TWI824226B - 化學機械研磨漿料組成物和使用其研磨鎢圖案晶圓的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明有關一種用於研磨鎢圖案晶圓的化學機械研磨漿料組成物和一種使用其研磨鎢圖案晶圓的方法。化學機械研磨漿料組成物包含：選自極性溶劑和非極性溶劑當中的至少一種；磨料劑；以及氧化劑，其中磨料劑包含用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽。

Description

化學機械研磨漿料組成物和使用其研磨鎢圖案晶圓的方法
本發明有關一種用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物和一種使用其研磨鎢圖案晶圓的方法。更具體地說，本發明有關一種用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物（所述組成物可改進鎢圖案晶圓的研磨速率和平整度而不在研磨時產生表面缺陷）以及一種使用其研磨鎢圖案晶圓的方法。相關申請的交叉引用
本發明主張2020年1月23日在韓國智慧財產權局提交的韓國專利申請第10-2020-0009406號的權益，所述專利申請的全部公開內容以引用的方式併入本文中。
化學機械研磨（chemical mechanical polishing；CMP）組成物和研磨（或展平）基底的表面的方法在相關技術中為人所熟知。用於研磨半導體基底上的金屬層（例如鎢層）的研磨組成物可包含懸浮在水溶液中的磨料粒子和化學促進劑（例如氧化劑、催化劑等）。
使用CMP組成物研磨金屬層的製程包含：僅研磨金屬層；研磨金屬層和阻擋層；以及研磨金屬層、阻擋層以及氧化物層。在這些步驟當中，在研磨金屬層、阻擋層以及氧化物層的步驟中，使用用於研磨鎢圖案晶圓的組成物並且可在以合適的研磨速率研磨金屬層和氧化物層的條件下獲得良好的研磨平整度。
本發明的一個目的是提供一種用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物，所述組成物可改進鎢圖案晶圓的研磨速率和平整度而不在研磨時產生表面缺陷。
根據本發明的一個方面，一種用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物包含：選自極性溶劑和非極性溶劑當中的至少一種溶劑；磨料劑；以及氧化劑，其中磨料劑包含用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽。
根據本發明的另一方面，一種研磨鎢圖案晶圓的方法包含：使用根據本發明的用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物來研磨鎢圖案晶圓。
本發明提供一種用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物，所述組成物可改進鎢圖案晶圓的研磨速率和平整度而不在研磨時產生表面缺陷。
如本文中所使用，術語“經取代或未經取代的”中的術語“經取代的”意指對應官能基中的至少一個氫原子用選自以下群組的一個取代：羥基、C1 至C10 烷基或鹵代-烷基、C2 至C10 烯基或鹵代-烯基、C2 至C10 炔基或鹵代-炔基、C3 至C10 環烷基、C3 至C10 環烯基、C6 至C10 芳基、C7 至C10 芳烷基、C1 至C10 烷氧基、C6 至C10 芳氧基、氨基、鹵代基、氰基以及硫醇基。
在本文中，“一價脂族烴基”可為經取代或未經取代的C1 至C20 直鏈或支鏈烷基，優選地為C1 至C10 烷基，更優選地為C1 至C5 烷基。
在本文中，“一價脂環烴基”可為經取代或未經取代的C3 至C20 環烷基，優選地為C3 至C10 環烷基，更優選地為C3 至C5 環烷基。
在本文中，“一價芳烴基”可為經取代或未經取代的C6 至C20 芳基或經取代或未經取代的C7 至C20 芳烷基，優選地為C6 至C10 芳基或C7 至C10 芳烷基。
在本文中，“二價脂族烴基”、“二價脂環烴基”或“二價芳烴基”意指“一價脂族烴基”、“一價脂環烴基”或“一價芳烴基”的改性的二價基。
舉例來說，“二價脂族烴基”可為經取代或未經取代的C1 至C20 直鏈或支鏈伸烷基，優選地是C1 至C10 伸烷基，更優選地，C1 至C5 伸烷基；“二價脂環烴基”可以是經取代或未經取代的C3 至C20 伸環烷基，優選地為C3 至C10 伸環烷基，更優選地，C3 至C5 伸環烷基；且“二價芳烴基”可為經取代或未經取代的C7 至C20 芳基伸烷基，優選地為C6 至C10 伸芳基或C7 至C10 芳基伸烷基。
如本文所使用，為了表示特定數值範圍，“X到Y”定義為“大於或等於X且小於或等於Y”。
本發明人基於以下發現完成本發明：包含磨料劑和氧化劑並且採用用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽作為磨料劑的用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物可改進研磨速率同時減少研磨鎢圖案晶圓時的侵蝕，由此改進鎢圖案晶圓的研磨表面的平整度而不產生刮痕缺陷。另外，由於用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽用作磨料劑，所以與在pH為1到3的強酸性條件下相比，在亞酸性條件下研磨鎢圖案晶圓時可改進研磨表面的研磨速率和平整度。
根據本發明的用於研磨鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物（下文稱為“CMP漿料組成物”）包含：選自極性溶劑和非極性溶劑當中的至少一種；磨料劑；以及氧化劑，其中磨料劑包含用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽。
在下文中，將詳細描述根據本發明的CMP漿料組成物的組分。
選自極性溶劑和非極性溶劑當中的至少一種可以在使用磨料劑研磨鎢圖案晶圓時減少摩擦。選自極性溶劑和非極性溶劑當中的至少一種可包含水（例如，超純水或去離子水）、有機胺、有機醇、有機醇胺、有機醚、有機酮等。優選地，使用超純水或去離子水。選自極性溶劑和非極性溶劑當中的至少一種可以餘量包含在CMP漿料組成物中。
磨料劑可以高研磨速率研磨絕緣層（例如氧化矽層）和鎢圖案晶圓。
磨料劑（例如用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽）包含球形粒子或非球形粒子，其中一次粒子的平均粒徑（D50）為約10奈米到約200奈米（例如10奈米、20奈米、30奈米、40奈米、50奈米、60奈米、70奈米、80奈米、90奈米、100奈米、110奈米、120奈米、130奈米、140奈米、150奈米、160奈米、170奈米、180奈米、190奈米或200奈米），具體地為約20奈米到約180奈米，更具體地為約40奈米到約130奈米。在此範圍內，CMP漿料組成物可確保作為根據本發明的研磨目標的絕緣層和鎢圖案晶圓的足夠的研磨速率，而不在研磨之後產生表面缺陷（刮痕等）。
作為所屬領域的技術人員已知的典型的粒徑，“平均粒徑（D50）”意指在磨料劑的重量分佈中對應於50重量%的粒子直徑。
在CMP漿料組成物中，磨料劑（例如用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽）可以如下量存在：約0.001重量%到約20重量%（例如0.001重量%、0.002重量%、0.003重量%、0.004重量%、0.005重量%、0.006重量%、0.007重量%、0.008重量%、0.009重量%、0.01重量%、0.02重量%、0.03重量%、0.04重量%、0.05 重量%、0.06重量%、0.07重量%、0.08重量%、0.09重量%、0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%或20重量%），優選地為約0.01重量%到約10重量%，更優選地為約0.05重量%到約5重量%，最優選地為約0.5重量%到約3重量%。在此範圍內，CMP漿料組成物可確保絕緣層和鎢圖案晶圓的足夠的研磨速率，同時確保漿料分散穩定性而不產生刮痕。
磨料劑包含用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽。
未改性的二氧化矽或用含有小於三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽提供鎢圖案晶圓的低研磨速率或對平整度的改進的不顯著效果。相反，用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽提供在鎢圖案晶圓的研磨速率和平整度方面的非常好的效果。此外，與在強酸性條件下相比，在亞酸性條件下研磨時用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽在改進鎢圖案晶圓的研磨速率和其研磨表面的平整度方面提供非常好的效果。
用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽在其表面上具有正電荷，且可具有約10毫伏到60毫伏（例如10毫伏、20毫伏、30毫伏、40毫伏、50毫伏、60毫伏）的表面電勢。在此範圍內，組成物可實現平整度的改進而不在研磨之後產生表面缺陷。
在一個實施例中，可用下文描述的含有三個氮原子的氨基矽烷來改性二氧化矽。
含有三個氮原子的氨基矽烷可包含由式1表示的化合物、自式1化合物衍生的陽離子或式1化合物的鹽： 其中X1 、X2 以及X3 各自獨立地為氫原子、羥基、經取代或未經取代的C1 至C20 烷基、經取代或未經取代的C6 至C20 芳基、經取代或未經取代的C3 至C20 環烷基、經取代或未經取代的C7 至C20 芳烷基、經取代或未經取代的C1 至C20 烷氧基或經取代或未經取代的C6 至C20 芳氧基； X1 、X2 以及X3 中的至少一個為羥基、經取代或未經取代的C1 至C20 烷氧基或經取代或未經取代的C6 至C20 芳氧基； Y1 、Y2 以及Y3 各自獨立地為二價脂族烴基、二價脂環烴基或二價芳烴基；且 R1 和R2 各自獨立地為氫原子、羥基、經取代或未經取代的C1 至C20 一價脂族烴基、經取代或未經取代的C3 至C20 一價脂環烴基或經取代或未經取代的C6 至C20 一價芳烴基。
優選地，在式1中，X1 、X2 以及X3 各自獨立地為羥基、經取代或未經取代的C1 至C20 烷基或經取代或未經取代的C1 至C20 烷氧基，且X1 、X2 以及X3 中的至少一個為羥基或經取代或未經取代的C1 至C20 烷氧基。更優選地，在式1中，X1 、X2 以及X3 可以是羥基或經取代或未經取代的C1 至C20 烷氧基。
優選地，Y1 、Y2 以及Y3 各自獨立地為二價脂族烴基，更優選地為C1 至C5 伸烷基。
優選地，在式1中，R1 和R2 各自獨立地為氫原子。
舉例來說，式1化合物可包含選自以下各者當中的至少一種：二乙烯三氨基丙基三甲氧基矽烷（diethylenetriaminopropyltrimethoxysilane）、二乙烯三氨基丙基三乙氧基矽烷（diethylenetriaminopropyltriethoxysilane）、二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基矽烷（diethylenetriaminopropylmethyldimethoxysilane）、二乙烯三氨基丙基甲基二乙氧基矽烷（diethylenetriaminopropylmethyldiethoxysilane）以及二乙烯三氨基甲基甲基二乙氧基矽烷（diethylenetriaminomethylmethyldiethoxysilane）。
在另一實施例中，磨料劑包含用自式1化合物衍生的陽離子改性的二氧化矽。
自式1化合物衍生的陽離子意指通過將氫原子或取代基偶合到式1化合物中的三個氮原子中的至少一個而形成的陽離子。陽離子可包含一價到三價陽離子。舉例來說，陽離子可由式1-1到式1-7中的至少一個表示： [式1-1] [式1-2] [式1-3] [式1-4] [式1-5] [式1-6] [式1-7] 其中X1 、X2 、X3 、Y1 、Y2 、Y3 、R1 以及R2 與式1中所定義的相同；且 R3 、R4 以及R5 各自獨立地為氫原子、羥基、經取代或未經取代的C1 至C20 一價脂族烴基、經取代或未經取代的C3 至C20 一價脂環烴基或經取代或未經取代的C6 至C20 一價芳烴基。
在另一實施例中，磨料劑包含用式1化合物的鹽改性的二氧化矽。
陽離子可由式1-1到式1-7中的至少一個表示。陰離子可包含鹵素陰離子（例如F- 、Cl- 、Br- 以及I- ）、有機酸陰離子（例如碳酸陰離子（例如：CO3 2- 、HCO3 - ））、乙酸陰離子（CH3 COO- ）、檸檬酸陰離子（HOC(COO- )(CH2 COO- )2 ）等；含氮陰離子（例如NO3 - 、NO2 - ）；含磷陰離子（例如PO4 3- 、HPO4 2- 、H2 PO4 - ）；含硫陰離子（例如SO4 2- 、HSO4 - ）；無機酸陰離子（例如氰化物陰離子（CN- ））等。
使用由式1表示的化合物、自式1化合物衍生的陽離子或式1化合物的鹽改性二氧化矽可通過使未改性的二氧化矽與預定化合物、陽離子或鹽反應以在預定時間段內改性二氧化矽來執行。未改性的二氧化矽包含選自膠態二氧化矽和煙霧狀二氧化矽當中的至少一種，優選地為膠態二氧化矽。
氧化劑用以氧化鎢圖案晶圓以促進鎢圖案晶圓的研磨。
氧化劑可包含選自以下當中的至少一種：無機過化合物、有機過化合物、溴酸或其鹽、硝酸或其鹽、氯酸或其鹽、鉻酸或其鹽、碘酸或其鹽、鐵或其鹽、銅或其鹽、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物以及重鉻酸鉀。此處，過化合物是指含有至少一種過氧化基（-O-O-）或最高氧化態元素的化合物。優選地，氧化劑是過化合物。舉例來說，過化合物可包含選自過氧化氫、高碘酸鉀、過硫酸鈣以及鐵氰化鉀當中的至少一種，優選地為過氧化氫。
在CMP漿料組成物中，氧化劑可以如下量存在：約0.01重量%到約20重量%（例如0.01重量%、0.02重量%、0.03重量%、0.04重量%、0.05重量%、0.06重量%、0.07重量%、0.08重量%、0.09重量%、0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%或20重量%），優選地為約0.05重量%到約10重量%，更優選地為約0.1重量%到約5重量%。在此範圍內，CMP漿料組成物可改進鎢圖案晶圓的研磨速率。
CMP漿料組成物可更包含選自催化劑和有機酸當中的至少一種。
CMP漿料組成物可更包含選自鐵離子化合物、鐵離子的錯合化合物以及其水合物當中的至少一種作為催化劑。
鐵離子化合物、鐵離子的錯合化合物以及其水合物可改進鎢金屬層的研磨速率。
鐵離子化合物可包含含鐵三價陽離子化合物。含鐵三價陽離子化合物可選自任何具有鐵三價陽離子的化合物，所述陽離子在水溶液中作為自由陽離子存在。舉例來說，含鐵三價陽離子化合物可包含選自氯化鐵（FeCl3 ）、硝酸鐵（Fe(NO3 )3 ）以及硫酸鐵（Fe2 (SO4 )3 ）當中的至少一種，但不限於此。
鐵離子的錯合化合物可包含含鐵三價陽離子錯合化合物。含鐵三價陽離子錯合化合物可包含通過在水溶液中使鐵三價陽離子與具有至少一個選自羧酸、磷酸、硫酸、氨基酸以及胺當中的官能基的有機化合物或無機化合物反應而形成的化合物。有機化合物或無機化合物可包含檸檬酸鹽、檸檬酸銨、對甲苯磺酸（p-toluenesulfonic acid；pTSA）、1,3-丙二胺四乙酸（1,3-propylenediaminetetraacetic acid；PDTA）、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid；EDTA）、二亞乙基三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid；DTPA）、氮基三乙酸（nitrilotriacetic acid；NTA）以及乙二胺-N,N'-二琥珀酸（ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid；EDDS），但不限於此。含鐵三價陽離子化合物的實例可包含檸檬酸鐵、檸檬酸鐵銨、Fe(III)-pTSA、Fe(III)-PDTA以及Fe(III)-EDTA，但不限於此。
在CMP漿料組成物中，催化劑（例如選自鐵離子化合物、鐵離子的錯合化合物以及其水合物當中的至少一種）可以如下量存在：約0.001重量%到約10重量%（例如0.001重量%、0.002重量%、0.003重量%、0.004重量%、0.005重量%、0.006重量%、0.007重量%、0.008重量%、0.009重量%、0.01重量%、0.02重量%、0.03重量%、0.04重量%、0.05重量%、0.06重量%、0.07重量%、0.08重量%、0.09重量%、0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%或10重量%），優選地為約0.001重量%到約5重量%，更優選地為約0.001重量%到約1重量%，最優選地為約0.001重量%到約0.5重量%。在此範圍內，CMP漿料組成物可改進鎢金屬層的研磨速率。
有機酸可包含聚羧酸（例如丙二酸、馬來酸、蘋果酸等）或氨基酸（例如甘氨酸、異白氨酸、白氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、丙氨酸、精氨酸、半胱氨酸、麩醯氨酸、組氨酸、脯氨酸、絲氨酸、酪氨酸以及離氨酸等）。
在CMP漿料組成物中，有機酸可以如下量存在：約0.001重量%到約20重量%（例如0.001重量%、0.002重量%、0.003重量%、0.004重量%、0.005重量%、0.006重量%、0.007重量%、0.008重量%、0.009重量%、0.01重量%、0.02重量%、0.03重量%、0.04重量%、0.05重量%、0.06重量%、0.07重量%、0.08重量%、0.09重量%、0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.4重量%、0.5重量%、0.6重量%、0.7重量%、0.8重量%、0.9重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%、15重量%、16重量%、17重量%、18重量%、19重量%或20重量%），優選地為約0.01重量%到約10重量%，更優選地為約0.01重量%到約5重量%，最優選地為約0.01重量%到約1重量%。在此範圍內，CMP漿料組成物可抑制研磨鎢圖案晶圓時的侵蝕和突起。
CMP漿料組成物可具有約3到約6（例如3、4、5或6）、優選地約4到6、更優選地約5到6的pH。在此範圍內，與在強酸性條件下相比，含有改性的二氧化矽的CMP漿料組成物作為磨料劑可在亞酸性pH條件下研磨時實現鎢圖案晶圓的高研磨速率。
CMP漿料組成物可更包含pH調節劑以維持合適的pH值。
pH調節劑可包含選自無機酸（例如硝酸、磷酸、氫氯酸以及硫酸）和有機酸（例如具有約6或小於6的pKa值的有機酸，例如乙酸和鄰苯二甲酸）當中的至少一種。pH調節劑可包含選自例如氨溶液、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、碳酸鈉以及碳酸鉀當中的至少一種鹼。
CMP漿料組成物可更包含典型的添加劑，例如殺生物劑、表面活性劑（surfactant）、分散劑、改性劑、表面活性劑（surface active agent）等。在CMP漿料組成物中，添加劑可以約0.001重量%到約5重量%、優選地約0.001重量%到約1重量%、更優選地約0.001重量%到約0.5重量%的量存在。在此範圍內，添加劑可實現其效果而不影響研磨速率。
根據本發明的研磨鎢圖案晶圓的方法包含使用根據本發明的CMP漿料組成物研磨鎢圖案晶圓。
接著，將參考實例更詳細地描述本發明。 然而，應注意，這些實例僅出於說明目的提供，且不應以任何方式理解為限制本發明。
實例和比較實例中所用的組分的詳情如下。
（1）未改性的磨料劑：具有120奈米的平均粒徑（D50）的膠態二氧化矽（PL-7，扶桑化學工業（Fuso Chemical Industries））。
（2）pH調節劑：硝酸或氨溶液。
實例 1
就未改性的磨料劑的固體含量來說，0.04毫莫耳的式2化合物與未改性的磨料劑混合並且在25℃下在pH 2.5的條件下反應72小時，由此製備用式2化合物改性的二氧化矽（平均粒徑（D50）：125奈米）。 [式2]。
CMP漿料組成物是通過混合按CMP漿料組成物的總重量計1.5重量%的改性的二氧化矽作為磨料劑、0.3重量%的過氧化氫作為氧化劑、0.001重量%的乙二胺四乙酸二銨鹽、0.001重量%的硝酸鐵作為含鐵離子化合物、0.03重量%的丙二酸和0.15重量%的甘氨酸作為有機酸以及餘量的去離子水作為溶劑進行製備。使用pH調節劑將CMP漿料組成物調節到5.5的pH。
實例 2
除了過氧化氫的含量改變為0.15重量%之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
實例 3
除了使用pH調節劑將CMP漿料組成物的pH調節到5.0之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較實例 1
除了使用未改性的磨料劑之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較實例 2
就未改性的磨料劑的固體含量來說，0.04毫莫耳的3-氨基丙基三乙氧基矽烷與未改性的磨料劑混合並且在25℃下在pH 2.5的條件下反應72小時，由此製備用3-氨基丙基三乙氧基矽烷改性的二氧化矽（平均粒徑（D50）：125奈米）。使用改性的二氧化矽以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較實例 3
就未改性的磨料劑的固體含量來說，將0.04毫莫耳的式3化合物與未改性的磨料劑混合並且在25℃下在pH 2.5的條件下反應72小時，由此製備用式3化合物改性的二氧化矽（平均粒徑（D50）：125奈米）。使用改性的二氧化矽以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。 [式3]
比較實例 4
除了不使用氧化劑之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
在以下研磨條件下，對實例和比較實例中製備的CMP漿料組成物進行研磨評估。結果顯示於表1中。
[研磨評估條件]
1.研磨機：Reflexion 300 mm（AMAT有限公司）
2.研磨條件 -研磨墊：VP3100/羅門哈斯公司（Rohm and Haas Company） -磁頭速度：35轉/分鐘 -壓板速度：33轉/分鐘 -壓力：1.5磅/平方英寸 -固持環壓力：8磅/平方英寸 -漿料流動速率：250毫升/分鐘 -研磨時間：60秒
3.研磨目標 -可商購的鎢圖案晶圓（MIT 854，300毫米） -通過將用於鎢研磨（STARPLANAR7000，三星SDI有限公司）的CMP漿料與去離子水以1:2的重量比混合來製備混合物，並且按混合物的重量計2重量%的量將過氧化氫添加到混合物中，由此製備混合溶液，所述混合溶液繼而用於研磨鎢圖案晶圓。在101轉/分鐘的磁頭速度、33轉/分鐘的壓板速度、2磅/平方英寸的研磨壓力、8磅/平方英寸的固持環壓力以及250毫升/分鐘的混合溶液流動速率的條件下，使用IC1010/SubaIV堆疊研磨墊（羅德爾（Rodel）有限公司）在研磨機（Reflexion LK300mm）上研磨鎢圖案晶圓。執行研磨以去除鎢金屬層直到暴露出氧化物/金屬圖案。
4.分析方法 -研磨速率（單位：埃/分鐘（Å/min））：基於在上述研磨條件下的評估中對應於研磨前後膜厚度的差的電阻，獲得鎢金屬層的研磨速率。基於在上述研磨條件下研磨前後膜厚度的差來計算絕緣層的研磨速率，其中使用反射計測量膜厚度的差。 -平整度（侵蝕，單位：埃（Å））：在上述研磨條件下，使用實例和比較實例中製備的每一種CMP漿料組成物研磨晶圓之後，使用Insight CAP緊湊型原子測繪器（布魯克（Bruker）有限公司）來測量圖案的輪廓。基於研磨晶圓的0.18/0.18微米圖案區域中的周圍氧化物與單元氧化物之間的高度差來計算侵蝕。掃描速度設定成100微米/秒且掃描長度設定成2毫米。
表1
  實例 比較實例
1 2 3 1 2 3 4
磨料劑 種類 改性的 二氧化矽a 改性的 二氧化矽a 改性的 二氧化矽a 未改性的 二氧化矽 改性的 二氧化矽b 改性的 二氧化矽c 改性的 二氧化矽a
含量 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
過氧化氫 0.3 0.15 0.3 0.3 0.3 0.3 0
pH 5.5 5.5 5.0 5.5 5.5 5.5 5.5
鎢金屬層的研磨速率 30 15 30 10 10 30 5
絕緣層的研磨速率 120 120 100 5 10 120 10
平整度 150 200 180 600 550 300 550
*在表1中， ①改性的二氧化矽a ：用式2化合物改性的二氧化矽 ②改性的二氧化矽b ：用3-氨基丙基三乙氧基矽烷改性的二氧化矽 ③改性的二氧化矽c ：用式3化合物改性的二氧化矽
如表1中所示，如同根據本發明的漿料組成物，包含氧化劑和用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽的漿料組成物顯現鎢圖案晶圓的研磨速率和平整度的改進。
相反地，含有未改性的二氧化矽的比較實例1的組成物和含有用具有一個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽的比較實例2的組成物具有絕緣層的平整度和研磨速率劣化的問題。含有用具有兩個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽的比較實例3的組成物具有平整度劣化的問題。含有用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽且不含氧化劑的比較實例4的組成物具有鎢和絕緣層的平整度和研磨速率劣化的問題。
應理解，所屬領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可作出各種修改、變化、更改以及等效實施例。
無。
無。
無。

Claims (5)

  1. 一種化學機械研磨漿料組成物，用於研磨鎢圖案晶圓，按所述化學機械研磨漿料組成物的總重量計，所述化學機械研磨漿料組成物包括：溶劑，包括極性溶劑或非極性溶劑；0.001重量%到20重量%的磨料劑；0.01重量%到20重量%的氧化劑；0.001重量%到10重量%的催化劑；以及0.001重量%到20重量%的有機酸，其中所述磨料劑包括用含有三個氮原子的氨基矽烷改性的二氧化矽，其中所述含有三個氮原子的氨基矽烷包括選自以下各者當中的至少一種：二乙烯三氨基丙基三甲氧基矽烷、二乙烯三氨基丙基三乙氧基矽烷、二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基矽烷、二乙烯三氨基丙基甲基二乙氧基矽烷、二乙烯三氨基甲基甲基二乙氧基矽烷、自其衍生的陽離子以及其鹽。
  2. 如請求項1所述的化學機械研磨漿料組成物，其中用所述含有三個氮原子的氨基矽烷改性的所述二氧化矽在其表面上具有正電荷並且具有10毫伏到60毫伏的表面電勢。
  3. 如請求項1所述的化學機械研磨漿料組成物，其中所述化學機械研磨漿組成物具有3到6的pH值。
  4. 如請求項1所述的化學機械研磨漿料組成物，其中用所述含有三個氮原子的所述氨基矽烷改性的所述二氧化矽具有10奈米到200奈米的平均粒徑D50。
  5. 一種研磨鎢圖案晶圓的方法，包括：使用如請求項1至4中任一項所述的化學機械研磨漿料組成物來研磨鎢圖案晶圓。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230106938A (ko) * 2022-01-07 2023-07-14 삼성에스디아이 주식회사 텅스텐 패턴 웨이퍼 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 텅스텐 패턴 웨이퍼의 연마 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104745082A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液以及抛光方法
CN105143390A (zh) * 2013-04-17 2015-12-09 三星Sdi株式会社 有机膜cmp浆料组成物及使用其的研磨方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2197972B1 (en) 2007-09-21 2020-04-01 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition and method utilizing abrasive particles treated with an aminosilane
AU2009236192B2 (en) * 2008-04-18 2011-09-22 Saint-Gobain Abrasifs Hydrophilic and hydrophobic silane surface modification of abrasive grains
US9309448B2 (en) 2010-02-24 2016-04-12 Basf Se Abrasive articles, method for their preparation and method of their use
CN102093820B (zh) 2011-01-06 2013-08-21 清华大学 一种高稳定性的硅晶片化学机械抛光组合物
KR101252390B1 (ko) 2011-06-28 2013-04-08 주식회사 케이씨텍 폴리실리콘막 연마용 슬러리 조성물
CN102408837B (zh) 2011-11-22 2014-06-04 清华大学 一种可提高硅晶片抛光精度的抛光组合物及其制备方法
US9303188B2 (en) 2014-03-11 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten CMP
US9238754B2 (en) 2014-03-11 2016-01-19 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten CMP
US9303189B2 (en) 2014-03-11 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten CMP
US9309442B2 (en) 2014-03-21 2016-04-12 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten buffing
EP3161859B1 (en) 2014-06-25 2023-03-08 CMC Materials, Inc. Methods for fabricating a chemical-mechanical polishing composition
TWI561621B (en) 2014-06-25 2016-12-11 Cabot Microelectronics Corp Tungsten chemical-mechanical polishing composition
JP6482234B2 (ja) 2014-10-22 2019-03-13 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
US10570313B2 (en) * 2015-02-12 2020-02-25 Versum Materials Us, Llc Dishing reducing in tungsten chemical mechanical polishing
US10160884B2 (en) 2015-03-23 2018-12-25 Versum Materials Us, Llc Metal compound chemically anchored colloidal particles and methods of production and use thereof
KR102544644B1 (ko) 2015-12-24 2023-06-19 솔브레인 주식회사 유기막 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체 기판 연마 방법
US10941318B2 (en) 2016-09-30 2021-03-09 Fujimi Incorporated Method for producing cationically modified silica, cationically modified silica dispersion, method for producing polishing composition using cationically modified silica, and polishing composition using cationically modified silica
US10119048B1 (en) 2017-07-31 2018-11-06 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Low-abrasive CMP slurry compositions with tunable selectivity
US10508221B2 (en) 2017-09-28 2019-12-17 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous low abrasive silica slurry and amine carboxylic acid compositions for use in shallow trench isolation and methods of making and using them

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105143390A (zh) * 2013-04-17 2015-12-09 三星Sdi株式会社 有机膜cmp浆料组成物及使用其的研磨方法
CN104745082A (zh) * 2013-12-25 2015-07-01 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液以及抛光方法

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