TWI463003B - 拋光鋁半導體基材之組合物及方法 - Google Patents

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Description

拋光鋁半導體基材之組合物及方法
本發明係關於一種化學機械拋光組合物，及以該拋光組合物拋光基材的方法。
積體電路係由數百萬個形成於如矽晶圓之基材中或其上之有效元件所組成。在生產製程中，係藉由傳統乾蝕刻製程來圖案化介電基材(dielectric substrate)，以形成供垂直及平行互連的孔洞與溝槽，之後，視需要地將經圖案化的表面塗覆一擴散阻障層及/或一黏結促進層，接著沉積一金屬層以填滿溝槽與孔洞。化學機械拋光(CMP)係用來減少金屬層的厚度以及擴散阻障層及/或黏結促進層的厚度，直到底下的介電層露出，從而形成電路元件。
一種於二氧化矽基材上製造平面金屬電路線的方法被稱作鑲嵌製程(damascene process)。根據此製程，係藉由施用一光阻、曝光該光阻以在透過圖樣的輻射線下定義出溝槽及/或通孔(vias)、而後藉由傳統乾蝕刻製程以形成供垂直及平行互連的孔洞與溝槽，以圖案化具有一選擇性沉積於其上的氮化矽層的二氧化矽介電表面。氮化矽係作為在蝕刻時保護非溝槽及/或通孔部分的二氧化矽表面不受損害的「硬遮罩(hard mask)」。經圖案化的表面係塗覆有一黏結促進層，如鈦或鉭；及/或一擴散阻障層，如氮化鈦或氮化鉭。隨後將該黏結促進層及/或擴散阻障層加覆上一金屬層。採用化學機械拋光來減少金屬加覆層的厚度以及任何黏結促進層及/或擴散阻障層的厚度，直到獲得一露出二氧化矽表面之提 高部份的平坦表面。通孔及溝槽仍保持由形成電路互連之導電金屬填滿。
鎢及銅最常作為導電金屬。然而，用於透過消去製程(subtractive process)如蝕刻技術以製造電路互連之較早期製程中的鋁，正逐漸被考慮使用於鑲嵌製程中。鋁與鈦的組合提供了較其他金屬/阻障層組合潛在較低的電阻，以及相應的於電路效能的潛在改良。
已記載用於鋁鑲嵌結構的拋光組合物，其含有經含有磺酸鹽的聚合物或共聚物處理過的氧化鋁磨料。雖然含有磺酸鹽的聚合物或共聚物是為了賦予氧化鋁磨料膠體穩定性，但其他拋光組分的存在，例如錯合劑(complexing agent)、形貌控制劑(topography control agent)、及表面處理聚合物，會導致該含有磺酸鹽的聚合物或共聚物從氧化鋁磨料被置換，結果導致拋光組合物的膠體穩定性受損。產生大顆粒的顆粒間凝聚(agglomeration)，會在經拋光的基材上產生刮擦及其他表面缺陷。因此，技術領域中仍需要拋光含鋁基材的改良方法。
本發明提供一種化學機械拋光基材的方法，該方法包含(i)提供一包含至少一鋁層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一拋光組合物，包含：(a)覆有一共聚物的α-氧化鋁(α-alumina)顆粒，該共聚物係包含至少一種磺酸鹽(sulfonate)單體及至少一種選自以下群組的單體：羧酸鹽(carboxylate)單體、膦酸鹽(phosphonate)單體、及磷酸鹽(phosphate)單體；(b)一鋁的錯合劑；及(c)水；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光 組合物接觸；以及(v)磨削(abrading)該基材表面的至少一部分，以自該基材表面除去至少一些鋁並拋光該基材表面，其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該經塗覆的α-氧化鋁顆粒係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
本發明亦提供一種化學機械拋光基材的方法，該方法包含(i)提供一包含至少一鋁層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一拋光組合物，包含：(a)一磨料，該磨料包含在該拋光組合物中具有負的界達電位(zeta potential)的顆粒；(b)一鋁的錯合劑；(c)至少一種烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑(alkyldiphenyloxide disulfonate surfactant)；及(d)水；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)磨削(abrading)該基材表面的至少一部分，以自該基材表面除去至少一些鋁並拋光該基材表面，其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該磨料係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
本發明更提供一種化學機械拋光組合物，其包含(a)覆有一共聚物的α-氧化鋁顆粒，該共聚物係實質上由至少一種磺酸鹽單體及至少一種丙烯酸鹽單體所組成；(b)一有機羧酸；及(c)水；其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該經塗覆的α-氧化鋁顆粒係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
本發明另外提供一種化學機械拋光組合物，其包含(a)一磨料，該磨料係包含在該拋光組合物中具有負的界達電位的顆粒；(b)一有機羧酸；(c)至少一種烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑；及(d)水；其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該磨料係以 膠體狀穩定於該拋光組合物中，且該拋光組合物不含由化學式(X2 )n -L所示的化合物，其中X2 代表四唑、1,2,4-三唑、1,2,3-三唑、或苯并三唑，且L代表一連結基。
本發明提供一種化學機械拋光基材的方法，該方法包含(i)提供一包含至少一鋁層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一拋光組合物；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)磨削(abrading)該基材表面的至少一部分，以自該基材表面除去至少一些鋁並拋光該基材表面。該拋光組合物包含(a)覆有一共聚物的α-氧化鋁顆粒，該共聚物係包含至少一種磺酸鹽單體及至少一種選自以下群組的單體：羧酸鹽單體、膦酸鹽單體、及磷酸鹽單體；(b)一鋁的錯合劑；及(c)水。或者，該拋光組合物包含(a)一磨料，該磨料包含在該拋光組合物中具有負的界達電位的顆粒；(b)一鋁的錯合劑；(c)至少一種烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑；及(d)水。在兩種情況下，拋光組合物之pH值為1至6，且磨料係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
該磨料可為任何合宜的磨料，例如，該磨料可為天然的或合成的，且可包含金屬氧化物、碳化物、氮化物、金剛砂(carborundum)等。該磨料亦可為聚合物顆粒或一經塗覆的顆粒。理想地，該磨料係包含金屬氧化物、實質上由一金屬氧化物組成、或由一金屬氧化物組成。在一較佳的實施態樣中，該金屬氧化物為氧化鋁。該氧化鋁可包含氧化鋁的任何合宜的態、實質上由氧化鋁的任何 合宜的態組成、或由氧化鋁的任何合宜的態組成，例如，α-氧化鋁、γ-氧化鋁、δ-氧化鋁、發煙氧化鋁(fumed alumina)、及其組合。尤佳地，該金屬氧化物係包含α-氧化鋁、實質上由α-氧化鋁組成、或由α-氧化鋁組成。當該磨料包含α-氧化鋁時，該磨料亦可包含氧化鋁的其他態，例如發煙氧化鋁。在部分實施態樣中，該磨料係由α-氧化鋁組成。
該磨料可具有任何合宜的平均顆粒尺寸(即，平均粒徑)。尤其，特別是當該磨料為氧化鋁時，該磨料的平均顆粒尺寸(如，平均粒徑)可為15奈米或更高(如，20奈米或更大、30奈米或更大、或40奈米或更大、或50奈米或更大、或75奈米或更大)。或者、或額外地，該磨料的平均顆粒尺寸可為250奈米或更小(如，200奈米或更小、或150奈米或更小、或125奈米或更小、或100奈米或更小)。故，該磨料可具有由上述端點之任兩者所限的平均顆粒尺寸。例如，該磨料的平均顆粒尺寸可為15奈米至250奈米、20奈米至200奈米、30奈米至200奈米、30奈米至150奈米、40奈米至250奈米、40奈米至200奈米、40奈米至150奈米、50奈米至250奈米、50奈米至200奈米、或50奈米至150奈米。於此，顆粒尺寸係指可包圍該顆粒的最小的球的直徑。
於一實施態樣中，磨料顆粒係經一共聚物處理，該共聚物係包含至少一種磺酸鹽單體及至少一種選自以下群組的單體：羧酸鹽單體、膦酸鹽單體、及磷酸鹽單體。於一較佳實施態樣中，該共聚物包含至少一種磺酸鹽單體與至少一種羧酸鹽單體的組合。較佳地，該磺酸鹽單體係選自以下群組：乙烯基磺酸、2-(甲基丙 烯醯基氧)乙磺酸(2-(methacryloyloxy)ethanesulfonic acid)、苯乙烯磺酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid)。較佳地，另一種單體係選自以下群組：丙烯酸、甲基丙烯酸、亞甲基丁二酸、順丁烯二酸、順丁烯二酐、乙烯基膦酸、2-(甲基丙烯醯基氧)乙基磷酸鹽、及其組合。更佳地，另一種單體包含至少一種羧酸鹽單體，且尤佳包含至少一種丙烯酸鹽單體。於一特定實施態樣中，該共聚物係選自以下群組：丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物、丙烯酸-苯乙烯磺酸共聚物、乙烯基膦酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物。
於另一實施態樣中，該磨料顆粒係經一帶負電的聚合物或共聚物處理。該帶負電的聚合物或共聚物可為任何合宜聚合物或共聚物。該帶負電的聚合物或共聚物較佳包含至少一種磺酸鹽單體，其係與包含至少一種磺酸鹽單體及至少一種選自由羧酸鹽單體、膦酸鹽單體、及磷酸鹽單體組成之群組的單體的共聚物不同。較佳地，該帶負電的聚合物或共聚物包含選自以下群組的重複單元：乙烯基磺酸、2-(甲基丙烯醯基氧)乙磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、及其組合。尤佳地，該帶負電的聚合物或共聚物係選自由聚(2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸)及聚苯乙烯磺酸所組成之群組。
該磨料顆粒可在加入拋光組合物前分別以聚合物或共聚物處理。可使用任何合宜的方法以聚合物或共聚物處理該磨料顆粒。舉例言之，可在高剪力狀態下使用如攪拌機來以聚合物或共聚物 處理磨料顆粒。於其他實施態樣中，該磨料顆粒可在製備拋光組合物的同時以聚合物或共聚物處理。該聚合物或共聚物可在製備拋光組合物期間的任何時候加入，可在加入磨料顆粒之前、可與磨料顆粒同時、或是在加入磨料顆粒之後，與拋光組合物所添加或存在之一或多種其他組分在任何合宜時間添加。
理想地，該磨料包含在該拋光組合物的pH值中具有負的界達電位的磨料顆粒、實質上由在該拋光組合物的pH值中具有負的界達電位的磨料顆粒組成、或由在該拋光組合物的pH值中具有負的界達電位的磨料顆粒組成。於某些實施態樣中，該磨料顆粒在未經處理的情況下可在該拋光組合物的pH值下具有正的界達電位，但在經由此處所描述的聚合物或共聚物處理後，可在該拋光組合物的pH值中具有負的界達電位。於其他的實施態樣中，該磨料可為在該拋光組合物的pH值中具有負的界達電位的未經處理磨料。包含在該拋光組合物的pH值中具有負的界達電位的顆粒磨料的非限制性實例，包括濕製程二氧化矽(wet process silica)及發煙二氧化矽(fumed silica)。顆粒的界達電位係指顆粒周圍離子的電荷及主體溶液(bulk solution)的電荷(如，液體載體及任何溶於其中的其他組分)的差值。
該拋光組合物包含鋁的錯合劑。該鋁的錯合劑可為任何合宜錯合劑。較佳地，該鋁的錯合劑為一有機羧酸。更佳地，該鋁的錯合劑係選自以下群組：丙二酸、鄰苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、檸檬酸、蘋果酸、乙醇酸、順丁烯二酸、及其組合。
該拋光組合物可包含任何合宜量的鋁的錯合劑。該拋光組合物 可包含0.1重量%或更多，如0.2重量%或更多、0.3重量%或更多、0.4重量%或更多、或0.5重量%或更多的鋁的錯合劑。或者、或額外地，該拋光組合物可包含3重量%或更少，如2.5重量%或更少、2重量%或更少、1.5重量%或更少、或1重量%或更少的鋁的錯合劑。因此，該拋光組合物可包含由上述為鋁的錯合劑所設端點之任兩者所限制的鋁的錯合劑的量。例如，該拋光組合物可包含0.1重量%至3重量%、0.1重量%至2.5重量%、0.1重量%至2重量%、0.3重量%至3重量%、0.3重量%至2.5重量%、0.3重量%至2重量%、0.5重量%至3重量%、0.5重量%至2.5重量%、或0.5重量%至2重量%的鋁的錯合劑。
理想地，磨料係懸浮於拋光組合物中，更特定言之，係於拋光組合物的水中。當磨料懸浮於拋光組合物中時，磨料較佳係以膠體狀穩定。「膠體」一詞意謂磨料顆粒於水中的懸浮。膠體穩定性意謂懸浮可維持的時間。於本發明說明書文中，當將在水中或在拋光組合物中的磨料懸浮液放置在一個100毫升量筒中並不攪動靜置2小時時間(如，4小時時間、或8小時時間、或24小時時間、或一週時間、或四週時間、或16週時間)之後，量筒中底部50毫升的顆粒濃度([B]，克/毫升)和量筒中頂部50毫升的顆粒濃度([T]，克/毫升)的差值除以在拋光組合物中的初始顆粒濃度([C]，克/毫升)小於0.5(即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則認為磨料是膠體狀穩定的。理想地，[B]-[T]/[C]之值係小於或等於0.3，且較佳係小於或等於0.1。
拋光組合物選擇性的更包含一可氧化鋁的試劑。該可氧化鋁的 試劑可為任何在拋光組合物的pH值下具合宜氧化電位的試劑。合宜氧化試劑的非限制性實例包含選自以下群組的氧化試劑：過氧化氫、有機過氧酸、過硫酸鹽、硝酸鹽、過碘酸鹽、過溴酸鹽、溴酸鹽、鐵鹽、及其組合。
該拋光組合物可以任何合宜量包含可氧化鋁的試劑。該拋光組合物可包含0.1重量%或更多，如0.25重量%或更多、0.5重量%或更多、0.75重量%或更多、或1重量%或更多的可氧化鋁的試劑。或者、或額外地，該拋光組合物可包含5重量%或更少(如4重量%或更少、3重量%或更少、2重量%或更少、或1重量%或更少)的可氧化鋁的試劑。因此，該拋光組合物可包含由上述為可氧化鋁的試劑所設之端點之任兩者所限制的可氧化鋁的試劑的量。例如，該拋光組合物可包含0.1重量%至5重量%、0.25重量%至4重量%、0.5重量%至3重量%、0.75重量%至2重量%、1重量%至3重量%、或1重量%至2重量%的可氧化鋁的試劑。
該拋光組合物視需要更包含一界面活性劑。該界面活性劑可為陰離子型、非離子型、或兩性離子型界面活性劑。有利地，於拋光組合物中該界面活性劑的存在可改善拋光組合物的膠體穩定性、穩定磨料顆粒的顆粒尺寸、及/或改善使用拋光組合物拋光的半導體晶圓的形貌。界面活性劑的非限制性實施例可包含聚磺酸酯、聚羧酸酯、聚膦酸酯、聚醇(如，聚乙烯醇)、包含選自下列群組之單體的共聚物：磺酸鹽、羧酸鹽、膦酸鹽、醇、及其組合。
於一較佳實施態樣中，該界面活性劑係一烷基二苯醚二磺酸鹽 界面活性劑(alkyldiphenyloxide sulfonate surfactant)。典型地，該烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑具有結構：
其中R為C1 -C30 、較佳為C6 -C30 、更較佳為C6 -C22 的直鏈或支鏈狀、飽和或不飽和烷基，其中該烷基可選擇性的包含一或多個選自O及N所組成之群組的雜原子；且其中X+ 為氫或陽離子，例如，鹼金族陽離子或鹼土族陽離子(如，鈉、鉀、鋰、鈣、鎂、及相似物)。合宜烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑的實例包含可自陶氏化學公司(Dow Chemical Company)(密德蘭，MI)購得之界面活性劑，商標品名為DowfaxTM 2A1、DowfaxTM 3B2、DowfaxTM 8390、DowfaxTM C6L、DowfaxTM C10L、及DowfaxTM 30599。
該拋光組合物可包含任何合宜量的界面活性劑。因此，該拋光組合物可包含0.001重量%或更多(如0.005重量%或更多、0.01重量%或更多、0.05重量%或更多、0.1重量%或更多、0.2重量%或更多、0.3重量%或更多、0.4重量%或更多、或0.5重量%或更多)的界面活性劑。或者、或額外地，該拋光組合物可包含2重量%或更少(如1.8重量%或更少、1.6重量%或更少、1.4重量%或更少、1.2重量%或更少、或1重量%或更少)的界面活性劑。因此，該拋光組合物可包含由上述為界面活性劑所設端點之任兩者所限制的界面活性劑的量。例如，該拋光組合物可包含0.001重量%至2重量%、0.05重量%至1.8重量%、0.1重量%至1.6重量%、0.2重量%至1.4重量%、0.3重量%至1.2重量%、0.4重量 %至1.2重量%、或0.5重量%至1重量%的界面活性劑。
理想地，該拋光組合物不含由化學式(X2 )n -L所示的化合物，其中X2 代表四唑、1,2,4-三唑、1,2,3-三唑、或苯并三唑，且L代表一連結基，例如，其中L代表一價數為2或更高的連結基，其包含至少一選自以下群組之基團：脲基、硫脲基、醯胺基、酯基、磺醯胺基、磺脲基、羥基、胺甲酸基、醚基、胺基、羰基、磺酸基、及雜環基，且n為2或更大的整數。
理想地，該拋光組合物之pH值為1或更高(如，2或更高)。較佳地，該拋光組合物之pH值為5或更低(如，4或更低，或3或更低)。更佳地，該拋光組合物之pH值為2至4(如，2至3)。
可以用任何合宜方法達到及/或維持拋光組合物的pH值。更特定言之，拋光組合物可更包含pH值調整劑、pH值緩衝劑、或其組合。pH值調整劑可為任何合宜pH值調整化合物。例如，pH值調整劑可為硝酸、氫氧化鉀、氫氧化銨、或其組合。pH值緩衝劑可為任何合適的緩衝劑，例如，磷酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硼酸鹽、銨鹽等。拋光組合物可包含任何合宜量的pH值調整劑及/或pH值緩衝劑，透過使得用合宜量的pH值緩衝劑來達到及/或維持拋光組合物的pH值於前述範圍中。
該拋光組合物可選擇性的包含一膜形成劑(即，一腐蝕抑制劑)。該膜形成劑可為針對基材上任何組分之任何合宜膜形成劑。較佳地，該膜形成劑為銅腐蝕抑制劑或鎢腐蝕抑制劑。為本發明之目的，膜形成劑為可促進形成一鈍化層(即，一溶解抑制層)於受拋光表面的至少一區域上的任何化合物、或化合物之混合 物。有效的膜形成劑包含，例如，含氮雜環化合物。該膜形成劑理想地包含一或多個五或六員環之雜環型含氮環。較佳的膜形成劑包含1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、苯并三唑、苯并噻唑、及其衍生物，舉例言之，如經羥基、胺基、亞胺基、羰基、巰基、硝基、脲基、硫脲基、或烷基取代的衍生物。尤佳地，該膜形成劑係選自以下群組：苯并三唑、1,2,4-三唑、及其混合物。
該拋光組合物可包含任何合宜量的膜形成劑。因此，該拋光組合物可包含0.0001重量%或更多，如0.0005重量%或更多、0.001重量%或更多、0.005重量%或更多、0.01重量%或更多、或0.1重量%或更多的膜形成劑。或者、或額外地，該拋光組合物可包含2重量%或更少，如1.8重量%或更少、1.6重量%或更少、1.4重量%或更少、1.2重量%或更少、或1重量%或更少的膜形成劑。故，該拋光組合物可包含由上述為膜形成劑所設端點之任兩者所限制的膜形成劑的量。例如，該拋光組合物可包含0.0001重量%至2重量%、0.005重量%至1.8重量%、0.01重量%至1.6重量%、或0.1重量%至1重量%的膜形成劑。
該拋光組合物選擇性的更包含一除生物劑。該除生物劑可為任何合適的除生物劑，例如，一異噻唑啉酮(isothiazolinone)除生物劑。於拋光組合物中所用的除生物劑的量典型地為1 ppm至500 ppm，且較佳為10 ppm至200 ppm。
拋光組合物可以用任何合適的方法製備，其中許多已為本領域技藝人士所知。拋光組合物可以批次或連續方法製備。一般而言，拋光組合物可以任何順序組合其成分來製備。此處使用之「組分」 用語係包含個別成分(如，磨料、鋁的錯合劑、可氧化鋁的試劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、視需要的除生物劑等)及任何成分(如，磨料、鋁的錯合劑、可氧化鋁的試劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、視需要的除生物劑等)的組合。
舉例言之，可將磨料分散於水中，之後加入鋁的錯合劑、可氧化鋁的試劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、視需要的除生物劑，並以任何可以將組分合併入拋光組合物的方法混合之。如果使用了可氧化鋁的試劑，則可在製備拋光組合物的任何時刻將其加入。拋光組合物可在使用之前製備，其中一或多種組分，如可氧化鋁的試劑，可以在使用之前(如1分鐘之前、或1小時之前、或7天之前)加入拋光組合物中。亦可在拋光操作時於基材表面上混合各組分而製備拋光組合物。
拋光組合物可以一包含磨料、鋁的錯合劑、可氧化鋁的試劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、視需要的除生物劑及水的單一封包系統提供；或者，可在一第一容器中以分散於水中的形式提供磨料，並在一第二容器中以乾燥、或溶液、或分散於水中的形式提供鋁的錯合劑、可氧化鋁的試劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、及視需要的除生物劑。理想地，可氧化鋁的試劑係與拋光組合物的其他組分分開提供，且透過如使用者端，在使用前短時間內(如，使用前1星期或之內、使用前1天或之內、使用前1小時或之內、使用前10分鐘或之內、或使用前1分鐘或之內)與拋光組合物的其他組分混合。第一或第二容器中的組分可以是乾燥的形式，而另一容器中的組分可以是水相分散的形式。此外， 第一和第二容器中的組分可具有不同的pH值，或者可具有實質上相似、甚至相等的pH值。其他二容器、或三或多容器之拋光組合物之組分的組合皆在本領域通常知識者的知識範圍內。
本發明的拋光組合物亦可以濃縮物提供，其在使用前以適當量的水稀釋。於此實施態樣中，拋光組合物濃縮物可包含磨料、鋁的錯合劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、視需要的除生物劑、及水，及含或不含視需要的可氧化鋁的試劑；其量為使得，一旦以適當量的水及視需要的可氧化鋁的試劑(如果未以以適當的量存在)稀釋該濃縮物，拋光組合物的各組分將以前述各組分之適當範圍的量存在於拋光組合物中。例如，磨料、鋁的錯合劑、界面活性劑、視需要的膜形成劑、及視需要的除生物劑可各自相較於前述各組分的濃度以2倍(如，3倍、4倍、或5倍)或更高的濃度存在，以至於濃縮物以同體積(如，依序為2份同體積、3份同體積、4份同體積)水及適當量的視需要的可氧化鋁的試劑稀釋時，各組分將以前述各組分之適當範圍的量存在於拋光組合物中。此外，如本領域中具有通常知識者所理解，濃縮物可包含存在於最終拋光組合物中之適當比例的水，以確保其他的組分至少部份或全部溶解於濃縮物中。
實施例
以下實施例進一步例示本發明，但當然不應以任何方式限制其範圍。
在以下的實施例中，拋光實驗以三壓盤(three-platen)Mirra拋光機(應用材料；加州聖塔克拉)進行，拋光參數如下：在壓盤1 以二相進行拋光：使用一D100拋光墊，於相1以24.2千帕之下壓力，相2以13.8千帕之下壓力(嘉柏微電子材料股份有限公司，依利諾州奧羅拉)。相2係用於緩衝清潔。基材係由加覆有鋁之鈦線圖案化之二氧化矽塗佈矽晶圓所組成。基材含有一圖案，該圖案包含由10微米間隔分隔的10微米細線。
實施例1
本實施例顯示本發明的拋光組合物在使用於拋光含有鋁沉積在介電層上之鈦線圖案上的基材所能達成的缺陷改良。
兩個基材分別以兩種不同的拋光組合物，組合物1A及組合物1B拋光。各組合物包含於水中之1.5重量%乳酸及3重量%過氧化氫，pH值為3.4。組合物1A(比較)更包含0.5重量%之以1150ppm聚丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸處理的α-氧化鋁。組合物1B(本發明)更包含0.5重量%之以1150ppm丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁。組合物1C(比較)更包含0.5重量%之以1150ppm聚丙烯酸處理的α-氧化鋁。組合物1C並非膠體穩定，故沒有使用於拋光基材。
在拋光之後清潔基材，以AIT晶圓檢測系統(KLA-Tencor，加州Milpitas)檢測缺陷。標準化總缺陷數係由掃描影像對總影像數的比值與缺陷數的乘積決定。結果顯示於下表1中。
由表1結果清楚顯示，使用含有以丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁的組合物1B，可得到與使用含有以聚丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸處理的α-氧化鋁的組合物1A相比，約20%的標準化總缺陷數。組合物1B至少6個月為膠體狀穩定，而組合物1A只維持膠體穩定性7至60天。
實施例2
本實施例顯示本發明的拋光組合物在使用於拋光含有鋁沉積在介電層上之鈦線圖案上的基材所能達成的缺陷改善。
五個基材分別以五種不同的拋光組合物，組合物2A至2E拋光。各組合物包含於水中之1重量%乳酸、3重量%過氧化氫、及1000 ppm DowfaxTM 8390(一種烷基二苯醚磺酸鹽界面活性劑)，pH值為3.4。組合物2A(比較)更包含0.5重量%以1150 ppm聚丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸處理的α-氧化鋁。組合物2B至2E(發明)更包含0.5重量%以具有如表2所示之不同含磺酸鹽單體莫耳百分率及不同分子量之1150 ppm丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁。
於拋光之後清潔基材，以AIT晶圓檢測系統檢測缺陷。總刮擦缺陷數係由AIT系統觀測到刮擦的掃描影像數量決定。結果顯示於下表2中。
表2
由表2結果清楚顯示，使用含有以丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁的組合物2B至2E，可得到與使用含有以聚丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸處理的α-氧化鋁的組合物2A相比，約1.5%的總刮擦缺陷數。
實施例3
本實施例顯示本發明的拋光組合物在使用於拋光含有鋁沉積在介電層上之鈦線圖案的基材所能達成的缺陷改善。
三個基材分別以三種不同的拋光組合物，組合物3A至3C拋光。各組合物包含於水中之1重量%乳酸、及3重量%過氧化氫，pH值為3.4。組合物3A(比較)更包含0.5重量%之以1150 ppm聚丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸處理的α-氧化鋁及1000 ppm之分子量為100,000的聚碳酸聚合物。組合物3B(發明)更包含0.5重量%之以1150 ppm丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁及1000 ppm DowfaxTM 8390(一種烷基二苯醚磺酸鹽界面活性劑)。組合物3C(發明)更包含0.5重量%之以1150 ppm丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁，但並未更包含任何額外的聚合物或共聚物。該經處理的α-氧化鋁在拋光組 合物中具有負的界達電位。
於拋光之後清潔基材。測量鋁的凹陷(dishing)數，且以AIT晶圓檢測系統檢測缺陷。總刮擦缺陷數係由AIT系統觀測到刮擦的掃描影像數量決定。結果顯示於下表3中。
由表3結果清楚顯示，使用含有1000 ppm烷基二苯醚磺酸鹽界面活性劑(即DowfaxTM 8390)的組合物3B，可得到與使用含有1000 ppm聚碳酸聚合物的組合物3A相比，約8.4%的總刮擦缺陷數。使用含有以1150 ppm丙烯酸-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁但不包含任何額外的共聚物的組合物3C，可得到與使用3A及3B相比，分別約2.5%及約30%的總刮擦缺陷數。然而，使用組合物3C導致與使用組合物3B相比約5倍大的碟型(dishing)。
實施例4
本實施例顯示本發明的拋光組合物在使用於拋光含有鋁沉積在介電層上之鈦線圖案上的基材所能達成的缺陷改善。
三個基材分別以三種不同的拋光組合物，組合物4A至4C拋光。各組合物包含於水中之0.5重量%之以1150 ppm丙烯酸-丙烯醯胺 基-2-甲基丙磺酸共聚物處理的α-氧化鋁、1重量%乳酸、及3重量%過氧化氫，pH值為3.4。組合物4A(控制)更包含1000 ppm分子量為100,000的聚碳酸聚合物。組合物4B(比較)更包含1000 ppm的Calsoft LAS99(一種C12 -C16 直鏈烷苯磺酸鹽)。組合物4C(本發明)更包含1000 ppm DowfaxTM 8390(一種烷基二苯醚磺酸鹽界面活性劑)。
於拋光之後清潔基材。測量鋁的凹陷數，且以AIT晶圓檢測系統檢測缺陷。總刮擦缺陷數係由AIT系統觀測到刮擦的掃描影像數量決定。結果顯示於下表4中。
由表4結果清楚顯示，使用含有1000 ppm烷基二苯醚磺酸鹽界面活性劑(即DowfaxTM 8390)作為添加劑的本發明組合物4C，顯現與使用含有聚碳酸作為添加劑的控制組合物4A及含有C12 -C16 直鏈烷苯磺酸鹽(Calsoft LAS99)作為添加劑的組合物4B相比，約1.3%的總刮擦缺陷數。

Claims (26)

  1. 一種化學機械拋光基材的方法，包含：(i)提供一包含至少一鋁層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一拋光組合物，包含：(a)一由α-氧化鋁顆粒組成的磨料，該α-氧化鋁顆粒係覆有一共聚物，該共聚物係包含至少一種磺酸鹽單體及至少一種選自以下群組的單體：羧酸鹽單體、膦酸鹽單體、及磷酸鹽單體；(b)一鋁的錯合劑；及(c)水；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)磨削(abrading)該基材表面的至少一部分，以自該基材表面除去至少一些鋁並拋光該基材表面，其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該磨料係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該共聚物係包含一至少一種磺酸鹽單體與至少一種羧酸鹽單體的組合。
  3. 如請求項2所述之方法，其中至少一種羧酸鹽單體包含至少一種丙烯酸鹽單體。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該鋁的錯合劑係包含一有機羧 酸。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該有機羧酸係選自以下群組：丙二酸、鄰苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、檸檬酸、蘋果酸、乙醇酸、順丁烯二酸、及其組合。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該拋光組合物更包含一可氧化鋁的試劑。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該可氧化鋁的試劑係選自以下群組：過氧化氫、有機過氧酸、過硫酸鹽、硝酸鹽、過碘酸鹽、過溴酸鹽、溴酸鹽、鐵鹽、及其組合。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該拋光組合物更包含一界面活性劑。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該界面活性劑係一烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑(alkyldiphenyloxide disulfonate surfactant)。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該基材更包含至少一選自以下群組的層：鎢、鈦、氮化鈦、鉭、及氮化鉭。
  11. 一種化學機械拋光基材的方法，包含：(i)提供一包含至少一鋁層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一拋光組合物，包含：(a)一磨料，該磨料包含在該拋光組合物中具有負的 界達電位(zeta potential)的顆粒；(b)一鋁的錯合劑；(c)至少一種烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑；及(d)水；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)研磨該基材表面的至少一部分，以自該基材表面除去至少一些鋁並拋光該基材表面，其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該磨料係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該磨料係選自以下群組：濕製程二氧化矽(wet process silica)、發煙二氧化矽(fumed silica)、及表面經塗覆之α-氧化鋁。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該鋁的錯合劑包含一有機羧酸。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該有機羧酸係選自以下群組：丙二酸、鄰苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、檸檬酸、蘋果酸、乙醇酸、順丁烯二酸、及其組合。
  15. 如請求項11所述之方法，其中該拋光組合物更包含一可氧化鋁的試劑。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該可氧化鋁的試劑係選自以下群組：過氧化氫、有機過氧酸、過硫酸鹽、硝酸鹽、過碘酸鹽、過溴酸鹽、溴酸鹽、鐵鹽、及其組合。
  17. 一種化學機械拋光組合物，包含：(a)覆有一共聚物的α-氧化鋁顆粒，該共聚物係實質上由至少一種磺酸鹽單體及至少一種丙烯酸鹽單體所組成；(b)一有機羧酸；及(c)水；其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該經塗覆的α-氧化鋁顆粒係以膠體狀穩定於該拋光組合物中。
  18. 如請求項17所述之組合物，其中該共聚物係包含50莫耳%至90莫耳%的丙烯酸鹽單體及10莫耳%至50莫耳%的磺酸鹽單體。
  19. 如請求項17所述之組合物，該組合物更包含一可氧化金屬的試劑。
  20. 如請求項17所述之組合物，該組合物更包含一界面活性劑。
  21. 如請求項20所述之組合物，其中該界面活性劑係一烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑。
  22. 一種化學機械拋光組合物，包含：(a)一磨料，該磨料係包含在該拋光組合物中具有負的界達電位的顆粒；(b)一有機羧酸；(c)至少一種烷基二苯醚二磺酸鹽界面活性劑；及(d)水；其中，該拋光組合物之pH值為1至6，且該磨料係以膠體狀 穩定於該拋光組合物中，且該拋光組合物不含由化學式(X2 )n -L所示的化合物，其中X2 代表四唑、1,2,4-三唑、1,2,3-三唑、或苯并三唑，且L代表一連結基。
  23. 如請求項22所述之組合物，其中該磨料係未經改質的濕製程二氧化矽、或經陰離子官能基改質的濕製程二氧化矽。
  24. 如請求項22所述之組合物，其中該磨料係包含覆有一共聚物的α-氧化鋁顆粒，該共聚物係實質上由至少一種磺酸鹽單體及至少一種丙烯酸鹽單體所組成。
  25. 如請求項22所述之組合物，其中該有機羧酸係選自以下群組：丙二酸、鄰苯二甲酸、乳酸、酒石酸、葡萄糖酸、檸檬酸、蘋果酸、乙醇酸、順丁烯二酸、及其組合。
  26. 如請求項22所述之組合物，其中該拋光組合物更包含一可氧化鋁的試劑。
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