TWI454563B - 具低腐蝕性的化學機械平坦化組合物及方法 - Google Patents
具低腐蝕性的化學機械平坦化組合物及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI454563B TWI454563B TW100121517A TW100121517A TWI454563B TW I454563 B TWI454563 B TW I454563B TW 100121517 A TW100121517 A TW 100121517A TW 100121517 A TW100121517 A TW 100121517A TW I454563 B TWI454563 B TW I454563B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- composition
- group
- polishing
- branched
- linear
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- 239000000126 substance Substances 0.000 title description 27
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 46
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 38
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 28
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical group OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N isocyanuric acid Chemical compound OC1=NC(O)=NC(O)=N1 ZFSLODLOARCGLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- -1 2-hydroxyethyl ester Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 125000004209 (C1-C8) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 claims description 4
- 150000007973 cyanuric acids Chemical class 0.000 claims description 4
- GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N C[CH]O Chemical group C[CH]O GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 150000001913 cyanates Chemical class 0.000 claims 3
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N hydrazine Substances NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000013317 conjugated microporous polymer Substances 0.000 description 50
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 50
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 50
- 210000003643 myeloid progenitor cell Anatomy 0.000 description 50
- IERHLVCPSMICTF-XVFCMESISA-N CMP group Chemical group P(=O)(O)(O)OC[C@@H]1[C@H]([C@H]([C@@H](O1)N1C(=O)N=C(N)C=C1)O)O IERHLVCPSMICTF-XVFCMESISA-N 0.000 description 49
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 49
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 28
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 description 24
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 17
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 9
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 7
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 125000005233 alkylalcohol group Chemical group 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- IRXRGVFLQOSHOH-UHFFFAOYSA-L dipotassium;oxalate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C(=O)C([O-])=O IRXRGVFLQOSHOH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 4
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 description 2
- LCANECIWPMDASZ-UHFFFAOYSA-N 2-isocyanatoethanol Chemical compound OCCN=C=O LCANECIWPMDASZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N Peracetic acid Chemical compound CC(=O)OO KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000005599 alkyl carboxylate group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000003354 benzotriazolyl group Chemical class N1N=NC2=C1C=CC=C2* 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- QEWYKACRFQMRMB-UHFFFAOYSA-N fluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)CF QEWYKACRFQMRMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PKWIYNIDEDLDCJ-UHFFFAOYSA-N guanazole Chemical compound NC1=NNC(N)=N1 PKWIYNIDEDLDCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N isocyanate Chemical compound [N-]=C=O IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical class OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 2
- BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N (S)-malic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- YNJSNEKCXVFDKW-UHFFFAOYSA-N 3-(5-amino-1h-indol-3-yl)-2-azaniumylpropanoate Chemical compound C1=C(N)C=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 YNJSNEKCXVFDKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NHQDETIJWKXCTC-UHFFFAOYSA-N 3-chloroperbenzoic acid Chemical compound OOC(=O)C1=CC=CC(Cl)=C1 NHQDETIJWKXCTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical class [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N Cu+ Chemical compound [Cu+] VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000003973 alkyl amines Chemical group 0.000 description 1
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxysuccinic acid Natural products OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 150000003862 amino acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 description 1
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 description 1
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 description 1
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium peroxydisulfate Substances [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAZSKTXWXKYQJF-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)OOS([O-])=O VAZSKTXWXKYQJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002280 amphoteric surfactant Substances 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229940058905 antimony compound for treatment of leishmaniasis and trypanosomiasis Drugs 0.000 description 1
- 150000001463 antimony compounds Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N benzenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940092714 benzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002981 blocking agent Substances 0.000 description 1
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M bromate Chemical class [O-]Br(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical group 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical class [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- PEYVWSJAZONVQK-UHFFFAOYSA-N hydroperoxy(oxo)borane Chemical compound OOB=O PEYVWSJAZONVQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000004356 hydroxy functional group Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-N iodic acid Chemical class OI(=O)=O ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000001630 malic acid Substances 0.000 description 1
- 235000011090 malic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- LLYCMZGLHLKPPU-UHFFFAOYSA-N perbromic acid Chemical class OBr(=O)(=O)=O LLYCMZGLHLKPPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical class OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004965 peroxy acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000000864 peroxy group Chemical group O(O*)* 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L persulfate group Chemical group S(=O)(=O)([O-])OOS(=O)(=O)[O-] JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O phosphonium Chemical compound [PH4+] XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M potassium iodate Chemical compound [K+].[O-]I(=O)=O JLKDVMWYMMLWTI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000001230 potassium iodate Substances 0.000 description 1
- 235000006666 potassium iodate Nutrition 0.000 description 1
- 229940093930 potassium iodate Drugs 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
- AQLJVWUFPCUVLO-UHFFFAOYSA-N urea hydrogen peroxide Chemical compound OO.NC(N)=O AQLJVWUFPCUVLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Description
本專利申請案請求2010年6月24日申請的先前美國臨時專利申請案序號第61/358,309號的利益。
本發明關於半導體製造時使用的化學機械平坦化(CMP，化學機械拋光)。特別是，本發明關於CMP在低(例如，22 nm)技術節點應用中的用途。
於第2階段運用阻障物CMP漿料的CMP處理經常用以將該圖案化晶圓表面上的過量金屬層及其他膜移除及平坦化以達成全面平坦化。
在利用這樣的CMP處理時，可運用多步驟CMP方法，其涉及銅過載物(copper overburden)的初步移除及平坦化，所謂的步驟1銅CMP製程，緊接著阻障層CMP製程。該阻障層CMP製程經常被稱作阻障物或步驟2 CMP製程。
不適合半導體製造的特定特徵扭曲是化學機械拋光製程時化學組分與銅通孔或金屬線交互作用造成對於銅通孔或金屬線的損害。因此，分辨和使用CMP漿料中適合的腐蝕抑制劑對於降低和控制化學機械拋光製程期間及之後的銅通孔或溝槽的進一步腐蝕非常重要。
在步驟2 CMP製程中，以阻障物CMP漿料用於該拋光製程。使用阻障物CMP漿料時所涉及的化學反應包括：由該阻障物CMP漿料中所用的氧化劑，舉例來說，H2
O2
，所引起的氧化反應。銅通孔或溝槽，及阻障材料(例如Ta)的表面被氧化成相關金屬氧化物膜，典型地，金屬銅被氧化成氧化亞銅及氧化銅的混合物，而且Ta被氧化成Ta2
O5
(Ta較偏好的氧化物形態)。在大部分案例中，在阻障物CMP漿料中使用可化學鍵結於銅陽離子及鉭陽離的螯合劑或配位子以加速氧化銅和氧化鉭的溶解以產生銅通孔、溝槽及阻障層所欲的移除速率。典型地，大部分阻障物CMP漿料中也有用研磨劑；帶有多變粒徑的研磨劑提供拋光墊與晶圓表面之間在外加壓力之下的機械摩擦力。
一般，剛拋光的銅通孔或溝槽將持續與該CMP漿料中使用的化學組分產生交互作用以進行進一步的腐蝕製程。該進一步被腐蝕的銅通孔或溝槽將造成IC晶片後續集積的一些缺陷問題。因此，在該阻障物CMP漿料中使用腐蝕抑制劑以防止該等銅通孔或溝槽於化學機械拋光製程期間和後的進一步腐蝕。舉例來說，BTA(1-H-1,2,3-苯并三唑)已廣為眾人所知而且在CMP漿料中用作為腐蝕抑制劑。
理想上，較喜歡由CMP漿料(例如，阻障物漿料)中使用的腐蝕抑制劑所形成的單層保護，但是事實上，BTA有時候傾向透過配位反應於銅通孔或溝槽的表面上形成多層保護膜。BTA用於鹼性溶液中時在腐蝕抑制方面也變得比較沒有效率。BTA在拋光過的銅通孔或溝槽表面上的公認鈍化機構涉及聚合性BTA-Cun+
錯合物或BTA-Cun+
錯合物的四聚體之薄層的形成。
BTA作為腐蝕抑制劑的另一缺點為當BTA的濃度由於聚合性BTA-Cun+
錯合物的不溶性膜形成而提高時銅通孔或溝槽的移除速率一般都會被被不欲地降低。因此，非常需要尋找新的腐蝕抑制劑，其能防止金屬表面在CMP處理期間及之後腐蝕但是其沒有上述BTA和相關腐蝕抑制劑所擁有的缺點。本發明藉由提供有效的新沒有與BTA相關的缺點的腐蝕抑制劑而處理此需求。
文中描述用於圖案化基材表面，例如，舉例來說，圖案化半導體晶圓，的化學機械平坦化(“CMP")的化學機械拋光漿料。更特別的是，文中也描述用於拋光包含多層膜，例如阻障物、低k或超低k、介電質及金屬通孔或溝槽，的圖案化晶圓的CMP拋光組合物。這樣的化學機械拋光組合物在該等圖案化晶圓的化學機械拋光第二階段中的應用特別有效並且提供下列結果之至少其一：提供多種不同類型膜所欲的移除速率；合宜地提供低量的晶圓內不均勻度(“WIW NU%")；在CMP處理之後造成低殘餘物量存在於拋光過的晶圓上；及於多種不同膜中提供所欲的選擇性。
有一具體實施例中，本發明為一種組合物，其包含：
a) 選自由三聚氰酸酯、異三聚氰酸酯及草酸或其鹽所組成的群組之化合物；
b) 研磨劑；及
c) 氧化劑。
該三聚氰酸酯化合物可為異三聚氰酸酯。
在又另一具體實施例中，本發明為一種將包含阻障層材料的表面，該表面上具有至少一特徵，化學機械平坦化的方法，該方法包含下列步驟：
A) 使具有該包含阻障層材料的表面，該表面上具有至少一特徵，的基材與拋光墊接觸；
B) 遞送一拋光組合物，其包含：
a) 選自由三聚氰酸酯、異三聚氰酸酯及草酸或其鹽所組成的群組之化合物；
b) 研磨劑；及
c) 氧化劑；
以及
C) 利用該拋光組合物拋光該基材。
在又再另一具體實施例中，本發明為一種將包含金屬的表面，該表面上具有至少一特徵，化學機械平坦化的方法，該方法包含下列步驟：
A) 使具有該包含金屬材料的表面，該表面上具有至少一特徵，的基材與拋光墊接觸；
B) 遞送一拋光組合物，其包含：
a) 選自由三聚氰酸酯、異三聚氰酸酯及草酸或其鹽所組成的群組之化合物；
b) 研磨劑；及
c) 氧化劑；
以及
C) 利用該拋光組合物拋光該基材。
有一具體實施例中，本發明一種組合物，其包含a)三聚氰酸酯化合物，其可為異三聚氰酸酯化合物，b)研磨劑，及c)氧化劑。
該三聚氰酸酯化合物及該異三聚氰酸酯化合物可具有如下所示的一般結構：
其中R、R'及R"可具有下列4個關係之任一者：
1. R=R'=R"
2. R=R'，但是不等於R"
3. R=R"，但是不等於R'
4. R不等於R'及R"，而且R'不等於R"
R、R'及R"可為含有任何種類的官能基之任何分子部分，該等官能基將使其能於圖案化晶圓的表面上(典型於那些金屬通孔或溝槽，例如銅，的表面上)形成保護性鈍化層。有關R、R'及R"的部分的實例包括下列基團：舉例來說，-OH、直鏈或分支C1
-C8
烷基及直鏈或分支C1
-C8
烷醇。舉例來說，R、R'及R"可各自獨立地為羥乙基、乙基或羥基。
R、R'及R"的其他實例於下：
在案例1中，R=R'=R"，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-OH的烷基醇。
在案例2中，R=R'但是不等於R"，關於R和R'，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-OH的烷基醇，關於R"，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-NH2
(或R2
)的烷基胺。
在案例3中，R=R"但是不等於R'，關於R及R"，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-OH的烷基醇，關於R'，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-COOR的羧酸烷酯。
在案例4中，R不等於R'及R"，而且R'不等於R"，關於R，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-OH的烷基醇，關於R'，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-COOR的羧酸烷酯，關於R"，該官能基可為帶有一般結構-Cn
H2n
-NH2
(或R2
)的烷基胺。
該三聚氰酸酯化合物可為異三聚氰酸酯。適合的異三聚氰酸酯包括，但不限於異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥基-C1
-C4
-烷酯)，例如，舉例來說，異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)。有一較佳具體實施例中，該異三聚氰酸酯為異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)。
在另一具體實施例中，本發明為一種組合物，其包含a)草酸或草酸鹽，b)研磨劑，及c)氧化劑。適合的草酸鹽類包括，但不限於，草酸銨及草酸鉀。
適用於本發明的研磨劑包括，但不限於，氧化鋁、氧化鈰、氧化鎵、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯及其混合物。舉例來說，文中揭示的組合物中較佳使用膠態氧化矽作為研磨劑。該膠態氧化矽可由矽酸鈉製成，或其可由TEOS或TMOS製成。本發明中可利用多種不同經表面改質的研磨劑，包括美國專利第7,691,287號及第7,915,071號所揭示者。
適合的氧化劑包括，舉例來說，一或更多過化合物，其包含至少一過氧基(-O-O-)。適合的過化合物包括，舉例來說，過氧化物類(例如，過氧化氫)、過硫酸鹽類(例如，單過硫酸鹽類及二過硫酸鹽類)、過碳酸鹽類及其酸類及其鹽類及其混合物。其他適合的氧化劑包括，舉例來說，經氧化的鹵化物類(例如，氯酸鹽類、溴酸鹽類、碘酸鹽類、過氯酸鹽類、過溴酸鹽類、過碘酸鹽類及其酸類及其混合物等)、過硼酸、過硼酸鹽類、過碳酸鹽、過氧酸類(例如，過醋酸、過苯甲酸、間-氯過苯甲酸、其鹽類及其混合物等)、過錳酸鹽類、鉻酸鹽類、鈰化合物、鐵氰化物(例如，鐵氰化鉀)及其混合物等。可用於文中所述的組合物及方法中的一些具體氧化劑包括，但不限於，過氧化氫、過碘酸、碘酸鉀、過錳酸鉀、過硫酸銨、鉬酸銨、硝酸鐵、硝酸、硝酸鉀、氨和其他胺化合物，及其混合物。過氧化氫及尿素-過氧化氫為較佳的氧化劑。
該組合物可另外包含適合的化合物，其扮作螯合劑或錯合劑。多種不同的有機酸類、有機胺類、有機胺基酸衍生物均可作為配位子或螯合劑以與銅陽離子或鉭陽離子一起形成錯合物以增進該金屬氧化物層溶解製程。有一個實例，苯磺酸為一有用的錯合劑。
界面活性劑可用於該組合物中作為表面潤溼劑。可加於該阻障物CMP漿料作為表面潤溼劑的適合界面活性劑化合物包括，舉例來說，熟悉此技藝者所知的眾多非離子型、陰離子型、陽離子型或兩性界面活性劑之任何者。
該組合物可另外包含pH-調節劑以改善該拋光組合物的安定性，調整該拋光組合物的離子強度，及改善處理及使用該pH-調節劑時的安全性。該pH-調節劑可用以提高或降低該拋光組合物的pH。用以降低該拋光組合物的pH的適合pH-調節劑包括，但不限於，氫氯酸、硝酸、硫酸、氟醋酸、酒石酸、丁二酸、檸檬酸、蘋果酸、丙二酸、多種不同脂肪酸、多種不同聚羧酸及其混合物。用以提高該拋光組合物的pH的適合pH-調節劑包括，但不限於，氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨、氫氧化四甲基銨、乙二胺、六氫吡嗪、聚乙烯亞胺、經改質的聚乙烯亞胺及其混合物。
含有根據本發明的方法的新穎腐蝕抑制劑之組合物(及相關方法)擁有下列功能：1).此化學添加物，當用於該組合物中作為腐蝕抑制劑時，能有效地降低於化學機械拋光製程期間和之後與該所用的CMP漿料組合物中之化學組分連續接觸所引起的銅金屬線之進一步腐蝕。2).一般，本發明的組合物中所用的腐蝕抑制劑含有能讓此腐蝕抑制劑與剛拋光的銅金屬線表面交互作用之配位原子以於該等銅金屬線表面上產生薄保護層。該等腐蝕抑制劑可視為配位子以與該等銅金屬線表面上的銅陽離子形成配位鍵。3).與使用含有BTA作為腐蝕抑制劑(比較性案例)的標準和參考阻障物CMP漿料組合物所獲得的那些移除速率相比，該CMP漿料組合物中的新穎腐蝕抑制劑，當以合理的濃度範圍使用時，不會造成多種不同膜的移除速率的大幅變化，該等膜包括銅通孔或溝槽、阻障層(例如Ta和TaN)、低k或超低k膜、介電膜(例如TEOS-衍生出來的氧化矽)。
本發明的方法需要以前述組合物(如前文所揭示的)用於包含某一具體實施例中的金屬及另一具體實施例中的阻障層材料之基材的化學機械平坦化。在此方法中，基材(例如，晶圓)係面向下放在固定地貼附於CMP拋光機的旋轉式壓盤之拋光墊上。依此方式，使欲拋光且平坦化的基材直接與該拋光墊接觸。晶圓承載系統或拋光頭係用以將該基材固定在定位而且在CMP處理的期間靠住該基材背側施加向下壓力同時旋轉該壓盤及基材。該拋光組合物(漿料)係在CMP處理的期間施於(通常連續地)該墊子上以引起材料移除而使該基材平坦化。
有關金屬(例如，鎢及/或銅)的拋光，一般，根據本發明使用的漿料的pH烈為酸性、中性或鹼性。關於阻障層材料(例如，鉭及/或氮化鉭)的拋光，在不同的具體實施例中根據此方法使用的漿料的pH一般為鹼性並且可介於7.1至12、8至11及9至11。有一較佳的具體實施例中，該pH介於9.5至11.8。
關於本發明的阻障層應用，關於本發明的漿料之pH範圍的選擇在調整介電膜(例如TEOS)、低-k膜(例如BD1)及阻障膜(例如Ta/TaN)的移除速率以具有適合值時非常重要，以致於選擇性數值能合宜地滿足所選擇的CMP拋光製程的特定要求。
不欲被理論所束縛的同時，給予下列pH效應的解釋。當本發明的漿料的pH低於7.1時，介電膜和低-k膜的移除速率由於沒有足夠的羥基陰離子而太低。於鹼性pH條件下，羥基陰離子存在而且這些陰離子會與TEOS或低-k膜反應，其會導致該等膜的表面上發生較高程度的水解反應並且藉以能使要求的移除速率較高。
當pH值選在9.5至11.8的範圍之間時，將增進這樣的水解反應，因此，導致TEOS及低-k膜提高的移除速率。
本發明的組合物及方法特別適於阻障膜的CMP處理，該等阻障膜包括，但不限於，鉭、氮化鉭、鈦及氮化鈦。
拋光墊 在CMP的期間使用由Narubeni America有限公司所供應的拋光墊，Fujibo H7000HN。
：埃-長度的單位
BP：背壓，以psi為單位
CMP：化學機械平坦化=化學機械拋光
CS：載具速度
DF：向下作用力：CMP期間應用的壓力，單位psi
min：分鐘
ml：毫升
mV：毫伏特
psi：每平方吋磅數
PS：拋光機具的壓盤轉動速度，單位rpm(每分鐘轉數)
SF：拋光組合物流量，ml/min
Cu RR 2.0 psi CMP機具於2.0 psi向下壓力下測量到的銅移除速率
Ta RR 2.0 psi CMP機具於2.0 psi向下壓力下測量到的鉭移除速率
Cu RR 2.0 psi CMP機具於2.0 psi向下壓力下測量到的銅移除速率
Ta RR 2.0 psi CMP機具於2.0 psi向下壓力下測量到的鉭移除速率
Cu/BD/Ta/TEOS的選擇性=於相同向下作用力(psi)下的Cu RR/BD RR/Ta RR/TEOS RR
除非另行指明，否則所有百分比皆為重量百分比。在以下所示的實施例中，使用以下提供的程序及實驗條件進行CMP實驗。實施例中所用的CMP機具為Mirra，由加州，聖塔克拉拉，95054，Bowers大道3050號的Applied Materials公司製造。於壓盤使用由Narubeni America有限公司所供應的Fujibo H7000HN墊以供空白晶圓拋光研究之用。墊子係經由拋光25個仿氧化物(藉由電漿強化CVD由TEOS前驅物沉積，PETEOS)晶圓而磨合。為了限定該機具設定及墊子磨合(break-in)，於基準條件下利用DuPont Air Products Nano Materials有限公司所供應的SytonOX-K膠態氧化矽拋光二PETEOS監視器。使用電鍍沉積銅、Black Diamond(BD，低k介電質)、TEOS及鉭晶圓進行拋光實驗。這些空白晶圓係由加州，95126，坎貝爾大道1150號，Silicon Valley Microelectronics，及Advantiv股份有限公司購得。
銅：10,000電鍍銅/1,000銅晶種/矽上250鉭
鉭：2,000/5,000矽上熱氧化物
BD：BD1 10,000
TEOS：15,000
藉由使用Gamry Series G 300恆電壓器/恆電流器/ZRA完成電化學測量。利用Gamry Echem Analyst套裝軟體進行數據分析。工作電極為連接至Pine Instruments AFASR型可調速轉子的11 mm銅盤。使用石墨棒作為相對電極而且電位參照儘可能接近該工作電極的Ag/AgCl參考電極。該等銅盤初步以鑽石拋光機一直拋光到1 μm並且接著利用次微米膠態氧化矽。在蝕刻測量之前藉由沉澱於29%檸檬酸溶液中5分鐘，緊接著以去離子水沖洗而進行最終清潔及去氧化。所有實驗均在周圍空氣中進行，而且沒有運用惰化。
等該靜態電極與實驗漿料調合物平衡15分鐘之後開始電化學測量。藉著於10 mV/s下從該平衡開路電位(OCP)的25 mV陰極電位至該OCP的25 mV陽極電位線性掃描電位藉由於500 rpm下旋轉的平衡電極獲得塔菲爾曲線(Tafel curve)。將擬合程序應用於該Butler-Volmer方程式而擷取腐蝕電流及腐蝕電位。
藉由裝配Multiple Channel Plates(MCD)及聚焦鋁單色X-ray Source的PHI 5000 VersaProbe光譜儀進行X-射線光電子光譜(XPS)實驗。低解析度全譜掃描(survey scan)係於117.4 eV通行能、1.000 eV步階及50 msec保壓時間下進行。高解析度多路掃描(multiplex scan)係於23.50 eV通行能、0.100步階及100 msec保壓時間下進行。關於深度外廓所做的高解析度掃描係於29.35 eV通行能量、0.100 eV步階及100 msec保壓時間下進行。分析面積為直徑200微米及45°的發射角。利用CasaXPS軟體使用經透射函數校正的面積靈敏度因子(ASF)來分析數據。離子槍設定為2 kV、2 μA及4x4 mm光域以將該濺射方法的試樣損傷減至最小。靠Sigma Optical Metrology Consulting的18.7 nm SiO2
/Si校正蝕刻速率。測得該濺射速率為於SiO2
上1..7 nm‧min-1
。因為銅濺鍍得比SiO2
快2.4倍，實際濺射速率假定為大約42/min。使用0.12分鐘濺射間隔以獲得所欲的5移除增量。
用於實施例中的鹼漿料被製成具有下列組成：
關於如下所示的7個漿料各者，最初混合過氧化氫以外的所有組份，測量pH(在過氧化氫添加之前)，接著添加1%過氧化氫，並且接著當達到平衡時測量pH(在過氧化氫添加之後)。(有些漿料可能得花數小時以供在過氧化氫添加之後於平衡下顯現穩定的pH值)。
以200 ppm的量添加苯并三唑(BTA)以得到用於與以下漿料相比的標準漿料。在H2
O2
添加之前此標準漿料的pH為大約11.2而且在H2
O2
添加之後為大約10.65。
以200 ppm的量添加CDI4302d添加物，由康乃狄格州，諾瓦克市，King Industries所供應之經改質的苯并三唑化合物以得到一試驗漿料。在H2
O2
添加之前此試驗漿料的pH為大約11.1而且在H2
O2
添加之後為大約10.60。
以200 ppm的量添加3,5-二胺基-1,2,4-三唑以得到一試驗漿料。在H2
O2
添加之前此試驗漿料的pH為大約10.9而且在H2
O2
添加之後為大約10.45。
以200 ppm的量添加異氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)以得到一試驗漿料。在H2
O2
添加之前此試驗漿料的pH為大約11.3而且在H2
O2
添加之後為大約10.75。
以200 ppm的量添加草酸鉀以得到一試驗漿料。在H2
O2
添加之前此試驗漿料的pH為大約11.0而且在H2
O2
添加之後為大約10.55。
以400 ppm的量添加草酸鉀以得到一試驗漿料。在H2
O2
添加之前此試驗漿料的pH為大約11.2而且在H2
O2
添加之後為大約10.60。
以100 ppm的量添加異氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)以得到一試驗漿料。表2中彙總的其他實施例依此處所述的相同方式測量使用此漿料的移除速率。為此漿料測量下列移除速率：Ta：488/min；BD1：1498/min；Cu：358/min；及TEOS：694/min。
等1重量%過氧化氫添加之後上述漿料1至7的pH介於約10.4至約10.8。
接著依上文所指定的方式測量漿料1至5的腐蝕電流及腐蝕電壓並且提供表1中彙總的結果。
如表1所示，以所測試的腐蝕抑制劑的腐蝕電流相對強度與使用BTA作為腐蝕抑制劑所獲得的數值做比較。當以該BTA的腐蝕電流與不同的潛在腐蝕抑制劑測得的那些腐蝕電流相比時可能有三個不同結果。第一種情況是所測試的潛在腐蝕抑制劑在鹼性pH溶液中得到比由含有BTA的鹼性溶液所獲得者更高的腐蝕電流。第二種情況是所測試的潛在腐蝕抑制劑得到非常類似於由含有BTA的鹼性溶液所獲得的腐蝕電流。第三種情況是所測試的潛在腐蝕抑制劑得到比由含有BTA的鹼性溶液所獲得者更低的腐蝕電流。表1中的數據顯示那些不同觀察結果其中一些的實施例。當含有化學添加物的鹼性溶液的腐蝕電流比由含有BTA的鹼性溶液所獲得的腐蝕電流更高時，將此化學添加物視為用於該CMP漿料中時基本上沒有腐蝕抑制效應。當含有化學添加物的鹼性溶液的腐蝕電流非常類似於由含有BTA的鹼性溶液所獲得的腐蝕電流時，將此化學添加物視為用於該CMP漿料中時具有類似的腐蝕抑制效應。當含有化學添加物的鹼性溶液的腐蝕電流比由含有BTA的鹼性溶液所獲得的腐蝕電流更低時，將此化學添加物視為用於該CMP漿料中時具有較好的腐蝕抑制效應。
實施例1中的苯并三唑及實施例2和3中的相關抑制劑(CDI4302d及3,5-二胺基-1,2,4-三唑)提供較高的腐蝕電流(Icorr
)值。強烈對比的是，實施例4中的異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)及實施例5中的草酸鉀二者均顯現大幅降低的腐蝕電流(Icorr
)值，其如上文所討論指示這兩種添加物比苯并三唑及相關化合物具有更有效許多的腐蝕抑制劑。
以電化學篩選測試結果為基礎，以多種不同化學添加物作為拋光實驗中所用的阻障物CMP漿料中之BTA的替代腐蝕抑制劑以提供拋光晶圓，接著對該等拋光晶圓進行分析。使用在該等拋光晶圓上的XPS深度外廓分析界定由不同腐蝕抑制劑所形成的保護層厚度之特徵。而且以XPS分析用於表面元素分析以確認氮、氧及碳的存在情況。這三種元素的存在加上在該等拋光晶圓表面上的次-奈米或奈米保護層厚度支持選定的化學添加物中的一些可用於所揭示的阻障物CMP漿料中作為替用腐蝕抑制劑。
接著使用實施例1至5的漿料應用上述的方法進行拋光實驗。將結彙總於表2中。
如表2所示，當替換BTA用於CMP漿料中時，本發明的化學添加物(不同於BTA或三唑型腐蝕抑制劑)獲得類似的Ta(鉭)、BD1(Black Diamond 1)及TEOS(原矽酸四乙酯)的移除速率，但是Cu(銅)的移除速率降低了。這樣在拋光銅通孔或溝槽時的移除速率可歸因於與該比較性漿料中的BTA所提供的鈍化保護效應相比，這些較強且更有效的腐蝕抑制劑用於這些CMP漿料中的較強鈍化保護效應。
Claims (20)
- 一種組合物，其包含：a)選自由具有下列一般結構的三聚氰酸酯及異三聚氰酸酯所組成的群組之化合物：
- 如申請專利範圍第1項之組合物，其另外包含選自由螯合劑及錯合劑所組成的群組之化合物。
- 如申請專利範圍第1項之組合物，其另外包含界面活性劑。
- 如申請專利範圍第1項之組合物，其中R、R'及R"獨立地選自羥乙基、乙基及羥基所組成的群組。
- 如申請專利範圍第4項之組合物，其中該化合物為異三聚氰酸酯。
- 如申請專利範圍第5項之組合物，其中該異三聚氰酸酯為異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥基-C1 -C4 -烷酯)。
- 如申請專利範圍第6項之組合物，其中該異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥基-C1 -C4 -烷酯)為異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)。
- 一種將包含阻障層材料的表面化學機械平坦化的方法，該表面上具有至少一特徵，該方法包含下列步驟：A)使具有該包含阻障層材料的表面的基材與拋光墊接觸，該表面上具有至少一特徵；B)遞送一拋光組合物，其包含：a)選自由具有下列一般結構的三聚氰酸酯及異三聚氰酸酯所組成的群組之化合物：
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中該阻障層材料係選自由鉭及氮化鉭所組成的群組。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中該氧化劑為過氧化氫。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中該拋光組合物的pH介於7.1至12。
- 如申請專利範圍第11項之方法，其中該pH介於9.5至11.8。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中該化合物為異三聚氰酸酯，其中R、R'及R"獨立地選自羥乙基、乙基及羥基所組成的群組。
- 如申請專利範圍第13項之方法，其中該異三聚氰酸酯為異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥基-C1 -C4 -烷酯)。
- 一種將包含金屬的表面化學機械平坦化的方法，該表面上具有至少一特徵，該方法包含下列步驟：A)使具有該包含金屬材料的表面的基材與拋光墊接觸，該表面上具有至少一特徵；B)遞送一拋光組合物，其包含：a)選自由具有下列一般結構的三聚氰酸酯及異三聚氰酸酯所組成的群組之化合物：
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中該金屬係選自由鉭、銅及鎢所組成的群組。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中該氧化劑為過氧化氫。
- 一種組合物，其包含：a)具有下列一般結構的異三聚氰酸酯：
- 如申請專利範圍第18項之組合物，其中該異三聚氰酸酯為異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥基-C1 -C4 -烷酯)。
- 如申請專利範圍第19項之組合物，其中該異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥基-C1 -C4 -烷酯)為異三聚氰酸1,3,5-叁(2-羥乙酯)。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35830910P | 2010-06-24 | 2010-06-24 | |
| US13/154,662 US8821751B2 (en) | 2010-06-24 | 2011-06-07 | Chemical mechanical planarization composition and method with low corrosiveness |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201200584A TW201200584A (en) | 2012-01-01 |
| TWI454563B true TWI454563B (zh) | 2014-10-01 |
Family
ID=46162638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW100121517A TWI454563B (zh) | 2010-06-24 | 2011-06-20 | 具低腐蝕性的化學機械平坦化組合物及方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8821751B2 (zh) |
| KR (1) | KR101296256B1 (zh) |
| CN (1) | CN102337081B (zh) |
| TW (1) | TWI454563B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150104940A1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | Air Products And Chemicals Inc. | Barrier chemical mechanical planarization composition and method thereof |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1609155A (zh) * | 2003-09-17 | 2005-04-27 | Cmp罗姆和哈斯电子材料控股公司 | 用于半导体晶片的抛光组合物 |
| CN1939992A (zh) * | 2005-09-30 | 2007-04-04 | 住友电气工业株式会社 | 抛光浆、GaxIn1－xAsyP1－y晶体表面处理方法和GaxIn1－xAsyP1－y晶体衬底 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4652274A (en) * | 1985-08-07 | 1987-03-24 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Coated abrasive product having radiation curable binder |
| KR940003574A (ko) | 1992-08-03 | 1994-03-12 | 조동출 | 관장기 |
| US6069080A (en) * | 1992-08-19 | 2000-05-30 | Rodel Holdings, Inc. | Fixed abrasive polishing system for the manufacture of semiconductor devices, memory disks and the like |
| US5954997A (en) * | 1996-12-09 | 1999-09-21 | Cabot Corporation | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates |
| US6309560B1 (en) | 1996-12-09 | 2001-10-30 | Cabot Microelectronics Corporation | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates |
| AU1457101A (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-08 | Cabot Microelectronics Corporation | Chemical mechanical polishing compositions and systems |
| WO2002043921A1 (fr) * | 2000-12-01 | 2002-06-06 | Toyo Boseki Kabushiki Kaisha | Tampon de polissage, procede de fabrication de ce tampon de polissage, et couche d'amortissement pour ce tampon de polissage |
| US7842192B2 (en) * | 2006-02-08 | 2010-11-30 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Multi-component barrier polishing solution |
| WO2008004579A1 (fr) * | 2006-07-05 | 2008-01-10 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Liquide de polissage pour cmp et procédé de polissage |
| KR100823457B1 (ko) | 2006-12-22 | 2008-04-21 | 테크노세미켐 주식회사 | 제올라이트를 함유하는 구리 화학 기계적 연마 조성물 |
| US7691287B2 (en) | 2007-01-31 | 2010-04-06 | Dupont Air Products Nanomaterials Llc | Method for immobilizing ligands and organometallic compounds on silica surface, and their application in chemical mechanical planarization |
| US7915071B2 (en) | 2007-08-30 | 2011-03-29 | Dupont Air Products Nanomaterials, Llc | Method for chemical mechanical planarization of chalcogenide materials |
| TW200920828A (en) | 2007-09-20 | 2009-05-16 | Fujifilm Corp | Polishing slurry for metal and chemical mechanical polishing method |
-
2011
- 2011-06-07 US US13/154,662 patent/US8821751B2/en active Active
- 2011-06-20 TW TW100121517A patent/TWI454563B/zh active
- 2011-06-24 KR KR1020110061915A patent/KR101296256B1/ko active IP Right Grant
- 2011-06-24 CN CN201110179928.7A patent/CN102337081B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1609155A (zh) * | 2003-09-17 | 2005-04-27 | Cmp罗姆和哈斯电子材料控股公司 | 用于半导体晶片的抛光组合物 |
| CN1939992A (zh) * | 2005-09-30 | 2007-04-04 | 住友电气工业株式会社 | 抛光浆、GaxIn1－xAsyP1－y晶体表面处理方法和GaxIn1－xAsyP1－y晶体衬底 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8821751B2 (en) | 2014-09-02 |
| CN102337081B (zh) | 2015-06-03 |
| KR101296256B1 (ko) | 2013-08-14 |
| TW201200584A (en) | 2012-01-01 |
| US20120142191A1 (en) | 2012-06-07 |
| KR20110140114A (ko) | 2011-12-30 |
| CN102337081A (zh) | 2012-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7153335B2 (en) | Tunable composition and method for chemical-mechanical planarization with aspartic acid/tolyltriazole | |
| KR100690470B1 (ko) | 구리기판의 기계화학적 연마 | |
| JP4167214B2 (ja) | ビシン／トリシン含有組成物および化学的−機械的平面化のための方法 | |
| US7915071B2 (en) | Method for chemical mechanical planarization of chalcogenide materials | |
| US7022255B2 (en) | Chemical-mechanical planarization composition with nitrogen containing polymer and method for use | |
| US7678605B2 (en) | Method for chemical mechanical planarization of chalcogenide materials | |
| US20050215183A1 (en) | Chemical-mechanical planarization composition having PVNO and associated method for use | |
| US7316977B2 (en) | Chemical-mechanical planarization composition having ketooxime compounds and associated method for use | |
| US8841216B2 (en) | Method and composition for chemical mechanical planarization of a metal | |
| US7678702B2 (en) | CMP composition of boron surface-modified abrasive and nitro-substituted sulfonic acid and method of use | |
| JP2002519471A5 (zh) | ||
| CA2335034A1 (en) | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates | |
| EP1098948A1 (en) | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrate | |
| US8697577B2 (en) | Method and composition for chemical mechanical planarization of a metal or a metal alloy | |
| US20090061630A1 (en) | Method for Chemical Mechanical Planarization of A Metal-containing Substrate | |
| TWI454563B (zh) | 具低腐蝕性的化學機械平坦化組合物及方法 |