TWI727028B - 鎢之化學機械研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本案揭露一種用於化學機械研磨含鎢之基板的製程，以降低靜態腐蝕速率且抑制該鎢之凹陷及下方介電質之侵蝕。該製程係包括提供基板；提供研磨組成物，該組成物係含有以下各者作為初始組分：水；氧化劑；黃原膠；二羧酸，鐵離子源；膠狀氧化矽研磨劑；以及，視需要地，pH調節劑；視需要地，界面活性劑；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該研磨墊與該基板之間的界面處產生動態接觸；將該研磨組成物於該研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該研磨表面上；其中，一些鎢(W)係自該基板研磨移除，靜態腐蝕速率得以降低，鎢(W)之凹陷及鎢(W)下方之介電質的侵蝕得以抑制。
Description
本發明係有關鎢之化學機械研磨，以抑制鎢之凹陷，同時抑制下方介電質之侵蝕，並降低靜態腐蝕速率的領域。更詳而言，本發明係有關化學機械研磨鎢以抑制鎢之凹陷，同時抑制下方介電質之侵蝕，並降低靜態腐蝕速率的方法，該方法係包含提供含鎢之基板；提供研磨組成物，該組成物係含有以下各者作為初始組分：水；氧化劑；黃原膠；二羧酸、鐵離子源；膠狀氧化矽研磨劑；以及，視需要地，pH調節劑；以及視需要地，界面活性劑；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該研磨墊與該基板之間的界面處產生動態接觸；將該研磨組成物於該研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該研磨表面上，其中，一些鎢係自該基板研磨移除。
於積體電路及其他電子裝置之製造中，多層之導電、半導電及介電材料係沉積於半導體晶圓之表面上或自半導體晶圓之表面移除。薄層之導電、半導電及介電材料可藉由一些沉積技術沉積。現代加工中之常用沉積 技術係包括物理氣相沉積(PVD)，亦認知為濺鍍；化學氣相沉積(CVD)；電漿增強化學氣相沉積(PECVD)；以及電化學鍍覆(ECP)。
隨著材料層被依序沉積及移除，該晶圓之最外層表面變為非平面。因為後續之半導體加工(如，金屬化)需要該晶圓具有平坦之表面，該晶圓係需要經平面化。平面化係有用於移除非所欲之表面形貌(topography)及表面缺陷，如粗糙表面、聚結之材料、晶格之損壞、刮擦、及經污染之層或材料。
化學機械平面化，或化學機械研磨(CMP)，係用以平面化基板如半導體晶圓之常用技術。於傳統CMP中，晶圓係安裝於載體組件上並置於與CMP設備中之研磨墊接觸。該載體組件係對該晶圓提供可控制壓力，將該晶圓壓向該研磨墊。該墊係藉由外加驅動力而相對於該晶圓移動(如，轉動)。與此同時，研磨組成物(「漿料」)或其它研磨溶液係提供於該晶圓與該研磨墊之間。因此，該晶圓表面藉由該墊表面與漿料之化學及機械作動而得以研磨並作成平面。
電子工業中之基板係擁有高度之整體性，其中，半導體基質係包括多層之互連結構。該等層及結構係包括廣泛多種之材料，如單晶矽、多晶矽、原矽酸四乙酯、二氧化矽、氮化矽、鎢、鈦、氮化鈦、及多種其它導電、半導電、及介電材料。因為此等基板需要多個加工步驟，包括CMP，以形成最終之多層互連結構，一般非常希 望取決於所欲之應用而使用對於具體材料具有選擇率之研磨組成物及製程。很遺憾，此等研磨組成物可造成該導電材料之過量凹陷，而該過量凹陷可導致介電材料之侵蝕。可造成此凹陷及侵蝕之形貌缺陷可進一步導致額外之材料自該基板表面的不均勻移除並產生品質低於所欲者之基板表面，該材料係諸如置於該導電材料或介電材料下方的阻擋層材料，而低品質可對積體電路之效能發生負面衝擊。
化學機械研磨業經變為在積體電路設計中之鎢互連及接觸插塞之形成過程中研磨鎢的較佳方法。鎢係頻繁於積體電路設計中用作接觸/導通插塞。典型地，接觸孔或導通孔係透過介電層形成於基板上，以曝露下方組分之區域，舉例而言，第一級金屬化或互連。很遺憾，眾多用以研磨鎢之CMP漿料造成凹陷之問題。該凹陷之嚴重性可變，但其典型嚴重至足以造成下方介電材料(如TEOS)之侵蝕。
另一個與研磨金屬如鎢相關聯之問題係腐蝕。金屬之該腐蝕係CMP之常見負效應。於CMP製程過程中，保留於基板表面上之金屬研磨漿料繼續腐蝕基板，從而超越該CMP之應有效應。有時，腐蝕係所欲者；惟，於大部分半導體製程中，腐蝕應予以減輕或抑制。靜態腐蝕亦可促成表面缺陷如點狀及鑰匙孔狀腐蝕。此等表面缺陷顯著影響該半導體裝置之最終特性並危害其可用性。因此，對於抑制鎢之凹陷及下方介電材料(如TEOS)之侵蝕且亦減小靜態腐蝕速率之鎢CMP研磨方法及組成物存在需 求。
本發明係提供化學機械研磨鎢之方法，係包含：提供包含鎢及介電質之基板；提供化學機械研磨組成物，其係包含以下各者作為初始組分：水；氧化劑；黃原膠；膠狀氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵(III)離子源；以及，視需要，pH調節劑；以及，視需要，界面活性劑；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處產生動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板的界面處或鄰近該界面分配於該化學機械研磨墊之研磨表面上；其中，一些鎢係自該基板移除。
本發明提供化學機械研磨鎢之方法，係包含：提供該包含鎢及介電質之基板；提供化學機械研磨組成物，其係包含以下各者作為初始組分：水；氧化劑；黃原膠；具有負動電位(zeta potential)之膠狀氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵(III)離子源；以及，視需要，pH調節劑；以及，視需要，界面活性劑；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該化學機械研磨墊與該基板之界面處產生動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該化學機械研磨墊之研磨表面上；其中，一些鎢係自該基板研磨去除；其中，所提供之化學機械研磨組成物於200mm研磨機上，於每分鐘80轉之平台速率、每分鐘81轉之載體速 度、125mL/min之化學機械研磨組成物流速、21.4kPa之公稱下壓力，係具有
1,000Å/min的鎢移除速率；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
本發明係提供化學機械研磨鎢之方法，係包含：提供包含鎢及介電質之基板；提供化學機械研磨組成物，其係包含以下各者作為初始組分：水；氧化劑；黃原膠，其量為至少50ppm；具有負動電位之膠狀氧化矽研磨劑；丙二酸或其鹽；鐵(III)離子源；以及，視需要，pH調節劑；以及，視需要，界面活性劑；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該化學機械研磨墊與該基板之界面處產生動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該化學機械研磨墊之研磨表面上；其中，一些鎢係自該基板研磨去除；其中，所提供之化學機械研磨組成物於200mm研磨機上，於每分鐘80轉之平台速率、每分鐘81轉之載體速度、125mL/min之化學機械研磨組成物流速、21.4kPa之公稱下壓力，具有
1,000Å/min的鎢移除速率；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
本發明係提供化學機械研磨鎢之方法，係包含：提供包含鎢及介電質之基板；提供化學機械研磨組 成物，係包含以下各者作為初始組分：水；0.01至10重量(wt)%之氧化劑，其中，該氧化劑係過氧化氫；50ppm至1000ppm之黃原膠；0.01至10wt%之具有負動電位之膠狀氧化矽研磨劑；100至1,400ppm之丙二酸或其鹽；100至1,000ppm之鐵(III)離子源，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵九水合物；以及，視需要，pH調節劑；以及，視需要，界面活性劑；其中，該化學機械研磨組成物之pH係1至7；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該化學機械研磨墊與該基板之界面處產生動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該化學機械研磨墊之研磨表面上；其中，一些鎢係自該基板研磨去除。
本發明係提供化學機械研磨鎢之方法，係包含：提供包含鎢及介電質之基板；提供化學機械研磨組成物，其係包含以下各者作為初始組分：水；1至3wt%之氧化劑，其中，該氧化劑係過氧化氫；600ppm至900ppm之黃原膠；0.2至2wt%之具有負表面電荷之膠狀氧化矽研磨劑；120至1,350ppm之丙二酸；250至400ppm之鐵(III)離子源，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵九水合物；以及，視需要，pH調節劑；以及，視需要，界面活性劑；其中，該化學機械研磨組成物之pH係2至2.5；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該化學機械研磨墊與該基板之界面處產生動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配 於該化學機械研磨墊之研磨表面上；其中，一些鎢係自該基板研磨去除。
前述之本發明之方法係使用包含黃原膠的化學機械研磨組成物，該組成物係研磨鎢且抑制鎢之凹陷，同時抑制下方介電質之侵蝕。該方法亦降低靜態腐蝕速率。
本說明書中，除非語境中明確排除，下述縮寫係具有下述意義：℃=攝氏度；g=公克；L=公升；mL=毫升；μ=μm=微米；kPa=千帕斯卡；Å=埃；mV=毫伏；DI=去離子；ppm=每百萬之份數=mg/L；mm=毫米；cm=公分；min=分鐘；rpm=轉每分鐘；lbs=磅；kg=公斤；W=鎢；PO=環氧丙烷；EO=環氧乙烷；ICP-OES=電感耦合電漿光發射光譜；wt%=重量百分比；以及，RR=移除速率。
術語「化學機械研磨」或「CMP」係指基板係藉由單獨使用之化學及機械力的手段而研磨的製程，且與電化學-機械研磨(ECMP)截然不同，而於後者中，電偏壓係施用至該基板。術語「黃原膠」係意指一種由包含莫耳比為2：2：1之葡萄糖、甘露糖及葡萄糖醛酸之多醣重複單元構成的非含氮多醣，且復包括丙酮酸鹽及乙醯基取代基。術語「羧甲基纖維素」或「CMC」係意指一種多醣， 其係纖維素鏈之葡萄糖單元上有經取代之羧甲基的纖維素衍生物。術語「羥甲基纖維素」或「HMC」係意指一種多醣，其係纖維素鏈之葡萄糖單元上有經取代之羥乙基的纖維素衍生物。術語「TEOS」係意指自原矽酸四乙酯(Si(OC2H5)4)之分解而形成的二氧化矽。術語「一(a)」和「一(an)」係指單數及複數兩者。除非另外標註，全部百分比係重量百分比。全部數字範圍係包括邊值且可以任何次序組合，但邏輯上此等數字範圍係加和至100%。
本發明之研磨基板的方法係使用化學機械研磨組成物，該組成物係含有氧化劑；黃原膠；膠狀氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵(III)離子源；以及，視需要，pH調節劑；以及，視需要，界面活性劑，以提供鎢自該基板的移除且同時抑制鎢之凹陷、下方介電材料之侵蝕、並降低靜態腐蝕速率。
較佳地，本發明之研磨基板的方法係包含：提供基板，其中，該基板係包含鎢及介電質；提供化學機械研磨組成物，其係較佳包含以下各者所組成者作為初始成分：水；氧化劑，其量較佳為至少0.01wt%至10wt%，其量更佳為0.1wt%至5wt%，再更佳自1wt%至3wt%；黃原膠，其量較佳為至少50ppm，更佳50ppm至1000ppm，甚至更佳自200ppm至1000ppm，再更佳自600ppm至900ppm；膠狀氧化矽研磨劑，其量較佳為0.01wt%至10wt%，更佳自0.05wt%至7.5wt%，甚至更佳自0.1wt%至5wt%，再更佳自0.2wt%至2wt%；二羧酸、其鹽或混合 物，其量較佳為100ppm至1400ppm，更佳自120ppm至1350ppm；鐵(III)離子源，較佳地，該鐵(III)離子源係硝酸鐵九水合物；以及，視需要，pH調節劑；較佳地，其中，該化學機械研磨組成物之pH為1至7，更佳1.5至4.5，再更佳1.5至3.5，最佳2至2.5；以及，視需要，界面活性劑；提供具有研磨表面之化學機械研磨墊；於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處產生動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該化學機械研磨墊之研磨表面上；其中，至少部分鎢係自該基板研磨去除。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，該基板係包含鎢及介電質。更佳地，所提供之基板係包含鎢及介電質之半導體基板。最佳地，所提供之基板係包含鎢之半導體基板，該鎢係沉積於形成於介電質(如TEOS)中的多個孔及溝槽之至少一者內。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物含有之作為初始組分的水係經去離子化及蒸餾之至少一者，以限制容易出現之雜質。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有氧化劑作為初始組分，其中，該氧化劑係選自由過氧化氫(H2O2)、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過氧鄰苯二甲酸鎂、過氧乙酸及其他過氧酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、過溴酸鹽、過硫酸鹽、過氧乙酸、過碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、Mn(III)、Mn(IV)及Mn(VI) 鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素、次氯酸鹽、及其混合物所組成之群組。更佳地，該氧化劑係選自過氧化氫、高氯酸鹽、過溴酸鹽、過碘酸鹽、過硫酸鹽及過氧乙酸。最佳地，該氧化劑係過氧化氫。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有0.01至10wt%，更佳0.1至5wt%，最佳1至3wt%的氧化劑作為初始組分。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有鐵(III)離子源作為初始組分。更佳地，於本發明之方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有鐵(III)離子源作為初始組分，其中，該鐵(III)離子源係選自由鐵(III)鹽類所組成之群組。最佳地，於本發明之方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有鐵(III)離子源作為初始組分，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵九水合物(Fe(NO3)3‧9H2O)。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有鐵(III)離子源作為初始組分，其係足以引入1至200ppm，較佳5至150ppm，更佳7.5至125ppm，最佳10至100ppm之鐵(III)離子至該化學機械研磨組成物中。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有鐵(III)離子源作為初始組分。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有100至1,000ppm，較佳150 至750ppm，更佳200至500ppm，且最佳250至400ppm之鐵(III)離子源作為初始組分。最佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有100至1,000ppm，更佳150至750ppm，更佳200至500ppm，最佳250至400ppm之鐵(III)離子源作為初始組分，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵九水合物(Fe(NO3)3‧9H2O)。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有黃原膠作為初始組分。較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有至少50ppm，更佳50ppm至1000ppm，甚至更佳自200ppm至1000ppm，再更佳600ppm至900ppm之黃原膠作為初始組分。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有具有負動電位之膠狀氧化矽研磨劑。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有具有永久負界面電位的膠狀氧化矽研磨劑，其中，該化學機械研磨組成物之pH係1至7，較佳1.5至4.5，更佳1.5至3.5，再更佳2至2.5。再更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有具有永久負動電位的膠狀氧化矽研磨劑，其中，該化學機械研磨組成物之pH係1至7，較佳1.5至4.5，更佳1.5至3.5，再更佳2至2.5，此係藉由自-0.1mV至-20mV之界面電位而顯示。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中， 所提供之化學機械研磨組成物係含有膠狀氧化矽研磨劑作為初始組分，其中，該膠狀氧化矽研磨劑之平均粒徑為
100nm，較佳5至100nm，更佳10至60nm，最佳20至60nm，此係藉由動態光散射技術而量測。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有0.01至10wt%，更佳0.05至7.5wt%，更佳0.1至5wt%，最佳0.2至2wt%之膠狀氧化矽研磨劑。較佳地，該膠狀氧化矽研磨劑係具有負動電位。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有二羧酸作為初始組分，其中，該二羧酸係包括，但不限於，丙二酸、草酸、琥珀酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、戊二酸、酒石酸、其鹽或混合物。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有二羧酸作為初始組分，其中，該二羧酸係選自由丙二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、其鹽及混合物所組成之群組。再更佳地，所提供之化學機械研磨組成物係含有二羧酸作為初始組分，其中，該二羧酸係選自由丙二酸、草酸、琥珀酸、其鹽及混合物所組成之群組。最佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有丙二酸或其鹽作為初始組分作為該二羧酸。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有1至2,600ppm，更佳 100至1,400ppm，更佳120至1,350ppm，再更佳130至1,100ppm之二羧酸作為初始組分，其中，該二羧酸係包括，但不限於，丙二酸、草酸、琥珀酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、戊二酸、酒石酸、其鹽或混合物。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有1至2,600ppm之丙二酸、其鹽或其混合物作為初始組分。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有100至1,400ppm，更佳120至1,350ppm，再更佳130至1,350ppm之二羧酸(即，丙二酸)或其鹽作為初始組分。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物的pH為1至7。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物的pH為1.5至4.5。再更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物的pH為1.5至3.5。最佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物的pH為2至2.5。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係視需要含有pH調節劑。較佳地，該pH調節劑係選自由無機及有機pH調節劑所組成之群組。較佳地，該pH調節劑係選自由無機酸及無機鹼所組成之群組。更佳地，該pH調節劑係選自由硝酸及氫氧化鉀所組成之群組。最佳地，該pH調節劑係氫氧化鉀。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係視需要含有界面活性劑。較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，該界面活性劑係含有PO或EO或PO/EO之界面活性劑。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，該界面活性劑係含有陰離子官能基之PO或EO或PO/EO界面活性劑。甚至更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，該界面活性劑係具有式(I)之陰離子醚硫酸鹽：C n H 2n+1 O-PO x -EOy-SO3 -其中，n可係12、15、18、20、22、25、28、30、35、38、40、42或44；x可係0、2、5、8、10、12、14、16、18、20、30、40或50；且y可係0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、90或100，且須滿足，於相同之例子中，x與y不能同時為0，以及，抗衡離子較佳可係鹼金屬離子如鈉陽離子或鉀陽離子、或銨陽離子。較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，該陰離子醚硫酸鹽係十二烷基醚硫酸鈉(SLES)。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有50ppm至1000ppm，較佳100ppm至900ppm，更佳120ppm至600ppm，再更佳140ppm至250ppm之陰離子醚硫酸鹽作為初始組分。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有50至1000ppm，更佳100ppm至900ppm，甚至更佳120ppm至600ppm，再更佳140ppm至250 ppm之陰離子醚硫酸鹼金屬鹽界面活性劑作為初始組分。再更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨組成物係含有50ppm至1000ppm，較佳100ppm至900ppm，更佳120ppm至600ppm，再更佳140ppm至250ppm之十二烷基醚硫酸鈉作為初始組分。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨墊可係發明所屬技術領域中習知之任何適宜之研磨墊。具有發明所屬技術領域中通常知識者知道如何選擇適當之化學機械研磨墊以用於本發明之方法中。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨墊係選自織物研磨墊及非織物研磨墊。再更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層。最佳地，於本發明之研磨基板的方法中，所提供之化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。較佳地，所提供之化學機械研磨墊係於研磨表面上具有至少一個溝槽。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，係將所提供之化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於所提供之化學機械研磨墊之研磨表面上。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，係於垂直至所研磨之基板表面之下壓力為0.69至34.5kPa時，於所提供之化學機械研磨墊與該基板之間的界面處產 生動態接觸。
較佳地，於本發明之研磨基板的方法中，其中，所提供之化學機械研磨組成物之鎢移除速率為
1,000Å/min；更佳
1,500Å/min；更佳
2,000Å/min。更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，其中，所提供之化學機械研磨組成物的鎢移除速率為
1,000Å/min，較佳
1,500Å/min，更佳
2,000Å/min；W/TEOS選擇率為
5。再更佳地，於本發明之研磨基板的方法中，其中，鎢係自該基板移除，移除速率為
1,000Å/min，較佳
1,500Å/min，更佳
2,000Å/min；且W/TEOS選擇率為5至15。最佳地，於本發明之研磨基板的方法中，其中，該鎢係自該基板移除，移除速率為
1,000Å/min，較佳
1,500Å/min，更佳
2,000Å/min；且W/TEOS選擇率及於200mm研磨機上之平台速率為每分鐘80轉，載體速度為每分鐘81轉，化學機械研磨組成物流速為125mL/min，公稱下壓力為21.4kPa；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
如下述實施例中闡釋者，本發明之黃原膠CMP方法係抑制鎢凹陷，同時抑制下方TEOS之侵蝕，且進一步抑制靜電腐蝕速率。
本實施例之化學機械研磨組成物係藉由下述製備：將 表1中列述之量的組分與餘量之DI水合併，並使用45wt%氫氧化鉀將該組成物之pH調節至表1中列述之最終pH。
藉由將W空白晶圓(1cm×4cm)浸沒於15g漿料樣本中而實施靜態腐蝕測試。10分鐘後，將該等W晶圓自測試漿料移除。該等溶液隨後以9,000rpm離心20min，以移除漿料粒子。上清液藉由ICP-OES分析，以測定以重量計之鎢的量。靜態腐蝕速率(Å/min)係從假定刻蝕晶圓表面積為4cm2的W質量換算而得。靜態腐蝕測試之結果係顯示於表2中。
靜態腐蝕速率測試之結果係顯示，與不包括黃原膠之對照組相比，含有黃原膠之化學機械研磨漿料有效地降低了含W晶圓之靜態腐蝕。
本實施例之化學機械研磨組成物係藉由下述製備：將表3中列述之量的組分與餘量之DI水合併，並使用45wt%氫氧化鉀將該組成物之pH調節至表3中列述之最終pH。
使用實質上與上文實施例2中揭示者相同的過程，測得來自實施例3之表3之化學機械研磨漿料PS-5、PS-6及PS-7的鎢靜態腐蝕速率。靜態腐蝕速率結果係揭露於表4中。
儘管加入十二烷基醚硫酸鈉陰離子界面活性劑至該化學機械研磨漿料中係比化學機械研磨漿料中不具陰離子界面活性劑更為增加之W之靜態腐蝕速率，然而，與排除黃原膠和該陰離子界面活性劑的對照組相比，含有該陰離子界面活性劑及黃原膠之組合的漿料有效降低了對含W之晶圓的靜態腐蝕。
研磨實驗係於安裝在應用材料公司(Applied Materials)之200mm MIRRA®研磨機上之200mm空白晶圓上施行。研磨移除速率實驗係於自諾發公司(Novellus)購得之200mm空白15kÅ厚TEOS片晶圓及自WaferNet Inc.、矽谷微電子(Silicon Valley Microelectronics)或SKW Associates,Inc.購得之W、Ti、及TiN空白晶圓上施行。全部研磨實驗係使用配備SP2310子墊之IC1010TM聚胺甲酸酯研磨墊(可自羅門哈斯電子材料公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)商購)，除非具體排除者，典型下壓力為21.4kPa(3.1psi)，化學機械研磨組成物流速為125mL/min，平台轉速為80rpm，且載體轉速為81rpm。Kinik PDA33A-3金剛石墊調製器(自中國砂輪企業有限公司(Kinik Company)商購)係用以裝飾該研磨墊。以該調製器破碎該研磨墊，條件為在80rpm(平台)/36rpm(調製器)使用下壓力9.0lbs(4.1kg)運轉15分鐘及7.0lbs(3.2kg)運轉15分鐘。於使用下壓力7lbs(3.2kg)研磨24秒之前，該研磨墊係進一步經非原位狀態調整。TEOS侵蝕深度係藉由在研磨之前及之後使用KLA-Tencor FX200度量工具量測膜厚而測得。W移除及凹陷速率係使用KLA-Tencor RS100C度量工具測得。該等晶圓係具有可變之標準線寬特徵，如表5A及5B中所示。於這一實施例之表格中，分子係指W，而分母係指TEOS。
與排除黃原膠及十二烷基醚硫酸鈉陰離子界面活性劑之對照漿料相比，7種含有黃原膠之漿料中，5種係顯示對W凹陷之抑制的改善，同時顯示對TEOS侵蝕之抑制的改善。
本實施例之化學機械研磨組成物係藉由下述製備：將表6中列述之量的組分與餘量之DI水合併，並使用45wt%氫氧化鉀將該組成物之pH調節至表6中列述之最終pH。
分別用於測試比較性漿料製劑CS-1、CS-2、CS-3及CS-4之W及TEOS之凹陷及侵蝕的化學機械研磨步驟、參數、及W及TEOS晶圓基板係實質上與上文實施例5中揭示之彼等相同。結果係揭露於表7A及7B中。於本實施例之表格中，分子係指W，而分母係指TEOS。
未從包括HEC之CS-1獲得資料，蓋因無此漿料之任何刻蝕活性之顯示。此外，當HEC之量增至超越50ppm時，HEC沉澱出來，顯示其係與該漿料中其他組分之一者或多者不相容。
與對照組及實施例5中之本發明之黃原膠漿料相比，大多數比較性漿料係顯示極差之對W凹陷的抑制，且TEOS侵蝕於大多數例子中為顯著。據此，該等含有CMC之比較性漿料未能如本發明之含黃原膠之漿料般提供對W凹陷之抑制，同時亦未能如本發明之含黃原膠之漿料般提供適宜之TEOS侵蝕抑制。
W移除速率及TEOS移除速率之研磨實驗係實質上如實施例5中揭示者使用相同之儀器及參數而施行。該等晶圓係來自WaferNet Inc.或矽谷微電子公司(Silicon Valley Microelectronics)。結果係顯示於表8中。
本發明之黃原膠化學機械研磨組成物顯示大於1000Å/min之良好W RR及良好之W/TEOS選擇率。
Claims (16)
- 一種化學機械研磨鎢的方法，係包含：提供包含鎢及介電質之基板；提供化學機械研磨組成物，該化學機械研磨組成物包含以下各者作為初始組分：水；0.01至10wt%之氧化劑，其中，該氧化劑係選自由過氧化氫(H2O2)、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過氧鄰苯二甲酸鎂、過氧乙酸及其他過氧酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、過溴酸鹽、過硫酸鹽、過氧乙酸、過碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、Mn(III)、Mn(IV)及Mn(VI)鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素、次氯酸鹽及其混合物所組成之群組；50ppm至1000ppm之黃原膠；0.01至10wt%之膠狀氧化矽研磨劑；1至2,600ppm之二羧酸，其中，該二羧酸係選自由丙二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、其鹽及混合物所組成之群組；以及100至1,000ppm之鐵(III)離子源，其中，該鐵(III)離子源係選自由鐵(III)鹽類所組成之群組；以及提供化學機械研磨墊，該化學機械研磨墊具有研磨表面；於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處產生動態接觸；以及 將該化學機械研磨組成物於該化學機械研磨墊與該基板之間的界面處或鄰近該界面分配於該化學機械研磨墊之該研磨表面上，以移除至少一些鎢。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括pH調節劑，且該pH調節劑係選自由硝酸及氫氧化鉀所組成群組。
- 如申請專利範圍1或2項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括界面活性劑，且該界面活性劑係含有陰離子官能基之PO或EO或PO/EO界面活性劑。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物於200mm研磨機上，於每分鐘80轉之平台速率、每分鐘81轉之載體速度、125mL/min之化學機械研磨組成物流速、21.4kPa之公稱下壓力，具有1,000Å/min的鎢移除速率；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該聚胺甲酸酯研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物係包含以下各者作為初始組分：該水；0.01至10wt%之該氧化劑，其中，該氧化劑係過氧化氫；50至1000ppm之該黃原膠； 0.01至10wt%之該膠狀氧化矽研磨劑；1至2,600ppm之該二羧酸；以及100至1,000ppm之該鐵(III)離子源，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵九水合物；其中，該化學機械研磨組成物之pH為1至7。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括pH調節劑，且該pH調節劑係選自由硝酸及氫氧化鉀所組成群組。
- 如申請專利範圍5或6項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括界面活性劑，且該界面活性劑係含有陰離子官能基之PO或EO或PO/EO界面活性劑。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物於200mm研磨機上，於每分鐘80轉之平台速率、每分鐘81轉之載體速度、125mL/min之化學機械研磨組成物流速、21.4kPa之公稱下壓力，具有1,000Å/min的鎢移除速率；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該聚胺甲酸酯研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物係包含以下各者作為初始組分：該水；0.1至5wt%之該氧化劑，其中，該氧化劑係過氧 化氫；200至1000ppm之該黃原膠；0.05至7.5wt%之該膠狀氧化矽研磨劑；100至1,400ppm之該二羧酸；以及150至750ppm之該鐵(III)離子源，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵；其中，該化學機械研磨組成物之pH係1.5至4.5。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括pH調節劑，且該pH調節劑係選自由無機及有機pH調節劑所組成群組。
- 如申請專利範圍第9或10項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括陰離子醚硫酸鹽界面活性劑。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物於200mm研磨機上，於每分鐘80轉之平台速率、每分鐘81轉之載體速度、125mL/min之化學機械研磨組成物流速、21.4kPa之公稱下壓力，具有1,000Å/min的鎢移除速率；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該聚胺甲酸酯研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物係包含以下各者作為初始組分： 該水；0.1至3wt%之該氧化劑，其中，該氧化劑係過氧化氫；600至900ppm之該黃原膠；0.1至5wt%之該膠狀氧化矽研磨劑；120至1,350ppm之該二羧酸，其中，該二羧酸係丙二酸；以及200至500ppm之該鐵(III)離子源，其中，該鐵(III)離子源係硝酸鐵；其中，該化學機械研磨組成物之pH係1.5至3.5。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括pH調節劑，且該pH調節劑係選自由無機及有機pH調節劑所組成群組。
- 如申請專利範圍第13或14項所述之方法，其中，該化學機械研磨組成物復包括陰離子醚硫酸鹽界面活性劑。
- 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，所提供之該化學機械研磨組成物於200mm研磨機上，於每分鐘80轉之平台速率、每分鐘81轉之載體速度、125mL/min之化學機械研磨組成物流速、21.4kPa之公稱下壓力，具有1,000Å/min的鎢移除速率；以及，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺甲酸酯研磨層，該聚胺甲酸酯研磨層係含有聚合物中空芯微粒及經聚胺甲酸酯浸漬之非織物子墊。
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