TWI677544B - 拋光半導體基板的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於具有一暴露的二氧化矽特徵的一基板的化學機械拋光的製程，包括：提供一化學機械拋光組合物，其含有以下各者作為初始組分：水、一膠態二氧化矽研磨劑及一氧鋯化合物；其中所述化學機械拋光組合物的一pH值

Description

拋光半導體基板的方法
本發明是關於化學機械拋光的領域。詳言之，本發明是針對一種用於具有暴露的二氧化矽特徵的基板的化學機械拋光的製程，包括：提供化學機械拋光組合物，其含有以下各者作為初始組分：水、膠態二氧化矽研磨劑及氧鋯化合物；其中所述化學機械拋光組合物的pH值
Figure TWI677544B_D0001
6；給化學機械拋光襯墊提供拋光表面；將所述化學機械拋光組合物分配至接近所述化學機械拋光襯墊與所述基板之間的界面的所述化學機械拋光襯墊的拋光表面上；及在所述化學機械拋光襯墊與經拋光之所述基板之間的界面處創造動態接觸。
在積體電路及其他電子裝置的製造中，多個導電、半導電及介電材料層沈積在半導體晶圓的表面上或自其移除。導電、半導電及介電材料薄層可藉由許多沈積技術沈積。現代處理中的普通沈積技術包含亦稱為濺鍍的物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)及電化學電鍍(ECP)。
因為材料層依序沈積及移除，所以晶圓的最上表面變得不平坦。因為後續半導體處理(例如，金屬化)需要晶圓具有平坦表面，所以晶圓需要平坦化。平坦化適用於移除不當的表面構形及表面缺陷，諸如，粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕及被污染的層或材料。
化學機械平坦化或化學機械拋光(CMP)是一種用以使基板(例如，半導體晶圓)平坦化的普通技術。在習知CMP中，晶圓安裝在載體總成上且與CMP設備中的拋光墊接觸定位。載體總成對晶圓提供可控制壓力，從而將其抵著拋光墊按壓。藉由外部驅動力使墊相對於晶圓移動(例如，旋轉)。與此同時，在晶圓與拋光墊之間提供拋光組合物(“漿料”)或其他拋光溶液。因此，藉由對墊表面及漿料進行化學及機械作用對晶圓表面拋光且使其平坦。
一種用於拋光金屬特徵之組合物及方法由Puppe等人揭露。具體言之，在Puppe等人之美國專利申請公開案第20030157804號中，揭露一種含有按體積計2.5%至75%的按重量計30%陽離子改質的矽石溶膠(silica sol)，其陽離子改質的SiO2粒子具有12nm至300nm的平均粒度，及按重量計0.5%至22%的至少一種氧化劑(其中pH值為2.5至6)的組合物。
然而，存在對具有暴露的二氧化矽特徵的基板的化學機械拋光的改良方法的持續需求。
本發明提供一種拋光基板的方法，包括：提供所述基板，其中所述基板具有二氧化矽特徵；提供化學機械拋光組合物，其包括以下各者作為初始組分：水、0.01重量%至40重量%的膠態二氧化矽研磨劑、氧鋯化合物(zirconyl compound)及0重量%的氧化劑；其中所述化學機械拋光組合物的pH值是
Figure TWI677544B_D0002
6；提供具有拋光表面之化學機械拋光襯墊；將所述化學機械拋光組合物分配至接近所述化學機械拋光襯墊與所述基板之間的界面之所述化學機械拋光襯墊的拋光表面上；及藉由0.69kPa至34.5kPa的向下力在所述化學機械拋光襯墊與經拋光之所述基板之間的所述界面處創造動態接觸；其中所述暴露的二氧化矽特徵中的一些係自所述基板移除。
本發明提供一種拋光基板的方法，包括：提供所述基板，其中所述基板具有暴露的二氧化矽特徵；提供化學機械拋光組合物，其由以下各者組成作為初始組分：水、0.01重量%至40重量%的膠態二氧化矽研磨劑、氧鋯化合物及0重量%的氧化劑；其中所述化學機械拋光組合物的pH值是
Figure TWI677544B_D0003
6；提供具有拋光表面之化學機械拋光襯墊；將所述化學機械拋光組合物分配至接近所述化學機械拋光襯墊與所述基板之間的界面之所述化學機械拋光襯墊的拋光表面上；及藉由0.69kPa至34.5kPa的向下力在所述化學機械拋光襯墊與經 拋光之所述基板之間的所述界面處創造動態接觸；；其中所述暴露的二氧化矽特徵中的一些係自所述基板移除。
本發明的拋光一基板的方法使用含有氧化矽研磨劑結合氧鋯化合物的化學機械拋光組合物，其中所述化學機械拋光組合物驚人地具有顯著(較佳為，>500%)高於由不含有氧鋯化合物的另外相同組合物展現的移除速率的二氧化矽移除速率。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，包括：提供所述基板，其中所述基板具有暴露的二氧化矽特徵；提供化學機械拋光組合物，包括以下各者作為初始組分：水；0.01重量%至40重量%，較佳為0.1重量%至25重量%、更佳為1重量%至15重量%、最佳為3重量%至7重量%)的膠態二氧化矽研磨劑；氧鋯化合物(較佳為，其中所述氧鋯化合物是選自由鹵化氧鋯、硝酸氧鋯及醋酸氧鋯所組成的群組；更佳為，其中所述氧鋯化合物為鹵化氧鋯；最佳為，其中所述氧鋯化合物為氯化氧鋯)；及0重量%的氧化劑；其中所述化學機械拋光組合物的pH值是
Figure TWI677544B_D0004
6；提供具有拋光表面之化學機械拋光襯墊；將所述化學機械拋光組合物分配至接近所述化學機械拋光襯墊與所述基板之間的界面之所述化學 機械拋光襯墊的拋光表面上；及藉由0.69kPa至34.5kPa的向下力在所述化學機械拋光襯墊與經拋光之所述基板之間的所述界面處創造動態接觸；其中所述暴露的二氧化矽特徵中的一些係自所述基板移除。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的基板具有暴露的二氧化矽特徵。較佳是，提供的基板為具有暴露的二氧化矽特徵的半導體基板。最佳是，提供的基板為具有自正矽酸四乙酯(TEOS)導出的暴露的二氧化矽特徵的半導體基板。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物中含有的水為去離子水及蒸餾水中的至少一者以限制附帶雜質。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物中含有的膠態二氧化矽研磨劑具有
Figure TWI677544B_D0005
100nm(較佳為，5nm至100nm；更佳為，10nm至60nm；最佳為，20nm至60nm)藉由動態光散射技術量測的平均粒度。 較佳為，當在不存在氧鋯化合物的情況下在水中量測時，化學機械拋光組合物中含有的膠態二氧化矽研磨劑具有在化學機械拋光組合物的pH值下的負原生表面電荷。較佳為，化學機械拋光組合物中含有的膠態二氧化矽是二氧化矽系類且無鋁。較佳為，化學機械拋光組合物中含有的膠態二氧化矽並非矽酸鋁。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有0.01重量%至40重量%(更佳為0.1重量%至25重量%、再更佳為1重量%至15重量%、最佳為3重量%至7重量%)的膠態二氧化矽研磨劑。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有每百份研磨劑0.1份至5份(PPHA)(較佳為，0.25 PPHA至2 PPHA；更佳為，0.5 PPHA至1.5；最佳為，0.75 PPHA至1.1 PPHA)的氧鋯化合物，其中該氧鋯化合物是選自由鹵化氧鋯、硝酸氧鋯及醋酸氧鋯組成的群組。更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有每百份研磨劑0.1份至5份(PPHA)(較佳為，0.25 PPHA至2 PPHA；更佳為，0.5 PPHA至1.5；最佳為，0.75 PPHA至1.1 PPHA)的氧鋯化合物，其中氧鋯化合物為鹵化氧鋯。最佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有每百份研磨劑0.1份至5份(PPHA)(較佳為，0.25 PPHA至2 PPHA；更佳為，0.5 PPHA至1.5；最佳為，0.75 PPHA至1.1 PPHA)的氧鋯化合物，其中該氧鋯化合物為氯化氧鋯。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有0.1重量%至5重量%(依據固體)的氧鋯化合物。更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有0.5重量%至2重量%(基於固 體)的氧鋯化合物。最佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有0.75重量%至1.1重量%(依據固體)的氧鋯化合物。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有以下各者作為初始組分：水；0.01重量%至40重量%(更佳為0.1重量%至25重量%、再更佳為1重量%至15重量%、最佳為3重量%至7重量%)的膠態二氧化矽研磨劑；及每百份研磨劑0.1份至5份(PPHA)的氧鋯化合物(較佳為，其中氧鋯化合物是選自由鹵化氧鋯、硝酸氧鋯及醋酸氧鋯組成的群組；更佳為，其中氧鋯化合物為鹵化氧鋯；最佳為，其中氧鋯化合物為氯化氧鋯)；其中膠態二氧化矽研磨劑與氧鋯化合物在水中相互作用以將膠態二氧化矽研磨劑上的原生負表面電荷轉換至正表面電荷。更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有以下各者作為初始組分：水；0.01重量%至40重量%(更佳為0.1重量%至25重量%、再更佳為1重量%至15重量%、最佳為3重量%至7重量%)的膠態二氧化矽研磨劑；及每百份研磨劑0.1份至5份(PPHA)的氧鋯化合物(較佳為，其中氧鋯化合物是選自由鹵化氧鋯、硝酸氧鋯及醋酸氧鋯組成的群組；更佳為，其中氧鋯化合物為鹵化氧鋯；最佳為，其中氧鋯化合物為氯化氧鋯)；其中膠態二氧化矽研磨劑與氧鋯化合物在水中相互作用以將膠態二氧化矽研磨劑上的 原生負表面電荷轉換至正表面電荷；其中化學機械拋光組合物具有
Figure TWI677544B_D0006
25mV的ζ電位，且其中化學機械拋光組合物具有pH
Figure TWI677544B_D0007
6的pH值。再更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物含有以下各者作為初始組分：水；0.01重量%至40重量%(更佳為0.1重量%至25重量%、再更佳為1重量%至15重量%、最佳為3重量%至7重量%)的膠態二氧化矽研磨劑；及每百份研磨劑0.1份至5份(PPHA)的氧鋯化合物(較佳為，其中氧鋯化合物是選自由鹵化氧鋯、硝酸氧鋯及醋酸氧鋯組成的群組；更佳為，其中氧鋯化合物為鹵化氧鋯；最佳為，其中氧鋯化合物為氯化氧鋯)；其中膠態二氧化矽研磨劑與氧鋯化合物在水中相互作用以將膠態二氧化矽研磨劑上的原生負表面電荷轉換至正表面電荷；其中化學機械拋光組合物具有
Figure TWI677544B_D0008
30mV的ζ電位，且其中化學機械拋光組合物具有pH
Figure TWI677544B_D0009
5的pH值。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，化學機械拋光組合物無氧化劑(亦即，含有0重量%氧化劑)。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，化學機械拋光組合物無腐蝕抑制劑。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物具有
Figure TWI677544B_D0010
6的pH值。更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光組合物具有3至5的pH值。再更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，藉由添 加滴定液(較佳為，無機酸)，提供的化學機械拋光組合物具有調整至3至5的pH值。最佳為，在本發明的拋光基板的方法中，藉由添加鹽酸HCl，提供的化學機械拋光組合物具有調整至3至5的pH值。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光襯墊可為此項技術中已知的任何合適的拋光墊。一般熟習此項技術者將知曉選擇適當的化學機械拋光襯墊用於在本發明的方法中使用。更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光襯墊是選自織物(woven)及非織物(non-woven)拋光墊。再更佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光襯墊包括聚胺基甲酸酯拋光層。最佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。較佳為，提供的化學機械拋光襯墊在拋光表面上具有至少一個凹槽。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，所提供的化學機械拋光組合物係分配至化學機械拋光襯墊與基板之間的界面處或附近的化學機械拋光襯墊的拋光表面上。
較佳地，在本發明的拋光基板的方法中，藉由與正被拋光的基板的表面正交的0.69kPa至34.5kPa的向下力在化學機械拋光襯墊與基板之間的界面處創造動態接觸。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，提供的 化學機械拋光組合物，在每分鐘93轉的壓板速度、每分鐘87轉的載體速度、200mL/min的化學機械拋光組合物流動速率、以及300mm拋光機器上的20.68kPa的標稱向下力之下，具有
Figure TWI677544B_D0011
1,000Å/min的二氧化矽移除速率；且，其中提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。
較佳為，在本發明的拋光基板的方法中，其中基板具有暴露的二氧化矽特徵；提供的化學機械拋光組合物，在每分鐘93轉的壓板速度、每分鐘87轉的載體速度、200mL/min的化學機械拋光組合物流動速率、在300mm拋光機器上的20.68kPa的標稱向下力之下，具有
Figure TWI677544B_D0012
1,000Å/min的二氧化矽移除速率；且，其中提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。
現將在以下實例中詳細地描述本發明的一些實施例。
比較實例ZC1至ZC2及實例Z1至9
比較實例ZC1至ZC2及實例Z1至Z9的化學機械拋光組合物是藉由將表1中列舉的量的組分與為去離子水的其餘物組合且用鹽酸將組合物的pH值調整至表1中列舉的最終pH值來製備。接著使用來自馬爾文(Malvern)的捷塔儀(Zetasizer)量測化學機械拋光組合物的ζ電位。量測的ξ 電位提供於表1中。
比較實例C1至C3及實例1至10 化學機械拋光組合物製備
比較實例C1至C3及實例1至10的化學機械拋光組合物是藉由將表2中列舉的量的組分與為去離子水的其餘物組合且用鹽酸將組合物的pH值調整至表2中列舉的最終pH值來製備。
比較實例PC1至PC3及實例P1至P10 化學機械拋光移除速率實驗
使用分別根據比較實例C1至C3及實例1至10製備的化學機械拋光組合物在比較實例PC1至PC3及實例P1至P10中執行二氧化矽移除速率拋光測試。對安裝於Applied Material公司的200mm Mirra®拋光機器上的200mm毯覆式晶圓執行拋光移除速率實驗。使用IC1000TM聚胺基甲酸酯拋光墊(可購自羅門哈斯電子材料CMP公司)，在20.7kPa(3psi)的向下力、200ml/min的化學機械拋光組合物流動速率、93rpm的台旋轉速度及87rpm的載體旋轉速度之下，執行所有拋光試驗。使用Saesol® AM02BSL8031-C1金剛石墊調節器(可購自塞索爾金剛石工業有限公司)調節拋光墊。以9磅(4.08kg)的向下力經由調節器持續30分鐘拋光 墊即破裂。隨後使用7磅(3.18kg)的向下力將拋光墊進一步作非原位調整10秒。拋光墊在拋光期間在7磅(3.18kg)的向下力下以10次掃掠/分鐘自距拋光墊的中心1.7吋至9.2吋經進一步原位調節。藉由使用KLA-Tencor FX200計量工具使用49點螺旋形掃描(不包括3mm邊緣)量測拋光前後的膜厚度來測定移除速率。移除速率實驗的結果如表3所示。

Claims (10)

  1. 一種拋光基板的方法，包括：提供所述基板，其中所述基板具有暴露的二氧化矽特徵；提供化學機械拋光組合物，包括以下各者作為初始組分：水，0.01重量%至40重量%的膠態二氧化矽研磨劑；氧鋯化合物；及，0重量%的氧化劑；其中所述化學機械拋光組合物的pH值
    Figure TWI677544B_C0001
    6；提供具有拋光表面之化學機械拋光襯墊；將所述化學機械拋光組合物分配至接近所述化學機械拋光襯墊與所述基板之間的界面的所述化學機械拋光襯墊的拋光表面上；及，藉由0.69kPa至34.5kPa的向下力在所述化學機械拋光襯墊與經拋光之所述基板之間的所述界面處創造動態接觸；其中所述暴露的二氧化矽特徵中的一些係自所述基板移除。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述暴露的二氧化矽特徵經自正矽酸四乙酯導出。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中所述化學機械拋光組合物無腐蝕抑制劑。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中所述化學機械拋光組合物具有
    Figure TWI677544B_C0002
    1,000Å/min的二氧化矽移除速率，伴有每分鐘93轉的壓板速度、每分鐘87轉的載體速度、200mL/min的化學機械拋光組合物流動速率、在300mm拋光機器上的20.68kPa的標稱向下力；且，其中所述提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合中空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中所述化學機械拋光組合物具有
    Figure TWI677544B_C0003
    1,000Å/min的二氧化矽移除速率，伴有每分鐘93轉的壓板速度、每分鐘87轉的載體速度、200mL/min的化學機械拋光組合物流動速率、在300mm拋光機器上的20.68kPa的標稱向下力；且，其中所述提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合中空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物由以下各者組成作為初始組分：所述水，0.1重量%至40重量%的所述膠態二氧化矽研磨劑；所述氧鋯化合物；及，無機酸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中所述暴露的二氧化矽特徵經自正矽酸四乙酯導出。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中所述化學機械拋光組合物具有
    Figure TWI677544B_C0004
    1,000Å/min的二氧化矽移除速率，伴有每分鐘93轉的壓板速度、每分鐘87轉的載體速度、200mL/min的化學機械拋光組合物流動速率、在300mm拋光機器上的20.68kPa的標稱向下力；且，其中所述提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合中空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中所述氧鋯化合物為氯化氧鋯且其中所述無機酸為鹽酸。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中所述暴露的二氧化矽特徵經自正矽酸四乙酯導出；且，其中所述化學機械拋光組合物具有
    Figure TWI677544B_C0005
    1,000Å/min的二氧化矽移除速率，伴有每分鐘93轉的壓板速度、每分鐘87轉的載體速度、200mL/min的化學機械拋光組合物流動速率、在300mm拋光機器上的20.68kPa的標稱向下力；且，其中所述提供的化學機械拋光襯墊包括含有聚合中空芯微米粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及聚胺基甲酸酯浸透的非織物下墊。
TW105102755A 2015-09-24 2016-01-28 拋光半導體基板的方法 TWI677544B (zh)

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