TWI795674B - 阻障物化學機械平坦化（ｃｍｐ）研磨組合物、系統及其研磨方法 - Google Patents

阻障物化學機械平坦化（ｃｍｐ）研磨組合物、系統及其研磨方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於阻障層應用的化學機械平坦化(CMP)研磨組合物，特別是用以改良晶片內部不均勻度(WID-NU)。該CMP研磨組合物包括一濃度等於及/或大於(

Description

阻障物化學機械平坦化(CMP)研磨組合物、系統及其研磨 方法
相關申請案之相互參照
本專利申請案主張2019年9月24日提出的美國暫時性專利申請案序號62/904,861之優先權的利益，其全文係以參考之方式併入本文。
本發明係關於一種使用在半導體裝置之製造的阻障物化學機械平坦化(「CMP」)研磨組合物(或漿體)，及用以進行化學機械平坦化的研磨方法。特別是，本發明係關於一種合適於使用來研磨由多型式膜構成之圖形化的半導體晶圓之阻障物研磨組合物，其中該多型式膜有例如金屬層、阻障膜及下面的層間介電質(ILD)結構或圖形化的介電層。
通常來說，阻障層覆蓋該圖形化的介電層及金屬層覆蓋該阻障層。該金屬層具有至少足夠的厚度以便由金屬填充該圖形化的溝槽而形成電路互連。
阻障物典型為金屬、金屬合金或金屬互化物，其實施例有含Ta或Ti膜，諸如TaN、Ti、TiN或TiW或等等。該阻障物會形成一層防止在晶圓內之 層間漂移或擴散的層。例如，該阻障物防止互連金屬諸如銅、鈷或銀擴散進毗連的介電質中。阻障物材料必需對受大部分酸腐蝕具抗性，因此，抵擋溶解在用於CMP的流體研磨組合物中。再者，這些阻障物材料可具有抵抗被在CMP組合物中的磨損研磨粒子及來自固定的研磨墊移除之韌度。
關於CMP，此技術的現在狀態包括使用多步驟諸如例如二步驟製程來達成局部及整體平坦化。
在典型CMP方法的步驟1期間，典型會移除金屬層諸如過度負載的銅層，同時在含有填充的金屬線、通道及溝槽之晶圓上留下平滑的平坦表面，此將對該研磨表面提供電路互連平面。因此，步驟1趨向於移除過量的互連金屬，諸如銅或鈷。然後，典型CMP方法的步驟2時常指為阻障物CMP方法，其接著移除在該圖形化晶圓的表面上之阻障層及過量金屬層及其它膜以便在該介電層上達成該表面之局部及整體平坦化二者。
阻障層的化學機械平坦化(CMP)係晶圓鑲嵌製程的關鍵步驟。
晶片內部不均勻性(WID-NU)係在圖案晶圓上的整體步階高度變化，其可能危及該功能性晶片的性能。若在多種結構當中的圖案密度之起始差異更明顯時，WID-NU係更明顯。
因此，有需要製得一種具有較高的移除速率和改良的平坦化諸如較好的晶片內部不均勻性(WID-NU)，且更可信賴、一致及均勻的CMP漿體。
本發明提供一種具有較好的晶片內部平坦性之穩定的CMP漿體。於本文中描述及揭示出一種阻障物CMP組合物、用於研磨的系統及方法。於本文中揭示出的組合物提供經改良、較好的晶片內部不均勻性(WID-NU)。
在一個具體實例中，於本文中描述出一種阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其包含：一研磨料；一平坦化試劑；一腐蝕抑制劑；一可溶於水的溶劑；選擇性一潤溼劑；一速率推升試劑；一pH調節劑；一氧化劑；及一螯合劑；其中該研磨組合物具有pH約2至約12，較佳為約3至12，更佳為約7至12，最佳為約8至12。
在另一個態樣中，本發明提供一種用以化學機械平坦化一包含至少一個具有至少一阻障層及一介電層的表面之半導體裝置的研磨方法，該方法其步驟包括：a.讓該至少一個表面與一研磨墊接觸；b.將如於本文中所描述的研磨組合物傳遞至該至少一個表面；及 c.以該研磨組合物研磨該至少一個表面；其中該阻障層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：鉭、氮化鉭、碳化鉭鎢矽、鈦、氮化鈦、鈦-鎢、氮化鈦鎢及其組合；及該介電層係選自於由氧化物膜、低K材料及其組合所組成之群。
在更另一個態樣中，本發明提供一種用於化學機械平坦化的系統，其包含：一包含至少一個具有至少一阻障層及一介電層的表面之半導體裝置；一研磨墊；及一如於本文中所描述的研磨組合物；其中該阻障層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：鉭、氮化鉭、碳化鉭鎢矽、鈦、氮化鈦、鈦-鎢、氮化鈦鎢及其組合；及該介電層係選自於由氧化物膜、低K材料及其組合所組成之群；及該至少一個表面係與該研磨墊及該研磨組合物接觸。
該研磨料的實施例包括但不限於膠體氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、摻雜氧化鋁的膠體氧化矽、有機聚合物粒子、無機與有機粒子的複合粒子、表面經修改的無機/有機粒子及其組合。
該研磨料的使用量係0.1重量%至約25.0重量%、0.1重量%至20.0重量%、1重量%至20.0重量%、2.0重量%至15.0重量%、或3.0重量%至15.0重量%；較佳為
Figure 109132713-A0305-02-0006-13
2.0重量%，更佳為
Figure 109132713-A0305-02-0006-14
3.5重量%。。
該平坦化試劑的實施例包括但不限於環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷、其聚合物及其衍生物、及含有這些作為組分的化學混合物。該聚合物具有分子量在10至5百萬道耳吞(Da)間，較佳為50至1百萬Da。
該平坦化試劑的使用量之範圍係約0.0001重量%至約10.0重量%、0.0005重量%至5.0重量%、0.0001至3.0重量%、或0.005重量%至2.0重量%。
該平坦化試劑的實施例包括但不限於乙醇，2-[(1-十二烷基環己基)氧基]-；聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(1-壬基癸基)-ω-羥基-；聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(1-癸基環己基)-ω-羥基-；乙醇，2-(環十三烷基氧基)-；聚(環氧乙烷)(Mw範圍在10至5百萬Da間，較佳為50至1百萬Da)；聚(環氧丙烷)(Mw範圍在10至5百萬Da間，較佳為50至1百萬Da)；TergitolTM 15s9、TergitolTM 15s7、SurfyolTM 485、SurfyolTM 465、ZetasperseTM 179及其組合。
該腐蝕抑制劑的實施例包括但不限於苯并三唑或苯并三唑衍生物、3-胺基-1,2,4-三唑、3,5-二胺-1,2,4-三唑及其組合；及其量範圍係約0.0001重量%至約2.0重量%、約0.0005重量%至約1.0重量%、或約0.001重量%至約0.5重量%。
該可溶於水的溶劑之實施例包括但不限於DI水、極性溶劑及DI水與極性溶劑的混合物。該極性溶劑可係任何醇、醚、酮或其它極性試劑。該極性溶劑的實施例包括醇類，諸如異丙醇；醚類，諸如四氫呋喃及二乙基醚；及酮類，諸如丙酮。
該潤溼劑的實施例包括但不限於a).非離子表面潤溼劑、b).陰離子表面潤溼劑、c).陽離子表面潤溼劑、d).兩性表面潤溼劑及其組合；及其量範圍係約0.0001重量%至約10.0重量%、0.001重量%至約5.0重量%、0.005重量%至2.0重量%、或0.001重量%至1.0重量%。
該速率推升試劑可包括但不限於矽酸鉀、矽酸鈉、矽酸銨、矽酸四甲基銨、矽酸四丁基銨、矽酸四乙基銨及其組合。
該速率推升試劑的使用量之範圍係約0.001重量%至約20.0重量%、0.01重量%至約15.0重量%、或0.1重量%至約10.0重量%。
該pH調節劑的實施例包括但不限於：(a)硝酸、硫酸、酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸、丙二酸、多種脂肪酸、多種多元羧酸及其組合，用以降低該研磨組合物的pH；及(b)氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨、氫氧化四乙基銨、乙二胺、哌
Figure 109132713-A0305-02-0008-15
、聚伸乙基亞胺、經修改的聚伸乙基亞胺及其組合，用以提高該研磨組合物的pH；及其量範圍係約0.0001重量%至約5.0重量%、0.001重量%至約3.0重量%、0.01重量%至約2.0重量%；及該研磨組合物具有pH約2至約12，較佳為約3至12，更佳為約7至12，最佳為約8至12。
該氧化劑的實施例包括但不限於過氧化氫、過碘酸、碘酸鉀、過錳酸鉀、過硫酸銨、鉬酸銨、硝酸鐵、硝酸、硝酸鉀、氨、胺化合物及其組合；及其量範圍係約0.05重量%至約10.0重量%，較佳為約0.2重量%至約2.0重量%。
合適的螯合劑包括但不限於有機酸及其鹽、聚合物酸及其鹽、可溶於水的共聚物及其鹽；在相同的共聚物分子中包括至少二個選自於羧酸基團、磺酸基團、磷酸類及吡啶酸類之不同型式的酸基團之共聚物及其鹽；聚乙烯酸類及其鹽、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、吡啶、吡啶衍生物、雙吡啶、雙吡啶衍生物及其組合。
該螯合劑的實施例包括但不限於檸檬酸鉀、苯并磺酸、4-甲苯基磺酸、2,4-二胺基-苯并磺酸、丙二酸、衣康酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、草酸、葡萄糖酸、乳酸、扁桃酸、胺基酸、聚羧基胺基酸、膦酸類、其鹽及其組合。
該螯合劑的使用量之範圍係約0.001重量%至約10.0重量%，較佳為約0.05重量%至約10.0重量%，較佳為約0.05重量%至約5.0重量%，及更佳為0.01重量%至1.0重量%。
除非其它方面有指示出，否則全部的百分比皆係相對於該CMP組合物的總重量之重量百分比。
圖1係在化學藥品A、化學藥品B及化學藥品C上的石英晶體微天平(QCM)資料。
圖2係在化學藥品G、化學藥品H、化學藥品K及化學藥品N上的石英晶體微天平(QCM)資料。
本發明提供一種具有較高的阻障物及ILD移除速率之穩定的CMP漿體。於本文中描述及揭示出一種阻障物CMP組合物、用於研磨的系統及方法。於本文中揭示出的組合物推升該阻障膜及ILD移除速率。
於本文中描述出一種穩定的CMP漿體，其研磨一具有導電金屬層、下面的阻障膜及具有埋藏的金屬互連結構之介電層的半導體基材或裝置。
該導電金屬層包含諸如Cu、CuMn、Co、CoMo、Al、AlCo、Ru、RuTa、RuTiN、Mn及其組合。該阻障物或襯墊層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：Ta、TaN、Ti、TiN、TiW或TiWN、及其組合。該下面的層間介電質(ILD)層包含氧化物膜諸如SiO2、TEOS、低K介電材料及其組合。
除非其它方面有指示出，否則全部的百分比皆係相對於該CMP組合物的總重量之重量百分比。
該阻障物化學機械平坦化研磨組合物包含：一研磨料；一平坦化試劑；一腐蝕抑制劑；一可溶於水的溶劑；選擇性一潤溼劑；一速率推升試劑；一pH調節劑；一氧化劑；及一螯合劑；其中該研磨組合物具有pH約2至約12，較佳為約3至12，更佳為約7至12，最佳為約8至12。
本發明的研磨組合物包含一種研磨料。合適於研磨組合物的研磨料有奈米尺寸粒子，包括但不限於：奈米尺寸的膠體氧化矽或高純度膠體氧化矽粒子；奈米尺寸的無機金屬氧化物粒子，諸如氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰及其組合；奈米尺寸的鑽石粒子；奈米尺寸的氮化矽粒子；單模態、雙模態或多模態膠體研磨粒子；有機聚合物基底的軟研磨料、表面經塗佈或修改的研磨料、及其組合。
該表面經塗佈或修改的研磨料包括但不限於在該膠體氧化矽的晶格內由其它金屬氧化物摻雜之膠體氧化矽粒子，諸如摻雜氧化鋁的氧化矽粒子；膠體氧化鋁，其包括α-、β-及γ-型式氧化鋁；膠體及光活化的氧化鈦、氧化鈰、膠體氧化鈰、奈米尺寸的鑽石粒子、奈米尺寸的氮化矽粒子；單模態、雙模態、多模態膠體研磨粒子；氧化鋯、有機聚合物基底的軟研磨料、表面經塗佈或修改的研磨料、及其混合物。
該奈米尺寸粒子具有窄或寬的粒子尺寸分佈、多種尺寸及多種形狀。該多種形狀的研磨料包括球形、繭形、團聚物及其它形狀。
該研磨粒子可使用合適的方法諸如離子交換來純化移除金屬雜質以幫助改良該膠體穩定性。任擇地，可使用自除了金屬矽酸鹽外的前驅物所製造之高純度氧化矽研磨粒子。
較佳的研磨料包括但不限於高純度膠體氧化矽(膠體氧化矽)、氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、摻雜氧化鋁的膠體氧化矽及其混合物。膠體氧化矽係最佳的研磨料粒子。
該氧化矽可係沈澱氧化矽、燻製氧化矽、氧化矽燻製過、鍛製氧化矽、摻雜一或多種助劑的氧化矽或任何其它氧化矽基底的化合物之任何。在可替換的具體實例中，該氧化矽可例如藉由選自於由下列所組成之群的方法製造：溶膠凝膠方法、熱液方法、電漿方法、燻製方法、沈澱方法及其任何組合。
最好該研磨料的平均粒子尺寸如藉由盤式離心機(DC)粒子篩選方法測量係在10奈米至300奈米間，或更佳為在20奈米至200奈米間，及甚至更佳為在30奈米至100奈米間。
通常來說，上述提及的研磨粒子可單獨或彼此組合著使用。亦可結合二或更多種具有不同尺寸之研磨粒子來獲得優良的性能。
典型來說，該研磨料係以下列之量範圍存在於本發明的組合物中：約0.1重量%至約25.0重量%、0.1重量%至20.0重量%、1.0重量%至20.0重量%、2.0重量%至15.0重量%、或3.0重量%至15.0重量%；較佳為
Figure 109132713-A0305-02-0012-17
2.0重量%，更佳為
Figure 109132713-A0305-02-0012-18
3.5重量%。
該可溶於水的溶劑之實施例包括但不限於DI水、極性溶劑及DI水與極性溶劑的混合物。該極性溶劑可係任何醇、醚、酮或其它極性試劑。該極性溶劑的實施例包括醇類，諸如異丙醇；醚類，諸如四氫呋喃及二乙基醚；及酮類，諸如丙酮。
該平坦化試劑的實施例包括但不限於環氧乙烷、其衍生物、其聚合物；環氧丙烷、其衍生物、其聚合物；環氧丁烷、其衍生物、其聚合物；及其組合。
該聚合物具有分子量在10至5百萬道耳吞(Da)間，較佳為50至1百萬Da。該平坦化試劑的使用量之範圍係約0.0001重量%至約10.0重量%、0.0005重量%至5.0重量%、0.0001至3重量%、或0.005重量%至2.0重量%。
該平坦化試劑的實施例包括但不限於乙醇，2-[(1-十二烷基環己基)氧基]-；聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(1-壬基癸基)-ω-羥基-；聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(1-癸基環己基)-ω-羥基-；環狀寡糖；乙醇，2-(環十三烷基氧基)-；聚(環氧乙烷)(Mw範圍在10至5百萬Da間，較佳為50至1百萬Da)；聚(環氧丙烷)(Mw範圍在10至5百萬Da間，較佳為50至1百萬Da)；及其組合。
該界面活性劑有例如來自Dow Chemical的TergitolTM 15s9及TergitolTM 15s7；聚山梨酸酯20(Polysorbate 20)，諸如來自BASF的Tween® 20；環糊精，來自BASF的Pluronic® F-108；其中在該界面活性劑中具有主要活性化學藥品二級醇乙氧基化物。
Surfyol® 485、Surfyol® 465的Surfyol®界面活性劑、DynolTM 801、DynolTM 980及Zetasperse® 179係來自Evonik Industries之界面活性劑。在該界面活性劑中的主要活性化學藥品係聚環氧乙烷。
該界面活性劑可在該阻障物CMP漿體中使用作為表面潤溼劑；可加入至該阻障物CMP漿體作為表面潤溼劑的合適潤溼劑化合物包括許多由熟習該項技術者已知的非離子、陰離子、陽離子或兩性界面活性劑之任何。該非離子界面活性劑的一個實施例有二十三伸乙基二醇十二烷基醚。
該潤溼劑的實施例亦包括但不限於硫酸十二烷酯鈉鹽、硫酸月桂酯鈉、硫酸十二烷酯銨鹽、磺酸二級烷烴酯、醇乙氧基化物、炔型界面活性劑及其任何組合。
使用來自Evonik之乙氧基化的炔型雙生界面活性劑DynolTM 607及DynolTM 604作為潤溼劑。
當使用時，該潤溼劑的量範圍典型係0.0001重量%至約10.0重量%、0.001重量%至約5.0重量%、0.005重量%至2.0重量%、或0.001重量%至1.0重量%。
該腐蝕抑制劑的實施例包括但不限於苯并三唑或苯并三唑衍生物、3-胺基-1,2,4-三唑、3,5-二胺-1,2,4-三唑及其組合。
該腐蝕抑制劑的使用量之範圍係約0.0001重量%至約2.0重量%、約0.0005重量%至約1重量%、或約0.001重量%至約0.5重量%。
該速率推升試劑可包括但不限於矽酸鉀、矽酸鈉、矽酸銨、矽酸四甲基銨、矽酸四丁基銨、矽酸四乙基銨及其組合。
該速率推升試劑的使用量之範圍係約0.001重量%至約20.0重量%、0.01重量%至約15.0重量%、或0.1重量%至約10.0重量%。
該pH調節劑的實施例包括但不限於：(a)硝酸、硫酸、酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸、丙二酸、多種脂肪酸、多種多元羧酸及其組合，用以降低該研磨組合物的pH；及(b)氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨、氫氧化四乙基銨、乙二胺、哌
Figure 109132713-A0305-02-0014-19
、聚伸乙基亞胺、經修改的聚伸乙基亞胺及其組合，用以提高該研磨組合物的pH；及其使用量的範圍係約0.0001重量%至約5.0重量%、0.001重量%至約3.0重量%、0.01重量%至約2.0重量%；及該研磨組合物具有pH約2至約12，較佳為約3至12，更佳為約7至12，最佳為約8至12。
該氧化劑的實施例包括但不限於過氧化氫、過碘酸、碘酸鉀、過錳酸鉀、過硫酸銨、鉬酸銨、硝酸鐵、硝酸、硝酸鉀、氨、胺化合物及其組合。
該氧化劑的使用量之範圍係約0.05重量%至約10.0重量%，較佳為約0.2重量%至約2.0重量%。
合適的螯合劑包括但不限於有機酸及其鹽、聚合物酸及其鹽、可溶於水的共聚物及其鹽；在相同的共聚物分子中包括至少二個不同型式選自於羧酸基團、磺酸基團、磷酸類及吡啶酸類之酸基團的共聚物及其鹽；聚乙烯酸類及其鹽、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、吡啶、吡啶衍生物、雙吡啶、雙吡啶衍生物及其組合。
該螯合劑的實施例係選自於由下列所組成之群：檸檬酸鉀、苯并磺酸、4-甲苯基磺酸、2,4-二胺基-苯并磺酸、丙二酸、衣康酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、草酸、葡萄糖酸、乳酸、扁桃酸、胺基酸、聚羧基胺基酸、膦酸類及其組合及其鹽。
該螯合劑的使用量之範圍係約0.001重量%至約10.0重量%，較佳為約0.05重量%至約5.0重量%，及更佳為0.01重量%至1.0重量%。
本發明亦提供一種用以化學機械平坦化包含至少一個具有至少一阻障層及一介電層的表面之半導體裝置的研磨方法，該方法其步驟包括：a.讓該至少一個表面與一研磨墊接觸；b.將如於本文中所描述的研磨組合物傳遞至該至少一個表面；及c.以該研磨組合物研磨該至少一個表面；其中該阻障層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：鉭、氮化鉭、碳化鉭鎢矽、鈦、氮化鈦、鈦-鎢、氮化鈦鎢及其組合；及該介電層係選自於由氧化物膜、低K材料及其組合所組成之群。
本發明進一步提供一種用於化學機械平坦化的系統，其包含：一包含至少一個具有至少一阻障層及一介電層的表面之半導體裝置；一研磨墊；及一如於本文中所描述的研磨組合物；其中該阻障層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：鉭、氮化鉭、碳化鉭鎢矽、鈦、氮化鈦、鈦-鎢、氮化鈦鎢及其組合；及該介電層係選自於由氧化物膜、低K材料及其組合所組成之群；及該至少一個表面係與該研磨墊及該研磨組合物接觸。
通用實驗程序
除非其它方面有指示出，否則全部的百分比皆係重量百分比。加入水以使得該組合物呈100重量%。
在顯現於下列的實施例中，使用提供在下列的程序及實驗條件來進行CMP實驗。
在300毫米Reflection LK，Atec上，使用1.1psi、工作台速度93rpm、流速300毫升/分鐘、Fujibo H800墊、MIT設計Cu/TEOS圖案進行該研磨。
自Fuso Chemical Co.LTD，Japan購買約60奈米(藉由光散射測量)的氧化矽粒子。
實施例1
該使用於漿體的化學構成物係顯示在表1中。漿體B、D、E及F具有平坦化試劑在其中，同時漿體A及C僅具有潤溼劑在其中。
加入DI水以使得該組合物呈100重量%。該漿體的pH係約10。
Figure 109132713-A0305-02-0017-2
該等漿體係在室溫下除了每種組分外伴隨著短暫中斷(數分鐘)來製備。
該等漿體係在將1.0重量%的過氧化氫加入該漿體作為氧化劑後使用於研磨(在使用點處)。
在MIT設計Cu/TEOS圖案晶圓上的淺碟及侵蝕之研磨結果係繪製在表2中。
Figure 109132713-A0305-02-0018-3
10x10微米係在MIT設計Cu/TEOS圖案上，10微米Cu乘以10微米TEOS的構形。
如顯示在表2中，遍及全部多種構形尺寸，與沒有平坦化試劑的漿體(漿體A及漿體C)比較，含有平坦化試劑的漿體(漿體B、D、E及F)產生較好的淺碟。
類似地，如顯示在表2中，遍及全部多種構形尺寸，與沒有平坦化試劑的漿體(漿體A及漿體C)比較，含有平坦化試劑的漿體(漿體B、D、E及F)產生較少的侵蝕。
因此，來自漿體的資料已闡明加入平坦化試劑可改良晶片內部平坦性。
再者，來自漿體的資料已闡明加入潤溼劑無法改良晶片內部平坦性。
實施例2
使用於該漿體的化學構成物係顯示在表3中。漿體H、I、J及K具有平坦化試劑在其中，同時漿體G僅具有潤溼劑在其中。
加入DI水以使得該組合物呈100重量%。該漿體的pH係約10。
Figure 109132713-A0305-02-0019-5
該等漿體係在室溫下除了每種組分外伴隨著短暫中斷(數分鐘)來製備。
該等漿體係在將1.0重量%過氧化氫加入至該漿體作為氧化劑後使用於研磨。
在MIT設計Cu/TEOS圖案晶圓上的淺碟及侵蝕之研磨結果係繪製在表4中。
Figure 109132713-A0305-02-0020-6
10x10微米係在MIT設計Cu/TEOS圖案上，10微米Cu乘以10微米TEOS的構形。
如顯示在表4中，遍及全部多種構形尺寸，與沒有平坦化試劑的漿體(漿體G)比較，含有平坦化試劑的漿體(漿體H、I、J及K)產生較好的淺碟。
類似地，如顯示在表4中，遍及全部多種構形尺寸，與沒有平坦化試劑的漿體(漿體G)比較，含有平坦化試劑的漿體(漿體H、I、J及K)產生較少的侵蝕。
因此，實施例2已闡明加入平坦化試劑可改良晶片內部平坦性。
實施例3
使用於漿體的化學構成物係顯示在表5中。漿體M、N、O及P具有平坦化試劑在其中，同時漿體L僅具有潤溼劑在其中。
加入DI水以使得該組合物呈100重量%。該漿體的pH係約10。
Figure 109132713-A0305-02-0021-7
該等漿體係在室溫下除了每種組分外伴隨著短暫中斷(數分鐘)來製備。
該等漿體係在將1.0重量%過氧化氫加入至漿體作為氧化劑後使用於研磨。
在MIT設計Cu/TEOS圖案晶圓上的淺碟及侵蝕之研磨結果係繪製在表6中。
Figure 109132713-A0305-02-0021-8
10x10微米係在MIT設計Cu/TEOS圖案上，10微米Cu乘以10微米TEOS的構形。
如顯示在表4中，遍及全部多種構形尺寸，與沒有平坦化試劑的漿體(漿體L)比較，含有平坦化試劑的漿體(漿體M、N、O及P)產生較好的淺碟。
類似地，如顯示在表4中，遍及全部多種構形尺寸，與沒有平坦化試劑的漿體(漿體L)比較，含有平坦化試劑的漿體(漿體M、N、O及P)產生較少的侵蝕。
因此，實施例3已闡明加入平坦化試劑可改良晶片內部平坦性。
實施例4
平坦化試劑及潤溼劑的特徵。
使用石英晶體微天平(QCM)來測量分子吸附以標出在潤溼劑與平坦化試劑間之差異特徵。
如顯示在表7中般製備經DI水稀釋的化學藥品。
在此實驗中所使用的感應器係QSX 303 SiO2，其具有直徑14毫米氧化物且在二邊上有黃金電極。
實驗係設定為進行總時間30分鐘(mins)。泵係設定為以1毫升/分鐘流速進行。DI水係設定為在化學藥品以相同速率通過該感應器5分鐘前，首先通過該感應器2分鐘，然後DI水係設定為在實驗的其餘時間通過該感應器。
Figure 109132713-A0305-02-0022-9
結果係顯示在圖1中。
如顯示在圖1中，化學藥品B闡明快速吸附與較大的△F，同時化學藥品A及C闡明慢吸附與相對較小的△F。
不意欲由任何理論或解釋界限，咸信快速吸附對曝露的介電質表面提供保護、減低那些區域特別是高密度銅區域(即，9x1微米)之侵蝕。減低侵蝕隨後改良WID-NU。
全部三種溶液闡明僅以DI水總沖洗掉。
化學藥品B使用作為平坦化試劑。
化學藥品A及C僅使用作為潤溼劑。
實施例5
平坦化試劑及潤溼劑的特徵。
使用石英晶體微天平(QCM)來標出在潤溼劑與平坦化試劑間之差異特徵。
如顯示在表8中般製備經DI水稀釋的化學藥品。
在此實驗中所使用的感應器係QSX 303 SiO2，其具有直徑14毫米氧化物且在二邊上有黃金電極。
實驗係設定為總共進行20分鐘。泵係設定為以1毫升/分鐘流速進行。DI水係設定為在化學藥品以相同速率通過該感應器5分鐘前，首先通過該感應器2分鐘，然後DI水係設定為在實驗的其餘時間通過該感應器。
Figure 109132713-A0305-02-0024-10
結果係顯示在圖2中。
如顯示在圖2中，化學藥品H、K及N闡明快速吸附與較大的△F，同時化學藥品G慢吸附與相對較小的△F。
快速吸附對曝露的介電質表面提供保護、減低那些區域特別是高密度銅區域(即，9x1微米)之侵蝕。減低侵蝕隨後改良WID-NU。
全部三種溶液闡明僅以DI水總沖洗。
化學藥品H、K及N係使用作為平坦化試劑。
化學藥品G僅使用作為潤溼劑。
前述實施例及具體實例之說明應該採用作為闡明而非作為如由申請專利範圍所定義的發明之限制。如將容易地察知，可使用上述提出的構形之許多變化及組合而沒有離開如在申請專利範圍中所提出的發明。此等變化意欲包括在下列申請專利範圍之範圍內。

Claims (13)

  1. 一種阻障物化學機械平坦化(CMP)研磨組合物，其包含：
    Figure 109132713-A0305-02-0025-20
    2重量%的研磨料，其包含氧化矽；0.005重量%到2.0重量%的一平坦化試劑，其中該平坦化試劑係選自於由下列所組成之群：乙醇，2-[(1-十二烷基環己基)氧基]-；環狀寡糖；聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(1-壬基癸基)-ω-羥基-；聚(氧基-1,2-乙烷二基)，α-(1-癸基環己基)-ω-羥基-；乙醇，2-(環十三烷基氧基)-；聚環氧乙烷，其具有分子量範圍在50道耳吞至1百萬道耳吞；聚環氧丙烷，其具有分子量範圍在50道耳吞至1百萬道耳吞；及其組合；一腐蝕抑制劑；一可溶於水的溶劑，其中該可溶於水的溶劑係選自於由DI水、極性溶劑及DI水與極性溶劑的混合物所組成之群，其中該極性溶劑係選自於由醇、醚及酮所組成之群；0.005重量%到2.0重量%的一潤溼劑，其中該潤溼劑包含炔型二醇界面活性劑；選擇性一速率推升試劑；一pH調節劑；一氧化劑；及一螯合劑；其中該研磨組合物具有pH係7至12； 該研磨組合物不含有一水溶性鋁化合物。
  2. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該研磨料係膠體氧化矽及該膠體氧化矽具有平均粒子尺寸20奈米至200奈米間。
  3. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該平坦化試劑係該聚環氧乙烷或該聚環氧丙烷。
  4. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該腐蝕抑制劑係選自於由下列所組成之群：苯并三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、3,5-二胺-1,2,4-三唑及其組合；及該腐蝕抑制劑係以0.0005重量%至1.0重量%之量呈現。
  5. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該速率推升試劑係選自於由下列所組成之群：矽酸鉀、矽酸鈉、矽酸銨、矽酸四甲基銨、矽酸四丁基銨、矽酸四乙基銨及其組合；及該速率推升試劑的使用量之範圍係0.01重量%至15.0重量%。
  6. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該pH調節劑係選自於由下列所組成之群：a)硝酸、硫酸、酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸、丙二酸、多種脂肪酸、多種多元羧酸及其組合，用以降低該研磨組合物的pH；及(b)氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨、氫氧化四乙基銨、乙二胺、哌
    Figure 109132713-A0305-02-0026-21
    、聚伸乙基亞胺、經修改的聚伸乙基亞胺及其組合，用以提高該研磨組合物的pH；及該pH調節劑的使用量之範圍係0.001重量%至3.0重量%。
  7. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該氧化劑係選自於由下列所組成之群：過氧化氫、過碘酸、碘酸鉀、過錳酸鉀、過硫酸銨、鉬酸銨、硝酸鐵、硝酸、硝酸鉀、氨、胺化合物及其組合；及該氧化劑的使用量之範圍係0.2重量%至2.0重量%。
  8. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該螯合劑係選自於由下列所組成之群：檸檬酸鉀、苯并磺酸、4-甲苯基磺酸、2,4-二胺基-苯并磺酸、丙二酸、衣康酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、草酸、葡萄糖酸、乳酸、扁桃酸、胺基酸、聚羧基胺基酸、膦酸類、及其鹽、及其組合；及該螯合劑的使用量之範圍係0.05重量%至5.0重量%。
  9. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該阻障物化學機械平坦化研磨組合物包含
    Figure 109132713-A0305-02-0027-23
    2.0重量%的膠體氧化矽、苯并三唑；該聚環氧乙烷，其中該阻障物化學機械平坦化研磨組合物具有pH 8至12。
  10. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該阻障物化學機械平坦化研磨組合物包含
    Figure 109132713-A0305-02-0027-24
    2.0重量%的膠體氧化矽、苯并三唑；該聚環氧乙烷；矽酸鉀、及硝酸或氫氧化鉀，其中該阻障物化學機械平坦化研磨組合物具有pH 8至12。
  11. 如請求項1之阻障物化學機械平坦化研磨組合物，其中該阻障物化學機械平坦化研磨組合物包含
    Figure 109132713-A0305-02-0027-25
    2.0重量%的膠體氧化矽；該聚環氧乙烷；及硝酸或氫氧化鉀，其中該阻障物化學機械平坦化研磨組合物具有pH 8至12。
  12. 一種用以化學機械平坦化包含至少一個具有至少一阻障層及一介電層的表面之半導體裝置的研磨方法，該方法其步驟包括：a.將如請求項1至11之任一項的研磨組合物傳遞至該至少一個表面；b.使用研磨墊與該研磨組合物來研磨該至少一個表面；其中該阻障層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：鉭、氮化鉭、碳化鉭鎢矽、鈦、氮化鈦、鈦-鎢、氮化鈦鎢及其組合；及該介電層係選自於由氧化物膜、低K材料及其組合所組成之群。
  13. 一種用於化學機械平坦化的系統，其包含：一包含至少一個具有至少一阻障層及一介電層的表面之半導體裝置；一研磨墊；及一如請求項1至11之任一項的研磨組合物；其中該阻障層包含選自於由下列所組成之群的含鉭或鈦膜：鉭、氮化鉭、碳化鉭鎢矽、鈦、氮化鈦、鈦-鎢、氮化鈦鎢及其組合；及該介電層係選自於由氧化物膜、低K材料及其組合所組成之群；及該至少一個表面係與該研磨墊及該研磨組合物接觸。
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