TWI437084B - 化學機械平坦化組合物、系統及使用方法 - Google Patents

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TWI437084B TW096148796A TW96148796A TWI437084B TW I437084 B TWI437084 B TW I437084B TW 096148796 A TW096148796 A TW 096148796A TW 96148796 A TW96148796 A TW 96148796A TW I437084 B TWI437084 B TW I437084B
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Description

化學機械平坦化組合物、系統及使用方法
本揭示案大體係關於一種用於化學機械平坦化(CMP)之組合物。更特定言之，本揭示案係關於一種可在CMP系統及方法中與固定研磨物品一起使用之組合物。
在積體電路製造期間，半導體製作中所使用之半導體晶圓通常經歷包括沈積、圖案化及蝕刻步驟之許多處理步驟。Tonshoff等人在Annals of the International Institution for Production Engineering Research(卷39/2/1990)之第621頁至第635頁中發表的"Abrasive Machining ofSilicon"中報告了用於半導體晶圓之此等製造步驟的細節。在每一製造步驟中，常常有必要或需要改質或改進晶圓之曝露表面，以便使晶圓準備好進行後續製作或製造步驟。舉例而言，具有淺溝槽隔離(STI)結構之半導體晶圓需要在進一步處理之前將介電材料平坦化。
改質或改進晶圓之曝露表面的一方法使用藉由漿料來處理晶圓表面之製程，該漿料含有分散於液體中之複數個鬆散研磨顆粒。通常，將此漿料施加至拋光襯墊上，且接著相抵著襯墊而研磨或移動晶圓表面，以便自晶圓表面移除或去掉材料。通常，漿料亦含有與晶圓表面起化學反應且可提供CMP製程選擇性(例如，"在氮化物上終止"(stop on nitride)之選擇性)之添加劑。此類型之製程通常被稱作基於漿料之化學機械平坦化(CMP)製程。
然而，基於漿料之CMP製程的一限制在於：必須仔細地監視漿料研磨製程，以便達成所要之晶圓表面構形且避免晶圓表面之表面凹陷。第二限制為與使用鬆散研磨漿料相關聯之擦傷晶圓表面的可能。另一限制為與漿料相關聯之混亂，及必須自晶圓之表面被移除且藉由隨後晶圓處理來處置之顆粒的較大數目。對此等漿料之操縱及處置對於半導體晶圓製作者而言會產生額外處理成本。
基於漿料之CMP製程的一替代例使用研磨物品來改質或改進半導體表面。舉例而言，已由Bruxvoort等人在美國專利第5,958,794號中且由Kaisaki等人在美國專利第6,194,317號中報告了使用研磨物品之CMP製程。所揭示研磨物品可具有包括分散於黏合劑中之研磨顆粒的紋理化研磨表面。在使用時，可常常在存在流體或工作液體的情況下使研磨物品與半導體晶圓表面接觸以提供平坦之均一晶圓表面。使用研磨物品會克服與CMP漿料相關聯之一些(而非所有)限制。此項技術不斷地搜尋用於不含漿料之CMP製程的新型且改良之研磨組合物及方法。
本揭示案大體係關於一種用於改質半導體晶圓之曝露表面的組合物、系統及方法。更特定言之，本揭示案係關於一種可經調整以控制用於使用固定研磨CMP製程來改質半導體晶圓之氧化物移除速率及選擇性比的組合物。
在一態樣中，本揭示案提供一種工作液體，其大體上不含研磨顆粒且包括脯胺酸及氟化學界面活性劑。在一些實 施例中，工作液體可用於使用固定研磨物品之化學機械平坦化(CMP)。
在另一態樣中，本揭示案提供一種晶圓平坦化系統，其包括三維紋理化固定研磨物品，及包括脯胺酸及氟化學界面活性劑之工作液體。在一些實施例中，固定研磨物品包括多個研磨顆粒及一黏合劑。在特定實施例中，工作液體展現9至11之pH值且大體不含研磨顆粒。在一些系統中，研磨物品包括精確成形之研磨複合物。
在另一態樣中，本揭示案提供一種用於藉由以下各項來拋光晶圓之方法：提供一晶圓，晶圓包含一包含二氧化矽之第一區域及一包含氮化矽之第二區域；使晶圓與一包含複數個研磨顆粒及一黏合劑之三維紋理化固定研磨物品接觸；及在存在一包含脯胺酸及氟化學界面活性劑之液體介質的情況下相對地移動晶圓與固定研磨物品。在一些實施例中，工作液體展現9至11之pH值。在特定實施例中，工作液體展現10至10.5之pH值。
本揭示案之組合物及方法出乎意料地增強了使用固定研磨劑而非拋光襯墊及漿料之化學機械平坦化製程的效能。已發現，在固定研磨CMP製程中使用與脯胺酸成溶液之氟化學界面活性劑會達成高介電氧化物材料移除速率，同時維持在氮化物上終止之選擇性。
在一些實施例中，介電材料(例如，諸如二氧化矽之金屬氧化物)之移除速率可為受到工作流體之組合物(特別為氟化學界面活性劑之濃度)影響的固定研磨CMP製程之重 要特徵。在一些實施例中，工作液體經選擇以具有至少約500埃/分鐘(/min.)之氧化物移除速率。在其他實施例中，工作液體經選擇以具有至少700/min.之氧化物移除速率。
在其他實施例中，工作流體之組合物經至少部分地選擇以增加氧化物移除速率及選擇性比。在本揭示案之一實施例中，在鹼性pH值條件下與脯胺酸一起使用氟化學界面活性劑會在淺溝槽隔離(STI)中保持氮化物移除速率的同時增加氧化物移除速率，藉此增加了與在用於STI之固定研磨CMP製程之工作流體中使用脯胺酸相關聯的氧化物與氮化物選擇性比。在特定實施例中，本揭示案之組合物可產生至少約500/min.之氧化物移除速率，及至少5之氧化物與氮化物選擇性比。在其他例示性實施例中，本揭示案之組合物可產生至少700/min.之氧化物移除速率，及至少30之選擇性比。
在一些實施例中，氟化學界面活性劑濃度經至少部分地選擇以控制氧化物移除速率。在例示性實施例中，氟化學界面活性劑濃度經選擇為以重量計大於工作液體之0.005%，且在特定實施例中，以重量計為工作液體之至少0.02%。在其他例示性實施例中，氟化學界面活性劑濃度以重量計小於1.0%，且在特定實施例中，以重量計不超過0.6%。
本揭示案之一些實施例提供優於與基於漿料之CMP有關之技術的特定優勢。在一些實施例中，本揭示案之組合 物、系統及方法可相對於基於漿料之CMP製程而提供晶圓表面之減小表面凹陷、使用較低CMP襯墊壓力之能力，及對CMP製程之改良控制。本揭示案之其他實施例提供優於與固定研磨CMP有關之技術的特定優勢。在一些實施例中，本揭示案之組合物、系統及方法可提供快速之氧化物移除速率及增加之氧化物與氮化物選擇性比，即使在適度鹼性pH值條件下(例如，pH值為9至11)亦如此。
以上【發明內容】不意欲描述本揭示案之每一所揭示實施例或每一實施及其優勢。以下【實施方式】更特定地例示說明性實施例。熟習此項技術者將自本揭示案中顆而易見到其他優勢。
在本揭示案之情形中： "研磨複合物"指代複數個成形體中之一者，複數個成形體共同地提供一包含分布於黏合劑內之研磨顆粒的紋理化三維研磨物品；"固定研磨物品"指代一體式研磨物品，其大體上不含未附著之研磨顆粒，除了可能在平坦化製程期間被產生以外；"精確成形之研磨複合物"指代具有與模穴相反之模製形狀的研磨複合物，模製形狀在已將複合物自模具移除之後被保持，其中如Pieper等人在美國專利第5,152,917號中所描述，在已使用研磨物品之前，複合物可大體上不含突出形狀之曝露表面以外的研磨顆粒； "紋理化研磨物品"指代具有凸起部分及凹進部分之研磨物品，其中至少凸起部分含有研磨顆粒及黏合劑；"三維研磨物品"指代具有許多研磨顆粒之研磨物品，研磨顆粒延伸遍及研磨物品之厚度之至少一部分，使得在平坦化期間移除一些顆粒會曝露能夠執行平坦化功能之額外研磨顆粒；"晶圓"指代呈空白晶圓(亦即，在出於添加諸如金屬化及絕緣區域之構形特徵而進行處理之前的晶圓)或經處理晶圓(亦即，在已經受一或多個處理步驟以向晶圓表面添加構形特徵之後的晶圓)之形式的半導體晶圓；"氧化物移除速率"指代可在CMP製程期間自晶圓移除介電氧化物材料時之速率或速度，其通常以埃/分鐘(/min.)來表達；"選擇性比"指代在CMP製程期間可自晶圓移除第一材料(例如，諸如二氧化矽之介電氧化物材料)時之速率與可自晶圓移除第二材料(例如，諸如氮化矽之障壁材料)時之速率的比率。
在一些實施例中，本揭示案提供一種組合物、系統及方法，其中在固定研磨CMP製程中使用大體上不含研磨顆粒且包括脯胺酸及氟化學界面活性劑之工作液體。在一些實施例中，組合物為在固定研磨CMP系統中與固定研磨物品一起使用之工作液體。固定研磨CMP組合物、系統及方法可用於圖案化晶圓之淺溝槽隔離(STI)，其中如Rueb等人之美國專利第6,997,785號中所描述，可能需要在工作液體 中使用選擇性化學品來獲得"在氮化物上終止"之氧化物移除選擇性。
在STI中，提供一具有一基座及複數個淺溝槽隔離結構之晶圓。淺溝槽隔離結構通常係藉由沈積及圖案化氮化矽層以在晶圓之表面上形成遮罩且接著使用為熟習此項技術者所知之任一蝕刻製程來形成溝槽而形成。可在淺溝槽隔離結構之表面上沈積介電層且將其沈積至淺溝槽隔離結構之間的空間內。可使用諸如(例如)二氧化矽之多種介電材料。如在本揭示案之情形中所使用，"二氧化矽"指代二氧化矽以及二氧化矽之摻雜變異體，諸如(例如)，摻有氟、硼及/或磷之二氧化矽。
接著，使用本揭示案之CMP製程來移除介電層之一部分以形成所要圖案。經拋光介電材料及氮化物遮罩層形成整體平坦表面。遮罩層充當CMP製程之終止層，其保護淺溝槽隔離結構以免曝露至CMP處理。通常使用氮化物材料(例如，氮化矽)來製造遮罩層。已表明，與基於漿料之CMP製程相比，使用根據本揭示案之固定研磨物品及工作液體可在固定研磨CMP製程中提供晶圓之減小表面凹陷。
可用於本揭示案之製程的CMP機器為市售的且為熟習此項技術者所知。例示性CMP機器可購自California之Santa Clara的Applied Materials，例如，作為"APPLIED MATERIALS MIRRATM CMP POLISHER"及"REFLEXION WEBTM "而銷售之機器。如(例如)Bruxvoort等人在美國專利第5,958,794號及Kaisaki等人在美國專利第6,194,317號 中所報告，可用於本揭示案之製程的CMP機器可配備有固定研磨拋光物品。
可在存在液體介質(亦即，工作液體)之情況下使用研磨物品來拋光晶圓之曝露表面。可用於本揭示案之方法的研磨物品通常具有在250毫米至1,000毫米之範圍內的直徑。研磨物品可以至少5轉/分鐘(rpm)、更佳為10 rpm之速度來旋轉。研磨物品較佳以至多10,000 rpm之速度、更佳以至多1,000 rpm之速度、仍更佳以至多250 rpm之速度、最佳以至多60 rpm之速度來旋轉。在一些實施例中，研磨物品與晶圓可在同一方向上旋轉。在其他實施例中，晶圓與研磨物品可在相反方向上旋轉。
亦可以包括(例如)薄片、卷筒或帶子之其他組態來提供研磨物品。在此等組態中，可(例如)在拋光操作期間將研磨物品線性地饋入至CMP製程。
研磨物品可經選擇為耐久的，例如，研磨物品可經至少部分地選擇以拋光最小數目之不同晶圓。亦可基於氧化物移除速率來選擇研磨物品。此外，可基於研磨物品之產生具有所要平坦度、表面修整及最小表面凹陷之半導體晶圓的能力來選擇研磨物品。用以製造研磨物品之材料、所要紋理及製程均可影響是否滿足此等標準。
可用於本揭示案之CMP製程中的研磨物品包括Bruxvoort等人在美國專利第5,958,794號及Kaisaki等人在美國專利第6,194,317號中所報告之研磨物品。在特定實施例中，使用三維紋理化固定研磨物品。在一些實施例中，研磨物品包 含二氧化鈰研磨顆粒。在其他實施例中，研磨物品包含精確成形之研磨複合物。
可用於本揭示案之製程之具有包含二氧化鈰顆粒之精確成形研磨複合物的例示性研磨物品包括可購自3M Company(st.Paul,MN)且作為"3M SLURRYFREE CMP FIXED ABRASIVE 3152"及"3M SLURRYFREE CMP FIXED ABRASIVE 3154"銷售的研磨物品。目前較佳之具有精確成形研磨複合物的研磨物品為由3M Company(st.Paul,MN)以產品名稱SWR542－125/10銷售的固定研磨襯墊。
在使用本揭示案之製程的CMP處理期間，在研磨物品與晶圓之間的界面處存在工作液體。通常，在平坦化期間，存在工作液體至研磨物品與晶圓之間的界面之連貫流動。液體流動速率通常為至少約10毫升/分鐘(ml/min.)，更佳為至少25 ml/min.。液體流動速率通常為至多約10,000 ml/min.，更佳為至多約500 ml/min.，最佳為至多約250 ml/rnin.。
本揭示案之工作液體包含脯胺酸及氟化學界面活性劑，且大體上不含研磨顆粒。在一些實施例中，可與氟化學界面活性劑一起使用L－脯胺酸。工作液體亦可包含水及諸如錯合劑、緩衝劑、分散劑及其類似物之添加劑。
在一些實施例中，將工作液體調整為至少約9之pH值。在其他實施例中，將工作液體調整為至少約10之pH值。在特定的目前較佳之實施例中，將工作液體pH值調整為約10.5。在此等實施例中之特定實施例中，將工作液體調整為不大於約11之pH值。在一些實施例中，將工作液體調整 為不大於約10.5之pH值。在一些實施例中，將工作液體調整為在約9至約11之範圍內的pH值。在一些實施例中，將工作液體調整為在約10至約10.5之範圍內的pH值。可使用為熟習此項技術者所知之方法及溶液來調整pH值，包括(例如)添加KOH或NH4 OH。在一些實施例中，緩衝工作液體。在一些實施中，可使用其他胺基酸來緩衝工作液體，例如，組胺酸、甘胺酸、離胺酸、精胺酸及其類似物。
在一些實施例中，工作液體包含以重量計至少0.1%之脯胺酸。在其他實施例中，工作液體包含以重量計至少0.5%之脯胺酸。在其他實施例中，工作液體包含以重量計至少1%之脯胺酸。在一些實施例中，工作液體包含以重量計約2.5%之脯胺酸。在此等實施例中之特定實施例中，工作液體包含以重量計至多8%之脯胺酸。在一些實施例中，工作液體包含以重量計至多5%之脯胺酸。在其他實施例中，工作液體包含以重量計至多3%之脯胺酸。
氟化學界面活性劑可為實質上任何高度或充分氟化之化學化合物，其展現表面活性特性。在一些實施例中，氟化學界面活性劑為非離子性界面活性劑。在特定的目前較佳之實施例中，氟化學界面活性劑具有式R1 CH2 CH2 O(CH2 CH2 O)x H，其中R1 為F(CF2 CF2 )3－8 且x為1之整數。合適之氟化學界面活性劑包括ZonylTM 界面活性劑(由DE之Wilmington的E.I.DuPont de Nemours Corp.製造)及FluoradTM 界面活性劑(由3M Company(st.Paul,MN)製造)。較佳之氟化學界面活性劑包括ZonylTM FSN；及3M L19909、3M L19330及3M NovecTM 4432界面活性劑。
可用於本揭示案之製程的氟化學界面活性劑之濃度("濃度")可經選擇以控制介電質(例如，二氧化矽)移除速率、介電質與障壁層(例如，二氧化矽與氮化矽)選擇性或其組合。在一些例示性實施例中，氟化學界面活性劑濃度經選擇為大於0.005%。在特定例示性實施例中，氟化學界面活性劑濃度經選擇成以重量計為工作液體之至少0.01%。在其他例示性實施例中，可使用以重量計為至少0.02%之氟化學界面活性劑濃度。在其他例示性實施例中，可使用以重量計為至少0.2%之氟化學界面活性劑濃度。在額外例示性實施例中，可使用以重量計為至少0.6%之氟化學界面活性劑濃度。
可容易(例如)藉由在CMP處理期間開始摩擦誘發之可聽"嘯聲"來判定氟化學界面活性劑之最大較佳濃度，該嘯聲可能在一些氟化學界面活性劑之濃度以重量計大於約0.2%時發生。或者，可(例如)藉由在自固定研磨襯墊表面移除晶圓期間視覺觀測到晶圓之不良滑脫(亦即，"釋放")來判定最大較佳濃度，該滑脫可能在一些氟化學界面活性劑之濃度以重量計大於約0.5%時發生。在特定例示性實施例中，可使用小於1.0%之氟化學界面活性劑濃度。在其他例示性實施例中，可使用不超過0.6%之氟化學界面活性劑濃度。在其他例示性實施例中，氟化學界面活性劑濃度不超過0.2%，且在特定例示性實施例中，以工作液體之重量計不超過0.02%。
由本揭示案所引導之熟習此項技術者可選擇用於本揭示案之處理參數以達成所要之移除速率及/或選擇性。舉例而言，可調整脯胺酸及氟化學界面活性劑之濃度以及工作液體之pH值以控制介電材料之移除速率。在一些實施例中，氟化學界面活性劑之濃度經調整以控制介電材料之移除速率。為了判定為達成所要移除速率或選擇性所必要之適當的氟化學界面活性劑濃度，可測試具有不同濃度之一系列至少兩種工作液體以判定最佳濃度。同樣地，為了針對所要移除速率或選擇性而判定工作液體pH值，可測試具有不同pH值水準之一系列至少兩種工作液體以判定最佳pH值水準。
在一些實施例中，介電材料(例如，諸如二氧化矽之金屬氧化物)之移除速率可為受到工作流體之組合物(特別為氟化學界面活性劑之濃度)影響的固定研磨CMP製程之重要特徵。在一些實施例中，工作液體經選擇以具有至少約500埃/分鐘(/min.)之氧化物移除速率。在其他實施例中，工作液體經選擇以具有至少1000/min.之氧化物移除速率。在其他實施例中，工作液體經選擇以具有至少2,000/min.之氧化物移除速率。在額外實施例中，工作液體經選擇以具有至少2,500/min.之氧化物移除速率。在其他實施例中，工作液體經選擇以具有至少約3,000/min.之氧化物移除速率。
可將選擇性比(亦即，氧化物移除速率與氮化物移除速率之比率)作為可用於CMP且特別可用於淺溝槽隔離之在 氮化物上終止之選擇性的量測。在一些實施例中，工作液體經選擇以具有至少約5之介電質(例如，氧化物)與障壁層(例如，氮化物)選擇性比。在其他實施例中，工作液體經選擇以具有至少約20之介電質與障壁層選擇性比。在特定實施例中，工作液體經選擇以具有至少約50之介電質與障壁層選擇性比。在額外實施例中，工作液體經選擇以具有至少約100之介電質與障壁層選擇性比。在其他實施例中，工作液體經選擇以具有至少約250之介電質與障壁層選擇性比。
在其他實施例中，工作流體之組合物經至少部分地選擇以增加氧化物移除速率及選擇性比。在本揭示案之一實施例中，在鹼性pH值條件下與脯胺酸一起使用氟化學界面活性劑會在淺溝槽隔離(STI)中保持氮化物移除速率的同時增加氧化物移除速率，藉此增加了與在用於STI之固定研磨CMP製程之工作流體中使用脯胺酸相關聯的氧化物與氮化物選擇性比。在特定實施例中，本揭示案之組合物可產生至少約500/min.之氧化物移除速率，及至少5之氧化物與氮化物選擇性比。在一些例示性實施例中，本揭示案之組合物可產生至少700/min.之氧化物移除速率，及至少30之選擇性比。在其他例示性實施例中，本揭示案之組合物可產生至少1000/min.之氧化物移除速率，及至少50之氧化物與氮化物選擇性比。在其他實施例中，本揭示案之組合物可經改質以產生至少2000/min.之氧化物移除速率，及至少100之氧化物與氮化物選擇性比。在額外實施例 中，本揭示案之組合物可經改質以產生至少約3000/min.之氧化物移除速率，及至少250之氧化物與氮化物選擇性比。
藉由以下實例來進一步說明本發明之優勢及其他實施例，但不應將此等實例中所敍述之特定材料及其量以及其他條件及細節理解為不適當地限制本發明。舉例而言，可改變工作液體之組合物以及陽離子選擇及濃度。除非另有指示，否則所有份及百分比均係以重量計。
實例
遍及實例而使用表1中所示之材料名稱。以下實例中之所有組成百分比均被表達為工作液體之重量百分比。
比較實例A 使用SWR542－125/10三維紋理化固定研磨襯墊(來自3M Company(St.Paul,MN))而對Mirra工具(來自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,CA))執行以下拋光測試。在所描述之每一個十一晶圓測試序列之前，藉由在去離子水中以50轉/分鐘(rpm)及5掃/分鐘進行操作而以4 kg(9 lbs)之向下力利用Morgan CMP－20000TS調節劑(Morgan Advanced Ceramics,Inc.(Hayward,CA))來調節表面持續36秒而製備先前使用之固定研磨襯墊。
在調節之後，使用已使用氫氧化鉀而被調整至pH值為10.5的包含去離子水中L－脯胺酸之2.5%溶液的工作液體而在20.7 kPa(3 psi)及30 rpm下拋光10個200 mm之毯覆式矽酸四乙酯(TEOS)毯覆式晶圓持續60秒。以200 mL/min.來供應拋光溶液。接著，使用待測試之工作液體來拋光10個200 mm之TEOS毯覆式晶圓以建立氧化矽移除速率，接著拋光一個先前清除之0.17微米DRAM晶圓以建立氮化矽移除速率。移除速率係藉由在進行拋光之前及之後使用Optiprobe 2600(CA之Fremont的Therma－Wave)來量測各別材料之厚度而獲得。表2中呈現在固定研磨CMP製程中不使用氟化學界面活性劑而在pH值為10.5下使用2.5%L－脯胺酸的拋光結果。
實例1 含有0.02% Zonyl FSN及2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體產生1006.90/min.之平均氧化物移除速率、12.0/min.之氮化物移除速率及83.9之選擇性比。
實例2 含有0.2% Zonyl FSN及2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體產生1250.80/min.之平均氧化物移除速率、5.0/min.之氮化物移除速率及250.16之選擇性比。
實例3 含有0.02% Zonyl FSN及2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體產生801.20/min.之平均氧化物移除速率、11.0/min.之氮化物移除速率及72.83之選擇性比。
實例4 含有0.2% Zonyl FSN及2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體產生1050.38/min.之平均氧化物移除速率、29.0/min.之氮化物移除速率及38.11之選擇性比。
比較實例B 使用含有2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體來拋光一系列七組十個200 mm之TEOS毯覆式晶圓及一個先前清除之0.17微米動態隨機存取記憶體(DRAM)晶圓。氧化物移除速率為477.42±104.01/min.，氮化矽移除速率為21.43±6.08/min.，且選擇性比為23.76±7.43。
如下執行額外測試。最初藉由Morgan CMP－20000TS調節劑在去離子水中以50 rpm及12掃/分鐘進行操作而以4 kg(9 lbs)之向下力來調節新的SWR542－125/10三維紋理化固定研磨襯墊持續300秒。在調節之後，使用已使用氫氧化鉀調整至pH值10.5的包含存於去離子水中L－脯胺酸之2.5%溶液的工作液體在20.7 kPa(3 psi)及30 rpm下拋光二十五個200 mm之毯覆式TEOS晶圓持續60秒。在每一個6晶圓測試序列之前，藉由在去離子水中以50 rpm及12掃/分鐘進行操作利用Morgan CMP－20000TS調節劑以4 kg(9 lbs)之向下力來調節表面持續5分鐘而製備襯墊。
在調節之後，使用已使用氫氧化鉀調整至pH值10.5的包含存於去離子水中L－脯胺酸之2.5%溶液的工作液體在20.7 kPa(3磅/平方吋，psi)壓力及30 rpm下拋光五個200 mm之毯覆式TEOS晶圓持續60秒。以200 mL/min.來供應拋光溶液。接著，使用待測試之工作液體來拋光三個200 mm 之TEOS毯覆式晶圓以建立氧化物移除速率，接著拋光一個先前清除之0.17微米DRAM晶圓以建立氮化矽移除速率。移除速率係藉由在拋光之前及之後使用Optiprobe 2600來量測各別材料之厚度而獲得。
實例5 含有0.2% 3M L19330氟化學界面活性劑及2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體產生513.67/min.之平均氧化物移除速率、2.0/min.之氮化物移除速率及256.83之選擇性比。
比較實例C 此比較實例說明在低於有效於獲得500/min.之氧化物移除速率之量的情況下使用氟化學界面活性劑。含有0.005% 3M L19909及2.5% L－脯胺酸的pH值為11.0之工作液體產生260.33/min.之平均氧化物移除速率、24.0/min.之氮化物移除速率及10.84之選擇性比。
實例6 含有0.02% 3M L19909及2.5% L－脯胺酸的pH值為11.0之工作液體產生705.33/min.之平均氧化物移除速率、8.0/min.之氮化物移除速率及88.16之選擇性比。
實例7 含有0.2% 3M L19909及2.5% L－脯胺酸的pH值為11.0之工作液體產生547.00/min.之平均氧化物移除速率、9.0/min.之氮化物移除速率及60.78之選擇性比。
表3中概括實例1至實例8及比較實例B與比較實例C之結 果。
比較實例D 使用含有2.5% L－脯胺酸的pH值為10.5之工作液體來拋光一系列三組三個200 mm之TEOS毯覆式晶圓。氧化物移除速率為475.55/min.。
實例9 以具有2.5% L－脯胺酸之pH值為10.5的工作液體中之變化濃度及MIRRA CMP POLISHER(可購自California之Santa Clara的Applied Materials)中之SWR542－125/10固定研磨襯墊(可購自3M Company(St.Paul,MN))來個別地評估三種氟化學界面活性劑(表1中所描述之3M L19909、3M FC4432及DuPont Zonyl FSN)。將用過之SWR542襯墊置放於Mirra載體中。首先藉由在去離子水中以4 kg(9磅)之力、50 rpm及12掃/分鐘進行5分鐘之調節來打破此襯墊。在pH值為10.5的2.5% L－脯胺酸之工作液體中以20.7 kPa(3 psi)壓力及30 rpm來運轉十個毯覆式TEOS晶圓持續60秒。
接著，以下列方式來運轉一系列工作液體：1.運轉5分鐘調節週期(如上文所描述)；2.如上文所描述在L－脯胺酸化學品中運轉五個毯覆式TEOS晶圓；3.如上文所描述在具有以表4中所指示之濃度而添加之氟化學界面活性劑的L－脯胺酸化學品中運轉五個毯覆式TEOS晶圓。
如表4所示，在0.02%之界面活性劑濃度下，3M L19909及所提供之至少與Zonyl FSN一樣高的拋光速率大約為不利用氟化學界面活性劑之情況之控制的兩倍。在0.2%濃度下，氧化物移除速率甚至更高，但在使用FC4432及L19909界面活性劑時經歷更多摩擦。摩擦在拋光期間產生響亮之高聲調"嘯聲"雜訊。此外，在3M FC4432及3M L19909之0.6%濃度下，若干晶圓在釋放期間滑脫(自襯墊表面移除晶圓)。Zonyl FSN未展現摩擦誘發之嘯聲，在釋放期間亦未發生晶圓滑脫。
應瞭解，即使在以上揭示內容中所陳述的本揭示案之許多特徵及優勢、連同本發明之結構及功能的細節中，本揭示案仍僅為說明性的。可在達到由表達隨附申請專利範圍所用之術語之含義及彼等結構與方法之等效物所指定之充分範圍的本發明之原理內改變細節，尤其對在工作液體中之界面活性劑濃度及使用方法方面的細節進行改變。
熟習此項技術者亦應自以上描述中顯而易見到，可在不偏離本揭示案之範疇及原理的情況下作出各種修改，且應 瞭解，本揭示案可能不會不適當地限於上文中所陳述之說明性實施例。已描述了本揭示案之各種實施例。此等及其他實施例係在以下申請專利範圍之範疇內。

Claims (16)

  1. 一種用於固定研磨化學機械平坦化之工作液體，其包含：脯胺酸；及一氟化學界面活性劑，其中該工作液體大體上不含研磨顆粒，其中該氟化學界面活性劑之濃度以重量計係大於0.005%且小於1.0%，且其中該脯胺酸及該氟化學界面活性劑各係以在一具有一包含二氧化矽之第一區域及一包含氮化矽之第二區域之晶圓的化學機械平坦化中使用該工作液體時，有效於獲得至少500埃/分鐘(Å/min)之氧化物移除速率及至少5之選擇性比的量存在。
  2. 如請求項1之工作液體，其中該氧化物移除速率為至少700Å/min。
  3. 如請求項1之工作液體，其中該選擇性比為至少30。
  4. 如請求項1之工作液體，其中該工作液體展現9至11之pH值。
  5. 如請求項1之工作液體，其中該工作液體展現10至10.5之pH值。
  6. 如請求項1之工作液體，其中該氟化學界面活性劑為一非離子性界面活性劑。
  7. 如請求項1之工作液體，其中該氟化學界面活性劑具有式R1 CH2 CH2 O(CH2 CH2 O)x H，其中R1 為F(CF2 CF2 )3-8 且x為1之整數。
  8. 如請求項1之工作液體，其中該氟化學界面活性劑之該濃度以重量計為0.2%至0.6%。
  9. 如請求項1或7之工作液體，其中該脯胺酸之濃度以重量計為1.0%至4%。
  10. 如請求項1之工作液體，其中該脯胺酸之濃度以重量計為2.0%至3%。
  11. 一種用於一晶圓之化學機械平坦化的方法，其包含：提供一晶圓，該晶圓具有一包含一介電氧化物之第一表面區域及一包含一障壁氮化物之第二表面區域；使該第一表面區域及該第二表面區域與一包含複數個研磨顆粒及一黏合劑之三維紋理化固定研磨物品接觸；及在存在一包含脯胺酸及一氟化學界面活性劑之液體介質的情況下相對地移動該晶圓與該固定研磨物品，其中該氟化學界面活性劑的濃度以重量計係大於0.005%且小於1.0%。
  12. 如請求項11之方法，其中該液體介質展現9至11之pH值。
  13. 如請求項11之方法，其中該氟化學界面活性劑具有式R1 CH2 CH2 O(CH2 CH2 O)x H，其中R1 為F(CF2 CF2 )3-8 且x為1之整數。
  14. 如請求項11或13之方法，其中該液體介質中之脯胺酸的濃度以重量計為1.0%至5%。
  15. 如請求項11之方法，其中該氧化物移除速率為至少700Å/min。
  16. 如請求項15之方法，其中該選擇性比為至少5。
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