)。 當將磨料縣淫％ p + ..,'、於水中時（亦即當磨料為研磨組合物之組 :)，任何合適量之磨料可存在於研磨組合物中。通 :’ 〇.〇1重$%或〇.01重量％以上(例如〇.〇5重量％或〇.〇5重 以上)磨料將存在於研磨組合物中。更特定言之，〇1 重夏％或0· 1重里％以上磨料可存在於研磨組合物中。研磨 組合物:磨料之量通常將不會超過20重量％，更通常不超 過10重量％(例如不超過5重量％)。較錢，研磨組合物中 磨料之量為0 05舌旦。/2；。& θ

重里/〇至2重夏％，且更佳地〇 ·丨重量％至J 重量％。 研磨系統可包含任何合適研磨墊（例如研磨表面）。合適 研磨墊包括（例如）編織及非編織研磨墊。此外，合適研磨 墊可包含可變密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮時之回彈 能力及壓縮模數之任何合適聚合物。合適聚合物包括（例 如）聚氣乙稀、聚氟乙烯、耐綸、碳氟化合物、聚碳酸 酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基 115713.doc 1311091 甲酸醋、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成產物及其混合物。 研磨系統包含水溶性矽酸鹽化合物。該水溶性矽酸鹽化 合物可為任何合適的水溶性矽酸鹽化合物。理想地，該水 冷性矽酸鹽化合物為鹼金屬矽酸鹽。較佳地，該水溶性矽 π化s物係選自由梦酸卸、梦酸鈉、偏梦酸卸及偏石夕酸 鈉組成之群。更佳地，該水溶性矽酸鹽化合物為矽酸鉀。 l用於本發明之水溶性石夕酸鹽化合物可為石夕酸鹽玻璃。 夕馱鹽玻螭通常藉由使二氧化矽砂與合適鹼金屬化合物 (例如碳酸鈉或碳酸鉀）高溫融合製備。 水洛性♦酸鹽之通式，其中μ為選自 由鈉*及鋰組成之群的鹼金屬’且稱為模數之分別 為每莫耳％◦之SiQ2及H2q的莫耳數。模數 =耳比。叫與M2Q之重量比亦通“於描述水溶性驗 ，矽酸鹽之組成。模數m可為任何合適的非零正軸如 ^ )通常為1至4，且更通常為2至4(例如2.8至3.9 或3至3.6)。 ^較佳實施例中，該水溶性錢鹽化合物為通式為 比1〇2之石夕酸鉀，其中模數出（例如叫與K2〇之莫耳 )為非零正數。矽酸鉀可具 、 該模數為…以上。較佳地，該=數。理想地， 地’該模數為3至3.6。 ’、' .8至3.9。更佳 水溶性砂酸鹽化合物存在於研磨組合 一種提供水溶性矽酸鹽化合物之方 I合液中。 石夕酸鹽化合物溶解於水中以提供^^體形式水溶性 或者，可稀釋水溶 115713.doc 10 1311091 性矽酸鹽化合物之濃溶液以獲得溶液中水溶性矽酸鹽化合 物之所要濃度。各等級之矽酸鉀及矽酸鈉水溶液為市售 的，其中該等溶液由其製備中所使用之矽酸鹽的特定模數 以及溶液之重量％ Si〇2及重量％ Κ2〇或Na2〇表徵。Zacl〇n， (Cleveland, OH)APQ Corporation(Valley Forge, PA)^ 矽酸鉀及矽酸鈉之固體形式及溶液的兩個主要供應商。

亦可藉由熱液方法獲得矽酸鉀水溶液，其中使二氧化矽 (例如Si〇2)源與氫氧化鉀水溶液在高溫及/或高壓條件下反 μ用於產生矽酸鉀水溶液之合適熱液方法揭示於美國專 利第5,〇84,262號及第5,238,668號中。 研磨系統之研磨組合物可包含任何合適量之水溶性矽酸 现化5物。一般而έ，存在於研磨組合物中水溶性矽酸鹽 2合物之含量表示為以水及溶解於其中之任何組份之總重 里計由該水溶性矽酸鹽化合物提供之以〇2重量百分比。應 瞭解式"SiO2"為一種形式表示，其允許計算研磨組合物中 所使用之水溶性矽酸鹽化合物之量而與其來源無關（例如 如本文所述之各種組合物的水溶性矽酸鹽化合物之水溶液 或固體形式）。通常，該研磨組合物包含充分水溶性矽酸 鹽 化合物以提供0.1重量％或重量％以上（例如〇·25重量％ 〇.25重量％以上、〇.5重量％或〇 5重量％以上、}重量％或 或 重量。/。以上、i.5重量％或1>5重量％以上或2重量％或2重量 %以上）之Si〇2。研磨組合物較佳包含充足水溶性矽酸鹽化 合物以提供8重量％或8重量％以下（例如6重量％或6重量〇乂 以下 '或4重量％或4重量％以下或甚至3重量％或3重量％以 H57l3.doc -11 - 1311091 7 ml»2。研磨組合物最佳包含0·25重量％至5重量％(例 如0.5重f%至4重量％ ’或1重量％至3重量％)之|§丨〇2。 研磨系統之研磨組合物包含一氧化至少一部分基板之氧 化劑。任何合適氧化劑可用於本發明。合適氧化劑包括無 機及有機過化合物、溴酸鹽、硝酸鹽、氯酸鹽、鉻酸鹽、 碘酸鹽、鐵及銅鹽（例如硝酸鹽、硫酸鹽、EDTA鹽及檸檬 酸鹽）、稀土金屬氧化物及過渡金屬氧化物（例如四氧化 娥）、鐵氰化鉀、重鉻酸鉀、碘酸、醌及其類似物。過化 合物（如Hawleyis Condensed Chemical⑽心叫所定義）為 一種含有至少一個過氧基（__〇一〇__)之化合物或一種含有 處於最高氧化態之元素的化合物。含有至少—個過氧基之 化合物的實例包括(但不限於)過氧化氫及其諸如脲過氧化 氮及過碳酸鹽之加合物’諸如過氧化节醯、過氧乙酸及過 氧化—第三丁基之有機過氧化物、單過氧硫酸鹽⑽2 )、 ^過^酸鹽（SW)及過氧化納。含有處於最高氧化態 :兀素之化合物的實例包括(但不限於)過礙酸、 二過漠酸鹽、過氯酸、過氯酸鹽、過《、過 成輯鹽。較佳地，該氧化劑係選自由 組成之群：過氧化氫、碘酸鹽、 負 氧單硫酸硫酸氫越、㈣越 .夂義 ' 過硫酸鹽、過 合。更佳妯，π 月®夂鐵、硝酸鹽、醌及其組 也S玄礼化劑為碘酸鉀或過氧化氫。 當氧化劑為鹽時，該氧化劑可呈 &。 適陽離子之非限/、壬可合適陽離子。合 二限制貫例包括奸、銨及其 4化劑為酉昆時，該氧化劑可為 1J D通醌。合適醌之 115713.doc 1311091 非限制督么I 4 R v彳包括苯醌、萘醌及蒽醌。醌可於任何可用位置 " 可&適取代基或取代基組合取代。較佳取代基包括在 研磨組合舶J 1 D物之水中賦予醌溶解性或乳化性的基團。合適取 代基包括（但不限於）羥基、胺基、單烷基胺基、二烷基胺 基、飧酸、羧基、膦酸、其鹽及其組合。在一實施例中， 醚經至少一個羥基取代。在其他實施例中 西昆經至少一個

酸性取代基或其 係選自由續酸、 鹽取代。較佳地，該至少一個酸性取代基 叛基及膦酸組成之群。更佳地，該至少一 個I陡取代基為磺酸（_S03H)。應瞭解酸性取代基可形成 鹽，且在此點上具有酸性取代基之醌可作為酸、鹽存在， 或夕取代時可作為部分鹽存在（例如二續酸之單 鹽）。可以酸形式或鹽形式提供具有酸性取代基之醌用於

發明之研磨組合物。較佳蒽醌係選自由蒽職二磺 酸、蒽醌_2_磺酸、蒽醌+8-二磺酸、蒽醌―丨，5 —二磺酸、 酸性藍45、其鹽及其組合組成之群。較佳苯酿包括 醌及2,5-二羥基·!，4_苯醌。較佳萘醌包括】，萘醌_4_磺酸 及其鹽。 研磨系統之研磨組合物中氧化劑之濃度理想地為i福 或！ mM以上（例如2满或2蝴以上，或3賴或3碰以 上，或5 mM或5 mM以上）。研磨組合物中氧化劑之濃度較 佳地為以下（例如g.5m^.5m以下狀或 0.25 Μ以下或 0.1 Μ或 0.1 jy[以^ ji. 以下）。乳化劑之所要濃度可藉 由任何合適方式達成’例如藉由在研磨組合物製備中使用 以水及溶解或詩於其中的任何組份之重料⑽重量❶/。 1157I3.doc -13- 1311091 至20重量％之氧化劑。 研磨系統之pH值為8至12。較佳地，研磨系統之pH值為 8至11、更佳地9至11。研磨系統ipH值可藉由任何合適方 式達成及/或維持。更特定言之，該研磨系統可另外包含 pH值調節劑、pH值緩衝劑或其組合。藉由溶解矽酸鹽玻 璃（例驗金屬石夕酸鹽）獲得或藉由熱液方法製備之水溶性 夕酉夂麻化δ物水，谷液具有丨丨或丨丨以上之強鹼性pH值，因為 二係由強鹼與弱酸之鹽組成。若需要，則可藉由添加充分 里S夂使水洛性矽酸鹽化合物之強鹼溶液酸化以中和所存在 之充刀M2〇以獲得所要阳值，從而調整研磨系統之阳值。 pH值調節劑可為任何合適pH值調節化合物。舉例而言， 卩11值„周即劑可為足夠強以產生所要最終值之任何合適 酸。合適酸之實例包括硝酸、乙酸、磷酸及其類似物。若 需要’則可藉由添加強鹼來增加PH值。強鹼之實例包括氫 氧化卸、氫氧化銨及氫氧化四烧基錢（例如氫氧化四甲基 銨）。 pH值緩衝劑可為任何合適pH值緩衝劑，例如磷酸鹽、 乙酸鹽、㈣鹽、錄鹽及其類似物。當使用緩衝劑調節研 磨系統PH值時，應瞭解將充分緩衝劑添加至研磨系統以中 ^充分⑽’從而供所要PH值。研磨系統可包含任何合適 量之PH值調節劑及/或PH值緩衝劑，只要該量足以達成及/ 或維持本文提出範圍内之研磨系統pH值。 可於任何合適時間調整研磨系統pH值。舉例而言，可在 將水☆H石m鹽化合物添加至如本文所述研磨系統之研磨 115713.doc -14- 1311091 V /|、J 厂/| 受 組〇物傻έ周郎pH值 添加至研磨組合物，Α中今 /合石夕酸鹽化合物 /、丁唸研磨組合物包含旦 節劑及/或pH值緩衝劑，使犋 刀里PH值調 磨組合物完全混合後獲得鹽化合物與研 使用糊如於基板之表面）調節研磨；^例中，於 研磨系統視情況包含—腐#抑制劑（ 抑制劑可為用於基板任何組 仏])。腐蝕 杜从^, 之任何合適腐钱抑制劑。θ :也，腐糊劑為銅腐钱抑制劑。出： 蝕抑制劑為在經研磨表面之一 的，腐 (例如溶解抑制廢、夕j 为上促進形成純化層 J如冷解抑制層）之任何化合物或化合物 腐蝕抑制劑包括（例如）含氮 ° 可用 .,,. 虱雜衣化合物。腐蝕抑制劑理相 地包含-或多種5員或6員 ㈣齊i理想 括1，2,3-三唾、124 一； 氮展。較佳腐钱抑制劑包 唑及P ，，、苯幷三唑、苯幷咪唑、苯幷噻 坐及其何生物，例如其 、魏基-、硝基…服〜Γ 亞胺基…緩基- 地，哕腐蝕" '或烷基-取代的衍生物。最佳 該腐蝕抑制劑係選自由苯幷三唑、 三唑及其混合物組成之 ，，-二》 ' 1,2,4- ^ θ 群。本务明研磨系統可包含任何a 適罝之腐蝕抑制劑。—炉 7 ° ^ 〇 〇〇c ^ θ 。，研磨系統之研磨組合物包 :2=:%至1重量Μ例如。.。⑽ 重里/0)腐名虫抑制劑。 該研磨系統視情況 添加劑包括任何人料/ 3 一或夕種其他添加劑。該等 , 口適界面活性劑及/或流變控制劑。合適 Η ;苟離子界面活性劑、陰離子界面活 _、陰離子聚電解質、非離子界面活性劑、兩性界面活 H5713.doc -J5- 1311091 性劑、氟化界面活性劑、其混合物及其類似物。 研磨系統視情況另外包含消泡劑。該消泡劑可為任何人 適消泡劑。合適消泡劑包括(但不限於)以矽為主及以炔屬 二醇為主的消泡劑。研磨系統之研磨組合物中存在的消泡 劑之量通常為40 ppm至140 ppm。 研磨系統視情況另外包含殺生物劑。該殺生物劑可為任 何合適殺生物劑，例如異噻唑酮殺生物劑。在研磨系統中

所用殺生物劑之量通fAl ppm至· ppm，且較佳地為1〇 PPm至 200 ppm。 士 =您糸統之研磨組合物可藉由任何合適技術製備，其中 =為熟習此項技術者已知的。研磨組合物可以分批或連 :製程製備。一般而言’該研磨組合物可藉由以任何順序 合倂其組份製備。本文所使用之術語”組份，，包括個別成份 (例如磨料 '水溶㈣酸鹽化合物等）以及成份之任何組合 (例如磨料、水溶性矽酸鹽化合物、氧化劑等）。 亦可作為意欲以適當量之水在使用前稀釋之濃縮物提供 7磨系統之研磨組合物。在該等實施例中，研磨組合物濃 土缩物可包含磨料、水溶性石夕酸鹽化合物、氧化劑及水，其 :處於—S以適當量之水稀釋濃縮&，研磨組合物之各組 =將以以上關於各組份引用之適當範圍内之量存在於研磨 :合物中的量。舉例而·^，磨料、水溶性矽酸鹽化合物及 俨化劑可各以較以上關於各組份所引用濃度大2倍（例如3 或5倍)之量存在於濃縮物中，使得當以等體積水 刀別2倍體積水、3倍體積水或4倍體積水）稀釋濃縮物 H57l3.doc 1311091 時’各組份可以以上關於各組份提出之範圍内的量存在於 研磨組合物中。此外，如—般熟習此項技術者所瞭解，該 ，辰縮物可含有存在於最終研磨纪合物中之合適比例的水以 •水溶性石夕酸鹽化合物、氧化劑及其他合適添加劑至少 $分或完全溶解於該濃縮物中。 叩仍令f明t任何组

:以：Γ想地為兩種或兩種以上组份單獨儲存且隨後混 人物磨系統之研磨組合物。在此方面，製備研磨組 如將所有組份混合在—起）接著將其傳送至基板表 面為3適的。在基板表面製備研磨組 兩個或兩個以上不同、、丄由傳达來自 來源的研磨組合物，藉此研磨組合物 ，，且份在基板表面（例如在使人 的。無論在何種狀況下，可在…，，）匯5亦為5適 _ j在研磨製程前或研磨梦寂 改變研磨組合物之組份傳 U研磨Μ期間 組合物特定組份之傳送”表面之流率(亦即研磨 磨逮率之研磨特徵。，使得改變研磨系統的諸如研 裳卒统提㈣^ 心酸鹽化合物、氧化劑及水之爸 糸、、、先美供研磨組合物。 水可以乾燥形式或 ^ m讀料鹽化合物； ^ # _g_ ^ 中，谷液或分散液，在第一容器_ 祆1、且虱化劑可在第二容。。 令益〒 活性劑及/或腐蝕抑制二‘供。可將諸如磨料、界® 盗中或第三容器中。此夕卜 置於弟及/或弟二溶 乾燥形式，而相應容器中&二容11中之組份可為 式。此外，對於第— 、、且份可為水性分散液或溶液形

3第—容器中之組份而言具有不同pH H5713.doc •17- 1311091 值’或具有類似或甚至相箄 可選組份為固體，則二 合適的。若諸如磨料之 供。理相地，負乂 無形式或作為水中混合物提 供，且1 胃㈣Μ物之其他組份分別提 /、 由（例如）最終使用者將其盥 在使用，χ ' 磨，·且合物之其他組份 使用則不久（例如，使用前1週或更輛油 矩、使用f ® 4 次更紐、使用前1天或更 使用小時或更短、使用前1〇分鐘或 为鐘或更短)合倂。其他兩個容 -别 残 次二個或三個以上容 盗、研磨組合物組份之組合為_ 的。 巧般熟習此項技術者已知 雖然研磨系統之研磨組合物的 田二 w J隹使用刖或甚至使 用則不久良好組合，但可於或接近 %便用點合倂研磨組合物 、、且份。如本文所使用，術語，，使用點”係指研磨組合物血 基板表面接觸之點。當用使用點混合合倂研磨组合物之组 伤時’將研磨組合物之組份分別儲存於兩個或兩個以上儲 存設備中。 為了在或接近使用點混合儲存設備中所含有之研磨组人 物之組份’儲存設備通常具有—或多個自各儲存設備引導 至研磨組合物使用點（例如壓板或基板表面）之流線。術 語”流線，，意謂自單一儲存容器至其中儲存組份之使用點流 動的路徑。該或該等流線各可直接引導至使用點，或在使 用多於一個流線狀況中’兩個或兩個以上流線可於任何點 合倂為單一引導至使用點之流線。此外，任何該或該等流 線（例如個別流線或合倂流線）可在達到組份使用點前首先 引導至一或多個其他設備（例如抽吸設備、量測設備、混 115713.doc 18 1311091 合設備等）。 可將研磨組合物之組份獨立傳送至使用點（例如將該等 組份傳送至基板表面，在研磨期間在其上混合該等会 或在傳送至使用點前《等組份立即合併。若組份在達到 使用點前_、内合倂、較佳在達到使用點前5秒内合併、 更佳在達到使用點前i秒内合併或甚至與組份傳送至使用 點同時合倂⑼如組份於分配器切），則其"在傳送至使用 點前立即”合併。若組份在使用點5 m内（例如使用點！ _ 或甚至使用點1〇 cmR (例如使用點i CM内乃合倂，則亦 為’，在傳送至使用點前立即，，合倂組份。 當研磨系統之研磨組合物之兩種或兩種以上組份在到達 使用點前合併時’可使該等組份在流線内合倂且傳送至使 用點而不使用混合設備。或者’可將一或多個流線引導入 一混合設備中以促進兩種或兩種以上組份合倂。可使用任 何合適混合設備。冑例而·^，該混合設備可為兩種或兩種 以上組伤經由其流出之噴嘴或噴口（例如高壓噴嘴或喷 口）。或者，該混合設備可為一包含一或多個入口及至少 一個出口之容器型混合設備’其中研磨組合物之兩種或兩 種以上組份經由該等入口引入混合器，且經混合組份經由 該至少一個出口離開混合器直接或經由其他裝置元件（例 如經由一或多個流線）傳送至使用點。此外，混合設備可 包含一個以上腔室，各腔室具有至少一個入口及至少一個 出口，其中兩個或兩個以上組份在各腔室中合倂。若使用 谷器型混合設備，則该混合設備較佳包含混合機制以進一 115713.doc • 19- 1311091 步促進組份之合倂。混合機制通常為此項技術中已知的且 包括攪拌器、摻合器、攪動器、授拌隔板、噴氣系統、振 動器等。 本發明另外提供-種使用本文所述之研磨系統研磨基板 之方法。研磨基板之方法包含：⑴使基板與前述研磨系統 觸及（11)磨損或移除至少一部分基板以研磨該基板。 特定言之，本發明方法包含以下步驟：⑴使基板與包含 研磨組知、足以提供“重量％或0·ι重量％以上Si〇2之量的 水溶性秒酸鹽化合物、氧化至少—部分基板之氧化劑及水 之化學機械研磨系統接觸，其中該研磨系統之pH值為8至 及（ii)磨損至少一部分基板以研磨該基板。 ，根據本發明，可以本文所述之研磨系統藉由任何合適技 術研磨該基板。本發明方法尤其適用於化學機械研磨 (CMP)裝置。通常，該裝置包含一當使用時處於運動中且 具有由回轉狀、線狀或環狀運動導致的速度之壓板、一當 運動時與該壓板接觸隨該壓板移動之研磨墊及一藉由接觸 研磨墊表面且相對於其移動來固持待研磨基板之載體。藉 由/、本备明研磨系統接觸放置之基板’且藉由相對於基板 移動之研磨墊，以及其間之研磨系統的其他組份發生基板 之研磨’以磨損及移除一部分基板’從而研磨基板之至少 一部分。 该基板可為能由本發明方法研磨之任何合適基板。該基 板可包含金屬（例如銅、鈕、鋁、鈦、鉬及其類似物）、金 屬合金（例如不銹鋼、鈷-鉻及其類似物）、半導體（例如氮 1157I3.doc •20- 1311091 化鎵、砷化鎵及其類似物）、陶瓷（例如碳化矽）、聚合物 (例如聚碳酸酯）、光學材料（例如藍寶石、硫化鋅、硒化鋅 及其類似物）、金剛石及絕緣材料。

該基板可包含任何合適微電子基板（例如積體電路、金 屬ILD層、半導體、薄膜、MEMS、磁頭）且可另外包含 任何合適絕緣、金屬或金屬合金層（例如金屬導電層）。較 佳地’該金屬層包含m地，該基板另外包含—包= 鋼之金屬層。該絕緣層可為金屬氧化物、多孔金屬氧： 物 '玻璃、有機聚合物、氟化有機聚合物或任何其他合適 高或低k絕緣層。該絕緣層較佳包含—介電f數為3.5或口35 以下之介電材料。 低介電常數(亦即低k介電)材料之實例包括(但不限於)摻 獻氧H、諸如推碳之二氧化梦(cdo)之有機改質秒 :::氣…諸如氣化或未經氣化之聚對二甲苯基及聚 的。多孔低介電材料之實例:可為多孔的或非多孔 美供主€ 貫例為夕孔氫倍半氧矽烷或多孔甲 基倍+氧矽烷、諸如氣 _ 積矽# AS ' "夕孔二氧化矽結構 '低溫沈 積:广、低溫沈積—及摻甲基之多 矽。 有機改貝之矽破璃或摻碳之二氧化 秀才丨J的為，本發明w綠么 磨相關之摩擦係數同I:允許降低與基⑽ 理想地，CMP裝置另外：：：接受之研磨速率。 其中許多為此項技術中p ^ ^ ―原位研磨端點制系統， 口的。藉由分析自基板表面反射 1157I3.doc 1311091 之光或其他㈣來檢測及監控研磨製程的技術為此項技術 中已知。理想地，關於所研磨基板檢測或監控研磨方法進 程能確定研磨端點，亦即確定何時對特定基板終止研磨製 程。 以下實例進-步說明本發明’但當然不應理解為以任何 方式限制本發明之範疇。 實例

此實例說明在使用本發明方法研磨包含鈕之基板中觀察 到的摩擦係數減低。 以不同研磨組合物（研磨組合物八及…研磨包含鈕之25〇 _層的类員似基板。各研磨組合物八及8含有pH值為^之水 中之〇·5重量％之二氧化鈽及〇2〇重量％之碘酸鉀。研磨組 合物B另外含有3重量％之石夕酸鉀。 該基板使用聚胺基曱酸酯研磨墊使用以下參數在 Logitech Model CDP研磨器上研磨6〇秒：基板相對於研磨 塾之下壓力13_8 kPa(2 psi)，壓板速度66啊，7()啊载體 速度，160 mL/min研磨組合物流率及使用聚胺基甲酸酿研 磨墊。研磨後，使用電阻率量測確定移除速率。 藉由研磨操作期間載體機械軸之位移與由研磨塾與基板 之間摩擦產生的力之間的關係確定摩擦係數。參考圖干 將電性連接至記錄設備㈣之非接觸電容位移感應器⑽ 鄰接於研磨器（40)之載體機械軸（3〇)放置，其中存在間隔 (5°)。由基板研磨期間產生的摩擦力產生之力F(60)引：的 載體機械轴之位移導致感應器輸出電塵改變。藉由作為以 1157I3.doc -22- 1311091 垂直於載體機械軸中心轴之方向祐a <万向知加於載體機械軸的已知 力之函數量測感應器輸出電塵择溫妒 电又侍杈正曲線。使用經6〇秒 研磨時間之平均輸出電壓自校正曲t 曲線確疋在研磨實驗期間 施加於載體機械軸的平均力F 0白癸 ”刀a自專式P = Fa/P自力Fa及基 板（80)相對於研磨墊P(9〇)之下壓 V ^卜&力（70)計算摩擦係數μ。 結果陳述於表中。 研磨組合物 移除速率(A/min) 摩擦係數(μ) A(比較） 339 -------- 0.45 B(本發明） 300 0.35 7 ώ 老丄 ....... ...~1 小w叫勿兄的，在本發明研磨組合物中 存在3重量％料鉀導致在包含组層之基板的研磨 ^摩。擦係數之㈣％減低’料㈣除速率僅降低: ,〇。因此，此實例之結果證明由本發明研磨組合 法可達成的摩擦減低。 【圖式簡單說明】 兒明一種測定化學機械研磨製程之摩 法。 于k你數的方 【主要元件符號說明】 10 20 _ C錄設備 3 〇 載體機械轴 40 研磨器 非接觸電容位移感應器 H5713.doc -23 - 1311091

間隔 力F 壓力 基板 研磨墊P 115713.doc -24

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1. 一種用於研磨一基板之化學機械研磨系統，其包含： (a) —選自由一研磨墊、一磨料及其組合組成之群的研 磨組份， (b) —水溶性矽酸鹽化合物，其量足以提供〇1重量％或 0.1重量％以上之Si02， (c) 一氧化至少一部分基板之氧化劑，及 ⑷水， 其中該研磨系統之pH值為8至12。 2. 如β求項1之研磨系統，其中該水溶性矽酸鹽化合物係 選自由矽酸鉀、矽酸鈉' 偏矽酸鉀及偏矽酸鈉組成之 群。 3. 士凊求項2之研磨系統，其中該水溶性矽酸鹽化合物為 石夕酸鉀。 4_ 士 1求項3之研磨系統，其中該矽酸鉀係以足以提供〇 μ 重量％或〇.25重量％以上之si〇2之量存在。 八. 5. 如請求項3之研磨系統，其中該矽酸鉀之Si〇2:K2〇莫耳 比為2 · 8至3.9。 6. 如請求項5之研磨系統，其中該矽酸鉀之Si〇2:K2〇莫耳 比為3至3.6。 ' 月长項1之研磨系統，其中該氧化劑係選自由以下 質組成之群.、两— 鶊、_ 過氧化氫、碘酸鹽、高錳酸鹽、過硫酸 過氧單硫酸硫酸氫鹽、鉬酸鹽、硝酸鐵、硝酸g®、 酉昆及其組合。 | 115713.doc 1311091 8.如請求項1之研磨系％〜 料’其中哕廢〃中该研磨系統另外包 9.如請求：料係懸浮於水中。 磨 頁8之研磨季銘 二氧化歸、二氧切、氧;tr磨料係選自由氧化紹、 】0.如請求項】> m & 氧化錐及其組合組成之群。 之研磨系統’其中 及-磨料，#中該磨豸系統包含-研磨塾 11·如請求項丨 抖係固疋於該研磨墊。 項1之研磨系統，Α 以0·5重量0/。或0.5重量％以;;之rt谷性石夕酸鹽化合物係 如請求項}之 里子在。 13. -種化， 其中軸值為9至”。 于機械研磨-基板之方法，該方法包含·· 7 & —基板與一包含乂 觸： 乂下成知之化學機械研磨系統接 (a) —選自由一研磨墊、 研磨組份， 一磨料及其組合組成之群的 (b) —水溶性料鹽化合，其量足以提供Qi重量％或 〇.1重量％以上之si〇2物， (c) ~氧化至少一部分該基板之氧化劑，及 ⑷水，及 (ii)磨損至少一部分該基板以研磨該基板， 其中該研磨系統之pH值為8至12。 14.如請求項13之方法，其中該水溶性矽酸鹽化合物係選自 由矽酸鉀、矽酸鈉、偏矽酸鉀及偏矽酸鈉組成之群。 1 5.如請求項14之方法’其中該水溶性矽酸鹽化合物為石夕酸 钾。 115713.doc 1311091 ’如睛求項1 5之方法，其中該矽酸鉀係以足以提供〇 .25重 置％或0.25重量％以上之8丨〇2之量存在。 17. 如请求項15之方法’其中該矽酸鉀之si〇2:K2〇莫耳比為 2·8至 3.9 〇 18. 如凊求項17之方法，其中該矽酸鉀之Si〇2:K2〇莫耳比為 3 至 3.6。

   D月求項13之方法，其中該氧化劑係選自由以下物質組 、過氧化虱、破酸鹽、南猛酸鹽、過硫酸鹽、過 氧單硫酸硫酸氫鹽、鉬酸鹽、硝酸鐵、硝酸鹽、醌及其 組合。 20‘如請求項13之方法，其中 其中該磨料係懸浮於水中 δ亥研磨系統另外包含一磨料 h如μ求項20之方法’其中該磨料係選自由氧化鋁、 化鈽、二氧化妙、氧化錯及其組合組成之群。 一 22.如睛求項13之方法，其中該研磨系統包含—研

   磨料，其中該磨料係固定於該研磨墊。 及一 23·如請求項13之方法， 重量％或0.5重量❹/0以 24. 如請求項13之方法， 25. 如請求項13之方法， 2 6.如請求項2 5之方法， 2 7.如睛求項2 6之方法， 2 8.如请求項13之方法， 3_5以下之介電層。 其中該水溶性矽酸鹽化合物係以〇. 上之量存在。 其中該pH值為9至11。 其中該基板包含一金屬層。 其中該金屬層包含鈕。 其中該金屬層另外包含銅。 其中該基板包含-介電常數為3.5或 115713.doc 1311091 29.如請求項28之方法，其中該介電層為一經有機改質之矽 玻璃。 3 0.如請求項28之方法，其中該介電層為摻碳之二氧化矽。 3 1.如請求項28之方法，其中該基板另外包含一金屬層。 3 2.如請求項3 1之方法，其中該金屬層包含组。 33.如請求項32之方法，其中該金屬層另外包含銅。

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