專利名稱：化學(xué)機(jī)械研磨組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨組合物，特別是指一種用于半導(dǎo)體制程且包含一金屬殘留抑制劑的化學(xué)機(jī)械研磨組合物。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing，簡(jiǎn)稱為“CMP”)技術(shù)是為了解決因集成電路(IC)制造時(shí)的鍍膜高低差異而導(dǎo)致于微影制程上難以聚焦的問題所開發(fā)出來的一項(xiàng)平坦化技術(shù)?；瘜W(xué)機(jī)械研磨技術(shù)首先被少量應(yīng)用在0.5微米元件的制造上，但是隨著元件尺寸的縮小，化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)被應(yīng)用的幾率也隨著增加，而目前已儼然成為業(yè)界不可或缺的平坦化技術(shù)。
在半導(dǎo)體晶圓制程中，有兩種類型的層需進(jìn)行研磨，一類型為諸如氧化硅(silicon oxide)及氮化硅(silicon nitride)的中間層(interlayer)，而另一類型為用于連接主動(dòng)裝置的金屬線路(例如鎢、銅、鋁等)。一般用于金屬線路(metal wire)的研磨方法是將半導(dǎo)體晶圓置于一設(shè)有一研磨頭(polishing head)的旋轉(zhuǎn)研磨臺(tái)上，并于該晶圓表面上涂布一含有研磨顆粒(abrasive particles)的研磨漿液，以有效增進(jìn)整體研磨功效。在利用一研磨漿液進(jìn)行金屬線路的研磨時(shí)，一般推測(cè)會(huì)選擇以下第一機(jī)制(mechanism)或第二機(jī)制進(jìn)行。在第一機(jī)制中，研磨漿液內(nèi)的組分(通常需額外添加一氧化劑)會(huì)先與金屬線路反應(yīng)而連續(xù)在金屬表面形成一氧化物層，而研磨漿液內(nèi)的研磨顆粒的機(jī)械研磨作用會(huì)磨除該氧化物層。在第二機(jī)制中，并未如第一機(jī)制形成該氧化物層，而是運(yùn)用該研磨漿液內(nèi)的組分來侵蝕及溶解該金屬線路，并借由研磨顆粒的機(jī)械作用來增加溶解速度，進(jìn)而使金屬線路的厚度變薄，以達(dá)成磨除目的。由于CMP制程有研磨不均勻的問題，所以在施予此制程后，晶圓表面的金屬氧化物雖會(huì)被磨除，但是也可能致使部分金屬被研磨且產(chǎn)生凹陷(dishing)，而晶圓表面則可能會(huì)殘留有不需要的金屬。因此，如何快速去除金屬殘留物以及降低金屬線路的凹陷，同時(shí)加速產(chǎn)能，為CMP制程極需克服的一大問題。
目前已有許多提及有關(guān)運(yùn)用研磨漿液來研磨半導(dǎo)體晶圓上的金屬層的文獻(xiàn)及專利。例如美國(guó)專利公告第6,447,563號(hào)揭示一種用于研磨金屬層的漿液系統(tǒng)(slurry system)，該漿液系統(tǒng)包含一第一部分及一第二部分，并具有介于2至11之間的pH值。該第一部分含有一實(shí)質(zhì)上由研磨顆粒、一穩(wěn)定劑及一表面活性劑所構(gòu)成的分散液，該第二部分含有一加速劑溶液(activator solution)，該加速劑溶液含有至少二選自于由下列所構(gòu)成的群組中的組分氧化劑、酸、胺、螯合劑(chelating agent)、含氟化合物、腐蝕抑制劑(corrosion inhibitor)、生物制劑(biological agent)、表面活性劑、緩沖劑及其混合物。此專利提及可使用的酸包含甲酸、乙酸、己酸、乳酸(lactic acid)等有機(jī)酸，以及鹽酸、硫酸等無機(jī)酸。而較佳可使用含有一或多個(gè)羧基且經(jīng)羥基取代的酸，例如蘋果酸(malic acid)、酒石酸(tartaric acid)、葡糖酸(gluconic acid)及檸檬酸(citric acid)。此外，該表面活性劑的類型可為非離子型、陰離子型、陽離子型及兩性型。在此專利的實(shí)施例1中，首先制備由4wt％的發(fā)煙硅石(fumed silica)、1wt％的過氧化氫及0.1M的丙酸所構(gòu)成的漿液系統(tǒng)，接著在利用此漿液系統(tǒng)進(jìn)行銅晶圓的研磨測(cè)試，最后發(fā)現(xiàn)磨除速率(removal rate)是超過450nm，而非均勻性小于5％。此專利的漿液系統(tǒng)主要是用于改進(jìn)研磨速率，并未提及關(guān)于晶圓表面的金屬殘留問題。
美國(guó)專利公告第6,864,177號(hào)揭示一種用于制造半導(dǎo)體裝置的金屬線接栓(metal line contact plug)的方法，該制造方法包含以下兩步驟(1)使用第一漿液進(jìn)行第一階段的CMP過程，該第一漿液含有1～20wt％的研磨顆粒、0.1～15wt％的氧化劑及0.01～10wt％的絡(luò)合劑(complexing agent)，并具有2～9的pH范圍，另針對(duì)金屬/絕緣膜而言具有大于10的蝕刻選擇性(etchingselectivity)；(2)使用第二漿液進(jìn)行第二階段的CMP過程，該第二漿液含有5～30wt％的研磨顆粒以及0.01～5wt％的氧化劑，并具有6～12的pH范圍，另針對(duì)金屬/絕緣膜而言具有小于3的蝕刻選擇性。在此專利的第一漿液中的絡(luò)合劑是選自于由下列所構(gòu)成的群組檸檬酸、酒石酸、丁二酸(succinic acid)、蘋果酸、順丁烯二酸(maleic acid)、反丁烯二酸(fumaric acid)、丙二酸(malonicacid)、乙二胺四醋酸鹽(ethylenediamine tetraacetate)、羥基乙酸(glycolic acid)及這些化合物的鹽類或混合物。在此專利中，并未提供任何測(cè)試數(shù)據(jù)，也未提及使用表面活性劑及腐蝕抑制劑。
本案申請(qǐng)人先前也取得一有關(guān)化學(xué)機(jī)械研磨組合物的中國(guó)臺(tái)灣專利，也就是中國(guó)臺(tái)灣專利公告第574352號(hào)，其揭示一種化學(xué)機(jī)械研磨漿液組合物及其使用方法。該漿液組合物是包含70～99.5wt％的水性介質(zhì)、0.1～25wt％的研磨顆粒、0.01～1wt％的腐蝕抑制劑，以及0.01～1wt％的化學(xué)品。該化學(xué)品是選自于由下列所構(gòu)成的群組下式(A)、下式(B)及兩者的組合，其中，X、Y及Z是分別選自于氫或C1～C6烷基。此專利的目的主要在防止銅凹陷，并未述及關(guān)于研磨速率及晶圓表面的銅殘留的改良，此外，在此專利中并未提及使用表面活性劑。
由于化學(xué)機(jī)械研磨漿液的組成會(huì)影響研磨速率、金屬線路的凹陷程度及晶圓表面的金屬殘留，因此，如何有效地在較高的研磨速率下，同時(shí)降低金屬線路的凹陷程度以及晶圓表面的金屬殘留，對(duì)于目前業(yè)界而言，仍存在一需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的，在于提供一種可維持不錯(cuò)的研磨速率，同時(shí)有效降低凹陷程度及金屬殘留的化學(xué)機(jī)械研磨組合物。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物的pH范圍是介于2至5之間，且包含一具有下列組分的混合物一水性介質(zhì)、一研磨料(abrasive)、一腐蝕抑制劑、一表面活性劑、二酸類化合物及一金屬殘留抑制劑，該金屬殘留抑制劑是選自于由下列化學(xué)式所示的化合物所構(gòu)成的群組 及這些化合物的一組合，在該式(II)～(V)中，R1、R2、R3及R4分別選自于由下列所構(gòu)成的群組氫、C1～C6烷基、C2～C6烯基及C2～C6次烯基(alkylidyne)，以及R5、R6、R7及R8、R9及R10分別選自于氫或C1～C6烷基。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物通過添加一金屬殘留抑制劑來降低晶圓表面的金屬殘留，所使用的金屬殘留抑制劑具有至少一羧基且與金屬(例如銅)的反應(yīng)性極佳，因而可降低晶圓表面的金屬殘留，再加上添加二酸類化合物、表面活性劑、研磨料及腐蝕抑制劑，可同時(shí)維持不錯(cuò)的研磨速率以及降低凹陷程度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物具有一介于2至5之間的pH值范圍，且包含一具有下列組分的混合物一水性介質(zhì)、一研磨料、一腐蝕抑制劑、一表面活性劑、二酸類化合物及一金屬殘留抑制劑，該金屬殘留抑制劑是選自于由下列化學(xué)式所示的化合物所構(gòu)成的群組 及這些化合物的一組合，于該式(II)～(V)中，R1、R2、R3及R4分別選自于由下列所構(gòu)成的群組氫、C1～C6烷基、C2～C6烯基及C2～C6次烯基，以及R5、R6、R7及R8、R9及R10分別選自于氫或C1～C6烷基。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物可依據(jù)后續(xù)用途進(jìn)行含量調(diào)整，較佳地，以該混合物的總重為100wt％計(jì)算，各組分的含量如下該研磨料的含量0.10～25.00wt％該腐蝕抑制劑的含量0.01～1.00wt％
該表面活性劑的含量0.01～1.00wt％該二酸類化合物的含量 0.01～1.00wt％該金屬殘留抑制劑的含量0.01～1.00wt％水性介質(zhì) 其余含量上述“其余含量”是指水性介質(zhì)的含量與其他組分含量合計(jì)為100wt％。
選擇性地，當(dāng)該金屬殘留抑制劑是選自于該式(I)、該式(II)、該式(III)或該式(IV)所示的化合物時(shí)，該混合物中的各組分的較佳含量如下該研磨料的含量0.50～10.00wt％該腐蝕抑制劑的含量0.01～0.50wt％該表面活性劑的含量0.01～0.50wt％該二酸類化合物的含量 0.05～1.00wt％該金屬殘留抑制劑的含量0.01～0.50wt％水性介質(zhì) 其余含量又更佳地，該混合物中的各組分的含量如下該研磨料的含量為0.50～5.00wt％，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～0.20wt％，該表面活性劑的含量為0.01～0.30wt％，該二酸類化合物的含量為0.10～1.00wt％，該金屬殘留抑制劑的含量為0.01～0.30wt％，以及其余含量為該水性介質(zhì)。更值得一提的是，當(dāng)該金屬抑制劑是由該式(I)所示的化合物時(shí)，其含量更佳為0.01～0.10wt％。
另選擇性地，當(dāng)該金屬殘留抑制劑是由該式(V)所示時(shí)，該混合物中的各組分的較佳含量如下該研磨料的含量0.50～10.00wt％該腐蝕抑制劑的含量0.01～0.50wt％該表面活性劑的含量0.01～0.50wt％該二酸類化合物的含量 0.05～1.00wt％
該金屬殘留抑制劑的含量0.05～1.00wt％水性介質(zhì) 其余含量又更佳地，該混合物中的各組分的含量如下該研磨料的含量為0.50～5.00wt％，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～0.20wt％，該表面活性劑的含量為0.01～0.30wt％，該二酸類化合物的含量為0.10～1.00wt％，該金屬殘留抑制劑的含量為0.05～0.50wt％，以及其余含量為該水性介質(zhì)。
需注意的是，當(dāng)研磨速率低于3000/min時(shí)，可通過增加二酸類化合物及研磨料的含量，以增加研磨速率。當(dāng)凹陷程度太高時(shí)，則可通過增加表面活性劑含量來降低。而當(dāng)晶圓表面有金屬殘留時(shí)，則可通過增加該金屬殘留抑制劑含量來減低金屬殘留情形。
較佳地，該式(II)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組2，2-二甲基丁二酸(2，2-dimethylsuccinic acid)、2-乙基-2-甲基丁二酸(2-ethyl-2-methylsuccinic acid)、2，3-二甲基丁二酸(2，3-dimethylsuccinic acid)及次甲基丁二酸(Itaconic acid或Methylenesuccinic acid)。而于本發(fā)明的一具體例中，該式(II)為次甲基丁二酸。
該式(III)所示的化合物可為順式(cis-)化合物或反式(trans-)化合物，較佳地，該式(III)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組順丁烯二酸、2-甲基-順丁烯二酸(2-methyl-maleic acid)、反丁烯二酸及2-甲基-反丁烯二酸(2-methyl-furmaric acid)。于本發(fā)明的一具體例中，該式(III)為反丁烯二酸。
較佳地，該式(IV)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組2-羥基乙酸(2-hydroxy acetic acid或Glycolic acid)、2-甲基-2-羥基乙酸(2-methyl-2-hydroxy acetic acid)、2-乙基-2-羥基乙酸(2-ethyl-2-hydroxy ac etic acid)、2，2-二乙基-2-羥基乙酸(2，2-diethyl-2-hydroxy acetic acid)及2-乙基-2-甲基-2-羥基乙酸(2-ethyl-2-methyl-2-hydroxy acetic acid)。于本發(fā)明的一具體例中，該式(IV)為2-羥基乙酸。
較佳地，該式(V)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組丙烯酸(acrylic acid)、2-甲基丙烯酸(2-methyl acrylicacid)、2-乙基丙烯酸(2-ethyl acrylic acid)、3-甲基丙烯酸(3-methyl acrylic acid)，3-乙基丙烯酸(3-ethyl acrylic acid)及2，3-二甲基丙烯酸(2，3-dimethyl acrylic acid)。在本發(fā)明的一具體例中，該式(V)為丙烯酸。
本發(fā)明的表面活性劑可依據(jù)實(shí)際需要來選擇適當(dāng)?shù)氖惺郛a(chǎn)品，較佳地，該表面活性劑可為陰離子型(anionic type)或非離子型(nonionic type)。
該化學(xué)機(jī)械研磨組合物中的研磨料可依據(jù)實(shí)際需要來選用任何市售產(chǎn)品，特別是選用具有較高純度、高比表面積及狹窄粒徑分布的優(yōu)點(diǎn)的市售產(chǎn)品。較佳地，該研磨料是選自于由下列物質(zhì)所構(gòu)成的群組氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、碳化硅(SiC)、氧化鈦(TiO2)、氮化硅(Si3N4)及這些化合物的一組合。而在本發(fā)明的一具體例中，該研磨料為氧化硅。另外，該研磨料的粒徑范圍可依實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，較佳地，該研磨料的粒徑范圍是介于15nm與30nm之間。
該腐蝕抑制劑可選用任何現(xiàn)有用于半導(dǎo)體領(lǐng)域且可抑制腐蝕現(xiàn)象的市售產(chǎn)品。較佳地，該腐蝕抑制劑是選自于由下列所構(gòu)成的群組中的物質(zhì)苯并三唑(benzotriazole)、三聚氰酸(1，3，5-triazine-2，4，6-triol)、1，2，3-三唑(1，2，3-triazole)、3-胺基-1，2，4-三唑(3-a mino-1，2，4-triazole)、3-硝基-1，2，4-三唑(3-nitro-1，2，4-triazole)、4-胺基-3-肼基-1，2，4-三唑基-5-硫醇(4-amino-3-hydrazino-1，2，4-triazol-5-thiol，商品名為波沛得(purpald))、苯并三唑-5-羧酸(benzotriazole-5-carboxylic acid)、3-胺基-1，2，4-三唑-5-羧酸(3-amino-1，2，4-triazole-5-carboxylic acid)、1-羥基苯并三唑(1-hydroxy benzotriazole)、硝基苯并三唑(nitrobenzotriazole)以及這些化合物的一組合。而在本發(fā)明的一具體例中，該腐蝕抑制劑為苯并三唑。
該二酸類化合物可選用一般用于研磨漿液的直鏈且未經(jīng)取代的二酸類化合物，較佳地，該二酸類化合物是選自由下列所構(gòu)成的群組丁二酸、己二酸、戊二酸及這些化合物的一組合。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物中的水性介質(zhì)，主要是用于使該化學(xué)機(jī)械研磨漿液于混合后可呈現(xiàn)漿液狀，因此可使用熟悉此項(xiàng)技術(shù)者所現(xiàn)有的各種水性介質(zhì)。而在本發(fā)明的一具體例中，該水性介質(zhì)為去離子水。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物的制作方式是在常溫下先將該研磨料、該表面活性劑、該腐蝕抑制劑、該二酸類化合物、該金屬殘留抑制劑及該水性介質(zhì)予以混合，以制得該混合物，接著以酸或堿將該混合物的pH值調(diào)整在介于2至5之間。較佳地，pH值是介于3至4之間。用于調(diào)整該組合物的pH值的酸或堿并無任何限制，較佳地，該酸可為鹽酸或硝酸，該堿可為氨水或氫氧化四甲基銨(tetramethylammonium hydroxide，簡(jiǎn)稱為“TMAH”)。
較佳地，該化學(xué)機(jī)械研磨組合物還包含一氧化劑，其目的是用于加速該晶圓表面的金屬層的氧化。更佳地，該氧化劑是選自于由下列所構(gòu)成的族群過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)、硝酸鐵(ferric nitrate，F(xiàn)e(NO3)3)、碘酸鉀(potassium iodate，KIO3)、過乙酸(acetic hydroperoxide，CH3COOOH)以及高錳酸鉀(potassium permanganate，KMnO4)。在本發(fā)明的一具體例中，該氧化劑為過氧化氫。
該氧化劑的含量可依據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行調(diào)整，較佳地，該氧化劑與該化學(xué)機(jī)械研磨組合物中的混合物的含量比例為1∶9～1∶30。而在本發(fā)明的一具體例中，該氧化劑與該混合物的含量比例為1∶11。
較佳地，該化學(xué)機(jī)械研磨組合物中的混合物更具有甲酸，可增加研磨速率以及更有效地降低該晶圓表面的凹陷程度。
而該甲酸的含量范圍可依據(jù)實(shí)際使用加以調(diào)整，較佳地，以該混合物的總重為100wt％計(jì)算，該研磨料的含量為0.10～25.00wt％，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～1.00wt％，該表面活性劑的含量為0.01～1.00wt％，該二酸類化合物的含量為0.01～1.00wt％，該金屬殘留抑制劑的含量為0.01～1.00wt％，該甲酸的含量為0.01～1.00wt％以及其余含量為水性介質(zhì)。
<實(shí)施例>
本發(fā)明將就以下實(shí)施例來作進(jìn)一步說明，但是應(yīng)了解的是，所述實(shí)施例只為示例說明，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實(shí)施的限制。
以下實(shí)施例及比較例分別選用下列化學(xué)品進(jìn)行制備(1)水性介質(zhì)為離子水。
(2)研磨料為氧化硅，市售品名為硅酸膠(colloidal silica)。
(3)腐蝕抑制劑為苯并三唑，由中國(guó)臺(tái)灣財(cái)團(tuán)法人精密機(jī)械研究發(fā)展中心公司(PMC)所制造。
(4)二酸類化合物實(shí)施例使用己二酸，而比較例使用戊二酸，皆由美國(guó)TEDIA公司所制造。
(5)表面活性劑為陰離子型表面活性劑。
(6)金屬殘留抑制劑依據(jù)下表1分別為1，2，3，4-四甲酸丁烷(1，2，3，4-butanetetracarboxylic acid，下表1將稱為“式(I)化合物”)、次甲基丁二酸、反丁烯二酸、2-羥基乙酸及丙烯酸，而所述金屬殘留抑制劑是由美國(guó)Aldrich公司所制造。
(7)氧化劑為過氧化氫，由中國(guó)臺(tái)灣波律股份有限公司(TAIWANMAXWAVE CO.，LTD.)所制造。
(8)甲酸是由美國(guó)Aldrich公司所制造。
以下實(shí)施例及比較例將依照下列條件及步驟進(jìn)行研磨測(cè)試及分析1.測(cè)試條件(1)儀器所使用的研磨機(jī)臺(tái)是由美國(guó)應(yīng)用材料股份有限公司(APPLIEDMATERIALS，INC.)所制造，型號(hào)為AMAT/Mirra。
(2)儀器設(shè)定膜壓(membrane pressure) 1.0～1.5psi內(nèi)管(inner tube)排氣(vent)維持環(huán)壓力(retaining ring) 1.8psi研磨平臺(tái)轉(zhuǎn)速(platen speed) 70rpm載具轉(zhuǎn)速(carrier speed) 74rpm溫度25℃研磨墊(polishing pad)墊座型式 CUP4410漿液流速200mL/min(3)晶片鍍有銅金屬層的圖案(pattern)晶圓，由美國(guó)Sematech公司所制造，線寬為0.18μm。
2.測(cè)試步驟分別運(yùn)用以下實(shí)施例及比較例所制得的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，并于上述的研磨機(jī)臺(tái)上進(jìn)行一晶圓的研磨，而研磨過程所需時(shí)間則利用機(jī)臺(tái)附設(shè)的感應(yīng)器(End Point System)來感應(yīng)所研磨的晶圓已達(dá)研磨終點(diǎn)后產(chǎn)生的信號(hào)[此信號(hào)將作為終點(diǎn)信號(hào)(EP2)]進(jìn)行判定，待研磨至EP2產(chǎn)生后，再進(jìn)行20％的過度拋光(over-polishing)，然后再以一清洗機(jī)臺(tái)(由美國(guó)固態(tài)儀器公司(SlidState Equipment Corporation)所制造，型號(hào)為“EvergreenModel 10X”)進(jìn)行晶圓的清洗工作，并以氮?dú)鈱⒕A吹干。最后再進(jìn)行以下分析。
3.分析(1)研磨速率以美商科磊公司(KLA-TENCOR)所制造的型號(hào)為KLA-Tencor RS-75的膜厚測(cè)量?jī)x(resistivitymeasurement system)測(cè)定研磨后的銅金屬層厚度。研磨速率是以1分鐘所磨除的金屬層厚度(/min)而定義，且較佳以3000/min以上為業(yè)界可接受的范圍。
(2)凹陷程度以一接觸型表面輪廓儀(Surface Profiler，由美商科磊公司(KLA-TENCOR)所制造的型號(hào)為KLA-Tencor P-11)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)以線寬100μm銅線為測(cè)量點(diǎn)，并測(cè)量此銅線與一阻障層(barrier layer)的相對(duì)凹陷情形。一般而言，凹陷程度的數(shù)值為越小越好，最佳是凹陷程度為0/min。
(3)晶圓表面的金屬殘留情形由肉眼觀測(cè)而得。
依據(jù)下表1，在室溫下將2.00wt％的研磨料、0.05wt％的腐蝕抑制劑、0.4wt％的己二酸、0.2wt％的表面活性劑、金屬殘留抑制劑以及選擇性添加甲酸(含量如表1所示)予以混合，再加入適量水性介質(zhì)直至總重量為100wt％，以分別制得一混合物。接著依據(jù)氧化劑∶混合物＝1∶11的比例，將該混合物及該氧化劑予以混合，并測(cè)試pH值是否介于3至4之間，如未在此pH范圍內(nèi)，則再利用鹽酸或氨水，將pH值調(diào)整為3～4，最后分別獲得實(shí)施例1～9的化學(xué)機(jī)械研磨組合物。
將實(shí)施例1～9的化學(xué)機(jī)械研磨組合物分別依據(jù)上述的測(cè)試及分析步驟進(jìn)行測(cè)試，所獲得的結(jié)果分別整理于下表1中。
在這些比較例中，除了未添加該金屬殘留抑制劑并選擇性地添加業(yè)界常用的其他二酸類化合物(如戊二酸)或其他酸(如甲酸)之外，利用與實(shí)施例1相同種類與含量的研磨料、腐蝕抑制劑與己二酸及制備方式來制備化學(xué)機(jī)械研磨組合物，且各比較例中表面活性劑含量、二酸類化合物與其他酸種類及其含量的變化是如表1所示。
將比較例1～4的化學(xué)機(jī)械研磨組合物分別依據(jù)上述的測(cè)試及分析步驟進(jìn)行測(cè)試，所獲得的結(jié)果也分別整理于下表1中。
表1

a.“-”表示未添加。
1.金屬殘留抑制劑的影響將表1的實(shí)施例1～9分別與比較例1～4進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)比較例1～4皆有金屬殘留情形，而由實(shí)施例1～9的結(jié)果來看，當(dāng)使用該金屬抑制劑時(shí)，可讓晶圓表面無金屬殘留情形，且凹陷程度也在700以下，以及維持高于4800/min的研磨速率，顯見運(yùn)用金屬殘留抑制劑，確實(shí)可有效地抑制金屬殘留情形。
此外，由實(shí)施例1及實(shí)施例2的結(jié)果來看，當(dāng)增加式(I)化合物的含量時(shí)，可有效提升研磨速率且晶圓表面無金屬殘留的情形。而由實(shí)施例3及4的結(jié)果來看，當(dāng)金屬抑制劑為式(I)化合物與次甲基丁二酸的組合時(shí)，也可提升研磨速率且晶圓表面無金屬殘留情形，同樣地，在實(shí)施例6及7中也有相同結(jié)果。如此證明，該金屬抑制劑可依需要選擇上述式(I)至(V)的化合物或這些化合物的組合，而同時(shí)達(dá)到提升研磨速率且讓晶圓表面無金屬殘留情形的目的。
2.甲酸的影響將表1的實(shí)施例9與實(shí)施例1進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加甲酸時(shí)，可有效地提升研磨速率，且可降低凹陷程度，顯見添加甲酸更可獲得不錯(cuò)的研磨速率及較低的凹陷程度。
由以上的結(jié)果可證明本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物確實(shí)可在較高的研磨速率下，同時(shí)降低凹陷程度及金屬殘留情形。
歸納上述，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物由于包含一金屬殘留抑制劑，可有效地降低晶圓表面的金屬殘留情形，再加上研磨料、表面活性劑、二酸類化合物及腐蝕抑制劑的配合使用，更可讓凹陷程度及研磨速率維持在業(yè)界可接受的較佳范圍。此外，當(dāng)添加甲酸于該化學(xué)機(jī)械研磨組合物時(shí)，將可讓研磨速率進(jìn)一步提升，同時(shí)讓凹陷程度下降。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，其pH值范圍是介于2至5之間且包含一具有下列組分的混合物一水性介質(zhì)、一研磨料、一腐蝕抑制劑、一表面活性劑、二酸類化合物及一金屬殘留抑制劑，該金屬殘留抑制劑是選自于由下列化學(xué)式所示的化合物所構(gòu)成的群組 及這些化合物的一組合，在該式(II)～(V)中，R1、R2、R3及R4分別選自于由下列所構(gòu)成的群組氫、C1～C6烷基、C2～C6烯基及C2～C6次烯基，以及R5、R6、R7及R8、R9及R10分別選自于氫或C1～C6烷基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，以該混合物的總重為100wt％計(jì)算，該研磨料的含量為0.10～25.00wt％，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～1.00wt％，該表面活性劑的含量為0.01～1.00wt％，該二酸類化合物的含量為0.01～1.00wt％，該金屬殘留抑制劑的含量為0.01～1.00wt％，以及其余含量為水性介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該研磨料的含量為0.50～10.00wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該研磨料的含量為0.50～5.00wt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～0.50wt％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～0.20wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該表面活性劑的含量為0.01～0.50wt％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該表面活性劑的含量為0.10～0.30wt％。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該二酸類化合物的含量為0.05～1.00wt％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該二酸類化合物的含量為0.10～1.00wt％。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該金屬殘留抑制劑是選自于由下列化學(xué)式所示的化合物所構(gòu)成的群組該式(I)、該式(II)、該式(III)及該式(IV)時(shí)，該金屬殘留抑制劑的含量為0.01～0.50wt％。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該金屬殘留抑制劑的含量為0.01～0.30wt％。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該金屬殘留抑制劑是由該式(V)所示的化合物，且其含量為0.05～1.00wt％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該金屬殘留抑制劑的含量為0.05～0.50wt％。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(II)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組2，2-二甲基丁二酸、2-乙基-2-甲基丁二酸、2，3-二甲基丁二酸及次甲基丁二酸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(II)所示的化合物為次甲基丁二酸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(III)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組順丁烯二酸、2-甲基-順丁烯二酸、反丁烯二酸及2-甲基-反丁烯二酸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(III)所示的化合物為順丁烯二酸或反丁烯二酸。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(IV)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組2-羥基乙酸、2-甲基-2-羥基乙酸、2-乙基-2-羥基乙酸、2，2-二乙基-2-羥基乙酸及2-乙基-2-甲基-2-羥基乙酸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(IV)所示的化合物為2-羥基乙酸。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(V)所示的化合物是選自于由下列所構(gòu)成的群組丙烯酸、2-甲基丙烯酸、2-乙基丙烯酸、3-甲基丙烯酸、3-乙基丙烯酸及2，3-二甲基丙烯酸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該式(V)所示的化合物為丙烯酸。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該研磨料是選自于由下列物質(zhì)所構(gòu)成的群組氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、碳化硅、氧化鈦、氮化硅及這些化合物的一組合。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該腐蝕抑制劑是選自于由下列所構(gòu)成的群組苯并三唑、三聚氰酸、1，2，3-三唑、3-胺基-1，2，4-三唑、3-硝基-1，2，4-三唑、4-胺基-3-肼基-1，2，4-三唑基-5-硫醇、苯并三唑-5-羧酸、3-胺基-1，2，4-三唑-5-羧酸、1-羥基苯并三唑、硝基苯并三唑以及這些化合物的一組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該表面活性劑為陰離子型或非離子型活性劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該二酸類化合物是選自于由下列所構(gòu)成群組丁二酸、己二酸、戊二酸及這些化合物的一組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該化學(xué)機(jī)械研磨組合物還包含一氧化劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該氧化劑與該混合物的含量比例為1∶9～1∶30。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該氧化劑是選自于由下列所構(gòu)成的群組過氧化氫、硝酸鐵、碘酸鉀、過乙酸及高錳酸鉀。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該化學(xué)機(jī)械研磨組合物的pH值范圍為3～4。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，該混合物更具有甲酸。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其特征在于，以該混合物的總重為100wt％計(jì)算，該研磨料的含量為0.10～25.00wt％，該腐蝕抑制劑的含量為0.01～1.00wt％，該表面活性劑的含量為0.01～1.00wt％，該二酸類化合物的含量為0.01～1.00wt％，該金屬殘留抑制劑的含量為0.01～1.00wt％，該甲酸的含量為0.01～1.00wt％以及其余含量為水性介質(zhì)。
全文摘要
一種化學(xué)機(jī)械研磨組合物，其pH范圍是介于2至5之間且包含一具有下列組分的混合物一水性介質(zhì)、一研磨料、一腐蝕抑制劑、一表面活性劑、二酸類化合物及一金屬殘留抑制劑，該金屬殘留抑制劑是選自于由下列化學(xué)式所示的化合物所構(gòu)成的群組該式(I)、該式(II)、該式(III)、該式(IV)、該式(V)及這些化合物的組合，其中，該式(II)～(V)的結(jié)構(gòu)及各個(gè)取代基的定義是如說明書及權(quán)利要求書所界定。將本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨組合物用于研磨半導(dǎo)體晶圓表面時(shí)，可獲得不錯(cuò)的金屬研磨速率、有效降低金屬凹陷以及降低該晶圓表面的金屬殘留。
文檔編號(hào)H01L21/304GK101058710SQ200610066640
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者侯惠芳, 劉文政, 陳寶丞, 陳彥良, 陳瑞清 申請(qǐng)人:長(zhǎng)興開發(fā)科技股份有限公司