TWI596203B - 用於抑制氮化鈦及鈦／氮化鈦移除之化學機械拋光（ｃｍｐ）方法 - Google Patents

用於抑制氮化鈦及鈦／氮化鈦移除之化學機械拋光（ｃｍｐ）方法 Download PDF

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Description

用於抑制氮化鈦及鈦/氮化鈦移除之化學機械拋光(CMP)方法
本發明係關於化學機械拋光(chemical mechanical polishing；CMP)組合物及方法。更特定言之，本發明係關於用於抑制氮化鈦及鈦/氮化鈦障壁層移除之CMP方法及其對應的CMP組合物。
在製造先進的半導體器件(記憶體與邏輯兩者)中，某些整合方案需要選擇性移除金屬(例如Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止)、W、Pt)或介電質(例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、多晶矽)或聚合物(例如PR、SOG類型氧化物)，其中在到達障壁層時停止移除(通常稱為「障壁時停止」)。用於基板之表面之化學機械拋光(CMP)的組合物及方法已為此項技術中所熟知。用於半導體基板之表面之CMP(例如用於積體電路製造)的拋光組合物(亦稱為拋光漿料、CMP漿料及CMP組合物)通常含有研磨劑、各種添加劑化合物及其類似者。在障壁層由氮化鈦(TiN)及鈦/氮化鈦(Ti/TiN)形成的情況下，障壁時停止過程可為困難的，因為典型的CMP組合物不為特別選擇性地用於移除相對於TiN或Ti/TiN層之上覆金屬層。
障壁時停止技術之一個特定應用為用於鎢(W)閘極形成，其包括CMP移除安置於氧化物基板上的障壁層上之W層。氧化物基板中之凹 陷內襯有障壁層之一部分且填充有W金屬。在拋光期間，藉由CMP移除W層，下至障壁層之平面部分。接著藉由蝕刻移除在凹陷內的W之一部分以形成閘極結構。障壁時停止技術中之一個主要困難為非所要地移除障壁層之平面部分，其可導致較低閘極高度或其他問題。通常，CMP組合物選擇性不足以在曝露障壁層時可靠且一致地停止材料移除。
鑒於在TiN或Ti/TiN障壁上之金屬移除中遇到的困難，存在對在抑制Ti/TiN障壁移除時有效移除金屬之CMP組合物及方法的持續需要。本文描述之方法及組合物解決此需要。
本文描述一種用於移除沈積在TiN或Ti/TiN障壁層上之金屬、介電質或聚合物層之化學機械拋光(CMP)方法。該方法包含用酸性CMP組合物(例如與CMP拋光裝置中之拋光墊一起)研磨掉金屬(例如Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止)、W、Pt)或介電質(例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、多晶矽)或聚合物(例如PR、SOG類型氧化物)。CMP組合物包含懸浮於含有選自由陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、非離子界面活性劑及其組合組成之群之界面活性劑的液體載劑中之微粒研磨劑(例如二氧化矽、氧化鋁)。該方法特別適用於障壁時停止拋光包含TiN或Ti/TiN障壁層之基板。界面活性劑出人意料地輔助抑制TiN及Ti/TiN移除而不干擾金屬、介電質或聚合物移除。
在一些實施例中，CMP組合物包含0.001重量%(wt%)到10重量%(wt%)之微粒研磨劑。微粒研磨劑之一些實例包括平均粒徑為10至300之膠態二氧化矽及平均粒徑為10至300之氧化鋁。CMP組合物之pH較佳在2至7範圍內。界面活性劑可例如以10百萬分率至50,000百萬分率(parts-per-million；ppm)範圍內之濃度存在於CMP組合物中。
在一些較佳實施例中，CMP組合物進一步包含氧化劑(例如過氧化氫)，例如0wt%至5wt%之過氧化氫。
在一些實施例中，界面活性劑可包含陰離子界面活性劑，諸如磺酸鹽界面活性劑、硫酸鹽界面活性劑、膦酸鹽界面活性劑(例如烷基膦酸鹽)及磷酸鹽界面活性劑(例如烷基磷酸單酯或二酯或乙氧基化烷基磷酸鹽)。替代地或另外，界面活性劑可包含非離子界面活性劑，諸如炔烴二醇界面活性劑。一些較佳陰離子界面活性劑包括例如陰離子磺酸鹽界面活性劑，諸如烷芳基磺酸鹽(例如烷基苯磺酸鹽，諸如十二烷基苯磺酸鹽)、單烷基磺基丁二酸鹽及二烷基磺基丁二酸鹽。
在一較佳實施例中，CMP組合物包含pH範圍為2至7之含水載劑中之0.001wt%至10wt%二氧化矽或氧化鋁研磨劑、10ppm至50,000ppm磺酸鹽界面活性劑及0wt%至5wt%過氧化氫。磺酸鹽界面活性劑較佳包含烷基苯磺酸鹽界面活性劑(諸如十二烷基苯磺酸鹽)及/或單烷基或二烷基磺基丁二酸鹽界面活性劑。
在另一較佳實施例中，CMP組合物包含pH範圍為2至7之含水載劑中之0.001wt%至10wt%二氧化矽或氧化鋁研磨劑、10ppm至50,000ppm非離子界面活性劑及0wt%至5wt%過氧化氫。非離子界面活性劑較佳包含炔烴二醇界面活性劑(例如炔屬二醇、其乙氧基化物、其乙氧基化物-丙氧基化物或前述兩種或兩種以上之組合)。
本文所述之組合物及方法為相對於TiN及Ti/TiN之金屬移除有利地提供極佳選擇性。特定言之，陰離子界面活性劑及非離子界面活性劑出人意料地輔助抑制TiN及Ti/TiN移除而仍允許可接受的金屬移除速率。
圖1提供在用包含各種陰離子界面活性劑及非離子界面活性劑之 CMP組合物拋光TiN毯覆式晶圓時觀測到的TiN移除速率(removal rate；RR)抑制(%)之圖表。
圖2提供pH為2.3且包含0.025重量%(wt%)膠態二氧化矽、與0.162wt%丙二酸螯合的750ppm鐵離子及1000ppm(活性劑濃度)各種界面活性劑之CMP組合物之TiN移除速率之圖表。
圖3提供在用呈各種二氧化矽固體含量濃度(SC%)之具有(w/)及不具有(w/o)1000ppm十二烷基苯磺酸界面活性劑之包含膠態二氧化矽的CMP組合物拋光TiN毯覆式晶圓時觀測到的TiN RR及TiN RR抑制(%)之圖表。
圖4提供在用呈各種組合物pH值之具有(w/)及不具有(w/o)1000ppm十二烷基苯磺酸界面活性劑之包含0.025wt%膠態二氧化矽的CMP組合物拋光TiN毯覆式晶圓時觀測到的TiN RR及TiN RR抑制(%)之圖表。
圖5提供在用具有(w/)及不具有(w/o)1000ppm十二烷基苯磺酸界面活性劑之包含0.025wt%各種研磨劑的CMP組合物拋光TiN毯覆式晶圓時觀測到的TiN RR及TiN RR抑制(%)之圖表。
適用於本文所述之方法之CMP組合物包括含水載劑中的微粒研磨劑及界面活性劑。該等組合物出人意料地導致抑制TiN及Ti/TiN移除速率而仍提供金屬(例如Cu、CuMn、Ta、TaN、Al、AlCo、Co、CoMo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn、TiN(自停止)、W、Pt)或介電質(例如氧化矽、氮化矽、碳化矽、多晶矽)或聚合物(例如PR、SOG類型氧化物)移除之可接受的移除速率。
CMP組合物之界面活性劑組份可包含陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、非離子界面活性劑或其組合。如本文所述，該組合物可包含單一界面活性劑、來自單一界面活性劑類(或子類)之多種界面 活性劑或視情況可包含來自不同界面活性劑類(或子類)之兩種或兩種以上界面活性劑之組合。界面活性劑在組合物中之濃度可為至少10ppm，例如至少25ppm、至少50ppm、至少100ppm、至少500ppm、至少1000ppm或至少2,000ppm。另外，界面活性劑在組合物中之濃度可為不超過50,000ppm，例如40,000ppm、30,000ppm、20,000ppm、10,000ppm或5,000ppm。通常，界面活性劑以10ppm至50,000ppm、較佳50ppm至5000ppm範圍內之濃度存在於CMP組合物中。
較佳地，陰離子界面活性劑選自一般類之膦酸鹽界面活性劑、磷酸鹽界面活性劑、磺酸鹽界面活性劑及硫酸鹽界面活性劑。如本文所用之術語「膦酸鹽」、「磷酸鹽」、「磺酸鹽」及「硫酸鹽」係指離子化(陰離子)形式之界面活性劑，其包括至少一種陰離子氧，以及指酸形式之界面活性劑，其包括至少一種酸性OH基團。如此項技術中熟知的，許多硫基及磷基界面活性劑之酸形式一般極具酸性且將甚至在相對低的pH值(例如pH為2至3)下傾向於離子化。因此，本發明之CMP組合物中之陰離子界面活性劑將一般主要以陰離子形式存在，而不管是以鹽形式抑或酸形式添加界面活性劑至組合物中。
適用於本文所述之CMP組合物的磺酸鹽界面活性劑之非限制性實例子類包括烷芳基磺酸鹽(例如烷基苯磺酸鹽，諸如十二烷基苯磺酸鹽)、烷基磺酸鹽(例如烯基磺酸鹽，諸如α-烯烴磺酸鹽、烷基甘油酯磺酸鹽、烷基醚磺酸鹽及烷基磺基乙酸鹽)、磺基丁二酸鹽(例如單烷基磺基丁二酸鹽及二烷基磺基丁二酸鹽)、醯基牛磺酸鹽及醯基羥乙基磺酸鹽。
烷芳基磺酸鹽為一個較佳類之陰離子界面活性劑。烷基可在相對於磺酸基團的任何位置處附接至芳基(例如苯)部分。烷基一般將包括超過6個碳原子且可為直鏈或分支鏈。分支鏈烷基可經由一級碳(例如亞甲基)、二級碳或三級碳附接至芳基部分。較佳烷芳基磺酸鹽為 十二烷基苯磺酸鹽，其中十二烷基可為具有總計十二個碳原子之任何烷基，且因此可為直鏈或分支鏈。分支鏈十二烷基可經由一級碳(例如亞甲基)、二級碳或三級碳附接至苯部分。較佳地，十二烷基包含經由二級碳原子(亦即，內部地沿十二烷基鏈而非在鏈的一端)附接至苯基之直鏈十二烷基鏈。
如將由化學技術中一般技術者易於理解的是，在給定CMP組合物中之界面活性劑一般將選擇為在CMP組合物之儲存pH下為穩定的。因此，較佳陰離子界面活性劑類為膦酸鹽及磺酸鹽界面活性劑(亦即，其中界面活性劑之疏水性部分藉由C-S或C-P鍵結合至親水性S或P基團之界面活性劑)，與磷酸鹽及硫酸鹽相反，其由於界面活性劑之疏水性部分與親水性部分之間的酯鍵往往在酸性pH下具有穩定性問題。另外，較佳磺酸鹽及膦酸鹽界面活性劑為其中疏水性部分包括相對酸穩定鍵(亦即，C-C鍵醚及醯胺，且在一些情況下為羧酸酯基團)之材料。相對酸穩定磺酸鹽之一些實例包括例如烷芳基磺酸鹽、烯基磺酸鹽、烷基醚磺酸鹽、醯基牛磺酸鹽、單烷基磺基丁二酸鹽及二烷基磺基丁二酸鹽。
較佳非離子界面活性劑包括烷芳基醇、炔醇及炔烴二醇(通常亦稱為炔屬二醇界面活性劑)，包括諸如2,5,8,11-四甲基-6-十二炔-5,8-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇及其類似者之炔烴二醇材料，以及乙氧基化炔烴二醇及乙氧基化-丙氧基化炔烴二醇。舉例而言，炔烴二醇界面活性劑可由以下式I與式H表示，其中R1及R4為包含3至10個碳原子之直鏈或分支鏈烷基鏈；R2及R3為H或包含1至5個碳原子之烷基鏈，及m、n、p及q為平均值在0至20範圍內之數字。此類炔烴二醇界面活性劑及其製備之實例描述於例如Zhang等人之美國專利第6,641,896號中。
微粒研磨劑可為適合用於CMP應用之任何研磨劑，例如SiO2(二氧化矽)、Al2O3(氧化鋁)、CeO2(二氧化鈰)、ZnO2(氧化鋯)或MnO2。研磨劑可具有任何適合的平均粒徑(亦即，平均粒子直徑)。研磨劑之平均粒徑可為4nm或4nm以上、10nm或10nm以上、15nm或15nm以上、20nm或20nm以上或25nm或25nm以上。替代地或另外，研磨劑之平均粒徑可為300nm或300nm以下、150nm或150nm以下、120nm或120nm以下、110nm或110nm以下、100nm或100nm以下、90nm或90nm以下、80nm或80nm以下、70nm或70nm以下、60nm或60nm以下、50nm或50nm以下或40nm或40nm以下。因此，研磨劑可具有由以上端點之任何兩個限定之平均粒徑。對於非球狀粒子，粒徑為涵蓋粒子之最小球體之直徑。在一些較佳實施例中，研磨劑選自二氧化矽(例如膠態二氧化矽)及氧化鋁。較佳地，微粒研磨劑之平均粒徑為10nm至300nm。較佳膠態二氧化矽研磨劑之平均粒徑在10nm至300nm、較佳10nm至150nm範圍內。矽石粒子一般可為球形、扁球形、啞鈴形或繭。較佳氧化鋁研磨劑之平均粒徑為10nm至300nm，更佳為10nm至150nm。
拋光組合物可含有0.001wt.%或0.001wt.%以上、0.1wt.%或0.1wt.%以上、0.25wt.%或0.25wt.%以上或0.5wt.%或0.5wt.%以上之研磨劑。替代地或另外，拋光組合物可含有10wt.%或10wt.%以下、5wt.%或5wt.%以下、4wt.%或4wt.%以下、3wt.%或3wt.%以下或2wt.%或2wt.%以下之研磨劑。因此，拋光組合物可包含呈由針對研磨 劑所述的以上端點中之任何兩個限定之量的研磨劑。研磨劑通常以0.001wt%至10wt%、較佳0.001wt%至5wt%之範圍內的濃度存在於CMP組合物中。較佳地，研磨劑以0.001wt%至10wt%(例如0.001wt%至5wt%)之濃度存在於CMP組合物中。在如本文所述之拋光方法期間的使用點下，研磨劑較佳以0.001wt%至5wt%(例如0.001wt%至2wt%)之濃度存在於CMP組合物中。
合乎需要地，二氧化矽研磨劑在拋光組合物中在pH 2.3下將具有大於0mV之ζ電位。粒子之ζ電位係指粒子周圍的離子之電荷與本體溶液(例如液體載劑及其中溶解的任何其他組份)之電荷之間的差異。
本發明之組合物具有酸性pH，亦即pH小於7。在一些實施例中，pH可在2直至7之範圍內，例如2至6，例如3至5。較佳地，pH係在2至5之範圍內。組合物之pH可藉由納入包括酸性組份(其可包含任何無機或有機酸)之緩衝材料來達成及/或維持。較佳地，酸性pH係藉由包含呈適於達成所要pH之量及比率的鹼性及酸性組份之有機或無機緩衝液來維持。酸性緩衝液已為一般熟習化學技術者所熟知。
在一些較佳實施例中，CMP組合物進一步包含氧化劑，諸如過氧化氫，視情況與金屬離子(例如鐵離子)組合。拋光組合物可含有任何適合量之氧化劑。拋光組合物可含有0.05wt.%或0.05wt.%以上、0.1wt.%或0.1wt.%以上或0.25wt.%或0.25wt.%以上之氧化劑。替代地或另外，拋光組合物可含有5wt.%或5wt.%以下、2.5wt.%或2.5wt.%以下、1wt.%或1wt.%以下、0.8wt.%或0.8wt.%以下或0.6wt.%或0.6wt.%以下之氧化劑。因此，拋光組合物可包含呈由針對氧化劑所述的以上端點中之任何兩個限定之量的氧化劑。在一些實施例中，CMP組合物在使用點下包含0wt%至5wt%之過氧化氫。
在習知CMP技術中，基板載體或拋光頭安裝在載體組件上且定位成與CMP裝置中之拋光墊接觸。載體組件對基板提供可控制壓力， 促進基板與拋光墊相抵。墊與載體及其附接之基板相對於彼此移動。墊與基板之相對移動用以研磨基板表面以自基板表面移除材料之一部分，藉此拋光基板。基板表面之拋光通常藉由拋光組合物之化學活性(例如藉由存在於CMP組合物中之氧化劑、酸、鹼或其他添加劑)及/或懸浮於拋光組合物中的微粒研磨劑之機械活性進一步輔助。
本發明之拋光組合物視情況亦可包括通常包括於拋光組合物中之適量的一或多種其他添加劑材料，諸如金屬錯合劑、分散劑、穩定劑、腐蝕抑制劑、黏度調節劑、殺生物劑、陽離子界面活性劑、非離子界面活性劑、無機鹽及其類似者。舉例而言，組合物可包括殺生物劑，諸如KATHON®或NEOLONE®殺生物劑；錯合劑，諸如乙酸、組胺酸、離胺酸、甘胺酸、吡啶甲酸、酒石酸、亞胺二乙酸、丙胺酸、苯甲酸、氮基三乙酸(nitrilotriacetic acid；NTA)、麩胺酸、戊二酸、β-丙胺酸、天冬胺酸、鳥胺酸或脯胺酸；腐蝕抑制劑，諸如苯并三唑(benzotriazole；BTA)、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、四唑(亦即，5-胺基四唑)、3-胺基-1,2,4-三唑、苯基膦酸、甲基膦酸；及其類似者。在一些實施例中，CMP組合物可包括水可溶鹽，例如硝酸銨用於輪廓控制及導電性。舉例而言，組合物可包括50ppm至2000ppm之水可溶鹽。CMP組合物亦可包括可相對於氮化矽選擇性地結合至氧化矽以進一步輔助氮化矽移除選擇性之陽離子界面活性劑。
含水載劑可為任何含水溶劑，例如水、含水甲醇、含水乙醇、其組合及其類似者。較佳地，含水載劑包含水、更佳去離子水，基本上由水、更佳去離子水組成或由水、更佳去離子水組成。
本文所述之方法中所用的拋光組合物可藉由任何適合技術製備，其中許多技術為熟習此項技術者所已知。拋光組合物可以分批或連續方法製備。一般而言，拋光組合物可藉由以任何順序組合其組份來製備。如本文所用之術語「組份」包括個別成份(例如研磨劑、聚 合物、螯合劑、緩衝劑及其類似者)以及成份之任何組合。舉例而言，二氧化鈰研磨劑可分散於水中、與聚合物組份組合及藉由任何能夠將該等組份併入拋光組合物中之方法混合。通常，當使用氧化劑時，直至組合物準備用於CMP方法時才將其添加至拋光組合物，例如可在即將起始拋光之前添加氧化劑。可在任何適合時間藉由按需要添加酸或鹼進一步調節pH。
本發明之拋光組合物亦可以濃縮物形式提供，意欲在使用之前用適量之含水溶劑(例如水)來將其稀釋。在該實施例中，拋光組合物濃縮物可包括以一定量分散或溶解於含水溶劑中之各種組份，該等組份之量使得在用適量之含水溶劑稀釋濃縮物時，拋光組合物之各組份將以適當使用範圍內之量存在於拋光組合物中。
本發明之CMP方法較佳使用化學機械拋光裝置實現。通常，CMP裝置包含壓板，其在使用時處於運動中且具有由軌道、線性及/或圓周運動產生之速度；拋光墊，其與壓板接觸且在運動時相對於壓板移動；及載體，其固持待藉由接觸拋光墊之表面且相對於拋光墊之表面移動進行拋光之基板。基板之拋光藉由以下步驟來進行：將基板置放成與拋光墊及本發明之拋光組合物接觸且接著使拋光墊相對於基板移動，以便研磨基板之至少一部分以拋光基板。
以下實例進一步說明本發明之某些態樣，但當然不應解釋為以任何方式限制其範疇。如本文及在以下實例與申請專利範圍中所用，報導為百萬分率(ppm)或重量%(wt%)之濃度係以所關注的活性組份之重量除以組合物之重量計。
提供以下非限制性實例以進一步說明本文所述之組合物及方法之某些態樣及特徵。
實例1
此實例說明不同界面活性劑對TiN移除速率抑制之影響。
此實例及以下實例中所用之研磨劑概述於表1中。
製備pH為2.3且包含0.025重量%(wt%)膠態二氧化矽(來自表1的研磨劑J，Fuso Chemical有限公司)、0.5wt%過氧化氫及1000ppm(活性劑濃度)表1中所列的各種界面活性劑、其餘為水之含水CMP組合物。使用Fujibo H7000拋光墊及以下拋光參數藉由各種組合物對TiN毯覆式晶圓拋光60秒：111rpm載體速度、113rpm壓板速度、1.5psi向下力及150mL漿料流率。將使用各組合物觀測到的TiN移除量與在用具有與測試組合物相同的基本配方但不具有任何添加的界面活性劑之比較CMP組合物(對照物)拋光TiN毯覆式晶圓時觀測到的TiN移除量進行比較。TiN移除速率(RR)抑制藉由對照物之移除速率減去測試組合物之移除速率來計算且差值表示為對照物之百分比。
圖1提供所觀測到的各種陰離子界面活性劑及非離子界面活性劑之TiN RR抑制(%)之圖表。界面活性劑抑制劑及各種非界面活性劑添加劑(例如胺基酸及三唑)之評估表明非界面活性劑添加劑不適合於提供所要的TiN RR抑制。在一些情況下，特別是對於硫酸鹽、磺酸鹽、磷酸鹽、烷芳基醇、醯胺及炔烴二醇界面活性劑，觀測到大於80%的TiN RR抑制(參見例如圖1中之SINONATE 1105SF(5)、SINONATE 290MH(6)、ZETASPERSE 2300(7)、DBS(16)、OLFINE WE-001(18)、OLFINE WE-003(19)、SURFYNOL 604(23)、SURFYNOL 707P(24)、SINOPOL 9620P(25)、聚(丙烯醯胺)(34)及RHODAFAC RS710(26)之結果)。
SURFYNOL及ZETASPERSE品牌界面活性劑係購自Air Products and Chemicals公司；SINOPOL及SINONATE品牌界面活性劑係購自Sino-Japan Chemical有限公司；OLFINE品牌界面活性劑係購自Shin-Etsu Chemical公司；RHODAFAC品牌界面活性劑係購自Rhodia；ADEKA品牌界面活性劑係購自Adeka公司，DOWFAX品牌界面活性劑係購自Dow Chemical公司；及ALCOSPERSE品牌界面活性劑係購自AkzoNobel Surface Chemistry有限責任公司。
實例2
此實例說明鐵離子作為氧化劑對包含各種界面活性劑之CMP組合物之TiN RR的影響。
製備pH為2.3且包含0.025重量%(wt%)膠態二氧化矽(來自表1的研磨劑J，Fuso Chemical有限公司)、750ppm硝酸鐵及0.162wt%丙二酸、另外含有1000ppm(以活性物濃度計)的各種界面活性劑之含水CMP組合物。使用以下拋光參數藉由拋光墊(Fujibo)及CMP組合物對TiN毯覆式晶圓拋光60秒。111rpm載體速度、113rpm壓板速度、1.5psi向下力及150ml漿料流率。圖2提供與不具有界面活性劑抑制劑之相似組合物相比的各種組合物之TiN移除速率之圖表。
圖2中之結果展示最低TiN移除速率，亦即最高TiN RR抑制，係藉由十二烷基苯磺酸(DBS)及(C10-C14)烷基苯磺酸鹽與乙氧基化(C6-C12)醇(ZETASPERSE 2300)之混合物獲得，兩者均為烷基苯磺酸鹽界面活性劑。
實例3
此實例說明研磨劑固體濃度對具有及不具有十二烷基苯磺酸(DBS)界面活性劑之包含膠態二氧化矽研磨劑之CMP組合物的TiN RR抑制之影響。
以各種研磨劑固體濃度(SC%)製備在pH 2.3下包含膠態二氧化矽研磨劑(來自表1的研磨劑J，Fuso Chemical公司)及0.5wt%過氧化氫、具有及不具有1000ppm DBS之含水拋光漿料，且藉由使用Fujibo H7000拋光墊及以下拋光參數對TiN毯覆式晶圓拋光60秒進行評估：111rpm載體速度、113rpm壓板速度、1.5psi向下力及150mL漿料流率。拋光結果以圖形方式展示於圖3中。
圖3中之資料表明TiN RR抑制在0.025wt%至10wt%之固體濃度範圍內在某種程度上可變地分佈在38%至100%範圍內，其中在用於此評估之拋光條件下TiN RR保持小於50Å/min直至2.5wt%之固體濃 度。另外，結果表明即使在高固體濃度(10%)下，該濃度導致更高拋光率，TiN RR抑制仍為很高(71%)。
實例4
此實例說明pH對具有及不具有十二烷基苯磺酸(DBS)界面活性劑之包含膠態二氧化矽研磨劑之CMP組合物的TiN RR抑制之影響。
在2至7整數pH值下製備在pH 2.3下包含膠態二氧化矽研磨劑(來自表1的研磨劑J，Fuso Chemical有限公司)及0.5wt%過氧化氫、具有及不具有1000ppm DBS之含水拋光漿料。藉由使用以下拋光參數對TiN毯覆式晶圓拋光60秒來評估CMP組合物：Fujibo H7000拋光墊、111rpm載體速度、113rpm壓板速度、1.5psi向下力及150mL漿料流率。拋光結果以圖形方式展示於圖4中。
圖4中之結果表明最高TiN RR抑制位準在pH 2與3下獲得。
實例5
此實例說明不同研磨材料對具有及不具有十二烷基苯磺酸(DBS)界面活性劑之CMP組合物的TiN RR抑制之影響。
製備在pH 2.3下包含0.025wt%表1中所列的研磨劑及0.5wt%過氧化氫、具有及不具有1000ppm DBS之含水拋光漿料。藉由使用以下拋光參數對TiN及W毯覆式晶圓拋光60秒來評估CMP組合物：Fujibo H7000拋光墊、111rpm載體速度、113rpm壓板速度、1.5psi向下力及150mL漿料流率。TiN拋光結果以圖形方式展示於圖5中。
圖5中之結果表明，對於具有界面活性劑之處理，所有測試研磨劑展示極高TiN RR抑制，其中實際TiN RR值在評估條件下小於20Å/min。結果亦表明，對於不具有界面活性劑之處理，TiN RR在廣泛範圍內變化，例如500Å/min至63Å/min。
本文中所引用之所有參考文獻，包括公開案、專利申請案及專利均以引用之方式併入本文中，該引用程度就如同個別及特定地指示 各參考文獻以引用之方式併入且全文闡述於本文中一般。
除非本文中另外指明或上下文明顯矛盾，否則在描述本發明之上下文中(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)使用之術語「一(a)」與「一(an)」及「該」及相似指示物均應解釋為涵蓋單數及複數。除非另外說明，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」均解釋為開放式術語(亦即，意謂「包括(但不限於)」)。術語「由…組成(consisting of)」及「由…組成(consists of)」應解釋為封閉式術語，其將任何組合物或方法分別限制為指定組份或步驟，列於本說明書之給定申請專利範圍或部分中。另外，且由於其開放性質，術語「包含」廣泛地涵蓋「基本上由」或「由」指定組份或步驟組成之組合物及方法，除了包括超出本說明書之給定申請專利範圍或部分中所列的彼等組份或步驟之其他組份或步驟之組合物及方法之外。除非本文中另外指明，否則本文列舉之值範圍僅意欲充當個別提及屬於該範圍內之各獨立值的速記方法，且各獨立值如同其在本文中個別列舉一般併入本說明書中。藉由量測獲得的所有數值(例如重量、濃度、物理尺寸、移除速率、流率及其類似者)不應解釋為絕對精確數字，且應視為涵蓋在此項技術中常用的量測技術之已知極限內的值，而不管是否明確陳述術語「約」。除非本文中另外指明或另外上下文明顯矛盾，否則本文所述之所有方法可以任何適合順序執行。除非另外主張，否則本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如「諸如」)之使用僅意欲更好地闡明本發明之某些態樣並且不限制本發明之範疇。本說明書中之任何語言均不應解釋為指示實施本發明所必需之任何未主張要素。
本文描述本發明之較佳實施例，其包括本發明者已知用於進行本發明之最佳模式。在閱讀前文描述之後，彼等較佳實施例之變化對於一般技術者而言可變得顯而易見。本發明者期望熟習此項技術者適 當時採用該等變化，且本發明者意欲以不同於本文中特定所述之方式來實施本發明。因此，若適用法律允許，則本發明包括隨附於本文之申請專利範圍中所列之標的物的所有修改及等效物。此外，除非本文中另外指明或另外上下文明顯矛盾，否則本發明涵蓋上述要素呈其所有可能變化形式之任何組合。

Claims (8)

  1. 一種拋光包含沈積在氮化鈦(TiN)或鈦/氮化鈦(Ti/TiN)障壁層上之金屬之基板之化學機械拋光(CMP)方法；該方法包含使該基板與包含懸浮於液體載劑中的微粒研磨劑之酸性CMP組合物接觸，其中該微粒研磨劑包含氧化鋁且具有約10nm至約150nm之平均粒徑，該液體載劑包含界面活性劑，其中該界面活性劑包含(C10-C14)烷基苯磺酸鹽與乙氧基化(C6-C12)醇之混合物，其中該界面活性劑抑制氮化鈦及鈦/氮化鈦經拋光之速率，及其中該組合物之pH係在約2至約5之範圍內。
  2. 如請求項1之方法，其中該微粒研磨劑係以0.001重量%(wt%)至10重量%(wt%)之濃度存在於該CMP組合物中。
  3. 如請求項1之方法，其中該界面活性劑係以10百萬分率(ppm)至50,000百萬分率(ppm)範圍內之濃度存在於該CMP組合物中。
  4. 如請求項1之方法，其中該CMP組合物進一步包含氧化劑。
  5. 如請求項4之方法，其中該氧化劑包含過氧化氫。
  6. 如請求項5之方法，其中該過氧化氫係以0.01wt%至5wt%範圍內之濃度存在於該CMP組合物中。
  7. 如請求項1之方法，其中該研磨係在CMP拋光裝置中結合拋光墊來完成。
  8. 如請求項1之方法，其中該CMP組合物包含0.001wt%至10wt%研磨劑、10ppm至50,000ppm磺酸鹽界面活性劑及進一步包含0.01wt%至5wt%過氧化氫。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI758069B (zh) * 2018-12-19 2022-03-11 美商富士軟片電子材料美國股份有限公司 研磨組成物及其使用方法
US11424131B2 (en) 2018-12-19 2022-08-23 Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions and methods of using same
US11680186B2 (en) 2020-11-06 2023-06-20 Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions and methods of using same

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9631122B1 (en) * 2015-10-28 2017-04-25 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten-processing slurry with cationic surfactant
US10711159B2 (en) 2016-12-30 2020-07-14 Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions
US10294399B2 (en) * 2017-01-05 2019-05-21 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing silicon carbide
US20190085205A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Cabot Microelectronics Corporation NITRIDE INHIBITORS FOR HIGH SELECTIVITY OF TiN-SiN CMP APPLICATIONS
JP2019062078A (ja) 2017-09-26 2019-04-18 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物、研磨用組成物の製造方法、研磨方法および半導体基板の製造方法
US11186748B2 (en) * 2017-09-28 2021-11-30 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous anionic functional silica slurry and amine carboxylic acid compositions for selective nitride removal in polishing and methods of using them
US10584265B2 (en) * 2017-09-28 2020-03-10 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous silica slurry and amine carboxylic acid compositions selective for nitride removal in polishing and methods of using them
US10711158B2 (en) * 2017-09-28 2020-07-14 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous silica slurry and amine carboxylic acid compositions for use in shallow trench isolation and methods of using them
JP7183863B2 (ja) * 2018-03-13 2022-12-06 Jsr株式会社 化学機械研磨用組成物及び化学機械研磨方法
JP7028120B2 (ja) * 2018-09-20 2022-03-02 Jsr株式会社 化学機械研磨用水系分散体及びその製造方法、並びに化学機械研磨方法
US20200172761A1 (en) * 2018-12-04 2020-06-04 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for silicon nitride cmp
US10787592B1 (en) * 2019-05-16 2020-09-29 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, I Chemical mechanical polishing compositions and methods having enhanced defect inhibition and selectively polishing silicon nitride over silicon dioxide in an acid environment
KR20220066937A (ko) * 2019-09-24 2022-05-24 버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨 평탄화에 있어서 위드-인 다이 불균일성(wid-nu)
EP4034605B1 (en) * 2019-09-24 2024-01-17 FUJIFILM Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions and methods of use thereof
TW202138505A (zh) * 2020-03-31 2021-10-16 美商富士軟片電子材料美國股份有限公司 研磨組成物及其使用方法
EP4189027A4 (en) * 2020-07-28 2024-07-31 Cmc Mat Llc CMP COMPOSITION WITH ANIONIC AND CATIONIC INHIBITORS
TW202225368A (zh) * 2020-12-17 2022-07-01 日商福吉米股份有限公司 研磨用組合物及使用此的研磨方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW527660B (en) * 2000-08-21 2003-04-11 Toshiba Corp Slurry for chemical mechanical polishing and manufacturing method of semiconductor device
US20090209103A1 (en) * 2006-02-03 2009-08-20 Freescale Semiconductor, Inc. Barrier slurry compositions and barrier cmp methods
TW201139633A (en) * 2010-01-27 2011-11-16 Jsr Corp Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, chemical mechanical polishing method using same, and kit for preparing aqueous dispersion for chemical mechanical polishing

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6432828B2 (en) * 1998-03-18 2002-08-13 Cabot Microelectronics Corporation Chemical mechanical polishing slurry useful for copper substrates
JP2006261333A (ja) 2005-03-16 2006-09-28 Fuji Photo Film Co Ltd 金属用研磨液及び研磨方法
JP2008004621A (ja) 2006-06-20 2008-01-10 Toshiba Corp Ｃｕ膜ＣＭＰ用スラリー、研磨方法および半導体装置の製造方法
JP5305606B2 (ja) 2007-03-22 2013-10-02 富士フイルム株式会社 金属用研磨液及び研磨方法
KR101477360B1 (ko) * 2009-06-22 2015-01-02 캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션 폴리규소 제거 속도를 억제하기 위한 ｃｍｐ 조성물 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW527660B (en) * 2000-08-21 2003-04-11 Toshiba Corp Slurry for chemical mechanical polishing and manufacturing method of semiconductor device
US20090209103A1 (en) * 2006-02-03 2009-08-20 Freescale Semiconductor, Inc. Barrier slurry compositions and barrier cmp methods
TW201139633A (en) * 2010-01-27 2011-11-16 Jsr Corp Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, chemical mechanical polishing method using same, and kit for preparing aqueous dispersion for chemical mechanical polishing

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI758069B (zh) * 2018-12-19 2022-03-11 美商富士軟片電子材料美國股份有限公司 研磨組成物及其使用方法
US11424131B2 (en) 2018-12-19 2022-08-23 Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions and methods of using same
US11680186B2 (en) 2020-11-06 2023-06-20 Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions and methods of using same

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US9752057B2 (en) 2017-09-05
TW201629182A (zh) 2016-08-16
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