TWI701323B - 用於研磨銅阻障層的漿料組成物 - Google Patents

用於研磨銅阻障層的漿料組成物 Download PDF

Info

Publication number
TWI701323B
TWI701323B TW108135935A TW108135935A TWI701323B TW I701323 B TWI701323 B TW I701323B TW 108135935 A TW108135935 A TW 108135935A TW 108135935 A TW108135935 A TW 108135935A TW I701323 B TWI701323 B TW I701323B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
slurry composition
cmp
copper
polishing
film
Prior art date
Application number
TW108135935A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202020105A (zh
Inventor
金勝煥
李昇勳
李昇炫
Original Assignee
南韓商榮昌化工股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 南韓商榮昌化工股份有限公司 filed Critical 南韓商榮昌化工股份有限公司
Publication of TW202020105A publication Critical patent/TW202020105A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI701323B publication Critical patent/TWI701323B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本發明涉及一種用於CMP的漿料組成物，包括：研磨顆粒；選自由雜環化合物、氮化物、螯合劑、銅研磨率改善劑、分散穩定劑及pH調節劑組成的群組中的一種以上的添加劑；以及餘量的溶劑，該組成物對矽氧化物膜和銅膜層的階差去除效率高，具有對銅膜層的凹陷、腐蝕、缺陷等最小化的研磨效果。

Description

用於研磨銅阻障層的漿料組成物
本發明通常涉及用於去除阻障金屬的化學機械平坦化(chemical mechanical planarizing,CMP)方法，具體地，涉及在積體電路裝置(integrated circuit device)中在相互接觸的結構材料的存在下，用於作為防擴散膜的氮化鉭或鉭的化學機械研磨的CMP漿料組成物。根據本發明的CPM漿料可以包括：去離子水、磨料、研磨率改善劑、腐蝕抑制劑、分散穩定劑、螯合劑的有用組成物。透過pH調節劑維持研磨組成物的pH值在9~12，透過分散穩定劑提高研磨顆粒的分散性和穩定性，可以提供與現有的研磨漿料相比，研磨速度和選擇比優異的CMP漿料組成物。
本發明的研磨組成物適用於CMP製程，還具有去除階差的效率高且能夠抑制研磨物件膜發生凹陷、腐蝕或刮痕等優點，從而提供良好的表面。
近年來，隨著半導體製造製程技術的發展，在半導體產業中，形成積體電路對銅電連接(interconnect)的依賴性情況日益增加，這種銅電連接具有低電阻，高的抗電子遷移性(elctromigration)。
由於銅在效率方面具有很多優點，例如優異的抗電子遷移性(electromigration)及低電阻等，因此，一直以來作為小型化和高集成化的ULSI等半導體積體電路的有限的電連接材料使用。
但是，由於存在侷限性，即由於難以透過乾式蝕刻(etching)圖案化而無法將銅用於積體電路，為了克服該問題，根據雙鑲嵌(dual damascene)製程使用CMP製程形成銅電連接的方法被提出。銅在CMP製程中形成由包含銅氧化物離子Cu+或Cu2+的CuO、CuO2、Cu(OH)3等構成的多孔氧化膜層。
但是，銅與矽材質的四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane,TEOS)或鎢等其他材料相比，相對脆弱，且電學上而言與鎢相比對腐蝕(corrosion)敏感，因此，雖然能夠提高研磨速度，但是容易發生過度研磨(over-polishing)和刮痕引起的凹陷(dishing)或侵蝕(erosion)等，尤其是透過多孔膜的孔發生研磨漿料成分和研磨製程中產生的氧化物等異物滲透銅氧化膜層的現象。這種現象可能會在後續製程的光刻(photolithography)製程中引發問題，尤其是根據佈線設計而由6-7層以上的層(layer)構成的高積體電路時，考慮到根據各個層的平坦化程度而能夠左右電路性能時，可以成為一個致命的不良因素。
銅在許多介電材料中，例如二氧化矽和低-K或摻雜型(doped version)二氧化矽，具有很強的腐蝕性。因此，需要由擴散阻障層來防止銅向下層的介電材料擴散。
典型的阻障材料包括：鉭、氮化鉭、氮化鉭矽、鈦、氮化鈦、氮化鈦矽、鈦-氮化鈦、鈦-鎢、鎢、氮化鎢及鎢-氮化矽。
為了順應與日俱增的高密度積體電路的需求，製造商目前正在製造包括金屬相互接觸結構材料的多個重疊(overlying)層的積體電路。在裝置的組裝中，使得各個相互接觸層平坦化的同時改善組裝密度、製程均勻性、生產品質，最重要的是使晶片製造商能夠組裝多層積體電路。作為製造平坦表面的比較有效的手段，晶片製造商依賴化學-機械平坦化處理(CMP)。
CMP製程典型地由兩個步驟實施。首先，在研磨製程中使用「第一步驟」漿料，其設計成能夠迅速去除銅。
初始去除銅後，「第二步驟」漿料去除阻障材料。典型地，第二步驟漿料需要優異的選擇比，從而對相互接觸結構材料的物理結構或者電學特性沒有不良影響的情況下，去除阻障材料。通常，鹼性研磨漿料與酸性漿料相比，具有顯著高的鉭/氮化鉭(Ta/TaN)去除速率(Removal Rate)，因此，商用的第二步驟漿料典型地具有鹼性至中性的pH值。強調中性至鹼性pH值的阻障金屬研磨漿料優點的另一重要因素是關於在第二步驟研磨過程中留有覆蓋在阻障金屬上的金屬的必要性。金屬去除速度要非常低，以減少金屬相互接觸材料的凹陷(dishing)。
因此，在化學-機械研磨方法中，這種阻障漿料組成物需要高的阻障材料去除效果、非常低的研磨後表面形貌(topography)、沒有腐蝕缺陷且非 常低的刮痕或腐蝕，且根據選擇何種磨料、氧化劑或添加劑，可以製造使研磨表面的瑕疵、表面粗糙性、表面缺陷、侵蝕和腐蝕等半導體製程中重要變數的變動幅度最小化的同時，以所需研磨比例有效地研磨金屬絕緣膜或擴散壁或金屬層的研磨用漿料。
<現有技術>
<專利文獻>
專利文獻1 韓國註冊專利公報第10-1465604號
專利文獻2 韓國註冊專利公報第10-1548715號
專利文獻3 韓國註冊專利公報第10-1698490號
通常在銅CMP技術中，使用上述化學藥品進行實驗的結果為，發生銅和鉭化合物的研磨不良所導致之CMP作業處理量的問題、銅材料腐蝕所導致之裝置性能和生產良率減少、層平坦化問題以及研磨時發生的侵蝕現象等一種以上的缺陷。此外，在研磨銅膜的製程時需要同時達到適當的研磨速度以及低表面缺陷水準，不然會出現研磨製程時間延長或表面缺陷。
本發明的目的在於，提供一種用於CMP的漿料組成物，其與現有的漿料相比，能夠顯著減少上述所提及之銅CMP製程上發生的問題中的侵蝕、腐蝕、缺陷，且其對於矽氧化膜和銅膜的階差去除率與現有的漿料相比，能夠更快地研磨。
為了達到上述目的，本發明提供一種用於CMP的漿料組成物，其特徵在於，包括：由矽膠構成的磨料；選自由雜環化合物、氮化物、有機酸、銅研磨率改善劑、分散穩定劑和pH調節劑所組成的群組中的一種以上添加劑；以及餘量的溶劑，透過調節所述添加劑和溶劑的含量來調節二氧化矽膜、鉭膜和銅膜的選擇比和研磨率，以進行研磨。
根據本發明的一較佳實施例，所述矽膠顆粒大小為30~120nm。
根據本發明的一較佳實施例，所述雜環化合物為含有兩個以上氮原子，選自由1,2,4H-三唑、5-甲基苯並三唑、四唑、咪唑、1,2-二甲基咪唑、苯並三唑(BTA)、1H-苯並三唑乙腈及呱嗪所組成的群組中的一種以上。
根據本發明的一較佳實施例，所述氮化物可以使用硝酸鉀(KNO3)、硝酸(HNO3)、硝酸銨(NH4NO3)、硝酸亞鐵(Fe(NO3)2)及硝酸銅(Cu(NO3)2)等，也可以混合使用它們。
根據本發明的一較佳實施例，所述有機酸可以是選自由檸檬酸(citric acid)、戊二酸(glutaric acid)、蘋果酸(malic acid)、馬來酸(maleic acid)、草酸(oxalic acid)、鄰苯二甲酸(phthalic acid)、琥珀酸(succinic acid)、酒石酸(tartaric acid)及乙酸(acetic acid)所組成的群組中的任意一種。此外，可以是選自由氮基三乙酸(Nitrilotriacetic acid,NTA)、亞胺基二乙酸(Iminodiacetic acid,IDA)、甲基亞胺基二乙酸(Methyl iminodiacetic acid,MIDA)、羥基乙基亞胺基二乙酸(Hydroxyethyl iminodiacetic acid,HIDA)、二乙烯三胺五乙酸(Diethylenetriamine pentaacetic acid,DPTA)、乙二胺四乙酸(Ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)、N-羥乙基乙二胺四乙酸(N-hydroxyethyl ethylenediamine tetraacetic acid,HEDTA)、甲基乙二胺四乙酸(Methyl ethylenediamine tetraacetic acid,MEDTA)、及三亞乙基四胺六乙酸(Triethylene tetraamine hexaacetic acid,TTHA)等所組成的胺基酸群中的一種以上。
此外，根據本發明的一較佳實施例，所述銅研磨率改善劑可以是選自由碳酸胍(Guanidine carbonate)、乙酸胍(Guanidine acetate)、硫酸胍(Guanidine sulfate)、硝酸胍(Guanidine nitrate)所組成的胍群中的任意一種。
根據本發明一較佳實施例，所述分散穩定劑可以舉例為聚乙烯醇(PVA)、乙二醇(EG)、丙三醇、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，也可以使用選自其中的兩種以上。
然而，本發明不限於此，只要是能夠使用已知適於用於CMP的漿料組成物的非離子分散劑就可以不受特別限制地使用。
根據本發明的一較佳實施例，所述pH調節劑為了使pH範圍調節為鹼性，可以單獨使用或與氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)、四丁基氫氧化銨(TBAH)、硝酸(HNO3) 等混合使用。pH值與漿料顆粒的穩定性及研磨速度密切相關，因此，需要精密調節。
根據本發明的一較佳實施例，所述用於CMP的漿料組成物以組成物總重量為基準，選自由矽膠構成的磨料含量為1至15重量%；選自由雜環化合物、氮化物、有機酸群、銅研磨率改善劑、分散穩定劑及pH調節劑組成的群組中的一種以上的添加劑的含量為0.001至7重量%；以及餘量的溶劑。
根據本發明的一較佳實施例，所述用於CMP的漿料組成物的pH值為9至12。
根據本發明的一較佳實施例，所述用於CMP的漿料組成物可以同時研磨選自由矽氧化膜、鉭膜和銅膜中之兩種以上所形成的被研磨膜。
根據本發明的一較佳實施例，所述研磨中鉭膜、矽氧化膜和銅膜的研磨選擇比為1：1~4：1~2。
根據本發明之用於CMP的阻障層組成物相對於矽氧化膜和銅膜層間的階差去除效率高，從而能夠提高生產良率。
此外，由於能夠對銅膜層的侵蝕、腐蝕、缺陷等最小化的同時能夠進行研磨，而更加有效地形成可靠性及特性優異的半導體裝置層的銅佈線層等，因此，能夠對獲得高性能半導體裝置作出貢獻。
本發明中，在沒有特別定義的情況下，所使用的所有技術用語或科學用語具有與本領域技術人員通常理解的意思的相同意思。通常，本發明中所使用的術語是本領域中廣泛知曉的並是通常使用的。一般來說，本發明中所使用的名稱研磨裝置：12英寸的使用是本領域已廣泛知曉的並是通常使用的。
在本說明書全文中，當部件被說成某部分「包含」某構成要素時，在沒有特別的相反記載的情況下，表示還可以包含其他構成要素，這並不表示排除其他構成要素。
通常，在第一步驟中，去除過渡覆蓋銅(overburden copper)之後，研磨的晶圓表面由於不同位置上的階差(step height)而具有不均勻的局部和整體平坦度。低密度特性具有較高的銅階差，相反地，高密度特性具有較低的銅階差。
第一步驟後，由於階差的原因，就銅對氧化物去除速度而言，非常需要具有相對選擇性研磨的第二步驟的CMP漿料。
本發明中，選擇比(Selectivity ratio)是指在相同的研磨條件下對不同物質的不同去除率。
阻障漿料較佳在形成圖案的晶圓的CMP製程的第二步驟中，提供以下的一種以上，為多種類型的薄膜提供理想的去除效率、提供低的晶圓不均勻性(within wafer non-uniformity：WIW NU)、CMP製程後之研磨晶圓上的殘留物少、對多種研磨層提供選擇比。
不適用於半導體製造的特定特徵失真(specific featured distortion)是指在CMP製程中由於與銅通孔或金屬線相互作用的化學成分和進一步的腐蝕而引起之對銅通孔或金屬線的損傷。因此，在阻障CMP漿料中，使用腐蝕抑制劑，以在CMP製程期間減少銅通孔或溝道的進一步腐蝕，並減少缺陷，尤為重要。
在第二步驟CMP製程中，阻障CMP組成物的化學反應包括由CMP漿料中所使用的氧化劑例如H2O2誘導的氧化反應，金屬例如銅、線路、通孔或溝道、阻障物質例如鉭(Ta)的表面被氧化為各自的金屬氧化物薄膜。
典型地，銅被氧化為氧化亞銅及/或氧化銅，鉭(Ta)被氧化為五氧化二鉭(Ta2O5)。阻障漿料中使用能夠與銅陽離子和鉭陽離子化學結合的螯合劑、配位體或其他化學添加劑，從而促進銅氧化物和鉭氧化物溶解，提高銅、線路、通孔或溝道及阻障層或阻障薄膜的去除速度。
從而本發明所要開發的漿料組成物，其目的在於，提供能夠顯著減少在銅CMP製程期間發生的腐蝕或缺陷，與現有的漿料相比，能夠更加快速進行對矽氧化膜、銅膜及鉭膜的研磨去除率之用於CMP的漿料組成物。
根據本發明的用於研磨銅阻障層的漿料組成物包括：由矽膠構成的磨料；選自由雜環化合物、氮化物、有機酸、銅研磨率改善劑、分散穩定劑及pH調節劑所組成的群組中的一種以上的添加劑；以及餘量的溶劑。
所述矽膠是指奈米粒徑的矽膠顆粒在溶劑中穩定分散而不發生沉降的凝膠溶液。就適當地維持刮痕(Scratch)和去除率(Removal rate)方面而言，所述矽膠顆粒尺寸較佳為30至120nm，更佳為50至80nm。
如果矽膠的顆粒尺寸不足30nm時，對膜質的去除率(Removal rate)減小而製程進行需要很長時間；如果超過120nm時，則易於有刮痕(Scratch)。
所述由矽膠構成的磨料，即矽膠以組成物總重量為基準，較佳含量為1重量%至15重量%。
如果矽膠用量不足1重量%時，由於固體含量不足而降低去除率(Removal rate)；如果超過15重量%時，由於過多的固體含量而發生凝集現象。
根據本發明一實施例之用於CMP的漿料組成物，所述雜環化合物為氮原子兩個以上，可以為選自由1,2,4H-三唑、5-甲基苯並三唑、四唑、咪唑、1,2-二甲基咪唑、苯並三唑(BTA)、1 H-苯並三唑乙腈或呱嗪所組成的群組中的一種以上。所述腐蝕抑制劑鑒於腐蝕抑制效果、研磨速率及漿料組成物的穩定性方面，以所述漿料組成物的總重量為基準，較佳含量為約0.005重量%至約0.5重量%，但不限於此。
如果所述腐蝕抑制劑不足約0.005重量%，無法控制銅膜的研磨而發生凹陷的問題；當所述腐蝕抑制劑超過約0.05%時，會出現銅膜的研磨率降低、殘渣(residue)殘留的問題。
本發明的CMP漿料中可使用的鉭化合物的研磨率改善劑為氮化物。氮化物是作為鉭和鉭化合物的蝕刻液所使用的物質，在CMP研磨時鉭去除效果好。
本發明中所使用的氮化物可以是硝酸鉀(KNO3)、硝酸(HNO3)，硝酸銨(NH4NO3)、硝酸亞鐵(Fe(NO3)2)及硝酸銅(Cu(NO3)2)等，也可以混合使用它們的組合。通常，鉭或鉭化合物相對為穩定的物質，具有容易被氫氟酸(hydrofluoric acid)和硝酸混合物蝕刻且對鹼性和王水(aqua regia)反應緩慢的性質。通常，漿料中使用的氮化物的含量較佳為約0.05~20重量%的範圍，更佳為0.1~10重量%的範圍。
本發明的CMP漿料中可使用能夠對阻障金屬去除速度進行銅去除速度調節的螯合劑(Chelating agent)或複合劑(Complexing Agents)。
螯合劑透過與銅氧化物的螯合反應來抑制氧化銅重新吸附於被研磨層的銅層，增加對銅的研磨速度，減少表面缺陷。在漿料中附加對目標金屬成分具有選擇性的螯合劑，可以進一步改善介電質/金屬複合物結構的CMP平坦化。
這能夠提高在金屬相的腐蝕速度，提高對介電質相去除的金屬的選擇比，使得平坦化製程更加有效率性。
本發明中可使用的螯合劑為選自由檸檬酸(citric acid)、戊二酸(glutaric acid)、蘋果酸(malic acid)、馬來酸(maleic acid)、草酸(oxalic acid)、鄰苯二甲酸(phthalic acid)、琥珀酸(succinic acid)、酒石酸(tartaric acid)、乙酸(acetic acid)所組成的羧酸群中的一種以上。
胺基酸類螯合劑可以選自由氮基三乙酸(Nitrilotriacetic acid,NTA)、亞胺基二乙酸(Iminodiacetic acid,IDA)、甲基亞胺基二乙酸(Methyl iminodiacetic acid,MIDA)、羥基乙基亞胺基二乙酸(Hydroxyethyl iminodiacetic acid,HIDA)、二乙烯三胺五乙酸(Diethylenetriamine pentaacetic acid,DPTA)、乙二胺四乙酸(Ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)、N-羥乙基乙二胺四乙酸(N-hydroxyethyl ethylenediamine tetraacetic acid,HEDTA)、甲基乙二胺四乙酸(Methyl ethylenediamine tetraacetic acid,MEDTA)、三亞乙基四胺六乙酸(Triethylene tetraamine hexaacetic acid,TTHA)等所組成的胺基酸群中的一種以上。
以漿料組成物的總重量為基準，螯合劑的含量為0.05至5重量%，較佳為0.1至3重量%，更佳為0.1至1重量%。過少量螯合劑，無法顯示出本發明所需的效果，過多量螯合劑，並不能帶來額外效果被浪費。
本發明的CMP漿料中可使用的銅研磨率改善劑是胍鹽，該物質在CMP研磨時由於銅氧化物(Cu oxide)和複合物(complex)形成引起銅表面變得脆弱而對銅膜層的研磨率提高是有效的。本發明中使用的胍鹽為選自由碳酸胍(Guanidine carbonate)、乙酸胍(Guanidine acetate)、硫酸胍(Guanidine sulfate)、硝酸胍(Guanidine nitrate)所組成的群組中的一種以上。
以漿料組成物總重量為基準，銅研磨率改善劑的含量為0.1至2重量%，較佳為0.2至1重量%，最佳為0.2至0.5重量%。銅研磨率改善劑過少量投入 時，無法顯示本發明所需要的效果，過多量投入時，可能存在銅膜層過渡研磨引起的凹陷等缺陷的問題。
本發明的CMP漿料可使用的分散穩定劑是非離子型分散劑，可以為聚乙烯醇樹脂(PVA)、乙二醇(EG)、丙三醇、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，也可以使用它們中的兩種以上。
所述用於CMP的漿料組成物中，所述非離子型分散劑以研磨顆粒100重量%為基準，可以包含0.5至5重量%，較佳為1至2重量%。所述非離子型分散劑在溶液中吸附於顆粒表面，含有一個以上與顆粒具有親和性的官能團，因此能夠與顆粒表面形成強而持續的吸附，起到增加顆粒大小的作用。
在立體分散(steric dispersion)方法中，根據顆粒周圍的分散劑的結構及吸附形態或分散劑層的厚度等決定分散力，透過立體排斥力維持分散穩定性，從而對矽氧化物膜也能夠起到提高適當的研磨率的作用。
以研磨顆粒100重量%為基準，分散劑的含量不足0.5重量%時，分散粒低而快速進行沉澱，從而在研磨液輸送時發生沉澱而導致磨料的供給不均勻。相反地，以研磨顆粒100重量%為基準，分散劑的含量超過5重量%時，在磨料顆粒周邊形成厚的分散劑層，起到氣墊(cushion)的作用，導致研磨劑無法接觸研磨面而降低研磨速度。
從組成物的穩定性而言，根據本發明的一實施例，用於CMP的漿料組成物的pH值較佳為9至12。如果pH範圍不足9時，出現凝膠顆粒的凝集現象及去除率(Removal rate)不穩定；如果pH範圍超過12時，去除率(Removal rate)不穩定。
為了將pH調節為上述範圍，可以單獨使用或混合使用氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)、四丁基氫氧化銨(TBAH)、硝酸(HNO3)等鹼性物質，pH值與漿料組成物的顆粒穩定性和研磨速度密切相關，因此，要進行精密的調節。
根據本發明一實施例之用於CMP的漿料組成物，所述溶劑是為了調節組成物的濃度來控制膜的去除速率，可以在添加劑中稀釋而使用，溶劑可以使用去離子水、水等，但最佳使用去離子水。
所述漿料組成物的研磨物件膜可以包括含銅膜。
此外，所述漿料組成物還可以針對含銅膜以及作為阻障膜使用且包含選自由鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鉬(Mo)、鈷(Co)或金(Au)所組成的群組中任意一種的薄膜或者作為半導體絕緣膜使用的氧化膜，調整所需的研磨率。因此，所述漿料組成物可以顯示出針對研磨物件膜與其他薄膜之間的優異的研磨選擇比。
以下透過實施例進一步詳細說明本發明。但是本領域技術人員應當知曉這些實施例僅是用於示例性說明本發明，本發明的範圍並不由這些實施例來限定。
<實施例及比較例>
按照下表1中所記載的含量製備實施例1至實施例3及比較例1至比較例2之用於研磨銅阻障層的漿料組成物。
此時，實施例及比較例的二氧化矽的含量均為15重量%，pH調節劑均使用0.2重量%氫氧化鉀(KOH)，氮化合物均使用1.0重量%硝酸鉀(KNO3)。
表1
Figure 108135935-A0202-12-0010-3
<實驗例及比較實驗例>
分別測定實施例1至實施例3和比較例1及比較例2的漿料組成物的去除率(Removal Rate)、選擇比及凹陷(dishing)，以實驗例1至實驗例3和比較實驗例1及比較實驗例2表示，顯示在下表2中。
<研磨條件>
1.研磨裝置：12英寸用(300mm)CMP裝置-AP-300(CTS公司)
2.研磨墊：IC1010(Dow公司)
3.壓盤速度(Platen speed)：103rpm
4.研磨頭速度(Head speed)：97rpm
5.流速(Flow rate)：300cc/min
6.壓力：2.2psi
研磨率測定是使用12英寸(300mm)CMP裝置進行研磨；銅(Cu)、鉭(Ta)的研磨是使用4-點探針(CMT-SR 5000,AIT Co.,Ltd)進行計算；氧化物(OXIDE)的苯基三乙氧基矽烷(PTEOS)是使用NanoMatriX公司的Atlas設備測定CMP前後的厚度變化來計算去除率。
選擇比是透過以下的各個膜質的研磨率來計算。
選擇比=氧化物(Oxide)研磨率/銅(Cu)研磨率
凹陷(dishing)測定是利用透射電子顯微鏡(JEM-2000,JEOL)按照以下方法測定各個膜質的厚度來計算。
-銅凹陷(Cu dishing)=(銅邊緣厚度(Cu edge thickness)-銅中心厚度(Cu center thickness))
-氧化物凹陷(Ox dishing)=(氧化物邊緣厚度(Ox edge thickness)-氧化物中心厚度(Ox center thickness))
表2
Figure 108135935-A0202-12-0011-2
表2中記載的實驗例1至實驗例3及比較例1和比較例2的去除率、選擇比及凹陷(dishing)值評價如下。
第一，使用複合劑(Complexing Agents)和銅研磨率改善劑碳酸胍(Guanidine carbonate)的實驗例1至實驗例3與現有技術的比較實驗例1和比較實驗例2比較，銅研磨率大幅提高。
第二，使用分散劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的實驗例1至實驗例3與現有技術的比較實驗例1和比較實驗例2比較，矽氧化膜的研磨率顯著提高。
第三，在實驗例1至實驗例3中，銅研磨率改善劑碳酸胍(Guanidine carbonate)和分散穩定劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量增加，各個銅膜和矽氧化膜的研磨率也隨之顯著增加。
因此，實驗例1至實驗例3與比較實驗例1和比較實驗例2比較，選擇比更加優異。
此外，使用分散穩定劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的實驗例1至實驗例3與比較實驗例1和比較實驗例2比較，銅膜層的凹陷較少。
就比較實驗例2而言，由於腐蝕抑制劑中苯並三唑(BTA)的含量少，雖然提高了銅膜層的研磨率，但是出現凹陷增多的問題。
綜上所述，本發明透過有限的實施例進行了說明，但是本發明並不限於上述實施例，本領域技術人員應當理解這些記載能夠進行多種不同修改和變型。因此，本發明的專利範圍由隨附的申請專利範圍限定及其均等範圍來進行限定，並不由這些實施例限定。

Claims (12)

  1. 一種用於CMP的漿料組成物，其中，該組成物包括：研磨顆粒；選自由雜環化合物、氮化物、螯合劑、銅研磨率改善劑、分散穩定劑及pH調節劑所組成的群組中的一種以上的添加劑；以及餘量的溶劑，其中，以所述漿料組成物的總重量為基準，所述研磨顆粒的含量為0.1至15重量%，其中，所述研磨顆粒的直徑為90至120nm，其中，所述雜環化合物為含有兩個以上氮原子，其中，所述螯合劑包括亞胺基二乙酸(Iminodiacetic acid,IDA)和乙酸(acetic acid)，其中，所述銅研磨率改善劑包括碳酸胍(Guanidine carbonate)，以及其中，所述分散穩定劑包括聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述研磨顆粒是具有奈米粒徑的矽顆粒不發生沉澱而穩定地分散於該溶劑的矽膠。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述雜環化合物包括選自由1,2,4H-三唑、5-甲基苯並三唑、四唑、咪唑、1,2-二甲基咪唑、苯並三唑(BTA)、1H-苯並三唑乙腈及呱嗪所組成的群組中的一種以上。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述氮化物是選自由硝酸鉀(KNO3)、硝酸(HNO3)、硝酸銨(NH4NO3)、硝酸亞鐵(Fe(NO3)2)及硝酸銅(Cu(NO3)2)所組成的群組中的一種以上。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，以所述漿料組成物的總重量為基準，所述氮化物的含量為0.1至10重量%。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，以所述漿料組成物的總重量為基準，所述螯合劑的含量為0.05至5重量%。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，以所述漿料組成物的總重量為基準，所述銅研磨率改善劑的含量為0.1至2.0重量%。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，以所述研磨顆粒100重量份為基準，所述分散穩定劑的含量為0.5至5重量份。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述pH調節劑為選自由氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)、四丁基氫氧化銨(TBAH)、硝酸(HNO3)所組成的群組中的一種以上。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述漿料組成物的pH值為9至12。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述組成物還包括研磨物件膜，所述研磨物件膜包括：含銅膜；以及作為阻障膜使用的薄膜或者作為半導體絕緣膜使用的氧化膜，所述薄膜包含選自由鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鉬(Mo)、鈷(Co)及金(Au)所組成的群組中的任意一種。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之用於CMP的漿料組成物，其中，所述用於CMP的漿料組成物對鉭膜、矽氧化膜和銅膜的研磨選擇比為1.1~4：1~2。
TW108135935A 2018-10-31 2019-10-03 用於研磨銅阻障層的漿料組成物 TWI701323B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180131474 2018-10-31
KR10-2018-0131474 2018-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202020105A TW202020105A (zh) 2020-06-01
TWI701323B true TWI701323B (zh) 2020-08-11

Family

ID=70464147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108135935A TWI701323B (zh) 2018-10-31 2019-10-03 用於研磨銅阻障層的漿料組成物

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TWI701323B (zh)
WO (1) WO2020091242A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115058712B (zh) * 2022-03-21 2024-02-27 万华化学集团电子材料有限公司 一种铜阻挡层化学机械抛光组合物及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1793274A (zh) * 2004-12-22 2006-06-28 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 化学机械抛光用的选择性浆料
CN102101979A (zh) * 2009-12-18 2011-06-22 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN108026434A (zh) * 2015-09-25 2018-05-11 荣昌化学制品株式会社 Cmp用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102766409B (zh) * 2008-04-16 2014-06-11 日立化成株式会社 Cmp用研磨液以及研磨方法
US8435896B2 (en) * 2011-03-03 2013-05-07 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Stable, concentratable chemical mechanical polishing composition and methods relating thereto
US20130045599A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 Rohm and Electronic Materials CMP Holdings, Inc. Method for chemical mechanical polishing copper
JP6612790B2 (ja) * 2014-06-25 2019-11-27 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション 銅バリアの化学機械研磨組成物

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1793274A (zh) * 2004-12-22 2006-06-28 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 化学机械抛光用的选择性浆料
CN102101979A (zh) * 2009-12-18 2011-06-22 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
CN108026434A (zh) * 2015-09-25 2018-05-11 荣昌化学制品株式会社 Cmp用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020091242A1 (ko) 2020-05-07
TW202020105A (zh) 2020-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4075985B2 (ja) 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法
US7744666B2 (en) Polishing medium for chemical-mechanical polishing, and method of polishing substrate member
JP5539433B2 (ja) 研磨組成物及び研磨方法
JP4681538B2 (ja) 選択的バリヤ金属研磨溶液
EP1724819B1 (en) Polishing agent and polishing method
KR101144419B1 (ko) 금속-함유 기판의 화학 기계적 평탄화를 위한 방법 및 조성물
JP5572371B2 (ja) １次化学的機械的研磨用スラリー組成物および化学的機械的研磨方法
US8641920B2 (en) Polishing composition for planarizing metal layer
TWI729219B (zh) 一種用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液
JP2009503910A (ja) 金属フィルム平坦化用高スループット化学機械研磨組成物
JP2005136388A (ja) バリア研磨液
JP4206233B2 (ja) 研磨剤および研磨方法
KR20130019332A (ko) 텅스텐 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물
WO2018120808A1 (zh) 一种用于阻挡层的化学机械抛光液
KR102421467B1 (ko) 텅스텐 패턴 웨이퍼 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 텅스텐 패턴 웨이퍼 연마 방법
KR102515722B1 (ko) 구리 배리어층 연마용 cmp 슬러리 조성물
TWI701323B (zh) 用於研磨銅阻障層的漿料組成物
KR20210095548A (ko) 구리 배리어층 연마용 슬러리 조성물
JP2010092968A (ja) 金属用研磨液及びこの金属用研磨液を用いた被研磨膜の研磨方法
CN111378367A (zh) 一种化学机械抛光液
CN115058712B (zh) 一种铜阻挡层化学机械抛光组合物及其应用
KR102253708B1 (ko) 구리 배리어층 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
JP2003218071A (ja) 研磨用組成物
CN112399999B (zh) 化学机械研磨组合物、化学机械研磨浆料及基板研磨方法
JP2003238942A (ja) 研磨用組成物