TWI378142B - Silicon carbide polishing method utilizing water-soluble oxidizers - Google Patents

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TWI378142B TW096133090A TW96133090A TWI378142B TW I378142 B TWI378142 B TW I378142B TW 096133090 A TW096133090 A TW 096133090A TW 96133090 A TW96133090 A TW 96133090A TW I378142 B TWI378142 B TW I378142B
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Description

1378142 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -· 本發明係關於研磨碳化矽基板之方法。 ' 【先前技術】 非常需要具有更有效地操作以實現功率消耗顯著降低之 能力之半導體。通常，矽基板用於製造該等裝置，然而， 進一步發展由於矽之固有特徵而受到限制。下一代半導體 裝置之發展強調使用具有較高硬度及其他獨特特性之材 % 料。舉例而言，當與氧化矽相比時，碳化矽具有更高熱導 率、更大輻射容限、更高介電強度，且能夠經受更高溫 度，此使其適於多種應用。然而，碳化石夕之使用因半導體 製造技術而受到限制。 為製造碳化矽半導體，必須研磨碳化矽基板表面以提供 平滑表面且獲得表面之精確尺寸。使碳化矽成為有用基板 之特性在研磨方法中提供獨特挑戰。由於碳化矽之硬度， 通常使用金剛石磨料來機械研磨碳化矽基板。 貫穿半導體工業中廣泛使用化學機械研磨（CMp)技術以 研磨當代矽裝置。CMP包括使用含有研磨劑及水性物質之 研磨組合物（亦稱為研磨漿），其係藉由使表面與經該研磨 組合物浸透之研磨墊接觸而塗覆於該表面。研磨組合物亦 可含有氧化劑，其可使得基板侵蝕性機械磨損較小，因此 降低由研磨過程引起之對於基板之機械損壞。使用該等研 磨碳化矽基板之技術可藉由減少研磨時間及降低對基板之 損壞來極大降低製造半導體之成本。 124481.doc 1378142 使CMP技術適合於碳化矽研磨相對而言並不成功。含有 朦體二氧化矽之研磨組合物導致低碳化矽移除速率，因此 而要在50C左右之溫度下持續數小時之超長研磨週期，其 可能導致損壞碳化矽基板。Zhou等人，乂五 心c.，144 ’ 第 L161 至 L163 頁（1997) ; Neslen 等人，汄 五/ecirowz.c 如er/aAs，30，第 1271 至 1275 頁（2001)。長研
磨週期使該方法增加相當大之成本且其係阻止在半導體工 業中普遍使用碳化矽之障礙。因此，仍保持對於研磨包含 碳化矽之基板之替代研磨系統及方法的需要。 【發明内容】 本發明提供一種化學機械研磨基板之方法，該方法包含 ⑴使一包含至少一層單晶碳化矽之基板與包含以下各物之 化學機械研磨組合物接觸：（a)液體載劑，（b)懸浮於該液 體載劑中之研磨劑，其中該研磨劑為平均粒度為4〇 11〇1至 130 nm之大體球形之二氧化矽粒子，及（c)選自由過氧化 氫、過硫酸氫鉀、硝酸鈽銨、過碘酸鹽、碘酸鹽、過氧硫 酸鹽及其混合物組成之群的氧化劑，（ii)相對於該基板移 動該研磨組合物，及（iii)研磨該基板之至少一部分碳化矽 以研磨該基板。 本發明另外提供一種化學機械研磨基板之方法，該方法 包3⑴使包含至少一層單晶碳化石夕之基板與包含以下各 物之化學機械研磨組合物接觸：（a)液體载劑，（b)懸浮於 該液體載劑t之研磨劑，其中該研磨劑為氧化鋁且係以用 該液體載劑及任何溶解或懸浮於其中之組份之重量計3 124481.doc 1378142
Wt.%或更少之量存在，及⑷氧化劑，其中該氧化劑係以 用該液體載劑及任何溶解或懸浮於其中之組份之重量計 0.001 wt.%至0.5糾％之量存在，且係選自由過氧化氫、 過硫酸氫鉀、硝酸鈽銨、過碘酸鹽、碘酸鹽、過氧硫酸鹽 及其混合物組成之群，及（ii)相對於該基板移動該研磨組 合物，及（iii)研磨該基板之至少一部分碳化矽以研磨該基 板。 本發明亦提供一種化學機械研磨基板之方法，該方法包 含⑴使一包含至少一層碳化矽之基板與包含以下各物之化 學機械研磨組合物接觸：（a)液體載劑、（b)懸浮於該液體 載劑中之研磨劑，及（c)氧化劑，其中該氧化劑係以用該液 體載劑及任何溶解或懸浮於其中之組份之重量計〇 〇〇1 wt·%至0.5 wt.%之量存在，且係選自由過硫酸氫鉀、過氧 硫酸鉀及其混合物組成之群，（ii)相對於該基板移動該研 磨組合物，及（iii)研磨該基板之至少一部分碳化矽以研磨 該基板。 【實施方式】 本發明k供一種化學機械研磨包含碳化^夕之基板的方 法。該方法包含：⑴接觸一包含至少一層單晶碳化矽之基 板’（H)相對於該基板移動研磨組合物，及（丨⑴研磨該基板 之至少一部分碳化矽以研磨該基板。該研磨組合物包含以 下各物，基本上由以下各物組成或由以下各物組成：（a)液 體載劑，（b)懸浮於該液體載劑中之研磨劑，及（c)氧化 劑0 124481.doc 1378142 在第—實施例中，研磨香丨盍亚Λ上 之大…，/磨劑為千均粒度為4〇咖至130 nm Μ體球形之二氧切粗子，且氧化劑係選自由過氧化 =、過硫酸氫卸、魏鈽錢、過破酸鹽、蛾酸鹽、 酸鹽及其混合物組成之群。在第二實施例中，研磨劑為： lb銘且係以㈣«劑及任何溶解或懸浮於其中之組份之 =计3 W更少之量存在，且氧化劑係以用液體載劑 及^㈣解或懸浮於其中之組份之重量狀謝心至0.5 wt·%之量存在’且係選自由過氧化氫、過硫酸氫钟、确酸 鈽錄、過破酸鹽、碟酸鹽、過氧硫酸鹽及其混合物組成之 群在第二實施例中，氧化劑係以用液體載劑及任何溶解 或懸浮於其中之組份之重量計請i败％至05 wt%之量 存在，且係選自由過硫酸氫鉀、過氧硫酸卸及其混 成之群β % 待使用本發明之方法研磨之基板可為包含至少―層碳化 :之任何合適基板。合適基板包括(但不限於)平板顯示 益、積體電路、記憶體或硬碟、金屬、層間介電（ild)裝 置、半導體、微電子機械系統、鐵電體及磁頭。碳化矽可 包含任何合適碳化石夕，基本上由任何合適碳化石夕組成或由 任何合適碳化石夕組成’其中多數在此項技術中已知。碳化 石夕可為單晶或多晶的。碳化石夕具有多種不同類型之晶體結 構’各晶體結構具有其自身獨特之電子特性組。然而，僅 少數該等多型體可以可接受之形式再生以用作半導體。該 等多型體可為立方的（例如，3C碳化石夕）或非立方的（例如， 炭化石夕’ 6H碳化石夕）。在此項技術中已熟知該等多型體 124481.doc 1378142 之特性。 研磨塾可為任何合適研磨墊，其中多數在此項技術中已 知。合適研磨墊包括（例如）編織及非編織研磨墊。此外， 合適研磨墊可包含具有不同密度、硬度、厚度、可壓縮 性、壓縮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）聚氯乙烯、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、聚胺酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成產物及其混合 物。 研磨墊可包含處於研磨墊之研磨表面上或研磨表面内之 固定研磨顆粒，或研磨墊可大體上不含固定研磨顆粒。固 定研磨劑研磨墊包括具有藉由黏著劑、黏合劑、陶瓷聚合 體、樹脂或其類似物附著至研磨墊之研磨表面之研磨顆粒 或已在研磨墊内浸潰因而與研磨塾形成一體之研磨劑的襯 墊’此等襯墊諸如為用含研磨劑之聚胺酯分散液浸潰之纖 維棉絮。 研磨墊可具有任何合適組態。舉例而言，研磨墊可為圓 形的’且使用時通常具有繞垂直於襯墊表面所界定之平面 之軸的旋轉運動。研磨墊可為圓柱形的，其表面充當研磨 表面’且使用時通常具有繞該圓柱體之中心轴的旋轉運 動。研磨墊可呈環形帶形式，其使用時通常具有相對於正 研磨之切割邊緣的線性運動，研磨墊可具有任何合適形 狀，且使用時具有沿平面或半圓之往復或軌道運動。許多 其他變化對熟習此項技術者係顯而易見的。 124481.doc •10- 研磨組合物包含研磨劑，其理想地懸浮於液體載劑（例 如，水）中。研磨劑通常呈微粒形式》詳言之，研磨劑包 含大體球形之二氧化矽或氧化鋁，基本上由大體球形之二 氧化矽或氧化鋁組成或由大體球形之二氡化矽或氧化鋁組 成。一般熟習此項技術者亦稱大體球形之二氧化矽為膠體 一氧化矽。較佳地，大體球形之二氧化矽為經沈澱或經縮 合聚合之二氧化矽，其使用溶膠·凝膠法來製備❶經縮合 聚合之二氧化矽粒子通常藉由縮合si(0H)4以形成大體球 形粒子來製備。前驅體Si(OH)4可（例如）藉由水解高純度烷 氧基矽烷或藉由酸化矽酸鹽水溶液來獲得。該等研磨顆粒 可根據美國專利第5,230,833號來製備或可以任何各種市售 產品形式獲得，諸如來自EKA Chemicals之Bindzil ; Fus〇 之 P L 1、P L - 2 及 P L - 3 產品，及 N a 1 c 〇 之 1 〇 3 4 A、1 〇 5 0、2 3 2 7 及 2329 產品；以及可自 DuP〇nt、Bayer、Applied
Research、Nissan Chemical 及 Clariant 得到之其他類似產 品°較佳地’氧化鋁為經晶種凝膠化處理之α氧化紹，其 可自諸如Saint Gobain(a氧化鋁）之製造商得到。大體球形 之二氧化矽粒子及氧化鋁粒子可具有任何合適粒度。舉例 而言’大體球形之二氧化矽粒子及氧化鋁粒子之平均粒度 可為10 nm或更大（例如，20 nm或更大、30 nm或更大、4〇 nm或更大或50 nm或更大大體球形之二氧化矽粒子及氧 化銘粒子之平均粒度可為200 nm或更小（例如，18〇 nm或 更小、170 nm或更小、160 nm或更小、150 ηπ^更小、 130 nm或更小、11 〇 nm或更小或1 〇〇 nm或更小）。因此， 124481.doc 1378142 大體球形之二氧化矽粒子及氧化鋁粒子之平均粒度可為40 nm至 130 nm(例如，45 nm至 125 nm、50 nm至 120 nm、55 nm至11 5 nm或60 nm至110 nm)。粒子之粒度為包圍粒子之 最小球體之直徑。
任何合適量的研磨劑可存在於研磨組合物中。通常， 0.01 wt.%或更多（例如，0.05 wt.°/〇或更多）之研磨劑將存在 於研磨組合物中。更通常，0.1 wt.%或更多（例如，1 wt.% 或更多、5 wt.%或更多、7 wt·%或更多、10 wt·%或更多更 或12 wt.%或更多）之研磨劑將存在於研磨組合物中。研磨 組合物中研磨劑之量通常將為50 wt·%或更少，更通常為 40 wt·%或更少（例如，15 wt.%或更少、10 wt.%或更少、5 wt·%或更少、3 wt.%或更少、1 wt.%或更少、0.6 wt·%或 更少或0.3 wt.0/。或更少）。因此，研磨組合物中研磨劑之量 可為2 wt·。/。至50 wt.%，且更佳為5 wt·%至40 wt.%(例如， 10 wt.% 至 35 wt·%、15 wt.% 至 35 wt·% 或 20 wt.% 至 35
wt·%) 〇 使用液體載劑以促進研磨劑及任何可選添加劑施用至待 研磨（例如，平坦化）之合適基板之表面上。液體載劑可為 任何合適液體’例如’溶劑’包括低級醇（例如，甲醇、 乙醇等）、醚（例如，二噁烷 '四氫呋喃等）、水及其混合 ^_包含水、基本上由水組成或由水組 成，更佳為去離子水。 研磨組合物包含氧化劑，其可為用於—或多種待用研磨 物研磨之基板材料之任何合適氧化劑。較佳地氧化 124481.doc 12 劑係選自由過氧化氫 軋化虱、過硫酸氫鉀、硝酸鈽銨、過碘酸 過氧硫酸鹽及其混合物組成之群。過碘酸 鹽、碘酸鹽、 鹽、蛾酸鹽及過氧硫酸鹽可為任何過填酸鹽、㈣鹽、過
进久週乳规跋盟之組合，例 過氧硫酸銨、過氧硫酸鉀或過氧 如，過碘酸鉀、碘酸鉀、 硫酸鈉。更佳地，氧化劑為過硫酸氫鉀或過氧硫酸鉀。該 氧化劑可以任何合適量存在於研磨組合物中。通常，研磨 組合物包含〇‘〇〇1 wt·%或更多（例如，〇 〇〇5 wt %或更多、 〇·〇ι wt.%或更多、0.05 wt 〇/o或更多或〇丨wt %或更多）之 氧化劑。研磨組合物較佳包含2〇 wt %或更少（例如，15 Wt.%或更少、10 wt.%或更少、5 wt %或更少、2 wt %或更 少或〇·5 wt·%或更少）之氧化劑。較佳地，研磨組合物包含 0.001 wt.%至 20 wt.〇/0(例如，0.001 败％至15 wt %、〇 〇〇5 wt.%至 10 wt·%、0.01 wt·%至 5 wt.%或 〇·〇5 wt·%至 2 wt.0/〇) 之氧化劑。更佳地’研磨組合物包含0.001 wt %至〇 〇5 wt.%、0.001 wt.%至 0.1 wt.%、0.001 wt·% 至 0.5 wt·% 或 0.001 wt.%至2 wt_%之氧化劑。 研磨組合物’尤其為具有任何溶解或懸浮於其中之組份 的液體載劑，可具有任何合適pH值。研磨組合物之實際 pH值將部分地視所研磨之基板類型而定。研磨組合物之 pH值可為11或更小（例如，9或更小、7或更小、5或更小、 4或更小、3或更小或2或更小）。研磨組合物之pH值可為1 或更大（例如，4或更大、6或更大、8或更大或9或更大）。 舉例而言，pH值可為1至11(例如2至10、3至9、4至8或5至 124481.doc 1378142 . 7)。 • 研磨組合物之pH值可藉由任何合適方式達到及/或保 持。更具體言之，研磨組合物可進一步包含pH值調節劑、
PH值緩衝劑或其組合β pH值調節劑可包含任何合適之pH #調郎化合物’基本上由任何合適之pH值調節化合物組成 或由任何合適之PH調節化合物組成。舉例而言，pH值調 ’ ：劑可為任何合適的酸，諸如，無機酸、有機酸或其組 合°舉例而言’該酸可為確酸。PH值緩衝劑可為任何合適 緩衝劑，例如，磷酸鹽、乙酸鹽、蝴酸鹽、磺酸鹽、幾酸
鹽、銨鹽及其類似物。研磨組合物可包含任何合適量之pH 值調節劑及/或pH值緩衝劑，條件為此量足以達到及/或保 持研磨組合物之所要pH值’例如在本文所述之範圍内之 pH值。 人研磨纽合物視情況包含螯合劑或錯合劑。錯合劑為任何 I化干添加劑，其增強所移除之基板層之移除速率或其 % 移除矽研磨令之痕量金屬污染物。合適的螯合劑或錯合劑 〇括（例如）羰基化合物（例如，乙醯基丙酮酸鹽及其類似 物）簡早羧酸鹽（例如，乙酸鹽、芳基羧酸鹽及其類似 醆）3有一或多個羥基之羧酸鹽（例如，羥乙酸鹽、乳酸 萄糖酸鹽、五倍子酸與其鹽及其類似物）、二羧酸 k鹽及多叛酸鹽（例如，草酸鹽、草酸、鄰苯二 曱酸鹽、檸樣酸鹽、琥珀酸鹽、酒石酸鹽、蘋果酸鹽、乙 乙鼢鹽（例如，EDTA二鉀）、其混合物及其類似 物）、合古_ I., 一或多個項酸基及/或膦酸基之羧酸鹽及類似 124481.doc 1378142 物。合適螯合劑或錯合劑亦可包括，例如，二元醇、三元 醇或多元醇（例如，乙二醇、鄰苯二酚、連苯三盼、韓酸 及其類似物），諸如 Dequest 2010、Dequest 2060 或 Dequest 2000(可自Solutia Corp.得到）之聚膦酸酯，及含胺化合物 (例如，氨、胺基酸、胺基醇、二元胺、三元胺及多元胺 及其類似物）。 應瞭解，許多上述化合物可以鹽（例如，金屬鹽、敍鹽
或其類似物）、酸之形式或以部分鹽形式存在。舉例而 言，檸檬酸鹽包括檸檬酸以及其單鹽、二鹽及三鹽；鄰苯 二甲酸鹽包括鄰苯二甲酸以及其單鹽（例如，鄰苯二曱酸 虱鉀）及其二鹽；過氣酸鹽包括對應酸（亦即，過氣酸）及其 鹽。此外’某些化合物或試劑可執行不止—種功能。舉例 而3，一些化合物可充當螯合劑與氧化劑(例如，硝酸鐵 (II)、硝酸鐵（III)及其類似物）。 研磨組合物視情況進_步包含—或多種其他添加劑4
等添加劑包括包含一或多個丙稀酸系次單元之丙稀酸醋 (例如’丙稀酸乙埽酿及丙婦酸苯乙稀醋)及其聚合物'共 聚物及寡聚物及其鹽。 研磨組合物可包合I i 卿j L 3界面活性劑及/或流變控制劑， 黏度增強劑及凝社番丨/也丨L - 劑(例如，聚合流變控制劑，諸如，脸 基甲酸|旨聚合物）〇合摘 田 )適的界面活性劑可包括（例如）陽離子 界面活性劑、隆離子界面活性劑、非離子界面
性界面活性劑、其混合物及其類似物。較佳地，研磨J 物包含非離子界面活性劑。合適之非離子界面活性劑之； 124481.doc 15 1378142 例為^二胺聚氧乙稀界面活性劑。研磨組合物中界面活性 劑之量通常為0 0001 «至1 (較佳為_败％至 0.1 Wt./〇 更佳為 0.005 Wt.%至 〇,〇5 wt·%)。 研磨組合物可自各，& % 了匕含消泡劑。消泡劑可為任何合適消泡 劑。合適消泡劑包括(但不限於)基於矽及基於炔二醇之消 泡劑。研磨組合物中消泡劑之量通常為1〇 ―至"〇 ppm 0
研磨組合物可包含殺生物劑。殺生物劑可為任何合適的 殺生物劑，例如，異嗟唾仙殺生物劑。研磨组合物中殺 生物劑之量通常為⑴GPPm，較佳為1G至2〇ppme 研磨組合物較佳具膠體穩定性。術語膠體係指液體載劑 中之顆粒_液1體穩定性係指始終維持彼懸浮液。若 出現如下情形便認為研磨組合物具膠體穩m·當將研磨 組合物置放於100 mi量筒中且使其在2小時之時間内保持 無^擾狀態時，量筒底部5G ml中之顆粒濃度（[B] ’以g/ml 為單位)與量筒頂部50 ml中之顆粒濃度([T]，以g/m丨為單 位）之間的差值除以研磨組合物中之初始顆粒濃度（⑹，以 咖1為單位）係小於或等於〇5(亦即，{[bht]购如卜
較佳地叫[T]/[C]之值小於或等於〇 3，更佳小於或等於 0.1 ’更佳小於或等於G G5，最佳小於或等於H 研磨合物可藉由任何合適技術來製備，熟習此項技術 已知多數技術。研磨組合物可以分批或連續方法來製 備。—般而言，研磨組合物可藉由按任何次序組合其組份 的方式來製備。如本文所用之術語，，組份，•包括個別成份（例 12448l.doc 16 1378142 如，氧化劑、研磨劑等）以及成份之任何組合（例如，水、 鹵素陰離子、界面活性劑等）。
研磨組合物可以包含液體載劑、研磨劑、氧化劑及視情 況選用之其他添加劑之一體封裝系統的形式提供。或者， 某些組份（諸如氧化劑）可於第一容器中以無水形式或以在 液體載劑中之溶液或分散液形式來提供，且剩餘組份（諸 如研磨劑及其他添加劑）可於第二容器或多個其他容器中 提供。研磨組合物之組份之其他兩個容器或三個或多個容 器組合係於一般熟習此項技術者之瞭解範圍内。
固體組份（諸如研磨劑）可以無水形式或在液體載劑中之 溶液形式置放於一或多個容器中。此外，第一、第二或其 他容器中之組份係合適具有不同的ρΗ值或者具有大體上相 似乃至相等之pH值。研磨組合物之組份可部分或全部彼此 獨立地提供且可例如在使用前不久（例如，使用前丨週或更 短時間’使用前1天或更短時間，使用前1小時或更短時 間，使用前10分鐘或更短時間’或使用前i分鐘或更短時 間由最終使用者組合）。 研磨組合物亦可以濃縮物形式提供，該濃縮物意欲在使 用之前用適量液體載劑進行稀釋。在該實施例中，研磨組 合物濃縮物可包含液體載劑及視情況選用之其他組份，該 等組份之量使得用適量液體載劑稀釋濃縮物時各組份將以 上文對於各組份所述之適當範圍内之量存在於研磨組合物 中。舉例而言’各組份可以比上文對研磨組合物中之各組 份所述之濃度大2倍（例如，3倍、4倍或5倍）之量存在於濃 124481.doc 17 縮物中，以使得當用適量液體載劑（例如，分別用等量液 體載劑、2份等量液體載劑、3份等量液體載劑或4份等量 液體載劑）稀釋濃縮物時，各組份將以上文對各組份所述 之範圍·内之量存在於研磨組合物中。此外，如由一般熟習 此項技術者所理解，濃縮物可含有存在於最終研磨組合物 中之適當部分之液體載劑，以確保研磨組合物之其他組份 至少部分或完全溶解或懸浮於濃縮物中。 本發明之研磨基板之方法特別適於與化學機械研磨 (CMP)裝置結合使用。通常，該裝置包含：一壓板，使用 時該壓板處於運動中且具有由軌道、線性或圓形運動所產 生之速度；一研磨墊’其與壓板相接觸且在運動時隨著壓 板移動；及一載體，其藉由接觸研磨墊之表面並相對於研 磨墊之表面移動而固持一待研磨之基板。基板之研磨藉由 置放基板使其與研磨墊及研磨組合物（其一般安置於基板 與研磨墊之間）接觸，隨著研磨墊相對於基板移動來進 行’以便研磨至少一部分基板以研磨基板。 理想地’研磨終點藉由監測碳化矽基板之重量來確定， 其用以計算自基板移除之碳化矽之量。此項技術中熟知該 等技術。 研磨係指移除表面之至少一部分以研磨該表面。可藉由 移除圓馨、凹坑、凹痕及其類似物而執行研磨以提供表面 粗度降低之表面，但亦可執行研磨以引入或恢復以平面區 段之相交為特徵之表面幾何形狀。 00 *4» ^ <万法可用以研磨包含至少一層碳化矽之任何合 124481.doc -18- 1378142
適基板。碳化矽可以任何合適速率移除以實現研磨基板。 舉例而言，礙化石夕可以5 nm/hr或更高（例如，10 nm/hr或 更高、20 nm/hr或更高、50 nm/hr或更高、70 nm/hr或更 高、1 00 nm/hr或更高或200 nm/hr或更高）之速率移除。碳 化石夕可以800 nm/hr或更低（例如，500 nm/hr或更低、300 nm/hr或更低、250 nm/hr或更低或200 nm/hr或更低）之速率 移除。因此，碳化石夕可以5 nm/hr至1500 nm/hr(例如，10 nm/hr 至 1000 nm/hr、20 nm/hr 至 800 nm/hr、30 nm/hr 至 500 nm/hr、40 nm/hr至 300 nm/hr或 50 nm/hr至 180 nm/hr) 之速率自基板中移除。更佳地，碳化矽可以以下速率自基 板中移除：20 nm/hr至 180 nm/hr、70 nm/hr至 180 nm/hr、 1 00 nm/hr至 1 80 nm/hr、30 nm/hr至 1000 nm/hr、100 nm/hr 至 500 nm/hr或 200 nm/hr至 400 nm/hr 0 以下實例進一步說明本發明，但，當然絕不能解釋為以 任何方式限制本發明之範疇。
實例1 本實例證明在研磨組合物中存在大體球形之二氧化矽及 之氧化劑對碳化矽移除速率之影響。 用1 0種不同研磨組合物研磨6H半絕緣單晶碳化矽晶圓。 各研磨組合物之含量及pH值於表1中指出。對於各研磨組 合物測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果顯示於表1中。 124481.doc -19- 1378142 表1 研磨组合物 研磨劑濃度 氧化劑濃度 pH值 碳化矽移除 速率(nm/hr) 1A(比較） 30 wt·%煙霧狀二 氧化矽 N/A 10-10.5 〇 1B(比較） 30 wt.%煙霧狀二 氧化矽 0.5 wt.% H2O2 10-10.5 46.5 1C(比較） 30 wt·%煙霧狀二 氧化矽 1.0 wt.% H2O2 10-10.5 77.5 1D(比較） 30 wt·%煙霧狀二 氧化矽 2.0 wt.% H2O2 10-10.5 69.75 1E(比較） 30 wt·%大體球形 之二氧化矽 N/A 10 0 1F(本發明） 30 wt.%大體球形 之二氧化矽 1 wt.%過氧硫 酸銨 10 77.5 1G(本發明） 30 wt.%大體球形 之二氧化矽 1 wt.%過氧硫 酸銨 10 93 1Η(本發明） 30 wt.%大體球形 之二氧化矽 1 wt.% KI〇3 11 124 11(本發明） 30 wt.%大體球形 之二氧化矽 2 wt.%過氧硫 酸銨 10 124 1J(本發明） 30 wt.%大體球形 之二氧化矽 2 wt.%過硫酸 氫鉀 10 93
如自表1中呈現之資料所顯而易見，當研磨組合物包含 與諸如過氧琉酸銨、碘酸鉀或過硫酸氫鉀之氧化劑組合之 大體球形之二氧化矽粒子時，碳化矽移除速率增加。 實例2 本實例證明在本發明之研磨組合物中存在不同氧化劑對 碳化矽移除速率之影響。 用7種不同研磨組合物研磨4HN單晶碳化矽晶圓。各研 磨組合物含有30 wt.%大體球形之二氧化矽。如表2中所指 示，藉由添加過氧硫酸銨或硝酸鈽銨進一步改質該等研磨 組合物中之6種。 124481.doc •20- 1378142 對於各研磨組合物測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果 顯示於表2中。 表2 研磨組合物 氧化劑濃度 pH值 碳化矽移除速率(nm/hr) 2A(比較） N/A 10 0 2B(本發明） 1 wt.%過氧硫酸兹 10 105 2C(本發明） 1 wt.%過氧硫酸銨 10 87.5 2D(本發明） 1 wt.%過氧硫酸銨 10 126 2E(本發明） 1 wt.%過氧琉酸錄 10 182 2F(本發明） 2 wt.%過氧硫酸敍 10 105 2G(本發明） 1 wt.%硝酸鈽敍 1.7 126
如自表2中呈現之資料所顯而易見’研磨組合物中過氧 硫酸敍或硝酸鈽敍之存在使碳化妙移除速率自0增加至高 達 1 82 nm/hr 〇 實例3 本實例證明在研磨組合物中存在氧化劑對碳化矽移除速 率之影響。
用3種不同研磨組合物研磨4HPSI單晶碳化矽晶圓。各研 磨組合物含有30 wt.%大體球形之二氧化矽且調節至pH值 為10。如表3中所指示’藉由添加過氧硫酸敍進一步改質 該等研磨組合物中之2種。 對於各研磨組合物測定碳化石夕移除速率（nm/hr) ’且結果 顯示於表3中。 表3 研磨組合物 瓦化劑濃度 碳化妙移除速率(nm/hr) 3八(比較） N/A 0 3B(本發明） τ^>過氧硫酸銨 22.75 3C(本發明） 過氧硫酸銨 21 124481.doc •21 - 1378142 . 如自表3中呈現之資料所顯而易見，當研磨組合物包含 過氧硫酸銨時，碳化矽移除速率增加。 實例4 本實例證明在研磨組合物中存在氧化劑及研磨劑對碳化 矽移除速率之影響。 用15種不同研磨組合物研磨4H單晶碳化矽晶圓。各研磨 組合物之含量及pH值於以下表4中指示。對於各研磨組合 物測定碳化碎移除速率（nm/hr)，且結果顯示於表4中。 表4
研磨組合物 研磨劑濃度 pH值 氧化劑濃度 碳化矽移除 速率(mn/hr) 4A(比較） 20 wt·%大體球形之 二氧化碎(Bindzil) 10 N/A 76 4B(本發明） 20 wt.%大體球形之 二氧化石夕(B indzil) 10 0.5 wt.% H202 105 4C(本發明） 20 wt·%大體球形之 二氧化碎(Bindzil) 10 0.5 wt·%過蛾酸钟 102 4D(本發明） 20 wt.%大體球形之 二氧化 *夕(Bindzil) 10 0.5 wt.%過氧硫酸鉀 104 4E(比較） 20 wt.%大體球形之 二氧化梦(Nalco 1034) 2 N/A 97 4F(比較） 20 wt.%大體球形之 二氧化破(Nalco 1034) 2 0.5 wt.% H202 96 4G(本發明） 20 wt.%大體球形之 二氧化碎(Nalco 1034) 2 0.5 wt.%過碘酸鉀 122 4H(本發明） 20 wt.%大體球形之 二氧化碎(Nalco 1034) 2 0·5 wt.%過氧硫酸鉀 116 41(比較） 0.5 wt_%二氧化錦 5 N/A 0 124481.doc -22· 1378142 3
如自表4中呈現之資料所顯而易見，當添加氧化劑至石 磨組合物中時碳切移除速率通常增加。經晶種凝膠化》 理之α氧化鋁與過氧硫酸鉀之組合在增加碳化矽移除速』 方面特別有玫。 實例5 本實例證明在研磨組合物中存在不同類型之氧化鋁研磨 劑對碳化矽移除速率之影響。
研 Μ 组合物 ph 值 SfbSSS" K比轉1--二氧化鈽 3000 ppm過填酸卸 碳化矽移除 _ 速率(nm/hr) 0
4N(本發明) 4〇(本發明) 4P(本發明） ------------- 7-5wt_%經晶種凝膠 -1¾理之α氧化鋁 7-5wt·%經晶種凝膠 _1^·理之α氧化銘 0.5 wt.%過破酸鉀 0.5 wt.%過氧硫酸鉀 350 用6種不同研磨組合物研磨4Η單晶碳化矽晶圓。各研磨 組合物含有3 wt.%研磨劑及1.〇 wt·%過氧硫酸鉀，且調節 至pH值為3。用於各研磨組合物中之氧化鋁研磨劑之類型 於以下表5中指示。 對於各研磨組合物測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果 顯示於表5中。 ° 124481.doc -23- 1378142 表5 研磨組合物 氧化鋁類型 氧化鋁製造商 平均粒度 (nm) 碳化矽移除速 率(nm/hr) 5 A(本發明） 經晶種凝膠化 處理之α氧化鋁 Saint Gobain(a) <100 315 5B(本發明） 煙霧狀氧化鋁 Degussa (RMU3-11) 120 109 5C(本發明） 煙霧狀氧化鋁 Cabot (RMWA-11) 120 129 5D(本發明） 經聚合物塗佈 之氧化鋁 Cabot Microelectronics (TPA6) 120 58 5E(本發明） α氧化銘 Saint Gobain PN 7955.35 350 121 5F(本發明） α氧化鋁 Saint Gobain PN 7955.80 800 151
如自表5中呈現之資料所顯而易見，使用經晶種凝膠化 處理之α氧化鋁產生比以含有其他類型氧化鋁之組合物所 達成之速率顯著更大之碳化矽移除速率。 實例6
本實例證明研磨組合物中之過氧硫酸鉀濃度對碳化矽移 除速率之影響。 用5種不同研磨組合物研磨4ΗΝ單晶碳化矽晶圓。各研 磨組合物含有3 wt.%經晶種凝膠化處理之α氧化鋁且調節 至pH值為4。藉由添加過氧硫酸鉀進一步改質該等研磨組 合物中之4種。 對於各研磨組合物測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果 顯示於表6中。 124481.doc -24- 1378142 表6 研磨組合物 過氧硫酸鉀濃度(wt.%) 膠體穩定性 碳化梦移除速率(nm/hr) 6八(比較） 0 穩定 15 6B(本發明） 0.002 穩定 290 6C(本發明） 0.005 穩定 336 6D(本發明） 0.03 穩定 270 6E(本發明） 0.1 不穩定 288 如自表6中呈現之資料所顯而易見，碳化矽移除速率隨 過氧硫酸鉀濃度增加（濃度增加至高達0.005 wt·%與0·03 wt · %之間過氡硫酸鉀）而持續增加。
實例7 本實例證明研磨組合物中之經晶種凝膠化處理之α氧化 鋁之濃度對碳化矽移除速率之影響。 用2種不同研磨組合物研磨4ΗΝ單晶碳化矽晶圓。各研 磨組合物含有0.1 wt.%過氧硫酸鉀且調節至pH值為4。研 磨組合物亦含有濃度為0.1 wt.%或0.5 wt.%之經晶種凝膠 化處理之α氧化鋁。
對於各研磨組合物測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果 顯示於表7中。 表7 研磨組合物 氧化銘濃度(wt.%) 碳化珍移除速率(nm/hr) 7A(本發明） 0.1 213 7B(本發明） 0.5 288 如自表7中呈現之資料所顯而易見，雖然2種組合物於研 磨碳化矽晶圓中皆有效，但含有較高濃度氧化鋁之組合物 達成較高碳化矽研磨速率。 實例8 124481.doc -25- 1378142 本實例證明研磨組合物對若干不同類型碳化矽晶圓移除 速率之影響。 用含有0.6 wt.%經晶種凝膠化處理之α氧化鋁及0.03 wt.%過氧硫酸鉀之研磨組合物研磨9種不同類型單晶碳化 石夕晶圓，調節至pH值為4。 對於各類型晶圓測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果顯 示於表8中。 表8 碳化矽晶圓類型 碳化妙移除速率(nm/hr) 4HN 282 6HPSI 235 6HPSI 222 6HPSI 241 4HN 322 6HPSI 341 6HPSI 358 6HPSI 345 4HN 316 如自表8中呈現之資料所顯而易見，本發明研磨組合物 能夠成功地研磨所測試之各類型之碳化矽晶圓。
實例9 本實例證明藉由使用不同研磨工具參數以研磨組合物研 磨碳化矽基板對碳化矽移除速率之影響。 用含有1 wt.%經晶種凝膠化處理之α氧化鋁及0.3 wt.%過 氧硫酸鉀之研磨組合物，使用5種不同研磨工具參數組以 研磨化學氣相沈積（CVD)之多晶碳化石夕晶圓，調節至pH值 為4。 對於各組研磨條件測定碳化矽移除速率（nm/hr)，且結果 124481.doc -26- 1378142 顯示於表9中。 表9 研磨條件 壓板速度(rpm) 下壓力(psi) 碳化碎移除速率(nm/hr) 9A(本發明） 60 0.96 63 9B(本發明） 60 2.87 221 9C(本發明） 100 2.87 655 9D(本發明） 120 4.78 978 9E(本發明） 120 4.78 982 如自表9中呈現之資料所顯而易見，碳化矽移除速率隨 研磨墊之壓板轉速及基板相對研磨墊之下壓力壓力增加而
增加。
124481.doc -27-

Claims (1)

  1. 第〇%133〇9〇號專利申請
    、申請專利範圍：㈣請專糊替換本^ —種化學機械研磨基板之方法，該方法包含： (i)使一包含至少一層單晶碳化矽之基板與包g以;各 物之化學機械研磨組合物接觸： (a)液體載劑，其中具有任何溶解或懸浮於其中之組 份之該液體載劑的pH值為5或更小， (b)懸浮於該液體載劑中之研磨劑，其中該研磨劑為 平均粒度為40 nm至130 nm之大體球形之二氧化矽粒 子，及 (c)選自由過氧化氫、過硫酸氫鉀、硝酸鈽銨、過碘 酸鹽、碘酸鹽、過氧硫酸鹽及其混合物組成之群的氧 化劑，及 (11)相巧於該基板移動該研磨組合物，及 (in)研磨該基板之至少一部分碳化矽以研磨該基板。 如凊求項1之方法，其中該研磨劑係以用該液體載劑及 任何/合解或懸浮於其中之組份之重量計5 %至wt % 之量存在。 3. 如明求項1之方法，其中該液體載劑包含水。 4. 如請求項1夕士· 法’其中該大體球形之二氧化矽為經縮 合聚合之二氧化矽。 5. 如請求項]夕女、+ 不法’其中該氧化劑係以用該液體載劑及 任何溶解或髀注认#丄 兄L +於其中之組份之重量計〇 〇(H wt 0/〇至2 wt.%之量存在。 6·如請求項1之古 々法，其中具有任何溶解或懸浮於其中之 I24481-10l0718.doc 1378142 組份之該液體載劑的pH值為3或更小。 7·如請求項1之方法，其中該碳化矽係以2〇 11111/心至18〇 nm/hr之速度自該基板中移除。 8. 如請求項1之方法，其中該氧化劑為過碘酸鉀、碘酸 鉀、過氧硫酸銨或過氧硫酸鉀。 9. 一種化學機械研磨基板之方法，該方法包含： ⑴使包含至少一層卓晶碳化砂之基板與包含以下各 物之化學機械研磨組合物接觸： (a)液體載劑， (b) 懸浮於該液體載劑中之研磨劑，其中該研磨劑為 氧化鋁且係以用該液體載劑及任何溶解或懸浮於其中 之組份之重量計0.01 Wt.%至3 wt.%之量存在，及 (c) 氧化劑’其中該氧化劑係以用該液體載劑及任何 溶解或懸浮於其中之組份之重量計0.001 wt.%至0.5 wt.%之量存在，且係選自由過氧化氳、過硫酸氫鉀、 硝酸鈽銨 '過碘酸鹽、碘酸鹽、過氧硫酸鹽及其混合 物組成之群，及 (ii) 相對於該基板移動該研磨組合物，及 (iii) 研磨該基板之至少一部分碳化矽以研磨該基板。 10. 如請求項9之方法，其中該研磨劑係以用該液體載劑及 任何溶解或懸浮於其中之組份之重量計〇.〇 1 Wt·%至1 wt·%之量存在。 11. 如請求項9之方法，其中該研磨劑包含平均粒度為10 nm 至130 nm之粒子β 124481-1010718.doc :2.如請求項9之方法，其中該液 13.如請求項9夕士、 法，其_該氧化劑係以用該液體載劑及 ’谷解或懸浮於立中之έ| θ 於其中之組伤之重罝計0.001 wt.%至0.1 wt. /。之量存在。 14. 如請求項9之大 法，其中具有任何溶解或懸浮於其中之 ，，且伤之該液體裁劑的PH值為5或更小。 15. 如請求項 . ，八中該氧化劑為過姨酸卸、換酸 卸、過氧硫酸銨或過氧硫酸鉀。 ^求項9之方法，其t該氧化料經晶種㈣化處理 之α氧化鋁。 17·如睛求項9之方法，其中該碳化矽係以30 nm/hH_ nm/hr之速率自該基板中移除。 18· -種化·學機械研磨基板之方法，該方法包含： ⑴使一包含至少-層碳化石夕之基板與包含以下各物之 化學機械研磨組合物接觸： ⑷液體载劑’其中具有任何溶解或懸浮於其中之組 份之該液體載劑的pH值為5或更小， (b) 懸孚於該液體載劑中之研磨劑，及 (c) 氧化劑’其中該氧化劑係以用該液體載劑及任何 溶解或懸浮於其中之組份之重量計0·_ wt.%至0.5 wt·%之量存在，且儀撰白士 選自由過硫酸氫鉀、過氧硫酸鉀 及其混合物組成之群，及 (Π)相對於該基板移動該研磨組合物，及 ㈣研磨該基板之至少—部分碳切以研磨該基板。 124481-1010718.doc 1378142 19.如請求項18之方法，其中該研磨劑為平均粒度為4〇 nm 至l3〇nm之氧化鋁或大體球形之二氧化矽。 2〇_如請求項18之方法，其中該碳化矽為單晶碳化矽。 21·如請求項18之方法，其中該液體載劑包含水。 22.如响求項18之方法，其中該氧化劑係以用該液體載劑及 任何★解或懸浮於其中之組份之重量計〇.⑽1 wt %至〇」 wt.%之量存在。 23. 如請求項18之方法，其中該氧化劑為過氧硫酸鉀。 24. 如請求項18之方法，装由 山 具中該兔化矽係以30 nm/hr至1000 nm/hr之速度自該基板中移除。 I2448 M010718.doc
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