CN104371649B - 一种化学机械研磨组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械研磨组合物，其包括研磨粒、氧化剂、腐蚀抑制剂和水；其中，所述研磨粒为涂布金属化合物之研磨粒。本发明具有快速的钨金属移除速度、并且有效的控制插孔凹陷，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于晶体材料化学机械研磨技术领域，具体涉及一种化学机械研磨组合物。
背景技术
随着半导体技术的不断演进，在超大规模集成电路制程中，晶圆表面全局平坦化技术变的十分重要，而化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术为目前公认最普遍及有效的平坦化方法。现有技术中涉及钨基板的化学机械研磨，常用研磨液多以添加金属盐类为催化剂，以双氧水为氧化剂，缺点为容易有金属残留于晶圆表面，且钨侵蚀速率过快，造成插孔凹陷过大缺陷。
发明内容
本发明克服现有技术中存在的上述问题，提出了一种新的化学机械研磨组合物，其具有钨金属移除速度快速、有效控制插孔凹陷等优点。
本发明提出的一种化学机械研磨组合物，其包括：涂布金属化合物之研磨粒，氧化剂，腐蚀抑制剂和水。其中，所述涂布金属化合物为铁化合物、铜化合物或银化合物。
其中，所述涂布金属化合物之研磨粒是由研磨粒与金属盐通过离子交换树脂而形成的，其制备程序如下：首先将研磨粒与金属盐溶液混合，然后将离子交换树脂以选定之无机酸再生，最后将研磨粒溶液通过再生之离子交换树脂，即可获得涂布金属化合物之研磨粒。所述研磨粒包括气相二氧化硅(Fumed silica)、二氧化硅熔胶(Colloidal silica)、气相氧化铝(Fumed aluminum oxide)或其任意组合。所述金属盐包括金属硝酸盐、金属硫酸盐或金属有机酸盐；其中，所述金属为铁、铜或银。所述离子交换树脂包括强碱阴离子交换树脂，该阴离子交换树脂具有季铵型交换基(Quaternary ammonium type of exchangegroup)。所述用以再生之无机酸包括盐酸、硫酸或硝酸。一个具体实施方案中，将二氧化硅熔胶与硫酸铁溶液混合，通过以硝酸再生过的强碱阴离子交换树脂，可获得涂布硝酸铁之二氧化硅熔胶。
本发明化学机械研磨组合物中，所述氧化剂为过氧化氢。
本发明化学机械研磨组合物中，所述腐蚀抑制剂为胺-N-氧化物。优选地，所述腐蚀抑制剂为吡啶-N-氧化物、吗啉-N-氧化物、喹啉-N-氧化物、吡嗪-N-氧化物、嘧啶-N-氧化物、哒嗪-N-氧化物、或吡咯啉-N-氧化物中的一种或多种。
本发明化学机械研磨组合物中，所述涂布金属化合物之研磨粒含量为所述研磨组合物的0.1％-5％重量百分比，其中金属离子含量为所述研磨组合物的10ppm-500ppm重量百分比。所述氧化剂含量为所述研磨组合物的1％-10％重量百分比。所述腐蚀抑制剂含量为所述研磨组合物的10ppm-5000ppm重量百分比。水的含量为所述化学机械研磨组合物中除涂布金属化合物之研磨粒、氧化剂、腐蚀抑制剂等组分之外的余量。
优选地，所述涂布金属化合物之研磨粒的含量为所述研磨组合物的0.5-3％重量百分比。优选地，所述氧化剂含量为所述研磨组合物的2-5％重量百分比。优选地，所述腐蚀抑制剂含量为100-1000ppm重量百分比。
本发明化学机械研磨组合物的pH值为2-6。
本发明化学机械研磨组合物具有快速移除钨金属、有效控制插孔凹陷等有益效果。
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
本发明化学机械研磨组合物包括涂布金属化合物之研磨粒、氧化剂、腐蚀抑制剂和水。
其中，所述涂布金属化合物之研磨粒由研磨粒与金属盐通过离子交换树脂而形成；其中，所述金属化合物为铁化合物、铜化合物或银化合物。其中，所述涂布金属化合物之研磨粒为气相二氧化硅、二氧化硅熔胶、气相氧化铝或其任意组合。
其中，所述氧化剂为过氧化氢。
其中，所述腐蚀抑制剂为胺-N-氧化物，选自吡啶-N-氧化物、吗啉-N-氧化物、喹啉-N-氧化物、吡嗪-N-氧化物、嘧啶-N-氧化物、哒嗪-N-氧化物、或吡咯啉-N-氧化物中的一种或多种。
本发明化学机械研磨组合物中，所述涂布金属化合物之研磨粒的含量为0.1％-5％重量百分比，优选地，为0.5-3％重量百分比。所述氧化剂的含量为1％-10％重量百分比，优选地，为2-5％重量百分比。所述腐蚀抑制剂的含量为10ppm-5000ppm重量百分比，优选地，为100-1000ppm重量百分比；余量为水。
其中，化学机械研磨组合物的pH值为2-6。
以下各实施例及对比例中本发明研磨组合物的各组分及含量、pH、钨移除速度、钨插孔凹陷等均记载在以下表1中。实施例中，涂布金属化合物之研磨粒为涂布硝酸铁之二氧化硅研磨粒；是将重量百分比为40％的二氧化硅溶液与硫酸铁混合搅拌均匀，通过以硝酸再生的阴离子交换树脂(Dowex SBR-OH form)，从而制备获得涂布硝酸铁之二氧化硅研磨粒。
化学机械研磨机台及研磨条件为：化学机械研磨机台型号：8英时Mirra(AMAT)；研磨头下压力(down force)：4psi；平台转速/研磨头转速(platen/head speed)：90/90rpm；研磨液流量：175ml/min。
表1
由实施例1、2与对比例1、2可见，涂布金属化合物之二氧化硅可有效大幅提高钨移除速度。比较实施例1、2与对比例2可见，腐蚀抑制剂可有效降低钨插孔凹陷。而对比例2虽然具高钨移除速度，但钨插孔凹陷过大，无法适用。
Claims (3)
1.一种化学机械研磨组合物，其特征在于，所述研磨组合物包括：涂布金属化合物之研磨粒、氧化剂、腐蚀抑制剂和水；其中，所述腐蚀抑制剂为胺-N-氧化物，选自吡啶-N-氧化物、吗啉-N-氧化物、喹啉-N-氧化物、吡嗪-N-氧化物、嘧啶-N-氧化物、哒嗪-N-氧化物、或吡咯啉-N-氧化物中的一种或多种；所述研磨粒为气相二氧化硅、二氧化硅溶胶、气相氧化铝或其任意组合；所述氧化剂为过氧化氢；所述研磨组合物的pH值为2-6；所述涂布金属化合物之研磨粒含量为0.1％-5％重量百分比，所述氧化剂含量为1％-10％重量百分比，所述腐蚀抑制含量为10ppm-5000ppm重量百分比，余量为水。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，所述涂布金属化合物之研磨粒含量为0.5-3％重量百分比；所述氧化剂含量为2-5％重量百分比；所述腐蚀抑制剂含量为100-1000ppm重量百分比；余量为水。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，所述涂布金属化合物之研磨粒由研磨粒与金属盐通过离子交换树脂而形成；其中，所述金属化合物为铁化合物、铜化合物或银化合物。
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