TWI775722B - 化學機械拋光（ｃｍｐ）組成物用於拋光含鈷及/或鈷合金之基材的用途 - Google Patents

化學機械拋光（ｃｍｐ）組成物用於拋光含鈷及/或鈷合金之基材的用途 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種化學機械拋光(CMP)組成物(Q)用於化學機械拋光包含(i)鈷及/或(ii)鈷合金之基材(S)的用途，其中該CMP組成物(Q)包含
(A)無機粒子
(B)作為腐蝕抑制劑的具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物
(C)至少一種胺基酸
(D)至少一種氧化劑，
(E)水性介質
其中該CMP組成物(Q)之pH為7至10。

Description

化學機械拋光(CMP)組成物用於拋光含鈷及/或鈷合金之基材的用途 敘述
本發明基本上係關於一種化學機械拋光(CMP)組成物用於拋光半導體工業的包含鈷及/或鈷合金之基材的用途，該CMP組成物包含無機粒子、作為腐蝕抑制劑的具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物、至少一種胺基酸、至少一種氧化劑及水性介質。本發明亦係關於一種用於製造半導體元件之方法，其包含在該化學機械拋光(CMP)組成物存在的情況下化學機械拋光基材或層。該CMP組成物展示相對於鈷及/或鈷合金的改良式且可調整之蝕刻行為以及良好拋光效能。
在半導體工業中，化學機械拋光(縮寫為CMP)為應用於製作先進的光子、微機電及微電子材料及元件(諸如半導體晶圓)之熟知技術。
在製作半導體工業中使用之材料及元件期間，採用CMP以平坦化金屬表面及/或氧化物表面。CMP利用化學與機械作用之相互作用以達成待拋光表面之平坦度。化學作用係由化學組成物提供，該化學組成物 亦被稱作CMP組成物或CMP漿料。機械作用通常係由拋光墊實行，該拋光墊典型地被按壓至待拋光表面上且安裝於移動壓板上。壓板之移動通常為直線的、旋轉的或軌道的。
在典型的CMP製程步驟中，旋轉晶圓固持器使待拋光晶圓與拋光墊接觸。通常將CMP組成物施加於待拋光晶圓與拋光墊之間。
隨著超大型積體電路(ULSI)技術中的特徵大小不斷地縮小，銅互連結構之大小正變得愈來愈小。為了縮減RC延遲，銅互連結構中之障壁層或黏合層之厚度正變得愈來愈薄。傳統的銅障壁層/黏合層堆疊Ta/TaN不再適合，此係因為Ta之電阻率相對高且銅不能直接地電鍍至Ta上。與Ta相比較，鈷具有較低電阻率且較便宜。Cu與Co之間的黏合為良好的。Cu可容易成核於Co上，銅亦可直接地電鍍於鈷上。
在積體電路中，Co用作銅互連件之黏合層或障壁層，而Co亦可用作記憶體元件中之奈米晶形Co且用作MOSFET中之金屬閘極。
多孔低k介電質材料已經用於當前互連結構中。據報導，低k材料可容易受到電漿或拋光漿料損壞。在當前化學機械拋光處理中，為了縮減對低k介電質之損壞，用於銅及障壁之大多數當前漿料為酸性的。但觀測到，銅及鈷容易遭受溶解於含有氧化劑(例如，過氧化氫)之酸性溶液中。此使銅及鈷之拋光速率過高，使得其將誘發銅線之凹陷。另外，銅互連結構之側壁上之鈷黏合層的溶解可導致銅線分層且造成可靠性問題。
取決於超大型積體電路(ULSI)技術中所使用之整合方案而呈不同量及層厚度之Co、Cu及低k介電材料的共存在選擇率、腐蝕、移除速率及表面品質方面向在半導體元件生產中用於化學機械拋光之組成物 提出多個挑戰。
在目前先進技術中，舉例而言，在以下參照案中知道及描述包含無機粒子、羧酸衍生物、氧化劑及水性介質之CMP組成物用於拋光半導體工業的包含鈷之基材的用途。
JP 2013042123揭示一種含有鈷元素的用於拋光層之研磨劑，該研磨劑含有包含選自由以下各者組成之群組之至少一個種類的羧酸衍生物：鄰苯二甲酸化合物、異鄰苯二甲酸化合物、烷基二羧酸化合物、鹽及其酸酐、防腐蝕且防水之金屬；且該研磨劑之pH為4.0或更小。提供一種針對鈷層在腐蝕抑制效能方面極佳同時相對於鈷層維持適合拋光速度之研磨劑，及一種用於拋光基材之方法。
JP 2014229827揭示一種用於化學機械拋光之水性分散液，其含有：(A)研磨粒；(B)有機酸，其具有含有π個電子之4個或4個以上碳原子、一或多個羧基，及選自由羧基及羥基組成之群組之至少一個群組的2個或2個以上基團；(C)胺基酸；(D)陰離子界面活性劑；及(E)氧化劑，且該水性分散液之pH為6.5或更大及9.5或更小，其能夠在抑制腐蝕時以高拋光速率來拋光諸如鈷膜之金屬膜。
因此，將高度地需要即將使用CMP組成物及CMP製程，其可避免與先前技術相關聯之所有缺點，例如，Co之低材料移除速率、高Co腐蝕、酸性pH、針對單獨腐蝕抑制劑之需要、不同抑制劑之高濃度，及拋光效能之無調諧能力。
本發明之目標中之一者係提供CMP組成物適於化學機械拋 光包含鈷及/或鈷合金之基材且展示改良式拋光效能的用途，特別是鈷及/或鈷合金之低腐蝕以及鈷及/或鈷合金的可控制且可調整之材料移除速率。此外，探尋CMP組成物之用途，其導致鈷及/或鈷合金之高材料移除速率、與低k介電材料及其他金屬(例如，半導體基材之銅)相容、提供高品質表面光潔度、減小凹陷、為儲存穩定的，且將在中性至鹼性pH範圍內即用。
此外，將提供各別CMP製程。
因此，一種化學機械拋光(CMP)組成物(Q)用於化學機械拋光包含(i)鈷及/或(i)鈷合金之基材(S)的用途，其中該CMP組成物(Q)包含
(A)無機粒子
(B)作為腐蝕抑制劑的通式1至5之具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物
Figure 104142923-A0305-02-0007-1
Figure 104142923-A0305-02-0007-2
Figure 104142923-A0305-02-0007-3
Figure 104142923-A0305-02-0008-4
Figure 104142923-A0305-02-0008-5
其中R1、R2、R3、R4及R5彼此獨立地為H、羥基、烷基、胺基、芳基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基
(C)至少一種胺基酸
(D)至少一種氧化劑，
(E)水性介質，且其中該CMP組成物(Q)之pH為7至10。
根據本發明之另外態樣，提供一種化學機械拋光(CMP)組成物，其包含
(A)膠狀矽石粒子，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至3wt.%
(B)具有至少一個羧酸官能之至少一種經取代芳族化合物(B)，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.002wt.%至0.1wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：間苯二甲酸、對苯二甲酸、2-胺基-對苯二甲酸、4-甲胺基苯甲酸、4-(二甲胺基)苯甲酸、4-甲磺醯基苯甲酸、對稱苯三甲酸、3-甲 胺基苯甲酸、4-(二乙胺基)苯甲酸、3-二甲胺基苯甲酸及2(苯甲基胺基)苯甲酸
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至0.9wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至2wt.%
(E)水性介質，其中該CMP組成物(Q)之pH為7至10，此實現本發明之目標。
另外，藉由一種用於製造半導體元件之方法而達成本發明之上述目標，該方法包含在該化學機械拋光(CMP)組成物(Q)存在的情況下化學機械拋光半導體工業中使用之基材(S)，其中該基材(S)包含(i)鈷及/或(ii)鈷合金。
出人意料地，可發現，使用根據本發明之CMP組成物(Q)正導致對包含鈷及/或鈷合金之基材的改良式腐蝕抑制，以及高鈷材料移除速率。
在申請專利範圍及本說明書中解釋較佳具體實例。應理解，較佳具體實例之組合在本發明之範圍內。
根據本發明，CMP組成物包含無機粒子(A)。
通常，無機粒子(A)之化學性質不受到特別限制。(A)可具有相同化學性質或具有不同化學性質之粒子的混合物。一般而言，相同化學性質之粒子(A)為較佳的。
(A)可為- 無機粒子，諸如金屬、金屬氧化物或碳化物，包括類金屬、類金屬氧化物或碳化物，或- 無機粒子之混合物。
通常，(A)可為- 一種類型之膠狀無機粒子，- 一種類型之煙霧狀無機粒子，- 不同類型之膠狀及/或煙霧狀無機粒子的混合物。
通常，膠狀無機粒子為藉由濕式沈澱製程而產生之無機粒子；煙霧狀無機粒子係藉由例如使用Aerosil®製程在氧氣存在的情況下運用氫氣來高溫火焰水解例如金屬氯化物前驅體而產生。
較佳地，無機粒子(A)為膠狀無機粒子或煙霧狀無機粒子或其混合物。其中，金屬或類金屬之氧化物及碳化物為較佳。更佳地，粒子(A)為氧化鋁、二氧化鈰、氧化銅、氧化鐵、氧化鎳、氧化錳、矽石、氮化矽、碳化矽、氧化錫、二氧化鈦、碳化鈦、氧化鎢、氧化釔、氧化鋯，或其混合物或複合物。最佳地，粒子(A)為氧化鋁、二氧化鈰、矽石、二氧化鈦、氧化鋯，或其混合物或複合物。詳言之，(A)為矽石粒子。舉例而言，(A)為膠狀矽石粒子。
如本文中所使用，術語「膠狀矽石」指已藉由Si(OH)4之縮聚而製備的二氧化矽。舉例而言，可藉由水解高純度烷氧矽烷或藉由酸化水性矽酸鹽溶液而獲得前驅體Si(OH)4。此類膠狀矽石可根據美國專利第 5,230,833號而製備，或可作為各種市售產品中之任一者而獲得，諸如Fuso PL-1、PL-2及PL-3產品，及Nalco 1050、2327及2329產品，以及可購自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical、Nyacol及Clariant之其他類似產品。
根據本發明，CMP組成物(Q)中之(A)的量以組成物(Q)之總重量計不大於3.0wt.%。以組成物(Q)之總重量計，較佳地不大於2.5wt.%，最佳地不大於1.8wt.%，特別不大於1.5wt.%。根據本發明，(A)之量以組成物(Q)之總重量計為至少0.0001wt.%，較佳地為至少0.02wt.%，更佳地為至少0.1wt.%，最佳地為至少0.2wt.%，特別為至少0.3wt.%。舉例而言，(A)之量可在0.4wt.%至1.2wt.%之範圍內。
通常，粒子(A)可以各種粒度分佈而包含於組成物(Q)中。粒子(A)之粒度分佈可為單峰或多峰。在多峰粒度分佈之狀況下，雙峰常常為較佳的。為了在本發明之CMP製程期間具有易於可再現屬性型態及易於可再現條件，粒子(A)之單峰粒度分佈可為較佳的。常常最佳的是使粒子(A)具有單峰粒度分佈。
通常，粒子(A)可具有哪一粒度分佈不受到特別限制。
粒子(A)之平均粒度可在寬範圍內變化。平均粒度為粒子(A)在水性介質(E)中之粒度分佈之d50值，且可例如使用動態光散射(DLS)或靜態光散射(SLS)方法予以量測。此等方法及其他方法在此項技術中為吾人所熟知，參見例如Kuntzsch,Timo；Witnik,Ulrike；Hollatz,Michael Stintz；Ripperger,Siegfried；Characterization of Slurries Used for Chemical-Mechanical Polishing(CMP)in the Semiconductor Industry；Chem.Eng. Technol；26(2003)，第12卷，第1235頁。
對於DLS，典型地使用Horiba LB-550 V(DLS，根據手冊之動態光散射量測)或任何其他此類儀器。此技術在粒子散射雷射光源(λ=650nm)時量測粒子之流體動力學直徑，其係在與入射光成90°或173°之角度下予以偵測。經散射光之強度變化係歸因於粒子在其移動通過入射光束時之隨機布朗運動，且被監測為依據時間而變。使用由儀器執行之依據延遲時間而變的自相關函數以提取衰變常數；較小粒子以較高速度移動通過入射光束且對應於較快衰變。
此等衰變常數與粒子之擴散係數Dt成比例，且用以根據斯托克斯-愛因斯坦方程式而計算粒度：
Figure 104142923-A0202-12-0009-6
其中懸浮粒子被假定為(1)具有球形形態及(2)貫穿水性介質(E)均一地分散(亦即，不聚結)。此關係被預期為對於含有低於1重量%之固體的粒子分散液保持成立，此係因為水性分散劑(E)之黏度無顯著偏差，其中η=0.96mPa．s(在T=22℃下)。煙霧狀或膠狀無機粒子分散液(A)之粒度分佈通常係在塑膠光析槽中在0.1%至1.0%固體濃度下予以量測，且在必要時運用分散介質或超純水來實行稀釋。
較佳地，如運用動態光散射技術使用例如來自Malvern Instruments有限公司之高效能粒度分析儀(HPPS)或Horiba LB550之儀器所量測，粒子(A)之平均粒度在20至200nm之範圍內，更佳地在25至180nm之範圍內，最佳地在30至170nm之範圍內，特別較佳地在40至160 nm之範圍內，且尤其在45至150nm之範圍內。
粒子(A)的根據DIN ISO 9277：2010-09而測定之BET表面可在寬範圍內變化。較佳地，粒子(A)之BET表面在1至500m2/g之範圍內，更佳地在5至250m2/g之範圍內，最佳地在10至100m2/g之範圍內，尤其在20至95m2/g之範圍內，例如，在25至92m2/g之範圍內。
粒子(A)可具有各種形狀。從而，粒子(A)可具有一種或基本上僅一種類型之形狀。然而，粒子(A)亦有可能具有不同形狀。舉例而言，可存在兩種類型的不同形狀之粒子(A)。舉例而言，(A)可具有如下形狀：聚結物、立方體、具有斜切邊緣之立方體、八面體、二十面體、繭狀物、節結，或具有或不具有突起或凹痕之球體。較佳地，其基本上為球形，由此其典型地具有突起或凹痕。
可較佳的是，無機粒子(A)為繭狀。繭狀物可具有或不具有突起或凹痕。繭狀粒子為如下粒子：其短軸為10至200nm，長軸/短軸比率為1.4至2.2，更佳地為1.6至2.0。其平均形狀因數較佳地為0.7至0.97，更佳地為0.77至0.92，平均球度較佳地為0.4至0.9，更佳地為0.5至0.7，且平均等效圓直徑較佳地為41至66nm，更佳地為48至60nm，其可藉由透射電子顯微法及掃描電子顯微法予以測定。
下文中參考圖1至圖4來解釋繭狀粒子之形狀因數、球度及等效圓直徑的測定。
形狀因數獲得關於個別粒子之形狀及凹痕的資訊(參見圖1)，且可根據以下公式予以計算：形狀因數=4 π(面積/周長2)
不具有凹痕之球形粒子的形狀因數為1。形狀因數之值在凹痕之數目增加時減小。
球度(參見圖2)使用中心矩(moment about the mean)來獲得關於個別粒子之伸長率的資訊，且可根據以下公式予以計算，其中M為各別粒子之重心：球度=(Mxx-Myy)-[4 Mxy 2+(Myy-Mxx)2]0.5/(Mxx-Myy)+[4 Mxy 2+(Myy-Mxx)2]0.5
伸長率=(1/球度)0.5
其中Mxx=Σ(x-xmean)2/N
Myy=Σ(y-ymean)2/N
Mxy=Σ[(x-xmean)*(y-ymean)]/N
N：形成各別粒子之影像的像素之數目
x、y：像素之座標
xmean：形成該粒子之影像的N個像素之x座標的平均值
ymean：形成該粒子之影像的N個像素之y座標的平均值
球形粒子之球度為1。球度之值在粒子伸長時減小。
個別非圓形粒子之等效圓直徑(以下亦縮寫為ECD)獲得關於與各別非圓形粒子具有相同面積之圓之直徑的資訊(參見圖3)。
平均形狀因數、平均球度及平均ECD為關於所分析之粒子數目的各別屬性之算術平均值。
用於粒子形狀鑑定之程序如下。將具有20wt.%固體含量之水性繭狀矽石粒子分散液分散於碳箔上，且予以乾燥。藉由使用能量過濾- 穿透式電子顯微法(EF-TEM)(120千伏特)及掃描電子顯微法二次電子影像(SEM-SE)(5千伏特)來分析經乾燥分散液。解析度為2k、16位元、0.6851奈米/像素之EF-TEM影像(參見圖4)用於該分析。在雜訊抑制之後使用臨限值對影像進行二進位編碼。此後手動地分離粒子。辨別上覆粒子及邊緣粒子，且該等粒子不用於該分析。計算且統計上分類如之前所定義之ECD、形狀因數及球度。
舉例而言，繭狀粒子可為由Fuso Chemical公司製造的平均一次粒度(d1)為35nm且平均二次粒度(d2)為70nm之FUSO® PL-3。
根據本發明，所使用之CMP組成物(Q)包含作為腐蝕抑制劑的通式1至5之具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物(B)
Figure 104142923-A0202-12-0012-7
Figure 104142923-A0202-12-0012-8
Figure 104142923-A0202-12-0012-9
Figure 104142923-A0202-12-0012-10
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較佳地，R1可為H、羥基、烷基、芳基、胺基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基；更佳地，R1可為H、羥基、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、苯甲基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基、羧基、甲磺醯基、乙磺醯基、硫基、甲硫基或乙硫基；最佳地，R1可為H、羥基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基、羧基、甲磺醯基或乙磺醯基；特別較佳地，R1可為單甲胺基、二甲胺基、二乙胺基、羧基或甲磺醯基。
較佳地，R2可為H、羥基、烷基、芳基、胺基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基；更佳地，R2可為H、羥基、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、苯甲基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基、羧基、甲磺醯基、乙磺醯基、硫基、甲硫基或乙硫基；最佳地，R2可為胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基或羧基；特別較佳地，R1可為單甲胺基或二甲胺基。
較佳地，R3可為H、羥基、烷基、芳基、胺基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基；更佳地，R3可為H、羥基、甲基、乙基、丙基、丁基、苯甲基胺基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基、羧基、甲磺醯基、乙 磺醯基、硫基、甲硫基或乙硫基；最佳地，R3可為苯甲基胺基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基或羧基；特別較佳地，R3可為苯甲基胺基。
較佳地，R4可為H、羥基、烷基、芳基、胺基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基；更佳地，R4可為H、羥基、甲基、乙基、丙基、丁基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基、羧基、甲磺醯基、乙磺醯基、硫基、甲硫基或乙硫基；最佳地，R4可為胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基或羧基；特別較佳地，R4可為胺基或二甲胺基。
較佳地，R5可為H、羥基、烷基、芳基、胺基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基；更佳地，R5可為H、羥基、甲基、乙基、丙基、丁基、胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、二乙胺基、羧基、甲磺醯基、乙磺醯基、硫基、甲硫基或乙硫基；最佳地，R5可為胺基、單甲胺基、二甲胺基、單乙胺基、雙乙胺基或羧基；特別較佳地，R5可為羧基。
舉例而言，通式(I)之化合物(B)可為間苯二甲酸、對苯二甲酸、2-胺基-對苯二甲酸、4-甲胺基苯甲酸、4-(二甲胺基)苯甲酸、4-甲磺醯基苯甲酸、對稱苯三甲酸、3-甲胺基苯甲酸、4-(二乙胺基)苯甲酸、3-二甲胺基苯甲酸或2(苯甲基胺基)苯甲酸。
如上文所定義的通式1至5之化合物(B)獨自地充當用於鈷及/或鈷合金之腐蝕抑制劑，而不添加CMP中使用之通常已知的腐蝕抑制劑作為例如苯并三唑(BTA)。目前咸信，通式1至5之化合物(B)可藉 由在鈷及/或鈷合金之表面上形成保護分子層而充當腐蝕抑制劑。出人意料地，現在已發現，與已知且常用之化合物苯并三唑(BTA)及BTA之衍生物以及在先前技術中用於CMP組成物之其他三唑相對比，通式1至5之化合物(B)在鈷及/或鈷合金之較低蝕刻速率以及包含鈷及/或鈷合金之基材的較高材料移除速率方面具有有利效應，因此具有較佳腐蝕抑制。
根據本發明，所使用之CMP組成物(Q)中的(B)之量以組成物(Q)之總重量計不大於0.2wt.%。以組成物(Q)之總重量計，較佳地不大於0.1wt.%，甚至更佳地不大於0.08wt.%，甚至更佳地不大於0.06wt.%，最佳地不大於0.01wt.%，特別不大於0.0095wt.%。根據本發明，(B)之量以組成物(Q)之總重量計為至少0.002wt.%，較佳地為至少0.0025wt.%，更佳地為至少0.003wt.%，甚至更佳地為至少0.004wt.%，甚至更佳地為至少0.005wt.%，最佳地為至少0.007wt.%，特別為至少0.008wt.%。舉例而言，(B)之量可在0.0022wt.%至0.0092wt.%之範圍內。
根據本發明，所使用之CMP組成物包含至少一種胺基酸(C)。
通常，具有胺基及酸基之有機化合物被稱為胺基酸。出於本發明之目的，對於胺基酸亦涵蓋所有個別立體異構體及其外消旋混合物。可較佳的是，胺基及酸基兩者皆附接至一個碳(被稱為α-胺基羧酸)，用作CMP漿料中之化學添加劑。許多α-胺基羧酸為已知的，且存在二十種「自然」胺基酸用作活有機體中之蛋白質的基本組分。胺基酸可取決於其在水性載劑存在的情況下下之側鏈而為親水性的、中性的或疏水性的。添加α胺基酸作為拋光添加劑可增加金屬材料移除速率。
至少一種α-胺基酸(C)可由通式(II)表示H2N-CR1R2COOH (II)
其中R1及R2彼此獨立地為氫、未經取代或經選自以下各者之一或多個取代基取代的具有1至8個碳原子之環狀、分支鏈及直鏈部分：含氮取代基、含氧取代基及含硫取代基，包括但不限於-COOH、-CONH2、-NH2、-S-、-OH、-SH，及其混合物與鹽。
較佳地，至少一種胺基酸(C)為α-丙胺酸、精胺酸、天冬胺酸、胱胺酸、半胱胺酸、麩醯胺酸、麩胺酸、甘胺酸、組胺酸、異白胺酸、白胺酸、離胺酸、甲硫胺酸、苯丙胺酸、脯胺酸、絲胺酸、蘇胺酸、色胺酸、酪胺酸、纈胺酸，及其混合物與鹽。更佳地，(C)為α-丙胺酸、精胺酸、天冬胺酸、麩胺酸、甘胺酸、組胺酸、白胺酸、離胺酸、脯胺酸、絲胺酸、纈胺酸，及其混合物與鹽。最佳地，(C)為α-丙胺酸、天冬胺酸、麩胺酸、甘胺酸、脯胺酸、絲胺酸，及其混合物與鹽，特別地，(C)為α-丙胺酸、天冬胺酸、甘胺酸及其混合物與鹽，例如，(C)為甘胺酸。
根據本發明，CMP組成物(Q)中之胺基酸(C)的量以組成物(Q)之總重量計不大於2.25wt.%。以組成物(Q)之總重量計，更佳地不大於1.2wt.%，最佳地不大於1wt.%，特別不大於0.8wt.%。根據本發明，(C)之量以組成物(Q)之總重量計為至少0.1wt.%。以組成物(Q)之總重量計，較佳地為至少0.3wt.%，更佳地為至少0.4wt.%，最佳地為至少0.5wt.%，特別為至少0.6wt.%。舉例而言，(C)之量可在0.65wt.%至0.78wt.%之範圍內。
根據本發明所使用之CMP組成物包含至少一種氧化劑 (D)，較佳地為一種至兩種類型之氧化劑(D)，更佳地為一種類型之氧化劑(D)。氧化劑(D)與組分(A)、(B)、(C)及(E)不同。一般而言，氧化劑為能夠氧化待拋光基材或其層中之一者的化合物。較佳地，(D)為過型氧化劑(per-type oxidizer)。更佳地，(D)為過氧化物、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽、過碘酸鹽、過錳酸鹽或其衍生物。最佳地，(D)為過氧化物或過硫酸鹽。特別地，(D)為過氧化物。舉例而言，(D)為過氧化氫。
至少一種氧化劑(D)可以變化量包含於根據本發明所使用之CMP組成物中。在以根據本發明所使用之CMP組成物之總重量計的每一狀況下，(D)之量較佳地不大於4wt.%(wt.%在每一狀況下代表「重量百分比(percent by weight)」，更佳地不大於2.5wt.%，最佳地不大於1.8wt.%，特別不大於1.5wt.%，例如，不大於1.2wt.%。在以根據本發明所使用之組成物之總重量計的每一狀況下，(D)之量較佳地為至少0.2wt.%，更佳地為至少0.25wt.%，最佳地為至少0.3wt.%，特別為至少0.35wt.%，例如，至少0.4wt.%。若將過氧化氫用作氧化劑(D)，則在以根據本發明所使用之CMP組成物之總重量計的每一狀況下，(D)之量較佳地為0.2wt.%至2.8wt.%，更佳地為0.28wt.%至1.9wt.%，例如，1.0wt.%。
根據本發明，所使用之CMP組成物包含水性介質(E)。
(E)可為一種類型之水性介質或不同類型之水性介質的混合物。
一般而言，水性介質(E)可為含有水之任何介質。較佳地，水性介質(E)為水與可與水混溶之有機溶劑(例如，醇，較佳地為C1至C3醇，或烷二醇衍生物)的混合物。更佳地，水性介質(E)為水。最佳地， 水性介質(E)為去離子水。
若除了(E)以外之組分之量總計為CMP組成物之x重量%，則(E)之量為CMP組成物(Q)之(100-x)重量%。
分別根據本發明所使用之CMP組成物之屬性(諸如組成物與不同材料相對照(例如，金屬相對於二氧化矽)之穩定性、拋光效能及蝕刻行為)可取決於對應組成物之pH。
根據本發明，所使用之CMP組成物(Q)之pH在7至10之範圍內。較佳地，分別根據本發明所使用之組成物之pH值在7.2至9.4之範圍內，更佳地為7.5至9.0，最佳地為7.7至8.8，特別較佳地為7.8至8.6，例如，7.9至8.4。
本發明的所使用之CMP組成物可進一步視情況含有與至少一種胺基酸(C)不同之至少一種額外錯合劑(G)，例如，一種錯合劑。一般而言，錯合劑為能夠使待拋光基材或其層中之一者之離子錯合的化合物。較佳地，(G)為具有至少一個COOH基團之羧酸、含N羧酸、含N磺酸、含N硫酸、含N膦酸、含N磷酸，或其鹽。更佳地，(G)為具有至少兩個COOH基團之羧酸、含N羧酸，或其鹽。舉例而言，至少一種額外錯合劑(G)可為乙酸、葡萄糖酸、乳酸、氮基乙酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、亞胺基-二-丁二酸、戊二酸、檸檬酸、丙二酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸、反丁烯二酸、酒石酸、丁二酸及植酸。
若存在，則錯合劑(G)可以變化量被含有。較佳地，(G)之量以對應組成物之總重量計不大於20wt.%，更佳地不大於10wt.%，最佳地不大於5wt.%，例如不大於2wt.%。較佳地，(G)之量以對應組成物之 總重量計為至少0.05wt.%，更佳地為至少0.1wt.%，最佳地為至少0.5wt.%，例如，至少1wt.%。
本發明的所使用之CMP組成物可進一步視情況含有至少一種殺生物劑(H)，例如，一種殺生物劑。一般而言，殺生物劑為阻止任何有害有機體、致使任何有害有機體無害或藉由化學或生物手段而對任何有害有機體施加控制效應之化合物。較佳地，(H)為四級銨化合物、異噻唑啉酮基化合物、經N取代之重氮烯二氧化物，或N'-羥基-重氮烯氧化物鹽。更佳地，(H)為經N取代之重氮烯二氧化物，或N'-羥基-重氮烯氧化物鹽。
若存在，則殺生物劑(H)可以變化量被含有。若存在，則(H)之量以對應組成物之總重量計較佳地不大於0.5wt.%，更佳地不大於0.1wt.%，最佳地不大於0.05wt.%，特別不大於0.02wt.%，例如，不大於0.008wt.%。若存在，則(H)之量以對應組成物之總重量計較佳地為至少0.0001wt.%，更佳地為至少0.0005wt.%，最佳地為至少0.001wt.%，特別為至少0.003wt.%，例如，至少0.006wt.%。
取決於分別根據本發明所使用之CMP組成物之預期用途的特定要求而必要時，該等CMP組成物亦可含有各種其他添加劑，包括但不限於pH調整劑、緩衝物質、穩定劑、界面活性劑(其可為陰離子界面活性劑、非離子界面活性劑或陽離子界面活性劑)、減摩劑等等。該等其他添加劑為例如通常用於CMP組成物中且因此為熟習此項技術者所知之添加劑。此類添加可例如使分散液穩定，或改良拋光效能或不同層之間的選擇率。
若存在，則該添加劑可以變化量被含有。較佳地，該添加劑之量以對應組成物之總重量計不大於10wt.%，更佳地不大於1wt.%，最佳 地不大於0.1wt.%，例如，不大於0.01wt.%。較佳地，該添加劑之量以對應組成物之總重量計為至少0.0001wt.%，更佳地為至少0.001wt.%，最佳地為至少0.01wt.%，例如，至少0.1wt.%。
根據本發明所使用之CMP組成物(Q)用於化學機械拋光半導體工業中使用的包含鈷及/或鈷合金之基材(S)。
鈷及/或鈷合金可具有任何類型、形式或形狀。鈷及/或鈷合金較佳地具有層及/或過度生長之形狀。若此鈷及/或鈷合金具有層及/或過度生長之形狀，則鈷及/或鈷合金含量按對應層及/或過度生長之重量計較佳地大於90%，更佳地大於95%，最佳地大於98%，特別大於99%，例如，大於99.9%。鈷及/或鈷合金已較佳地填充或生長於其他基材之間的溝槽或插塞中，更佳地填充或生長於介電材料(比如，SiO2、矽、低k(BD1、BD2)或超低k材料)或半導體工業中使用之其他隔離及半導電材料中的溝槽或插塞中。舉例而言，在矽穿孔(Through Silicon Via；TSV)中間製程中，在自晶圓之背面顯露TSV之後，可針對絕緣/隔離屬性而在濕式蝕刻及CMP之後續處理步驟之間將諸如聚合物、光阻劑及/或聚醯亞胺之曝曬材料用作絕緣材料。在銅包含物與介電材料之間可為障壁材料之薄層。通常，用以防止金屬離子擴散至介電材料中之障壁材料可例如為Ti/TiN、Ta/TaN或Ru或Ru合金、Co或Co合金。
若根據本發明之CMP組成物(Q)用於拋光包含鈷及/或鈷合金之基材，則鈷之靜態蝕刻速率(static etch rate；SER)較佳地低於100Å/min，更佳地低於80Å/min，最佳地低於70Å/min，尤其較佳地低於60Å/min，例如，靜態蝕刻速率可低於38Å/min。
若根據本發明之CMP組成物(Q)用於拋光包含鈷及/或鈷合金之基材，則鈷之材料移除速率(material removal rate；MRR)較佳地在400至7500Å/min之範圍內，更佳地在850至6500Å/min之範圍內，最佳地在920至5800Å/min之範圍內，尤其較佳地在980至5500Å/min之範圍內，例如，鈷材料移除速率在1000至5650Å/min之範圍內。
可藉由一種方法而製造半導體元件，該方法包含在本發明之CMP組成物(Q)存在的情況下化學機械拋光半導體工業中使用之基材(S)。根據本發明，該方法包含化學機械拋光包含鈷及/或鈷合金之基材(S)。
通常，可藉由根據本發明之方法而製造之半導體元件不受到特別限制。因此，半導體元件可為包含半導電材料(例如矽、鍺及III-V族材料)之電子組件。半導體元件可為被製造為單離散元件之元件，或為被製造為由在晶圓上製造及互連之數個元件組成之積體電路(IC)的元件。半導體元件可為兩端子元件(例如，二極體)、三端子元件(例如，雙極電晶體)、四端子元件(例如，霍爾效應感測器)，或多端子元件。較佳地，該半導體元件為多端子元件。多端子元件可為作為積體電路及微處理器之邏輯元件，或作為隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)及相變隨機存取記憶體(PCRAM)之記憶體元件。較佳地，該半導體元件為多端子邏輯元件。詳言之，該半導體元件為積體電路或微處理器。
通常，在積體電路中，Co用作銅互連件之黏合層或障壁層。在Co之奈米晶形形式中，Co含於例如記憶體元件中，且作為金屬閘極而含於MOSFET中。鈷亦可用作晶種以藉由電沈積而實現銅之電鍍。鈷或鈷合金亦可代替銅而用作一或多個層之接線。舉例而言，可藉由金屬、絕緣 體、金屬(MIM)及薄膜電阻器在同一層級處之連續層形成電容器(CAP)。電路設計者現在可用最低金屬等級接線至TaN薄膜電阻器，此縮減寄生現象且允許更有效地使用現有接線等級。過量的銅及/或鈷及呈例如金屬氮化物或金屬氮化碳(諸如Co/TaN、Co/TiN、Co/TaCN、Co/TiCN)之形式或例如作為介電質上方之單一鈷合金層(諸如CoMo、CoTa、CoTi及CoW)的包含Co之黏合層/障壁層可藉由根據本發明之化學機械拋光製程而移除。
通常，此鈷及/或鈷合金可以不同方式而產生或獲得。可藉由ALD、PVD或CVD製程而產生鈷或鈷合金。有可能的是，鈷或鈷合金沈積至障壁材料上。用於障壁應用之適當材料在此項技術中為吾人所熟知。障壁防止金屬原子或離子狀鈷或銅擴散至介電層中，且改良導電層之黏合屬性。可使用Ta/TaN、Ti/TiN。
通常，此鈷及/或鈷合金可具有任何類型、形式或形狀。此鈷及/或鈷合金較佳地具有層及/或過度生長之形狀。若此鈷及/或鈷合金具有層及/或過度生長之形狀，則鈷及/或鈷合金含量按對應層及/或過度生長之重量計較佳地大於90%，更佳地大於95%，最佳地大於98%，特別大於99%，例如，大於99.9%。此鈷及/或鈷合金已較佳地填充或生長於其他基材之間的溝槽或插塞中，更佳地填充或生長於介電材料(比如，SiO2、矽、低k(BD1、BD2)或超低k材料)或半導體工業中使用之其他隔離及半導電材料中的溝槽或插塞中。
通常，向下壓力或向下力為在CMP期間由載體施加至晶圓而使其壓在墊上之向下壓力或向下力。此向下壓力或向下力可例如以磅每平方吋(縮寫為psi)而量測。
舉例而言，可在向下壓力為2psi或更低的情況下執行本發明之方法。較佳地，向下壓力在0.1至1.9psi之範圍內，更佳地在0.3至1.8psi之範圍內，最佳地在0.4至1.7psi之範圍內，特別較佳地在0.8至1.6psi之範圍內，例如，1.3psi。
若本發明之方法包含化學機械拋光包含鈷及/或鈷合金之基材，則鈷之靜態蝕刻速率(SER)較佳地低於100Å/min，更佳地低於80Å/min，最佳地低於70Å/min，尤其較佳地低於60Å/min，例如，靜態蝕刻速率可低於38Å/min。
若本發明之方法包含化學機械拋光包含鈷及/或鈷合金之基材，則鈷之材料移除速率(MRR)較佳地在300至7500Å/min之範圍內，更佳地在850至6500Å/min之範圍內，最佳地在920至5800Å/min之範圍內，尤其較佳地在980至5500Å/min之範圍內，例如，鈷材料移除速率在1000至5650Å/min之範圍內。
可例如藉由使CMP組成物(Q)之組分(B)的濃度及研磨劑(A)的濃度變化而達到鈷材料移除速率之此等不同範圍。
根據本發明所使用之CMP組成物(Q)之實例
Z1：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為間苯二甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.002wt.%至0.0097wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為 0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z2：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為對苯二甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.002wt.%至0.0097wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z3：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為2-胺基對苯二甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為 0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z4：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為4-甲胺基苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z5：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.% 至1.8wt.%
(B)為4-(二甲胺基)苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z6：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為4-甲磺醯基苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z7：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為對稱苯三甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.002wt.%至0.0097wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z8：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為3-甲胺基苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z9：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為4-(二乙胺基)苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z10：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為3-二甲胺基苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
Z11：
(A)膠狀矽石粒子，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至1.8wt.%
(B)為2-(苯甲基胺基)苯甲酸，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.008wt.%至0.08wt.%
(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.35wt.%至0.8wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽
(D)過氧化氫，其總量以各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至1.5wt.%
(E)水性介質，其中CMP組成物(Q)之pH為7.8至8.9。
用於製備CMP組成物之製程通常為已知的。此等製程可應用於製備根據本發明所使用之CMP組成物。此可藉由將上文所描述之組分(A)、(B)、(C)、(D)及視情況存在之組分分散或溶解於水性介質(E)(較佳地為水)中且視情況藉由經由添加酸、鹼、緩衝劑或pH調整劑來調整pH值而實行。出於此目的，可使用習用及標準混合製程以及諸如攪拌容器、高剪切葉輪、超音波混合器、均質器噴嘴或逆流混合器之混合裝置。
拋光製程通常為已知的，且可運用在製作具有積體電路之晶圓時慣用於CMP之條件下的製程及設備而實行。對於可供實行拋光製程之設備不存在限定。
如此項技術中所知，用於CMP製程之典型設備由運用拋光墊而覆蓋之旋轉壓板組成。亦已使用軌道拋光器。晶圓安裝於載體或夾盤上。正被處理的晶圓之側面向拋光墊(單側拋光製程)。保持環將晶圓緊固於水平位置中。
在載體下方，較大直徑之壓板亦被大致上水平地定位，且呈現與待拋光晶圓之表面平行的表面。壓板上之拋光墊在平坦化製程期間接觸晶圓表面。
為了產生材料損失，將晶圓按壓至拋光墊上。通常致使載體及壓板兩者圍繞其自載體及壓板垂直地延伸之各別軸件而旋轉。旋轉載體軸件可相對於旋轉壓板保持固定於適當位置中，或可相對於壓板水平地振盪。載體之旋轉方向典型地但未必與壓板之旋轉方向相同。載體及壓板之旋轉速度通常但未必設定為不同值。在本發明之CMP製程期間，通常將本發明之CMP組成物作為連續流或以逐滴方式施加至拋光墊上。壓板溫度通常設定為10至70℃之溫度。
可藉由(例如)運用軟墊(其常常被稱為背襯膜)而覆蓋之鋼製平板施加晶圓上之負載。若正使用更先進的設備，則負載有空氣或氮氣壓力之可撓性隔膜將晶圓按壓至墊上。因為晶圓上之向下壓力分佈與具有硬壓板設計之載體之向下壓力分佈相比較更均一，所以當使用硬拋光墊時，此類隔膜載體對於低向下力製程為較佳的。根據本發明，亦可使用具有用以控制晶圓上之壓力分佈之選項的載體。其通常經設計成具有數個不同腔室，該等腔室在某一程度上可彼此獨立地被負載。
對於另外細節，參考WO 2004/063301 A1，尤其是第16頁第[0036]段至第18頁第[0040]段以及圖2。
藉由本發明之CMP製程及/或使用本發明之CMP組成物，可獲得具有積體電路的包含鈷及/或鈷合金之晶圓，該等晶圓具有極佳功能性。
根據本發明所使用之CMP組成物可作為即用的漿料而用於CMP製程中，其具有長貯藏期限，且經過長時間後展示穩定粒度分佈。因此，其易於處置及儲存。其展示極佳拋光效能，特別是鈷及/或鈷合金之低靜態蝕刻速率以及鈷之高材料移除速率(MRR)。因為分別根據本發明所使用之CMP組成物的組分之量保持低至最小值，所以該CMP組成物可以具成本效益的方式而使用。
實施例及比較實施例
下文描述用於CMP實驗之一般程序。
用於200mm Co/Co晶圓之標準CMP製程：Strasbaugh nSpire(型號6EC)，ViPRR浮動保持環載體；向下壓力：1.5psi；背面壓力：1.0psi；保持環壓力：1.0psi；拋光台/載體速度：130/127rpm；漿料流動速率：300ml/min；拋光時間：15s；(Co)
60s；(Cu)
拋光墊：Fujibo H800；背襯膜：Strasbaugh，DF200(136個孔)；調節工具：Strasbaugh、軟毛刷、異位；在每一晶圓之後，調節墊以用於藉由運用5lbs向下力之2次掃掠而對另一晶圓進行下一處理。毛刷為軟的。此意謂：即使在200次掃掠之後，毛刷亦將不造成對軟拋光墊之顯著移除速率。
將三個虛設TEOS晶圓拋光60s，隨後拋光金屬晶圓(將Co晶圓拋光15s)。
在當地供應站中攪拌漿料。
用於金屬毯覆式晶圓之標準分析程序：由Sartorius LA310S刻度尺或NAPSON4點探針站藉由CMP前後的晶圓重量之差而測定移除速率。
使用NAPSON4點探針站藉由39點直徑掃描(範圍)而評估移除速率之徑向均一性。
用於塗佈有金屬膜之晶圓的CMP之標準消耗品： Co膜：Ti襯套上之2000A PVD Co(供應商：AMT)；運用pH組合電極(Schott，藍線22 pH電極)來量測pH值。
用於測定Co靜態蝕刻速率(Co-SER)之標準程序： 如下實行Co-SER實驗。切割2.5x2.5cm PVD Co(來自AMT)，且用DI水進行洗滌。運用4點探針來量測Co膜厚度(乾燥前)。將具有0.5%之H2O2的400ml新鮮製備漿料放於燒杯中，且此後達到50℃。將Co試片置放至漿料中，且在漿料中保持3min。接著洗滌試片，且用N2進行乾燥。再次運用同一元件來量測Co膜厚度(乾燥後)。藉由以下公式來測定Co-SER：SER(A/min)=(乾燥前-乾燥後)/3
用於漿料製備之標準程序： 藉由將所需量之甘胺酸溶解於超純水中來製備10wt.%之甘胺酸水溶液。在攪拌20min之後，藉由添加4.8wt.%之KOH水溶液而使溶液中和且將pH調整至pH 8.05±0.1。可添加平衡水以調整濃度。藉由將所需量之經取代芳族化合物(B)溶解於超純水中且攪拌30分鐘直至經取代芳族化合物之所有固體溶解來製備1wt.%的各別經取代芳族化合物(B)之水性儲備溶液。
為了製備實施例之CMP漿料，混合甘胺酸(胺基酸(C))溶液、經取代芳族化合物(腐蝕抑制劑(B))溶液，且在連續攪拌下添加膠狀矽石粒子之溶液(20%之(A)儲備溶液，例如，Fuso® PL 3)。在完成添加所需量之研磨劑(A)之後，將分散液攪拌額外5分鐘。接著藉由添加4.8wt.%之 KOH水溶液而將pH調整至8.3±0.1。在攪拌下添加平衡水以將CMP漿料之濃度調整至以下實施例及比較實施例之表2及表3中所列舉的值。此後藉由在室溫下使分散液穿過0.2μm過濾器來過濾分散液。在漿料用於CMP之前(1至15min)立刻添加所需量之H2O2(D)。
實施例中使用之無機粒子(A)
使用平均一次粒度(d1)為35nm及平均二次粒度(d2)為70nm(如使用動態光散射技術經由Horiba儀器所測定)(例如，Fuso®PL-3)以及比表面積為約46m2/g之膠狀繭狀矽石粒子(A1)。
Figure 104142923-A0202-12-0034-12
用於粒子形狀鑑定之程序
將具有20wt.%固體含量之水性繭狀矽石粒子分散液分散於碳箔上且予以乾燥。藉由使用能量過濾-穿透式電子顯微法(EF-TEM)(120千伏特)及掃描電子顯微法二次電子影像(SEM-SE)(5千伏特)來分析經乾燥分散液。解析度為2k、16位元、0.6851奈米/像素之EF-TEM影像(圖4)用於該分析。在雜訊抑制之後使用臨限值對影像進行二進位編碼。此後手動地分離粒子。辨別上覆粒子及邊緣粒子，且其不用於該分析。計算且統計上分類如之前所定義之ECD、形狀因數及球度。
A2為所使用之比表面積為約90m2/g、平均一次粒度(d1)為35nm及平均二次粒度(d2)為75nm之聚結粒子(如使用動態光散射技術經由Horiba儀器所量測)(例如，Fuso® PL-3H)。
Figure 104142923-A0202-12-0035-13
Figure 104142923-A0202-12-0035-14
Figure 104142923-A0202-12-0036-15
Figure 104142923-A0202-12-0036-16
Figure 104142923-A0202-12-0036-17
Figure 104142923-A0202-12-0036-18
Figure 104142923-A0202-12-0037-19
Figure 104142923-A0202-12-0037-20
Figure 104142923-A0202-12-0037-21
根據本發明之CMP組成物正展示在鈷材料移除速率(MRR)[Å/min]方面之改良式拋光效能及Co蝕刻速率之急劇減小，如可由表2及表3中所展示之實施例所示範。
諸圖展示：圖1：形狀因數隨著粒子之形狀之變化的示意性說明
圖2：球度隨著粒子之伸長率之變化的示意性說明
圖3：等效圓直徑(ECD)之示意性說明
圖4：具有20wt.%固體含量之經乾燥繭狀矽石粒子分散液於碳箔上之能量過濾-穿透式電子顯微法(EF-TEM)(120千伏特)影像

Claims (13)

  1. 一種化學機械拋光(CMP)組成物(Q)用於化學機械拋光包含(i)鈷及/或(i)鈷合金之基材(S)的用途，其中該CMP組成物(Q)包含(A)無機粒子(B)作為腐蝕抑制劑的通式1至5之具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物
    Figure 104142923-A0305-02-0041-6
    Figure 104142923-A0305-02-0041-7
    Figure 104142923-A0305-02-0041-8
    Figure 104142923-A0305-02-0041-9
    Figure 104142923-A0305-02-0042-11
     其中R1、R2、R3、R4及R5彼此獨立地為H、羥基、烷基、胺基、芳基、烷胺基、烷基芳基胺基、苯甲基胺基、羧基、烷基磺醯基、磺酸、磺酸鹽、硫基或烷硫基(C)至少一種胺基酸(D)至少一種氧化劑，(E)水性介質其中該CMP組成物(Q)之pH為7至10，其中通式1至5中之一者的該具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物(B)之總量以該各別CMP組成物之總重量計在0.002wt.%至0.0095wt.%之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之CMP組成物(Q)之用途，其中該等無機粒子(A)為膠狀無機粒子。
  3. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該等膠狀無機粒子為矽石粒子。
  4. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物(B)為該等通式1至5中之至少一者，且其中R1為胺基、單烷胺基、雙烷胺基、羧基、烷硫基或烷基磺醯基，R2為胺基、單烷胺基、雙烷胺基或羧基，R3為 苯甲基胺基，R4為胺基、單烷胺基、雙烷胺基，且R5為胺基、羧基或烷基。
  5. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該具有至少一個羧酸官能之經取代芳族化合物(B)為該等通式1至5中之至少一者，且其中R1為胺基、單甲胺基、雙甲胺基、雙乙胺基、羧基或甲磺醯基，R2為胺基、單甲胺基、雙甲胺基或羧基，R3為苯甲基胺基，R4為胺基，且R5為胺基或羧基。
  6. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該至少一種胺基酸(C)為甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽。
  7. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該至少一種胺基酸(C)之總量以該各別CMP組成物之總重量計在0.1wt.%至2.25wt.%之範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該氧化劑包含過氧化物。
  9. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之CMP組成物(Q)之用途，其中該氧化劑為過氧化氫。
  10. 一種化學機械拋光(CMP)組成物，其包含：(A)膠狀矽石粒子，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.01wt.%至3wt.%(B)具有至少一個羧酸官能之至少一種經取代芳族化合物(B)，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.002wt.%至0.0095wt.%，其係選 自由以下各者組成之群組：間苯二甲酸、對苯二甲酸、2-胺基-對苯二甲酸、4-甲胺基苯甲酸、4-(二甲胺基)苯甲酸、4-甲磺醯基苯甲酸、對稱苯三甲酸、3-甲胺基苯甲酸、4-(二乙胺基)苯甲酸、3-二甲胺基苯甲酸及2-(苯甲基胺基)苯甲酸(C)至少一種胺基酸(C)，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至0.9wt.%，其係選自由以下各者組成之群組：甘胺酸、丙胺酸、白胺酸、纈胺酸、半胱胺酸、絲胺酸及脯胺酸或其鹽(D)過氧化氫，其總量以該各別CMP組成物之總重量計為0.2wt.%至2wt.%(E)水性介質，其中該CMP組成物(Q)之pH為7至10。
  11. 一種用於製造半導體元件之方法，其包含在如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所定義之CMP組成物(Q)存在的情況下化學機械拋光半導體工業中使用之基材(S)，其中該基材(S)包含(i)鈷，及/或(i)鈷合金。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中鈷之靜態蝕刻速率(SER)低於100A/min。
  13. 如申請專利範圍第11項至第12項中任一項之方法，其中將鈷材料移除速率(MRR)調整至300A/min至7200A/min之範圍。
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