TWI837097B - 鎢之化學機械拋光方法 - Google Patents
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Abstract
一種化學機械拋光含有鎢之基板以至少減少100 µm或更小之鎢特徵之表面凹陷的方法。所述方法包含提供含有100 µm或更小之鎢特徵之基板；提供含有以下之拋光組合物作為初始組分：水；氧化劑；精胺酸或其鹽；二羧酸、鐵離子之來源；膠態二氧化矽研磨劑；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在所述拋光墊與所述基板之間的介面處形成動態接觸；及將所述拋光組合物分配於所述拋光墊與所述基板之間的所述介面處或附近的所述拋光表面上；其中所述鎢中之一些自所述基板拋光掉且亦至少減少100 µm或更小之所述鎢特徵的表面凹陷。
Description
本發明係針對化學機械拋光鎢以至少抑制鎢之表面凹陷的領域。更具體言之，本發明係針對一種用於化學機械拋光鎢以至少抑制鎢之表面凹陷的方法，所述方法藉由：提供含有鎢之基板，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小；提供含有以下作為初始組分之拋光組合物：水；氧化劑；足以至少抑制鎢特徵之表面凹陷之量的精胺酸或其鹽；二羧酸、鐵離子之來源；膠態二氧化矽研磨劑；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸；及將拋光組合物分配於拋光墊與所述基板之間的介面處或附近的拋光表面上，其中鎢中之一些遠離基板進行拋光且至少抑制鎢特徵之表面凹陷。
在積體電路及其他電子裝置之製造中，多個導電、半導電及介電材料層沈積於半導體晶圓之表面上或自其移除。導電、半導電及介電材料之薄層可藉由多種沈積技術沈積。現代處理中的常見沈積技術包含亦稱為濺鍍的物理氣相沈積（PVD）、化學氣相沈積（CVD）、電漿增強型化學氣相沈積（PECVD）及電化學電鍍（ECP）。
因為材料層依序沈積及移除，所以晶圓的最上表面變得不平坦。因為後續半導體處理（例如，金屬化）需要晶圓具有平坦表面，所以晶圓需要平坦化。平坦化適用於移除非所需表面構形及表面缺陷，諸如粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕及被污染的層或材料。
化學機械平坦化或化學機械拋光（CMP）是一種用以使基板（諸如，半導體晶圓）平坦化的常見技術。在習知CMP中，晶圓安裝在載體總成上且與CMP設備中之拋光墊接觸定位。載體總成向晶圓提供可控制壓力，從而將其抵著拋光墊按壓。藉由外部驅動力使墊相對於晶圓移動（例如，旋轉）。與此同時，在晶圓與拋光墊之間提供拋光組合物（「漿料」）或其他拋光溶液。因此，藉由對墊表面及漿料進行化學及機械作用對晶圓表面拋光且使其平坦。然而，涉及CMP有大量複雜性。各類型之材料需要獨特的拋光組合物、恰當設計之拋光墊、為拋光及CMP後清潔而優化之方法及必須針對拋光特定材料之本申請案各自調整的其他因素。
化學機械拋光已變成在積體電路設計中形成鎢互連件及接觸插塞期間拋光鎢之較佳方法。鎢常常在用於接觸/通孔插塞之積體電路設計使用。通常，接觸或通孔穿過基板上之介電層形成以暴露底層組件（例如，第一級金屬化物或互連件）之區域。鎢為硬金屬，且鎢CMP在對鎢CMP造成獨特難題的相對較激進的設定操作。不幸地，由於其激進的性質而用於拋光鎢之多種CMP漿料造成過度拋光及表面凹陷之問題，其導致不均勻或不平坦表面。術語「表面凹陷」係指在CMP期間自半導體上之金屬互連件前驅物及其他特徵過多（非所需）移除金屬，諸如鎢，由此引起鎢中之非所需凹穴。表面凹陷為非所要的，因為除引起不平坦表面之外，其對半導體之電氣性能有不利影響。表面凹陷之嚴重性可不同，但其通常足夠嚴重以引起底層介電材料（諸如二氧化矽（TEOS））之腐蝕。腐蝕為非所要的，因為介電層應理想地為無瑕的且無凹穴以經受半導體之最佳電氣性能。
由所述表面凹陷及腐蝕所造成之表面形狀缺陷可進一步導致額外材料（諸如，安置於導電材料或介電材料下方之障壁層材料）自基板表面不均勻地移除，且產生低於理想品質的基板表面，其可不利地影響半導體之積體電路之性能。另外，由於半導體表面上之特徵變得愈來愈小型化，其變得愈加難以成功地拋光半導體表面。
與拋光鎢有關之另一問題為腐蝕。鎢之腐蝕為CMP之常見副作用。在CMP處理期間，除CMP之作用以外，留存於基板表面上之金屬拋光漿料持續腐蝕基板。有時需要腐蝕；然而，在大多數半導體方法中減少或抑制腐蝕。
因此，需要至少抑制鎢之表面凹陷之用於鎢之CMP拋光方法及組合物。
本發明提供一種化學機械拋光鎢的方法，所述方法包括：提供包括鎢及介電質之基板，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小；提供化學機械拋光組合物，其包括以下作為初始組分：水；氧化劑；10至500 ppm之量之精胺酸或其鹽；膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵（III）離子之來源；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸；及將化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的化學機械拋光墊之拋光表面上；其中鎢中之一些遠離基板進行拋光，且至少減少尺寸為100 µm或更小之鎢特徵之表面凹陷。
本發明提供一種拋光鎢的化學機械方法，所述方法包括：提供包括鎢及介電質之基板，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小；提供化學機械拋光組合物，其包括以下作為初始組分：水；氧化劑；30至500 ppm之量之精胺酸或其鹽；具有負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵（III）離子之來源；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸；及將化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的化學機械拋光墊之拋光表面上；其中鎢中之一些遠離基板進行拋光，且至少減少尺寸為100 µm或更小之鎢特徵之表面凹陷；其中提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率為≥ 1000 Å/min，且壓板速度為80轉/分鐘，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125 mL/min，在200 mm拋光機器上的標稱向下力為21.4 kPa；且其中所述化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
本發明提供一種拋光鎢的化學機械方法，所述方法包括：提供包括鎢及介電質之基板，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小；提供化學機械拋光組合物，其包括以下作為初始組分：水；氧化劑；30至500 ppm之量之精胺酸或其鹽；具有負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑；丙二酸或其鹽；鐵（III）離子之來源；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸，且至少減少尺寸為100 µm或更小之鎢特徵之表面凹陷；及將化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的化學機械拋光墊之拋光表面上；其中鎢中之一些遠離基板進行拋光；其中提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率為≥ 1000 Å/min，且壓板速度為80轉/分鐘之，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125 mL/min，在200 mm拋光機器上的標稱向下力為21.4 kPa；其中化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
本發明提供一種化學機械拋光鎢的方法，所述方法包括：提供包括鎢及介電質之基板，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小；提供化學機械拋光組合物，其包括以下作為初始組分：水；0.01至15重量%之氧化劑，其中氧化劑為過氧化氫；30 ppm至500 ppm之精胺酸或其鹽；0.01至10重量%之具有負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑；100至1,400 ppm之丙二酸或其鹽；100至1,100 ppm之鐵（III）離子之來源，其中鐵（III）離子之來源為硝酸鐵；及視情況選用之pH調節劑；視情況表面活性劑；視情況殺生物劑；其中化學機械拋光組合物之pH為1至7；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸；及將化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的化學機械拋光墊之拋光表面上；其中鎢中之一些遠離基板進行拋光，且至少減少鎢特徵之表面凹陷。
本發明提供一種化學機械拋光鎢的方法，所述方法包括：提供包括鎢及介電質之基板，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小；提供化學機械拋光組合物，其包括以下作為初始組分：水；1至3重量%之氧化劑，其中氧化劑為過氧化氫；30至500 ppm之精胺酸或其鹽，0.2至5重量%之具有負表面電荷之膠態二氧化矽研磨劑；120至1,350 ppm之丙二酸；150至700 ppm之鐵（III）離子之來源，其中鐵（III）離子之來源為硝酸鐵；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之陰離子醚硫酸鹽表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑；其中化學機械拋光組合物之pH為2至3；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸；及將化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的化學機械拋光墊之拋光表面上；其中鎢中之一些遠離基板進行拋光，且至少減少鎢特徵之表面凹陷。
本發明之前述方法使用化學機械拋光組合物，其包括10至500 ppm之量之精胺酸或其鹽；氧化劑；膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵（III）離子之來源；水；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑，從而拋光鎢且同時至少抑制鎢之表面凹陷以提供基本上平坦的鎢表面。除抑制表面凹陷之外，本發明之化學機械拋光組合物可抑制鎢腐蝕。本發明之化學機械拋光組合物對二氧化矽選擇率亦具有良好的鎢。
如在整個本說明書中所用，除非上下文另外指示，否則以下縮寫具有以下含義：℃ =攝氏度；g =公克；L =公升；mL =毫升；μ = μm =微米；kPa =千帕；Å =埃；mV =毫伏；DI =去離子；ppm =百萬分之一= mg/L；mm =毫米；cm =公分；min =分鐘；rpm =轉/分鐘；lbs =磅；kg =公斤；W =鎢；PO =環氧丙烷；EO =環氧乙烷；ICP-OES =感應耦合電漿光學發射光譜分析；DLS =動態光散射；wt% =重量%；及RR =移除速率。
術語「化學機械拋光」或「CMP」係指一種方法，其中基板僅藉助於化學及機械力進行拋光，且區別於電化學-機械拋光（ECMP），其中將電偏壓施加至基板。術語「精胺酸」意謂α-胺基酸精胺酸，且包含L-精胺酸（最常見天然形式）。術語「TEOS」意謂由正矽酸四乙酯（Si(OC2
H5
)4
）之分解形成之二氧化矽。術語「平坦」意謂具有長度及寬度之兩個尺寸之基本上平坦表面或平坦表面形狀。術語「尺寸」係指線寬。術語「一（a/an）」係指單數及複數兩者。除非另外指出，否則所有百分比皆按重量計。所有數值範圍皆為包含性的且可以任何順序組合，但在邏輯上所述數值範圍限於合計達100%。
本發明之拋光基板之方法使用化學機械拋光組合物，其含有氧化劑；10 ppm至500 ppm之量之精胺酸或其鹽；膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵（III）離子之來源；水；及視情況選用之pH調節劑；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑，從而使得可自基板表面移除鎢，同時至少抑制鎢之表面凹陷。
較佳地，本發明之拋光基板之方法包括：提供基板，其中基板包括鎢及介電質，其中鎢特徵之尺寸為100 µm或更小，較佳為100 µm至0.25 µm，更佳為50 µm至0.25 µm，甚至更佳為10 µm至0.25 µm，且再更佳為9 µm至0.25 µm，或在替代方案中再更佳為7 µm至0.25 µm；提供化學機械拋光組合物，其包括以下（較佳由以下組成）作為初始組分：水；較佳至少0.01重量%至10重量%之量、更佳0.1重量%至5重量%、最佳1重量%至3重量%之量之氧化劑；10 ppm至500 ppm、較佳30 ppm至500 ppm之量之精胺酸或其鹽或其混合物；較佳0.01重量%至15重量%、更佳0.05重量%至10重量%、甚至更佳0.1重量%至7.5重量%、再更佳0.2重量%至5重量%之膠態二氧化矽研磨劑；較佳100 ppm至1400 ppm、更佳120 ppm至1350 ppm之量之二羧酸、其鹽或其混合物；鐵（III）離子之來源，較佳地，其中鐵（III）離子之來源硝酸鐵；及視情況選用之pH調節劑；其中化學機械拋光組合物之pH為1至7；較佳為1.5至4.5；更佳為1.5至3.5；再更佳為2至3；及視情況選用之表面活性劑；及視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間的介面處形成動態接觸；及將化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的化學機械拋光墊之拋光表面上；其中至少一些鎢遠離基板進行拋光，且至少減少鎢特徵之表面凹陷，且較佳地，減少鎢特徵之表面凹陷及抑制鎢腐蝕。
較佳地，提供的基板為包括鎢及介電質之半導體基板，諸如TEOS。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，在提供的化學機械拋光組合物中作為初始組分所含的水為去離子水及蒸餾水中之至少一種以限制附帶雜質。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有氧化劑作為初始組分，其中氧化劑選自由以下組成之群：過氧化氫（H2
O2
）、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過鄰苯二甲酸鎂、過氧乙酸及其他過酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、過溴酸鹽、過硫酸鹽、過氧乙酸、高碘酸鹽、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。更佳地，氧化劑選自由以下組成之群：過氧化氫、過氯酸鹽、過溴酸鹽；高碘酸鹽、過硫酸鹽及過氧乙酸。氧化劑最佳為過氧化氫。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有0.01至10重量%、更佳0.1至5重量%、最佳1至3重量%之氧化劑作為初始組分。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子之來源作為初始組分。更佳地，在本發明方法中，提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子之來源作為初始組分，其中鐵（III）離子之來源選自組成鐵（III）的群。最佳地，在本發明方法中，提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子之來源作為初始組分，其中鐵（III）離子之來源為硝酸鐵（Fe(NO3
)3
）。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子之來源作為初始組分，所述鐵（III）離子之來源足以將1至250 ppm、較佳5至200 ppm、更佳7.5至150 ppm、最佳10至100 ppm的鐵（III）離子引入化學機械拋光組合物中。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子之來源作為初始組分。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有100至1,100 ppm、較佳125至1000 ppm、更佳150至850 ppm、且最佳175至700 ppm的鐵（III）離子之來源作為初始組分。最佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有100至1,100 ppm、較佳150至1000 ppm、更佳150至850 ppm、最佳175至700 ppm的鐵（III）離子之來源作為初始組分，其中鐵（III）離子之來源為硝酸鐵（Fe(NO3
)3
）。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有精胺酸（L-精胺酸）、精胺酸鹽或其混合物作為初始組分。精胺酸鹽包含但不限於L-精胺酸HCl、精胺酸蘋果酸鹽及N-甲基-L-精胺酸乙酸鹽。較佳地，精胺酸鹽選自L-精胺酸HCl及N-甲基-L-精胺酸乙酸鹽，精胺酸鹽最佳為L-精胺酸HCl。較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，代替其鹽及其混合物的精胺酸（L-精胺酸）包含於本發明之化學機械拋光組合物中。在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有以下作為初始組分：10 ppm至500 ppm、較佳30 ppm至500 ppm、更佳50 ppm至500 ppm、甚至更佳30 ppm至350 ppm；仍甚至更佳30 ppm至250 ppm、最佳30 ppm至150 ppm（例如，30-50 ppm、50-100 ppm或50-150 ppm）之精胺酸（L-精胺酸）及其鹽中之一或多者。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有具有負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有具有永久性負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑，其中化學機械拋光組合物之pH為1至7，較佳為1.5至4.5；更佳為1.5至3.5；再更佳為2至3；最佳為2至2.5。再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有具有永久性負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑，其中如由-0.1 mV至-20 mV之ζ電位指示，化學機械拋光組合物之pH為1至7，較佳為1.5至4.5；更佳為1.5至3.5；再更佳為2至3；最佳為2至2.5。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有膠態二氧化矽研磨劑作為初始組分，其中如藉由動態光散射技術所量測，膠態二氧化矽研磨劑之平均粒度≤ 100 nm，較佳為5至100 nm；更佳為10至90 nm；最佳為20至80 nm。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有0.01至15重量%、較佳0.05至10重量%、更佳0.1至7.5重量%、再更佳0.2至5重量%、最佳0.2至2重量%的膠態二氧化矽研磨劑。較佳地，膠態二氧化矽研磨劑具有負ζ電位。
在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物可含有混合膠態二氧化矽研磨劑，其中混合膠態二氧化矽研磨劑包含0.01至7.5重量%、較佳0.05至5重量%、更佳0.5至2重量%、再更佳0.5至1.5重量%、最佳0.5至1重量%之量之小顆粒膠態二氧化矽研磨劑，其包括40-50 nm、較佳為42-45 nm、更佳為44-45 nm的平均（mean/average）粒度（如藉由DLS所量測），且包含0.01至7.5重量%、再更佳0.05至5重量%、進一步更佳0.5至2重量%、又進一步更佳0.5至1.5重量%、最佳0.5至1重量%之量之大顆粒研磨劑，其包括70-100 nm、較佳75-80 nm、更佳75-76 nm的平均（mean/average）粒度。膠態二氧化矽研磨劑較佳具有負ζ電位。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有二羧酸作為初始組分，其中二羧酸包含但不限於丙二酸、乙二酸、丁二酸、己二酸、順丁烯二酸、蘋果酸、戊二酸、酒石酸、其鹽或其混合物。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有二羧酸作為初始組分，其中二羧酸選自由以下組成之群：丙二酸、乙二酸、丁二酸、酒石酸、其鹽及其混合物。再更佳地，提供的化學機械拋光組合物含有二羧酸作為初始組分，其中二羧酸選自由以下組成之群：丙二酸、乙二酸、丁二酸、其鹽及其混合物。最佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有二羧酸丙二酸或其鹽作為初始組分。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有1至2,600 ppm、較佳100至1,400 ppm、更佳120至1,350 ppm、再更佳130至1,100 ppm之二羧酸作為初始組分，其中二羧酸包含但不限於丙二酸、乙二酸、丁二酸、己二酸、順丁烯二酸、蘋果酸、戊二酸、酒石酸、其鹽或其混合物。較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有1至2,600 ppm之丙二酸、其鹽或其混合物作為初始組分。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有100至1,400 ppm、甚至更佳120至1,350 ppm、再更佳130至1,350 ppm之二羧酸丙二酸或其鹽作為初始組分。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物之pH為1至7。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物之pH為1.5至4.5。再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物之pH為1.5至3.5。甚至再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物之pH為2至3；且最佳pH為2至2.5。
再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物視情況含有pH調節劑。較佳地，pH調節劑選自由無機及有機pH調節劑組成之群。較佳地，pH調節劑選自由無機酸及無機鹼組成之群。較佳地，pH調節劑選自由硝酸及氫氧化鉀組成之群。pH調節劑最佳為氫氧化鉀。
視情況，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有表面活性劑。較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，表面活性劑為含有表面活性劑之PO或EO或PO/EO。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，表面活性劑為含有陰離子官能基之PO或EO或PO/EO表面活性劑。甚至更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，表面活性劑為具有式（I）的陰離子醚硫酸鹽： C n
H 2n+1
O-PO x
-EO y
-SO3 -
其中n
可為12、15、18、20、22、25、28、30、35、38、40、42 or 44；x
可為0、2、5、8、10、12、14、16、18、20、30、40或50；且y
可為0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、90或100，其限制條件為x
及y
無法在同一情況下為0，且相對離子較佳可為鹼金屬離子，諸如鈉陽離子或鉀陽離子；或銨陽離子。較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，陰離子醚硫酸鹽為月桂基醚硫酸鈉（SLES）。
在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物可含有50 ppm至1000 ppm、較佳100 ppm至900 ppm、更佳120 ppm至600 ppm、再更佳140 ppm至250 ppm之陰離子醚硫酸鹽作為初始組分。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有50至1000 ppm、更佳100 ppm至900 ppm、甚至更佳120 ppm至600 ppm、再更佳140 ppm至250 ppm之陰離子醚硫酸鹽表面活性劑之鹼金屬鹽作為初始組分。再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物含有50 ppm至1000 ppm、較佳100 ppm至900 ppm、更佳120 ppm至600 ppm、再更佳140 ppm至250 ppm之月桂基醚硫酸鈉作為初始組分。
視情況，拋光組合物可含有殺生物劑，諸如KORDEX™ MLX（9.5-9.9%甲基-4-異噻唑啉-3-酮，89.1-89.5%水及≤ 1.0%相關反應產物）或含有2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮及5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮之活性成分之KATHON™ ICP III，其各自由陶氏化學公司（The Dow Chemical Company）製造（KATHON™及KORDEX™為陶氏化學公司的商標）。所述殺生物劑可以本領域中熟習此項技術者已知之習知量包含於本發明之化學機械拋光組合物中。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光墊可為此項技術中已知的任何適合的拋光墊。一般熟習此項技術者已知選擇用於本發明方法之適當的化學機械拋光墊。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光墊選自編織及非編織拋光墊。再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光墊包括聚胺酯拋光層。最佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。較佳地，提供的化學機械拋光墊在拋光表面上具有至少一個凹槽。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，將提供的化學機械拋光組合物分配於化學機械拋光墊與基板之間的介面處或附近的提供的化學機械拋光墊之拋光表面上。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，在提供的化學機械拋光墊與基板之間的介面處在與正進行拋光的基板表面垂直的0.69至34.5 kPa的向下力下形成動態接觸。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率≥ 1,000 Å/min；較佳≥ 1,500 Å/min；更佳≥ 1,700 Å/min。更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，其中提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率≥ 1,000 Å/min；較佳≥ 1,500 Å/min；更佳≥ 1,700 Å/min；且W/TEOS選擇率≥2。再更佳地，在本發明之拋光基板之方法中，其中鎢自基板移除之移除速率≥ 1,000 Å/min；較佳≥ 1,500 Å/min；更佳≥ 1,700 Å/min；且W/TEOS選擇率為2.5至15。最佳地，在本發明之拋光基板之方法中，其中鎢自基板移除之移除速率≥ 1,500 Å/min；較佳≥ 1,700 Å/min；且W/TEOS選擇率為7至8，且壓板速度為80轉/分鐘，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125 mL/min，在200 mm拋光機器上的標稱向下力為21.4 kPa；且其中化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
較佳地，在本發明之拋光基板之方法中，其中提供的化學機械拋光組合物包括小平均粒度組合大平均粒度之混合膠態研磨劑，本發明之拋光基板之方法的鎢移除速率≥ 1,900 Å/min；較佳≥ 2,000 Å/min；更佳≥ 2,040 Å/min；且W/TEOS選擇率≥11。
以下實例意欲說明本發明之化學機械拋光組合物關於鎢之表面凹陷抑制效能、本發明之化學機械拋光組合物關於鎢之腐蝕抑制效能及本發明之一或多個實施例的W/TEOS選擇率，但不意欲限制其範疇。 實例1漿料調配物
此實例之化學機械拋光組合物藉由以表1中所列出之量合併組分而製備，且其餘部分為DI水，且用45重量%的氫氧化鉀將組合物之pH調節至表1中所列出之最終pH。 表1 1
KLEBOSOL™ 1598-B25（-）ζ電位研磨漿料由可購自陶氏化學公司之AZ Electronics Materials製造；且2
可以L-精胺酸購自Sigma-Aldrich。 實例2化學機械拋光 - 精胺酸 CMP 漿料之表面凹陷效能
對安設於塗覆的材料200 mm MIRRA®拋光機器上的200 mm毯覆式晶圓進行拋光實驗。對200 mm毯覆式15 kÅ厚的TEOS片材晶圓進行拋光移除速率實驗，所述晶圓來自Novellus，且W、Ti及TiN毯覆式晶圓可購自WaferNet Inc.、Silicon Valley Microelectronics或SKW Associates, Inc.。除非另外規定，否則所有拋光實驗使用與SP2310下墊（可購自Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.）配對之IC1010™聚胺酯拋光墊進行，其中典型向下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組合物流動速率我125 mL/min，工作台旋轉速度為80 rpm且載體旋轉速度為81 rpm。Kinik PDA33A-3金剛石墊調整器（可購自Kinik Company）用於打磨拋光墊。以80 rpm（壓板）/36 rpm（調整器）用調整器使用9.0 lbs（4.1 kg）之向下力打破拋光墊內部達15分鐘及7.0 lbs（3.2 kg）之向下力打破達15分鐘。將拋光墊進一步異位調整，隨後使用7 lbs（3.2 kg）之向下力拋光達24秒。W表面凹陷速率使用KLA-Tencor RS100C度量衡工具測定。如表2中所示，晶圓具有不同標準線寬特徵。 表2
如由拋光結果所示，與不含精胺酸之對照漿料相比，本發明之兩種漿料的W特徵之整體表面凹陷減少。 實例3W 、 TEOS 移除速率及 W 、 TEOS 最大拋光溫度
對W及TEOS移除率之拋光實驗基本上如實例2中所述使用相同設備及參數進行。TEOS移除率使用KLA-Tencor FX200度量衡工具藉由量測拋光前後的膜厚度測定。W移除率使用KLA-Tencor RS100C度量衡工具測定。晶圓來自WaferNet Inc.或Silicon Valley Microelectronics。表3中為結果。 表3
本發明之精胺酸化學機械拋光組合物展示大於1500 Å/min之良好W RR、大於200 Å/min之TEOS RR及在7與9之間的良好W/TEOS選擇率。 實例4漿料調配物
此實例之化學機械拋光組合物藉由以表4-6中所列出之量合併組分而製備，其中其餘部分為DI水，且用45重量%的氫氧化鉀將組合物之pH調節至表4-6中所列出之最終pH。 表4 1
KLEBOSOL™ 1598-B25（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics Materials製造，可購自陶氏化學公司；且2
可以L-精胺酸購自Sigma-Aldrich。 表5 1
KLEBOSOL™ 1598-B25（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics Materials製造，可購自陶氏化學公司；且3
可以L-精胺酸鹽酸鹽購自Sigma-Aldrich。 表6 1
KLEBOSOL™ 1598-B25（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics Materials製造，可購自陶氏化學公司；且4
可以N-甲基-L-精胺酸乙酸鹽購自Sigma-Aldrich。 實例5精胺酸 CMP 漿料之腐蝕速率抑制效能
腐蝕測試藉由將W毯覆式晶圓（1 cm × 4 cm）浸沒於15 g漿料樣品中進行。10分鐘後自測試漿料移除W晶圓。溶液隨後以9,000 rpm離心20 min以移除漿料顆粒。藉由ICP-OES分析上澄液以按重量計測定鎢之量。假設蝕刻晶圓表面面積為4 cm2
，由W質量轉換腐蝕速率（Å/min）。表7中為腐蝕測試結果。 表7
腐蝕速率測試結果展示，與不含精胺酸及其鹽之對照組相比，含有L-精胺酸、L-精胺酸鹽酸鹽及N-甲基-L-精胺酸乙酸鹽之化學機械拋光漿料顯著減少晶圓上W之腐蝕。 實例6具有混合及未混合物研磨劑之漿料調配物
此實例之化學機械拋光組合物藉由以下表中所列出之量合併組分而製備，其中其餘部分為DI水，且用45重量%的氫氧化鉀、硝酸或其混合物將組合物之pH調節至最終pH = 2.5。 表8 1
KLEBOSOL™ 1598-B25（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics製造，平均粒度= 45 nm2
KLEBOSOL™ 1498-B50（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics製造，平均粒度= 76 nm 材料可購自陶氏化學公司；且3
可以L-精胺酸購自Sigma-Aldrich。 表9 1
KLEBOSOL™ 1598-B25（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics製造，平均粒度= 45 nm2
KLEBOSOL™ 1498-B50（-）ζ電位研磨漿料由AZ Electronics製造，平均粒度= 76 nm 材料可購自陶氏化學公司；且3
可以L-精胺酸購自Sigma-Aldrich。 實例7混合相較於未混合物研磨劑之 W / TEOS 選擇率
對安設於塗覆的材料200 mm Mirra®拋光機器上的200 mm毯覆式晶圓進行拋光實驗。對200 mm毯覆式15 kÅ厚的正矽酸四乙酯（TEOS）片材晶圓進行拋光移除速率實驗，所述晶圓來自Novellus，且鎢（W）毯覆式晶圓皆可購自WaferNet。除非另外規定，否則所有拋光實驗使用與SP2310下墊（可購自Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.）配對之IC1010™聚胺酯拋光墊進行，其中典型向下壓力為21.4 kPa（3.1 psi），化學機械拋光組合物流動速率我125 mL/min，工作台旋轉速度為80 rpm且載體旋轉速度為81 rpm。Kinik PDA33A-3金剛石墊調整器（可購自Kinik）用於打磨拋光墊。以80 rpm（壓板）/36 rpm（調整器）用調整器使用9.0 lbs（4.1 kg）之向下力打破拋光墊內部達15分鐘及7.0 lbs（3.2 kg）之向下力打破達15分鐘。將拋光墊進一步異位調整，隨後使用7 lbs（3.2 kg）之向下力拋光達24秒。TEOS移除率使用KLA-Tencor FX200度量衡工具藉由量測拋光前後的膜厚度測定。鎢（W）移除率使用KLA-Tencor RS100C度量衡工具測定。 表10
與包含小平均粒度研磨劑（45 nm）或大平均粒度研磨劑（76 nm）之精胺酸化學機械拋光組合物相比，具有混合研磨劑（平均粒度分別=61 nm、68 nm及73 nm）的本發明之精胺酸化學機械拋光組合物展示大於1900 Å/min之良好的W RR及大於11之提高的W/TEOS選擇率。
Claims (10)
- 一種化學機械拋光鎢之方法，包括：提供包括鎢及介電質之基板，其中鎢特徵之尺寸為100μm或更小；提供化學機械拋光組合物，包括以下作為初始組分：水；氧化劑；30至350ppm之量的精胺酸或精胺酸鹽，其中所述精胺酸鹽為選自由精胺酸蘋果酸鹽、N-甲基-L-精胺酸乙酸鹽及其混合物所組成的群組；膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸，鐵(III)離子之來源；及，視情況選用之pH調節劑；視情況選用之表面活性劑；視情況選用之殺生物劑；提供具有拋光表面之化學機械拋光墊；在所述化學機械拋光墊與所述基板之間的介面處形成動態接觸；及將所述化學機械拋光組合物分配於所述化學機械拋光墊與所述基板之間的所述介面處或附近的所述化學機械拋光墊之所述拋光表面上以移除至少一些所述鎢且減少所述鎢特徵之表面凹陷且減少所述鎢特徵之腐蝕。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率1500Å/min，且壓板速度為80轉/分鐘，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125mL/min，在200mm拋光機器上的標稱向下力為21.4kPa；且其中所述化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物包括以下作為初始組分：所述水；0.01至10重量%之所述氧化劑，其中所述氧化劑為過氧化氫；30至250ppm之所述精胺酸或精胺酸鹽；0.01至15重量%之所述膠態二氧化矽研磨劑；1至2,600ppm之所述二羧酸；100至1,100ppm之所述鐵(III)離子之來源，其中所述鐵(III)離子之來源為硝酸鐵；及，視情況選用之所述pH調節劑；視情況選用之所述表面活性劑；視情況選用之所述殺生物劑；及，其中所述化學機械拋光組合物之pH為1至7。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率1500Å/min，且壓板速度為80轉/分鐘，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125mL/min，在200mm拋光機器上的標稱向下力為21.4kPa；且其中所述化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物包括以下作為初始組分：所述水；0.1至5重量%之所述氧化劑，其中所述氧化劑為過氧化氫；30至150ppm之所述精胺酸或精胺酸鹽；0.05至10重量%之所述膠態二氧化矽研磨劑； 100至1,400ppm之所述二羧酸；150至1000ppm之所述鐵(III)離子之來源，其中所述鐵(III)離子之來源為硝酸鐵；及，視情況選用之所述pH調節劑；視情況選用之陰離子醚硫酸鹽表面活性劑；及，其中所述化學機械拋光組合物之pH為1.5至4.5。
- 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物之鎢移除速率1500Å/min，且壓板速度為80轉/分鐘，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125mL/min，在200mm拋光機器上的標稱向下力為21.4kPa；且其中所述化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述提供的化學機械拋光組合物包括以下作為初始組分：所述水；0.1至3重量%之所述氧化劑，其中所述氧化劑為過氧化氫；50至150ppm之所述精胺酸或精胺酸鹽；0.1至5重量%之所述膠態二氧化矽研磨劑；120至1,350ppm之所述二羧酸，其中所述二羧酸為丙二酸；150至850ppm之所述鐵(III)離子之來源，其中所述鐵(III)離子之來源為硝酸鐵；及，視情況選用之所述pH調節劑；視情況選用之陰離子醚硫酸鹽表面活性劑；及，其中所述化學機械拋光組合物之pH為1.5至3.5。
- 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中所述提供的化學機械 拋光組合物之鎢移除速率1500Å/min，且壓板速度為80轉/分鐘，載體速度為81轉/分鐘，化學機械拋光組合物流動速率為125mL/min，在200mm拋光機器上的標稱向下力為21.4kPa；且其中所述化學機械拋光墊包括含有聚合空心微粒之聚胺酯拋光層及聚胺酯浸漬之非編織下墊。
- 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中所述膠態二氧化矽研磨劑為包括小平均粒度組合大平均粒度之混合膠態二氧化矽研磨劑。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中所述混合膠態二氧化矽研磨劑包括40-50nm之小平均顆粒及70-100nm之大平均顆粒。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762543416P | 2017-08-10 | 2017-08-10 | |
| US62/543416 | 2017-08-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201910457A TW201910457A (zh) | 2019-03-16 |
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Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030040188A1 (en) | 2001-08-24 | 2003-02-27 | Applied Materials, Inc. | Method for dishing reduction and feature passivation in polishing processes |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030040188A1 (en) | 2001-08-24 | 2003-02-27 | Applied Materials, Inc. | Method for dishing reduction and feature passivation in polishing processes |
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