TWI785598B - 用於先進化學機械平坦化(cmp)漿及方法的新穎瓶中墊(pib)技術 - Google Patents

用於先進化學機械平坦化(cmp)漿及方法的新穎瓶中墊(pib)技術 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於先進化學機械平坦化(CMP)漿、系統及方法的新穎瓶中墊(pad-in-a-bottle) (PIB)技術。習用的拋光墊凹凸不平部(asperity)的作用是由高品質的微米級聚胺酯(PU)珠粒來實現的，該聚胺酯珠粒與拋光墊中的孔和凹凸不平部的大小相當。

Description

用於先進化學機械平坦化(CMP)漿及方法的新穎瓶中墊(PIB)技術
相關申請案之相互參照
本案請求2020年5月11日申請的美國臨時專利申請案第63/022,737號的權益。在此以引用的方式將其全文併入本文。
本發明大體上關於用於先進化學機械平坦化(CMP)漿的新穎的瓶中墊(PIB)技術、系統及方法。明確地說，本發明關於用於二氧化鈰系CMP淺溝槽隔離(STI)漿的PIB技術、系統及方法。
拋光墊係用於習用的化學機械拋光(CMP)中。拋光墊的表面凹凸不平部起關鍵作用，該凹凸不平部傳遞法向力並且對該漿中的硬質奈米級研磨顆粒施加切線運動。
諸如聚胺酯(PU)墊之類的墊上的凹凸不平部由於與晶圓接觸而發生不可逆的變形並且也被漿顆粒磨損。具有變形的凹凸不平部之墊子通常會在被拋光的表面上產生微米級刮痕。再者，墊子凹凸不平部的形狀控制不當會導致高度可變的接觸面積分佈，從而導致去除速率(RR)及晶圓級形貌的變化。
因此，該墊子表面必須持續不斷地更新金剛砂盤以確保製程穩定性。在該更新程序中，該金剛砂盤會切削該墊子表面以消除舊的凹凸不平部並且產生新的凹凸不平部，因此墊子的厚度逐漸變薄而導致更換(圖1)。
因此，由於頻繁地更換習用CMP製程中的墊子和調理劑而產生大量廢物。
有人努力緩解墊子凹凸不平部引起的問題。
本發明揭示為滿足挑戰性要求而開發的用於二氧化鈰系CMP STI漿的PIB技術、系統及方法。
藉由使用所揭示的用於含氧化物基材的CMP之組合物、方法及平坦化系統來滿足這些需求。
在一態樣中，提供CMP拋光組合物。該CMP拋光組合物包含： 聚胺酯(PU)珠粒； 奈米級研磨顆粒； 分散劑； 水； 及視需要地， pH調理劑； 殺菌劑； 其中 該配方的pH為2至12；4至10或5至9。
在另一態樣中，提供CMP拋光方法。該CMP拋光方法包含： 提供具有含二氧化矽表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供上述化學機械拋光(CMP)配方； 使該半導體基材的表面與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸；及 拋光該半導體基材的表面； 其中使該含二氧化矽表面的至少一部分與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸。
在又另一態樣中，提供CMP拋光系統。該CMP拋光系統包含： 具有含二氧化矽表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供上述請求項的化學機械拋光(CMP)配方； 其中使該含二氧化矽表面的至少一部分與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸。
本發明揭示一種新技術，其中由尺寸介於2微米至100微米、10微米至80微米、20微米至70微米或30微米至50微米的高品質聚胺酯(PU)珠粒扮演墊子凹凸不平部的角色，該尺寸與商用拋光墊中的細孔和凹凸不平部的尺寸相當。藉助於表面活性劑(或濕潤劑)作為分散劑將聚胺酯珠粒分散於水性漿中，將該珠粒懸浮於具有研磨顆粒例如煅燒二氧化鈰、膠態二氧化矽或錯合物顆粒的拋光漿中。
該珠粒藉由下述方法與該晶圓表面接觸以與習用凹凸不平部(圖1)幾乎相同的方式促進拋光。
藉由選擇該珠粒的尺寸及其於該漿中的濃度，可以更好地控制與該晶圓接觸的“峰”的高度、曲率及面密度，從而實質上降低與習用凹凸不平部接觸相關的製程變異性。
珠粒的應用仍需要第二表面或對立面來進行拋光，在我們的案例中該第二表面延續使用習用的聚胺酯系墊子，但是由於其不再是進行拋光的主要表面，因此需要最少的調理。或者，如圖2所示，可使用便宜的且經過部分調理的墊子作為該對立面。
商用拋光機可同時使用2到3個拋光墊及調理器。通常才連續使用兩天以後就達到墊子及調理盤的使用壽命。因此，CMP設備中的每個壓盤每年皆得使用數百個墊子及調理器，並且由於晶圓製造設施可具有數十個設備(每個設備上有2個或3個壓盤)，因此僅墊子及墊子調理器的總成本就非常可觀。
由於可能得花數小時卸下舊墊子，安裝新墊子接著進行品質  鑑定，因此由於設備停機及用以鑑定新墊子品質的消耗品而造成的工程及產物損失非常大。用過的PU墊及廢棄的金剛砂盤調理器代表該CMP製程的廢棄物。
在墊子的案例中，在必須剝離並丟棄墊子之前僅使用該墊子總厚度的約三分之二。關於調理器，數萬顆金剛砂中僅幾百顆金剛砂控制著該產物的使用壽命，其後該調理器必須予以丟棄。再者，再循環或再利用選項不適用於墊子及調理器。該廢棄物也會引起環境、健康及安全(EHS)問題。本發明解決了上述EHS問題，並且藉由減少並最終排除習用拋光墊及金剛砂盤調理器的使用為當前的標準CMP製程提供新穎的解決方案。
下文中概述本發明的幾個具體態樣。 態樣1：一種CMP拋光組合物，其包含： 聚胺酯(PU)珠粒； 研磨顆粒； 分散劑； 水； 及視需要地， pH調理劑； 殺菌劑； 其中 該配方的pH為2至12；4至10或5至9。 態樣2：一種CMP拋光方法，其包含： 提供具有含二氧化矽表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供上述化學機械拋光(CMP)配方； 使該半導體基材的表面與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸；及 拋光該半導體基材的表面； 其中使該含二氧化矽表面的至少一部分與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸。 態樣3：一種CMP拋光系統，其包含： 具有含二氧化矽表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供上述化學機械拋光(CMP)配方； 其中使該含二氧化矽表面的至少一部分與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸。
該聚胺酯(PU)珠粒具有2微米至100微米、10微米至80微米、20微米至70微米或30微米至50微米的微米級。
該聚胺酯(PU)珠粒的濃度可介於約0.010重量%至約5.0重量%、約0.025重量%至約2.5重量%、約0.05重量%至約1.0重量%或0.10重量%至約0.50重量%。該重量百分比係相對於該組合物。
該研磨顆粒包括，但不限於無機氧化物顆粒、塗覆金屬氧化物的無機氧化物顆粒、塗覆金屬氧化物的有機聚合物顆粒及其組合。
該無機氧化物顆粒包括但不限於二氧化鈰、膠態二氧化矽、高純度膠態二氧化矽、發煙二氧化矽、膠態二氧化鈰、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯顆粒。
該塗覆金屬氧化物的無機氧化物顆粒包括但不限於塗覆二氧化鈰的無機氧化物顆粒，例如塗覆二氧化鈰的膠態二氧化矽、塗覆二氧化鈰的高純膠態二氧化矽、塗覆二氧化鈰的氧化鋁、塗覆二氧化鈰的二氧化鈦、塗覆二氧化鈰的氧化鋯或任何其他塗覆二氧化鈰的無機氧化物顆粒。
該塗覆金屬氧化物的有機聚合物顆粒係選自由塗覆二氧化鈰的有機聚合物顆粒、塗覆氧化鋯的有機聚合物所組成之群組。
該研磨顆粒具有20 nm至500 nm、50 nm至400 nm、100 nm至350 nm或180 nm至220 nm的平均粒徑(MPS)。MPS可藉由動態光散射(DLS)方法進行測量。
該研磨料的濃度可介於約0.01重量%至約30重量%，較佳為約0.05重量%至約10重量%，更佳為約0.1重量%至約2重量%。該重量百分比係相對於該組合物。
該分散劑係可將聚胺酯珠粒分散於水溶液中的任何試劑。
分散劑的實例具有以下一般分子結構(1)：
Figure 02_image001
(1)， 其中 a介於1至50、1至40、1至30、1至20、1至10或1至5； b、c及a’可為相同或不同，並且各自獨立地介於0至50、0至40、0至30、0至20、0至10或0至5； n及m可為相同或不同，並且各自獨立地介於0至12、0至8、1至5或2至4； 側鏈R及R’基團可為相同或不同，並且各自獨立地選自由以下所組成的群組： 氫； –(CH2 )p CH3 烷基，並且p介於1至12或2至5，較佳為2至5； -NH2 基團； -NH(CH2 )q -NH2 基團，並且q 介於1至12或2至5，較佳的； 環氧乙烷(EO)及環氧丙烷(PO)重複基團：-(EO)e-(PO)d-OH，並且d及e各自獨立地介於1至50、1至40、1至30、1至20、1至10或1至5，較佳為1至10，更佳為1至5； -COOH； R1 COOH，並且R1 為–(CH2 )m ，並且m 介於1至12； R1 SO3 H； –(C6 H4 )n ，並且n 介於1至4； -COOM，並且m為Na+ 、K+ 或NH4+ ，較佳為K+ 或NH4+ ； -R1 COOM； -COOR2 ，並且R2 為–(CH2 )m H、–(CH2 )m COOH (m = 1至12)或–(CH2 )m COOM (M = Na+ 、K+ 或NH4+ ，較佳為K+ 或NH4+ )，較佳為–(CH2 )m H或–(CH2 )m COOH (m = 1至12)； -R1 COOR2 ； SO3 H； -SO3 M； 膦酸； 選自鈉鹽、鉀鹽或銨鹽的磷酸鹽； 選自鈉苯甲基、二苯甲基或其他芳族部分的芳族基團。
實例是由加拿大，安大略省，多倫多市，M4H 1G5，Wicksteed大道225號的SILTECH公司所提供的silsulf E608、silquat DI-25 PG、silsulf J208-6、silsulf A008-AC-UP、silplex J2-S、silquat CR4000、silquat D2、silsulf CR1115及silsulf A208。
Silsulf型分散劑是具有EO-PO重複側鏈官能基的含矽聚醚分子。較佳為Silsulf型分散劑。
該分散劑的濃度介於約0.0025重量%至約5.0重量%、約0.01重量%至約2.5重量%、0.025重量%至約1.0重量%或0.050重量%至約0.5重量%。
該CMP組合物的pH為約2至12； 4至10或5至9。
該組合物的pH可使用合適的pH調理劑，例如合適的酸、鹼、胺或其任何組合來調理。較佳地，該組合物中使用的pH調理劑不含金屬離子，以使不希望的金屬組分不被引入該組合物中。合適的pH調理劑包括胺、氫氧化銨、硝酸、磷酸、硫酸、有機酸及/或其鹽及其任何組合。
該組合物可包含0重量百分比至1重量百分比，較佳為0.005重量百分比至0.5重量百分比，更佳為0.02重量百分比至0.2重量百分比的pH調理劑，該pH調理劑用於酸性pH條件係選自由硝酸、氫氯酸、硫酸、磷酸、其他無機或有機酸及其混合物所組成的群組，或用於鹼性pH條件係選自由氫化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化四烷基銨、有機氫氧化季銨化合物、有機胺及其組合。
該CMP組合物可包含生物生長抑製劑或防腐劑以防止在儲存期間細菌和真菌的生長。
該生物生長抑製劑包括，但不限於，氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四丙基銨、氯化烷基苯甲基二甲基銨及氫氧化烷基苯甲基二甲基銨(其中該烷基鏈介於1至約20個碳原子)、亞氯酸鈉及次氯酸鈉。
一些市售可得的防腐劑包括來自Dow Chemicals的KATHON™及NEOLENE™產品系列及來自Lanxess的Preventol™系列。美國專利第5,230,833號(Romberger等人)及美國專利申請案US 20020025762中揭示更多。其內文在此以引用的方式將其全文併入本文。
在密封的CMP拋光組合物中使用殺菌劑可減少或消除細菌和其他微生物，尤其是當該CMP拋光組合物的pH值接近或在中性pH條件附近時。該殺菌劑介於該CMP組合物的約0.0001重量%至約0.03重量%。 工作實施例
據顯示使用15微米或35微米PU珠粒、潤濕劑、磨合的IC-1070墊及市售可得之含奈米級研磨顆粒的煅燒二氧化鈰系STI 2100F系列(Versum Materials)漿的實施例具有與在圖案化STI晶圓上之現有，同時導致顯著改善的步階高度(step height)，的淺盤效應及侵蝕結果相當的空白晶圓上二氧化矽平均RR及晶圓對晶圓RR穩定性。
據顯示該PIB技術也可顯著減少拋光期間該晶圓的橫向振動。
提出以下非限定實施例以進一步舉例說明本發明。 CMP方法論
在下文呈現的實施例中，CMP實驗使用以下指定的程序及實驗條件來進行。 詞彙表 組件
由加拿大，安大略省，多倫多市，M4H 1G5，Wicksteed大道225號的SILTECH公司提供化學添加物，Silsulf E608。
由東京，都宇馬，北田區1-4-3的Dainichiseika Color＆Chemicals製造有限公司Akabane＆Sakura生產工廠提供15微米及35微米級的聚胺酯珠粒。
TEOS：原矽酸四乙酯
拋光墊：拋光墊，IC1070及其他墊，係用在CMP期間，由DOW-Dupont股份有限公司提供。 參數 通則
Å或A：埃-長度單位
BP：背壓，以psi為單位
CMP：化學機械平坦化 = 化學機械拋光
CS：載具速度
DF：下壓力：CMP期間施加的壓力，單位psi
min：分鐘
ml：毫升
mV：毫伏
psi：每平方吋磅數
PS：拋光設備的壓盤旋轉速度，以rpm (每分鐘轉數)為單位
SF：漿流量，ml/min
重量%：(所列組分的)重量百分比
TEOS去除速率：在指定下壓力下測得的TEOS去除速率。在列出的實施例中，將該CMP設備的下壓力設於不同的psi。 計量學
膜用加州，庫帕提諾，95014，Alves Dr. 20565號的Creative Design Engineering公司所製造的168型ResMap CDE來測量。該ResMap設備係四點探針薄層電阻設備。在5 mm邊緣排除處對膜進行四十九點直徑掃描。 CMP設備
所使用的CMP設備係200mm Mirra，由加州，聖塔克拉拉，95054，Bowers大道3050號的Applied Materials公司製造。在進行空白及圖案化晶圓研究用的壓盤1上使用由德拉瓦州，紐瓦克市，451 Bellevue路，DOW-Dupont公司供應的IC 1070墊。
該IC1070墊或其他墊藉由於7磅下壓力下在調理器上調理該墊18分鐘而磨合(broken in)。為了驗證該設備設定及該墊磨合，使用由Versum Materials股份有限公司供應的Versum® STI2305漿於基準條件下拋光二鎢監視器及二TEOS監視器。 晶圓
使用PECVD TEOS晶圓進行拋光實驗。這些空白晶圓係由加州，聖塔克拉拉，95051，Kifer路2985號的Silicon Valley Microelectronics公司購得。 拋光實驗
在空白晶圓研究中，在基準條件下用200 ml/min的漿流量拋光氧化物空白晶圓。
該漿係用於由加州，聖塔克拉拉，95054， Scott大道2920號SWK Associates股份有限公司供應的圖案化晶圓(MIT860)的拋光實驗。這些晶圓係於Veeco VX300剖面測勘儀(profiler)/AFM儀器上測量。該3種不同尺寸的間距結構係用於氧化物淺盤效應測量。該晶圓係於中心、中間及邊緣晶粒位置測量。
在所有工作實施例中，參考樣品皆使用0.5重量%平均粒徑(MPS) (藉由動態光散射(DLS)測定)介於180 nm至220 nm的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%聚丙烯酸酯鹽作為化學添加物、0.0002重量% Kathon II作為殺菌劑。將pH調理至5.15。 實施例1
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑及0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑製成測試樣品一。將pH調理至5.15。
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的15微米級的聚胺酯珠粒製成測試樣品二(PIB樣品)。將pH調理至5.15。
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒製成測試樣品三(PIB樣品)。將pH調理至5.15。 表1. TEOS去除速率(A/min.)比較
樣品 TEOS RR (Å/min.)
參考樣品 1214
參考樣品 + Silsulf E608 1067
參考樣品 + Silsulf E608 + 15微米PU珠粒 1143
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 1050
使用200 mm Mirra拋光機(來自AMAT公司)、DowDupont IP1070拋光墊及Saesol金剛砂調理盤進行拋光測試。施加的漿流速為200 mL/min。將TEOS空白晶圓拋光。將拋光結果列於表1。
如表1所示的TEOS去除速率結果，在相同的pH條件下將該分散劑Silsulf E608加於參考樣品中以後，由於該分散劑在氧化膜表面上產生的鈍化作用使該TEOS的去除速率降低了。使用15微米及35微米級的聚胺酯微珠從該樣品中獲得相似的TEOS膜去除速率。 實施例2
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒(所謂的PU珠粒)製成測試樣品(PIB 樣品)。將pH調理至5.15。
參考樣品及測試樣品皆用以拋光氧化物圖案化晶圓，比較PIB型氧化物拋光組合物與參考樣品對剩餘SiN厚度的影響並且將結果列於表2。 表2. PIB型STI漿對剩餘SiN厚度的影響
該剩餘SiN膜厚度(Å)
樣品 30%密度(Å) 50%密度(Å) 70%密度(Å) 90%密度(Å)
參考樣品 1155 1380 1225 1335
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 1415 1371 1234 1226
如表2所示的結果，PIB型STI漿樣品在30%密度特徵上提供了更大的剩餘SiN膜厚度，並且在50%及70%密度特徵上提供了相似的SiN膜剩餘厚度。較佳為在拋光氧化物圖案化晶圓時餘留更大的SiN膜厚度。 實施例3
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑及0.05重量%的Silsurf E608作為分散劑製成測試樣品一。將pH調理至5.15。
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒(PU珠粒)製成測試樣品二(PIB樣品)。將pH調理至5.15。
該二測試樣品皆用以拋光氧化物圖案化晶圓，比較PIB型氧化物拋光組合物與非PIB樣品對剩餘SiN厚度的影響並且將結果列於表3。 表3. PIB型STI漿對剩餘SiN厚度的影響
該剩餘SiN膜厚度(Å)
樣品 30%密度(Å) 50%密度(Å) 70%密度(Å) 90%密度(Å)
參考樣品 + Silsulf E608 903 924 878 870
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 1169 1151 1075 1108
如表3所示的結果，PIB型STI漿樣品在所有4密度特徵上提供了比非PIB樣品更大的剩餘SiN膜厚度，而該二樣品皆使用相同重量%的分散劑及相同的pH條件。較佳為在拋光氧化物圖案化晶圓時餘留更大的SiN膜厚度。 實施例4
在實施例4中，使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑及0.05重量%的Silsurf E608作為分散劑製成測試樣品一。將pH調理至5.15。
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒製成測試樣品二(PIB樣品)。將pH調理至5.15。
該二測試樣品皆用以拋光氧化物圖案化晶圓，比較PIB型氧化物拋光組合物與非PIB樣品對所有皆在50%密度的100微米、200微米及500微米特徵上的剩餘SiN厚度之影響並且將結果列於表4。 表4. PIB型STI漿對剩餘SiN厚度的影響
在50%密度特徵上的剩餘SiN膜厚度(Å)
樣品 100 µm 200 µm 500 µm
參考樣品 + Silsulf E608 991 914 886
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 1386 1389 1188
如表4所示的結果，PIB型STI漿樣品在50%密度的100微米、200微米及500微米特徵上提供了比非PIB樣品更大的剩餘SiN膜厚度，而該二樣品皆使用相同重量%的分散劑及相同的pH條件。較佳為在拋光氧化物圖案化晶圓時餘留更大的SiN膜厚度。 實施例5
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑及0.05重量%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒製成測試樣品(PIB樣品)。將pH調理至5.15。
參考樣品及測試樣品皆用以拋光氧化物圖案化晶圓，比較PIB型氧化物拋光組合物與參考樣品對4種不同密度特徵上的氧化物溝槽淺盤效應之影響並且將結果列於表5。 表5. PIB型STI漿對該氧化物溝槽淺盤效應(Å)的影響
氧化物溝槽淺盤效應(Å)
樣品 30%密度(Å) 50%密度(Å) 70%密度(Å) 90%密度(Å)
參考樣品 49 57 91 107
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 39 36 58 47
如表5所示的結果，PIB型STI漿樣品在所有四個測試密度的特徵上提供了比未使用該分散劑的非PIB參考樣品更低的氧化物溝槽淺盤效應。較佳為在拋光氧化物圖案化晶圓時具有較低的氧化物溝槽淺盤效應。 實施例6
在實施例6中，使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑及0.05重量%的Silsurf E608作為分散劑製成測試樣品一。將pH調理至5.15。
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒製成測試樣品二(PIB樣品)。將pH調理至5.15。
該二測試樣品皆用以拋光氧化物圖案化晶圓，比較PIB型氧化物拋光組合物與非PIB樣品對該氧化物溝槽淺盤效應的影響並且將結果列於表6。 表6. PIB型STI漿對氧化物溝槽淺盤效應(Å)的影響
氧化物溝槽淺盤效應(Å)
樣品 30%密度(Å) 50%密度(Å) 70%密度(Å) 90%密度(Å)
參考樣品 + Silsulf E608 39 54 77 62
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 27 21 15 1
如表6所示的結果，當該二樣品使用相同重量%的分散劑並且在相同pH條件下時，PIB型STI漿樣品在所有四個密度的特徵上提供了比非PIB參考樣品更低的氧化物溝槽淺盤效應。較佳為在拋光氧化物圖案化晶圓時具有較低且減少的氧化物溝槽淺盤效應。 實施例7
在實施例7中，使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑及0.05重量%的Silsurf E608作為分散劑製成測試樣品一。將pH調理至5.15。
使用0.5重量%的煅燒二氧化鈰作為研磨料、0.077重量%的聚丙烯酸鹽作為化學添加物、0.0002重量%的Kathon II作為殺菌劑、0.05%的Silsurf E608 (含矽的聚醚化合物)作為分散劑及0.25重量%的35微米級的聚胺酯珠粒製成測試樣品二(PIB樣品)。將pH調理至5.15。
該二測試樣品皆用以拋光氧化物圖案化晶圓，比較PIB型氧化物拋光組合物與非PIB樣品對所有皆在50%密度的100微米、200微米及500微米特徵上的氧化物溝槽淺盤效應之影響並且將結果列於表7。 表7. PIB型STI漿對氧化物溝槽淺盤效應(Å)的影響
氧化物溝槽淺盤效應(Å)
樣品 100 µm 200 µm 500 µm
參考樣品 + Silsulf E608 38 107 142
參考樣品 + Silsulf E608 + 35微米PU珠粒 25 36 75
如表7所示的結果，當該二樣品使用相同重量%的分散劑並且在相同pH條件下時，PIB型STI漿樣品在50%密度的100微米、200微米及500微米特徵上提供了比非PIB參考樣品更低的氧化物溝槽淺盤效應。較佳為在拋光氧化物圖案化晶圓時具有較低且減少的氧化物溝槽淺盤效應。
上文列出的本發明的具體實例，包括工作實例在內，是可由本發明構成的眾多具體實例的示例。預期該方法的許多其他配置皆可使用，並且該方法中使用的材料可從除了具體揭示的那些材料之外的許多材料中選出。
130:聚胺酯珠粒 146:聚胺酯墊
圖1 (先前技藝)顯示利用聚胺酯墊146的習用CMP拋光。
圖2顯示利用聚胺酯墊146及聚胺酯珠粒(130)的PIB CMP拋光。
130:聚胺酯珠粒
146:聚胺酯墊

Claims (13)

  1. 一種化學機械拋光(CMP)配方，其包含：聚胺酯(PU)珠粒；研磨顆粒；分散劑，及水；其中該配方的pH為2至12，其中該聚胺酯(PU)珠粒具有介於2微米至100微米微米級大小，其中該聚胺酯(PU)珠粒的濃度介於0.01重量%至5.0重量%，該研磨顆粒的濃度介於0.01重量%至30重量%，該分散劑的濃度介於0.0025重量%至5.0重量%，其中該分散劑具有以下一般分子結構(1)：
    Figure 110116319-A0305-02-0023-1
     其中a介於1至50；b、c及a’可為相同或不同，並且各自獨立地介於0至50；n及m可為相同或不同，並且各自獨立地介於0至12；側鏈R及R’基團可為相同或不同，並且各自獨立地選自由以下所組成的群組：氫；-(CH2)pCH3烷基，並且p介於1至12； -NH2基團；-NH(CH2)q-NH2基團，並且q介於1至12；環氧乙烷(EO)及環氧丙烷(PO)重複基團：-(EO)e-(PO)d-OH，並且d及e各自獨立地介於1至50；-COOH；R1COOH，並且R1為-(CH2)m，並且m介於1至12；R1SO3H；-(C6H4)n，並且n介於1至4；-COOM，並且m為Na+、K+或NH4+；-R1COOM；-COOR2，並且R2為-(CH2)mH、-(CH2)mCOOH(m=1至12)或-(CH2)mCOOM(M=Na+、K+或NH4+)；-R1COOR2；SO3H；-SO3M；膦酸；選自鈉鹽、鉀鹽或銨鹽的磷酸鹽；選自鈉苯甲基、二苯甲基或其他芳族部分的芳族基團。
  2. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該研磨顆粒係選自由無機氧化物顆粒、塗覆金屬氧化物的無機氧化物顆粒、塗覆金屬氧化物的有機聚合物顆粒及其組合所組成的群組。
  3. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該研磨顆粒係選自由以下所組成的群組之無機氧化物顆粒：二氧化鈰、二氧化矽、膠態二氧化 矽、發煙二氧化矽、膠態二氧化鈰、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯顆粒及其組合。
  4. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該研磨顆粒係選自由以下所組成的群組之塗覆金屬氧化物的無機氧化物顆粒：塗覆二氧化鈰的膠態二氧化矽，塗覆二氧化鈰的氧化鋁、塗覆二氧化鈰的二氧化鈦、塗覆二氧化鈰的氧化鋯及其組合。
  5. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該研磨顆粒係選自由塗覆二氧化鈰的有機聚合物顆粒、塗覆氧化鋯的有機聚合物及其組合所組成的群組之塗覆金屬氧化物的有機聚合物顆粒。
  6. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該研磨顆粒具有20nm至500nm的平均粒徑(MPS)。
  7. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中研磨顆粒的濃度介於0.05重量%至10重量%。
  8. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該側鏈R及R’基團係相同或不同的環氧乙烷(EO)及環氧丙烷(PO)重複基團：-(EO)e-(PO)d-OH，並且d及e各自獨立地介於1至10，並且b及c不能全為0。
  9. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該側鏈R及R’基團係相同或不同的環氧乙烷(EO)及環氧丙烷(PO)重複基團：-(EO)e-(PO)d-OH，並且d及e各自獨立地介於1至5，並且b及c不能全為0。
  10. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該分散劑的濃度介於0.01重量%至2.5重量%。
  11. 如請求項1之化學機械拋光(CMP)配方，其中該化學機械拋光(CMP)配方另外包含以下至少一者：pH調理劑，其係選自由胺、氫氧化銨、硝酸、磷酸、硫酸、有機酸及/或其鹽及其任何組合所組成的群組；及殺菌劑，其係選自由氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四丙基銨、氯化烷基苯甲基二甲基銨、氫氧化烷基苯甲基二甲基銨(其具有介於1至約20個碳原子的烷基鏈)、亞氯酸鈉及次氯酸鈉及其組合所組成的群組。
  12. 一種化學機械拋光半導體基材之方法，其包含以下步驟：提供具有含二氧化矽表面的半導體基材；提供拋光墊；提供請求項1至11中任一項之化學機械拋光(CMP)配方；使該半導體基材的表面與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸；及拋光該半導體基材的表面；其中使該含二氧化矽表面的至少一部分與該拋光墊和該化學機械拋光配方接觸。
  13. 一種化學機械拋光系統，其包含：具有含二氧化矽表面的半導體基材；提供拋光墊；提供請求項1至11中任一項之化學機械拋光(CMP)配方。
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