TW201833262A - 針對鎢的化學機械拋光方法 - Google Patents
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Abstract
揭示一種化學機械拋光含鎢基板以降低腐蝕速率並抑制鎢凹陷及下層電介質侵蝕之方法。所述方法包括提供基板；提供含有以下各者作為初始組分之拋光組合物：水、氧化劑、二羥基雙硫化物、二羧酸、鐵離子源、膠態二氧化矽研磨劑以及視情況存在之pH調節劑；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之界面處建立動態接觸；以及將所述拋光組合物分配至所述拋光墊與所述基板之間之所述界面處或附近的拋光表面上；其中自所述基板拋光掉一些鎢（W），降低腐蝕速率，抑制鎢（W）凹陷以及鎢（W）下層的電介質侵蝕。
Description
本發明針對化學機械拋光鎢以抑制鎢凹陷以及抑制下層電介質侵蝕並降低腐蝕速率的領域。更具體而言，本發明針對如下化學機械拋光鎢以抑制鎢凹陷以及抑制下層電介質侵蝕並降低腐蝕速率的方法：提供含鎢基板；提供含有以下各者作為初始組分的拋光組合物：水、氧化劑、二羥基雙硫化物、二羧酸、鐵離子源、膠態二氧化矽研磨劑以及視情況存在之pH調節劑；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將拋光組合物分配至拋光墊與基板之間之界面處或附近的拋光表面上，其中自基板拋光掉一些鎢。
製造積體電路及其他電子裝置時，在半導體晶圓的表面上沈積或自其移除多個導電、半導電及介電材料層。導電、半導電及介電材料薄層可以藉由多種沈積技術沈積。現代處理中的常見沈積技術包括物理氣相沈積（physical vapor deposition，PVD）（亦稱為濺鍍）、化學氣相沈積（chemical vapor deposition，CVD）、電漿增強化學氣相沈積（plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD）以及電化學鍍敷（electrochemical plating，ECP）。
隨著材料層依序沈積及移除，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要表面形貌及表面缺陷，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（chemical mechanical polishing，CMP）為一種用於平坦化基板（如半導體晶圓）的常見技術。在常規CMP中，晶圓安裝在載具組件上並且與CMP設備中的拋光墊接觸安置。載具組件向晶圓提供可控壓力，將其抵靠拋光墊按壓。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並且使其平坦。
電子行業中的基板具有高整合度，其中半導體基底包括多層互連結構。層及結構包括多種材料，如單晶矽、多晶矽、原矽酸四乙酯、二氧化矽、氮化矽、鎢、鈦、氮化鈦以及各種其他導電、半導電及介電材料。因為這些基板需要包括CMP的各種處理步驟以形成最終多層互連結構，所以常常高度需要利用取決於預期應用而對特定材料具有選擇性的拋光組合物及方法。不幸地，這類拋光組合物會造成導電材料的過度凹陷，此可導致介電材料的侵蝕。可能由這類凹陷及侵蝕引起的表面形狀缺陷會進一步導致其他材料自基板表面（如安置在導電材料或介電材料下方的阻擋層材料）非均勻移除並產生具有低於所需質量的基板表面，這會不利地影響積體電路的效能。
化學機械拋光已變為用於在積體電路設計中的鎢互連及接觸插頭形成期間拋光鎢之較佳方法。鎢經常用於接觸/通孔插頭之積體電路設計中。通常，接觸孔或通孔經由基板上之介電層形成以暴露下層組件的區域，例如第一級金屬化或互連。不幸地，用於拋光鎢的許多CMP漿料造成凹陷問題。凹陷的嚴重程度會變化，但其通常嚴重到足以造成下層介電材料（如TEOS）的侵蝕。
與拋光金屬（如鎢）相關的另一問題為腐蝕。金屬腐蝕為CMP的常見副作用。在CMP過程期間，除CMP的影響以外，保留在基板表面上的金屬拋光漿料繼續腐蝕基板。有時需要腐蝕；然而，在大多數半導體製程中，欲降低或抑制腐蝕。腐蝕還可促進表面缺陷，如點蝕及穿孔。這些表面缺陷顯著影響半導體器件的最終特性並妨礙其效用。因此，需要用於鎢的CMP拋光方法及組合物，其抑制鎢凹陷及下層介電材料（如TEOS）的侵蝕以及降低腐蝕速率。
本發明提供一種化學機械拋光鎢的方法，其包含：提供包含鎢及電介質的基板；提供包含以下各者作為初始組分的化學機械拋光組合物：水；氧化劑；二羥基雙硫化物；膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵（III）離子源；以及視情況存在之pH調節劑；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近之化學機械拋光墊的拋光表面上；其中自基板拋光掉一些鎢。
本發明提供一種拋光鎢的化學機械方法，其包含：提供包含鎢及電介質的基板；提供包含以下各者作為初始組分的化學機械拋光組合物：水、氧化劑、二羥基雙硫化物、具有負ζ電位之膠態二氧化矽研磨劑、二羧酸或其鹽、鐵（III）離子源以及視情況存在之pH調節劑；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近之化學機械拋光墊的拋光表面上；其中自基板拋光掉一些鎢；其中所提供的化學機械拋光組合物在200 mm拋光機上、在80轉/分鐘的壓板速度、81轉/分鐘的支架速度、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下具有≥1,000 Å/min的鎢移除速率；並且，其中化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬的非織物子墊。
本發明提供一種拋光鎢的化學機械方法，其包含：提供包含鎢及電介質的基板；提供包含以下各者作為初始組分的化學機械拋光組合物：水、氧化劑、量為至少50 ppm的二羥基雙硫化物、具有負ζ電位的膠態二氧化矽研磨劑、丙二酸或其鹽、鐵（III）離子源以及視情況存在之pH調節劑；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近之化學機械拋光墊的拋光表面上；其中自基板拋光掉一些鎢；其中所提供的化學機械拋光組合物在200 mm拋光機上、在80轉/分鐘的壓板速度、81轉/分鐘的支架速度、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下具有≥ 1,000 Å/min的鎢移除速率；其中化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬的非織物子墊。
本發明提供一種化學機械拋光鎢的方法，其包含：提供包含鎢及電介質的基板；提供包含以下各者作為初始組分的化學機械拋光組合物：水；0.01至10 wt%氧化劑，其中氧化劑為過氧化氫；50 ppm至1000 ppm二羥基雙硫化物；0.01至10 wt%具有負ζ電位的膠態二氧化矽研磨劑；100至1,400 ppm丙二酸或其鹽；100至1,000 ppm鐵（III）離子源，其中鐵（III）離子為九水合硝酸鐵；以及視情況存在之pH調節劑；其中化學機械拋光組合物的pH值為1到7；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近之化學機械拋光墊的拋光表面上；其中自基板拋光掉一些鎢。
本發明提供一種化學機械拋光鎢的方法，其包含：提供包含鎢及電介質的基板；提供包含以下各者作為初始組分的化學機械拋光組合物：水；1至3 wt%氧化劑，其中氧化劑為過氧化氫；50至300 ppm二羥基雙硫化物；0.2至5 wt%具有負表面電荷的膠態二氧化矽研磨劑；120至1,350 ppm丙二酸；250至400 ppm鐵（III）離子源，其中鐵（III）離子源為九水合硝酸鐵；以及視情況存在之pH調節劑；其中化學機械拋光組合物的pH值為2到2.5；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近之化學機械拋光墊的拋光表面上；其中自基板拋光掉一些鎢。
本發明的前述方法使用包含二羥基雙硫化物的化學機械拋光組合物，所述方法拋光鎢並抑制鎢凹陷以及抑制下層電介質的侵蝕。所述方法還降低腐蝕速率。
如本說明書通篇所使用，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=克；L=公升；mL=毫升；μ=μm=微米；kPa=千帕；Å=埃；mV=毫伏；DI=去離子；ppm=百萬分率=mg/L；mm=毫米；cm=厘米；min=分鐘；rpm=轉/分鐘；lbs=磅；kg=千克；W=鎢；S=硫原子；HO=羥基；ICP-OES=電感耦合電漿發射光譜儀；wt%=重量%；PS=拋光漿料；CS=對照漿料；以及RR=移除速率。
術語「化學機械拋光」或「CMP」係指單獨借助於化學及機械力拋光基板並且區別於將電偏壓施加到基板的電化學-機械拋光（electrochemical-mechanical polishing，ECMP）的製程。術語「TEOS」意謂由原矽酸四乙酯（Si(OC2
H5
)4
）形成的二氧化矽。術語「伸烷基」意謂視為藉由打開雙鍵衍生自烯烴（如乙烯：-CH2
-CH2
-），或藉由自不同碳原子移除兩個氫原子衍生自烷烴的二價飽及脂族基或部分。術語「亞甲基」意謂具有式：-CH2
-的亞甲基橋或甲烷二基，其中碳原子與兩個氫原子結合並且藉由單鍵與分子其餘部分中的兩個其他相異原子連接。術語「烷基」意謂具有通式：Cn
H2n+1
的有機基團，其中「n」為整數並且「基」末端意謂藉由移除氫形成的烷烴片段。術語「部分」意謂分子的部分或官能團。術語「一個（種）（a及an）」係指單數與複數。除非另外指出，否則所有百分比均按重量計。所有數值範圍均具有包括性並可以任何順序組合，除了符合邏輯的是這類數值範圍被限制為合計100%。
本發明的拋光基板之方法使用含有以下各者的化學機械拋光組合物：氧化劑；二羥基雙硫化物；膠態二氧化矽研磨劑；二羧酸或其鹽；鐵（III）離子源；水；以及視情況存在之pH調節劑，從而為在抑制鎢凹陷、下層介電材料侵蝕並降低腐蝕速率的同時將鎢自基板表面移除做好準備。
較佳地，本發明的二羥基雙硫化物化合物具有以下通式： HO-R1
-S-R3
-S-R2
-OH（I） 其中R1
及R2
獨立地選自亞甲基及具有2到4個碳原子的伸烷基，其中伸烷基可為經取代或未經取代的並且取代基為具有1到16個碳原子的直鏈或分支鏈烷基；並且R3
為具有2到20個碳原子的亞甲基或伸烷基。較佳地，R1
及R2
獨立地選自亞甲基及具有2到3個碳原子的經取代或未經取代的伸烷基，其中取代基具有1到2個碳原子，如甲基或乙基。較佳地，取代基為甲基。較佳地，R3
為亞甲基或具有2到6個碳原子的伸烷基。更佳地，R3
為亞甲基或具有2到5個碳原子的伸烷基。甚至更佳地，R3
為亞甲基或具有2到4個碳原子的伸烷基。最佳地，R1
及R2
獨立地選自亞甲基及具有2個碳原子的經取代或未經取代之伸烷基，其中當取代基存在時，取代基較佳為甲基，並且R3
為亞甲基或具有2到3個碳原子的伸烷基。尤其最佳地，R1
及R2
在二羥基雙硫化物化合物中具有相同數目的碳原子。
具有式（I）的二羥基雙硫化物的實例為2,4-二硫雜-1,5-戊二醇、2,5-二硫雜-1,6-己二醇、2,6-二硫雜-1,7-庚二醇、2,7-二硫雜-1,8-辛二醇、2,8-二硫雜-1,9-壬二醇、2,9-二硫雜-1,10-癸二醇、2,11-二硫雜-1,12-十二烷二醇、5,8-二硫雜-1,12-十二烷二醇、2,15-二硫雜-1,16-十六烷二醇、2,21-二硫雜-1,22-二十二烷二醇、3,5-二硫雜-1,7-庚二醇、3,6-二硫雜-1,8-辛二醇、3,8-二硫雜-1,10-癸二醇、3,10-二硫雜-1,8-十二烷二醇、3,13-二硫雜-1,15-十五烷二醇、3,18-二硫雜-1,20-二十烷二醇、4,6-二硫雜-1,9-壬二醇、4,7-二硫雜-1,10-癸二醇、4,11-二硫雜-1,14-十四烷二醇、4,15-二硫雜-1,18-十八烷二醇、4,19-二硫雜-1,22-二十二烷二醇、5,7-二硫雜-1,11-十一烷二醇、5,9-二硫雜-1,13-十三烷二醇、5,13-二硫雜-1,17-十七烷二醇、5,17-二硫雜-1,21-二十一烷二醇及1,8-二甲基-3,6-二硫雜-1,8-辛二醇。
較佳二羥基雙硫化物化合物的實例為2,4-二硫雜-1,5-戊二醇、2,5-二硫雜-1,6-己二醇、2,6-二硫雜-1,7-庚二醇、2,7-二硫雜-1,8-辛二醇、3,6-二硫雜-1,8-辛二醇、1,8-二甲基-3,6-二硫雜-1,8-辛二醇、2,8-二硫雜-1,9-壬二醇、4,6-二硫雜-1,9-壬二醇、2,9-二硫雜-1,10-癸二醇、3,8-二硫雜-1,10-癸二醇、3,5-二硫雜-1,7-庚二醇及4,7-二硫雜-1,10-癸二醇。
最佳二羥基雙硫化物化合物的實例為2,4-二硫雜-1,5-戊二醇、2,5-二硫雜-1,6-己二醇、2,6-二硫雜-1,7-庚二醇、3,6-二硫雜-1,8-辛二醇及1,8-二甲基-3,6-二硫雜-1,8-辛二醇。尤其較佳的二羥基雙硫化物為3,6-二硫雜-1,8-辛二醇。
二羥基雙硫化物化合物可以藉由文獻中已知的方法製備，如U.S. 5,162,585中所描述。許多二羥基雙硫化物化合物可以如自SIGMA-ALDRICH®市售獲得。
較佳地，本發明的化學機械拋光組合物不含具有氮部分或雜環結構的腐蝕抑制劑。
較佳地，本發明的拋光基板之方法包含：提供基板，其中基板包含鎢及電介質；提供化學機械拋光組合物，其包含以下作為初始組分，較佳地由以下組成：水；較佳地呈至少0.01 wt%至10 wt%之量、更佳呈0.1 wt%至5 wt%、仍更佳1 wt%至3 wt%之量的氧化劑；呈至少50 ppm、較佳50 ppm至1000 ppm、更佳50 ppm至500 ppm、甚至更佳50 ppm至300 ppm、仍更佳150 ppm至275 ppm、最佳200 ppm至265 ppm並且尤其最佳地在230 ppm至260 ppm範圍（例如235-255 ppm，或如245-255 ppm）之量的二羥基雙硫化物；較佳呈0.01 wt%至10 wt%、更佳0.05 wt%至7.5 wt%、甚至更佳0.1 wt%至5 wt%、仍更佳0.2 wt%至5 wt%、最佳0.2至2 wt%之量的膠態二氧化矽研磨劑；較佳呈100 ppm至1400 ppm、更佳120 ppm至1350 ppm之量的二羧酸、其鹽或其混合物；鐵（III）離子源，較佳地其中鐵（III）離子源為九水合硝酸鐵；以及視情況存在之pH調節劑；較佳地，其中化學機械拋光組合物的pH值為1至7；更佳1.5至4.5；仍更佳1.5至3.5；仍甚至更佳2至3；最佳2至2.5；提供具有拋光表面的化學機械拋光墊；在化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸；以及將化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近之化學機械拋光墊的拋光表面上；其中將至少一些鎢拋光遠離基板。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，基板包含鎢及電介質。更佳地，所提供的基板為包含鎢及電介質的半導體基板。最佳地，所提供的基板為半導體基板，其包含在電介質（如TEOS）中形成的空穴及溝槽中的至少一種內所沈積的鎢。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物中所含有的作為初始組分的水為去離子水及蒸餾水中的至少一種以限制附帶雜質。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所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的群組：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。最佳地，氧化劑為過氧化氫。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有0.01至10 wt%、更佳0.1至5 wt%；最佳1至3 wt%氧化劑作為初始組分。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子源作為初始組分。更佳地，在本發明的方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子源作為初始組分，其中鐵（III）離子源選自組成鐵（III）鹽的群組。最佳地，在本發明的方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子源作為初始組分，其中鐵（III）離子源為九水合硝酸鐵（Fe(NO3
)3
·9H2
O）。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有足以將1至200 ppm、較佳5至150 ppm、更佳7.5至125 ppm、最佳10至100 ppm鐵（III）離子引入化學機械拋光組合物中的鐵（III）離子源作為初始組分。在尤其較佳的化學機械拋光組合物中，以足以將10至150 ppm引入化學機械拋光組合物中的量包括鐵（III）離子源。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有鐵（III）離子源作為初始組分。更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有100至1,000 ppm、較佳150至750 ppm、更佳200至500 ppm並且最佳250至400 ppm鐵（III）離子源作為初始組分。最佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有100至1,000 ppm、較佳150至750 ppm、更佳200至500 ppm、最佳250至400 ppm鐵（III）離子源作為初始組分，其中鐵（III）離子源為九水合硝酸鐵（Fe(NO3
)3
·9H2
O）。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有二羥基雙硫化物作為初始組分。較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有至少50 ppm、較佳50 ppm至1000 ppm、更佳50 ppm至500 ppm、甚至更佳50 ppm至300 ppm二羥基雙硫化物，仍更佳150 ppm至275 ppm、最佳200 ppm至265 ppm及尤其最佳在230 ppm至260 ppm範圍的二羥基雙硫化物作為初始組分。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有具有正或負ζ電位的膠態二氧化矽研磨劑。更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有具有永久性負ζ電位的膠態二氧化矽研磨劑，其中化學機械拋光組合物的pH值為1至7、較佳1.5至4.5；更佳1.5至3.5；仍更佳2至3、最佳2至2.5。仍更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有具有永久性負ζ電位的膠態二氧化矽研磨劑，其中化學機械拋光組合物的pH值為1至7、較佳1.5至4.5；更佳1.5至3.5；仍更佳2至3、最佳2至2.5，如-0.1 mV至-20 mV的ζ電位所指示。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所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，其中膠態二氧化矽研磨劑的平均粒度≤100 nm，較佳為5至100 nm；更佳為10至60 nm；最佳為20至60 nm，如藉由動態光散射技術所測量。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有0.01至10 wt%、較佳0.05至7.5 wt%、更佳0.1至5 wt%、仍更佳0.2至5 wt%、最佳0.2至2 wt%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。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有二羧酸作為初始組分，其中二羧酸包括但不限於丙二酸、草酸、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，在本發明的拋光基板之方法中，所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的群組：丙二酸、草酸、丁二酸、酒石酸、其鹽及其混合物。仍更佳地，所提供的化學機械拋光組合物含有二羧酸作為初始組分，其中二羧酸選自由丙二酸、草酸、丁二酸、其鹽及其混合物組成的群組。最佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所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，在本發明的拋光基板之方法中，所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、仍更佳130至1,100 ppm二羧酸作為初始組分，其中二羧酸包括但不限於丙二酸、草酸、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，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有1至2,600 ppm丙二酸、其鹽或其混合物作為初始組分。最佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物含有100至1,400 ppm、更佳120至1,350 ppm、仍更佳130至1,350 ppm二羧酸、丙二酸或其鹽作為初始組分。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物的pH值為1到7。更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物的pH值為1.5到4.5。仍更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物的pH值為1.5至3.5。仍甚至更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物的pH值為2至3。最佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光組合物的pH值為2至2.5。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所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調節劑組成的群組。較佳地，pH調節劑選自由無機酸及無機鹼組成的群組。更佳地，pH調節劑選自由硝酸及氫氧化鉀組成的群組。最佳地，pH調節劑為氫氧化鉀。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光墊可以利用本領域中已知的任何合適拋光墊。本領域熟悉此項技術者知曉選擇用於本發明方法的適當化學機械拋光墊。更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光墊選自紡織及非織物拋光墊。仍更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光墊包含聚胺基甲酸酯拋光層。最佳地，在本發明的拋光基板之方法中，所提供的化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬之非織物子墊。較佳地，所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，在本發明的拋光基板之方法中，將所提供的化學機械拋光組合物分配至化學機械拋光墊與基板之間之界面處或附近的所提供的化學機械拋光墊的拋光表面上。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，在所提供的化學機械拋光墊與基板之間之界面處建立動態接觸，具有垂直於所拋光基板表面的0.69到34.5 kPa下壓力。
較佳地，在本發明的拋光基板之方法中，其中所提供的化學機械拋光組合物的鎢移除速率≥ 1,000 Å/min；較佳地≥ 1,500 Å/min；更佳地≥ 2,000 Å/min。更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，其中所提供的化學機械拋光組合物具有≥ 1,000 Å/min；較佳地≥ 1,500 Å/min；更佳地≥ 2,000 Å/min的鎢移除速率；並且具有＞
5的W/TEOS選擇性。仍更佳地，在本發明的拋光基板之方法中，其中以≥ 1,000 Å/min；較佳≥ 1,500 Å/min；更佳≥ 2,000 Å/min的移除速率；以及5到15的W/TEOS選擇性將鎢自基板移除。最佳地，在本發明的拋光基板之方法中，其中以≥ 1,000 Å/min；較佳≥ 1,500 Å/min；更佳≥ 2,000 Å/min的移除速率；以及5到10的W/TEOS選擇性，並且在200 mm拋光機80轉/分鐘的壓板速度、81轉/分鐘的支架速度、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下將鎢自基板移除；並且，其中化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬之非織物子墊。
如以下實例中所說明，本發明的二羥基雙硫化物CMP方法抑制鎢凹陷以及抑制下層TEOS侵蝕並且進一步抑制腐蝕速率。 實例1漿料配製 物
此實例的化學機械拋光組合物藉由合併呈表1中所列量的組分製備，其中其餘部分為DI水並且使用45 wt%氫氧化鉀將組合物的pH值調節至表1中所列的最終pH值。 表1 1
由安智電子材料公司（AZ Electronics Materials）製造的KLEBOSOL™ 1598-B25 (-) ζ電位研磨漿料，可購自陶氏化學公司（The Dow Chemical Company）；及2
可購自SIGMA-ALDRICH®的3,6-二硫雜-1,8-辛二醇。 實例2二羥基雙硫化物 CMP 漿料的 腐蝕速率效能
藉由將W空白晶圓（1 cm×4 cm）浸沒到15 g漿料樣品中進行腐蝕測試。在10 min之後將W晶圓自測試漿料中移出。隨後以9,000 rpm離心溶液20 min以移除漿料粒子。藉由ICP-OES分析上清液以測定按重量計的鎢量。假設蝕刻晶圓表面積為4 cm2
，依據W質量換算腐蝕速率（Å/min）。腐蝕測試結果列於表2中。 表2
腐蝕速率測試結果展示含有二羥基雙硫化物3,6-二硫雜-1,8-辛二醇的化學機械拋光漿料比對照漿料（CS）更有效地減少含W晶圓上的腐蝕。 實例3化學機械拋光 - 二羥基雙硫化物 CMP 漿料的 凹陷及侵蝕效能
對安裝在Applied Materials 200 mm MIRRA®拋光機上的200 mm空白晶圓進行拋光實驗。對200 mm空白15kÅ厚TEOS薄片晶圓加可購自Silicon Valley Microelectronics的W、Ti及TiN空白晶圓進行拋光移除速率實驗。除非另外規定，否則所有拋光實驗均使用與SP2310子墊配對的IC1010™聚胺基甲酸酯拋光墊（可購自Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.），在21.4 kPa（3.1 psi）的典型下壓力、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、80 rpm的工作台旋轉速度及81 rpm的支架旋轉速度下進行。Kinik PDA33A-3菱形墊調節器（可購自基尼卡公司（Kinik Company））用於修整拋光墊。將拋光墊***調節器，在80 rpm（壓板）/36 rpm（調節器）下，使用9.0 lbs（4.1 kg）下壓力調節15分鐘且使用7.0 lbs（3.2 kg）下壓力調節15分鐘。對拋光墊進一步進行非原位調節，隨後使用7 lbs（3.2 kg）的下壓力拋光24秒。藉由使用KLA-Tencor FX200計量工具測量拋光之前與之後的薄膜厚度來測定TEOS侵蝕深度。使用KLA-Tencor RS100C計量工具測定W移除及凹陷速率。如表3A及3B中所示，晶圓具有不同的標準線寬特徵。在此實例的表中，分子係指W並且分母係指TEOS。 表3A
表3B
總體而言，在漿料PS-2中包括二羥基雙硫化物3,6-二硫雜-1,8-辛二醇的漿料相比於不包括二羥基雙硫化物的漿料展示改善的效能。3,6-二硫雜-1,8-辛二醇漿料總體上展示W的凹陷減少並且TEOS的侵蝕減少。 實例4W 、 TEOS 移除速率及 W 、 TEOS 最大拋光溫度
使用相同設備及參數基本上按實例3中所描述進行W及TEOS移除速率的拋光實驗。晶圓得自Silicon Valley Microelectronics。結果列於表4中。 表4
本發明的化學機械拋光組合物展示高於2000 Å/min的良好W RR與良好W/TEOS選擇性。
無
無
Claims (8)
- 一種化學機械拋光鎢的方法，其包含： 提供包含鎢及電介質的基板； 提供包含以下各者作為初始組分的化學機械拋光組合物： 水； 氧化劑； 二羥基雙硫化物； 膠態二氧化矽研磨劑； 二羧酸； 鐵（III）離子源；以及 視情況存在之pH調節劑； 提供具有拋光表面的化學機械拋光墊； 在所述化學機械拋光墊與所述基板之間之界面處建立動態接觸；以及 將所述化學機械拋光組合物分配至所述化學機械拋光墊的所述拋光表面上以移除至少一些所述鎢，所述拋光表面位於所述化學機械拋光墊與所述基板之間之所述界面處或附近。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物在200 mm拋光機上、在80轉/分鐘的壓板速度、81轉/分鐘的支架速度、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下具有≥1,000 Å/min的鎢移除速率；並且其中所述化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬的非織物子墊。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物包含以下各者作為初始組分： 所述水； 0.01至10 wt%所述氧化劑，其中所述氧化劑為過氧化氫； 50至1000 ppm所述二羥基雙硫化物； 0.01至10 wt%所述膠態二氧化矽研磨劑； 1至2,600 ppm所述二羧酸； 100至1,000 ppm所述鐵（III）離子源，其中所述鐵（III）離子源為九水合硝酸鐵；及， 視情況存在之所述pH調節劑； 其中所述化學機械拋光組合物的pH值為1至7。
- 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物在200 mm拋光機上、在80轉/分鐘的壓板速度、81轉/分鐘的支架速度下、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下具有≥1,000 Å/min的鎢移除速率；並且其中所述化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬的非織物子墊。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物包含以下各者作為初始組分： 所述水； 0.1至5 wt%所述氧化劑，其中所述氧化劑為過氧化氫； 50至300 ppm所述二羥基雙硫化物； 0.05至7.5 wt%所述膠態二氧化矽研磨劑； 100至1,400 ppm所述二羧酸； 150至750 ppm所述鐵（III）離子源，其中所述鐵（III）離子源為硝酸鐵；以及， 視情況存在之所述pH調節劑； 其中所述化學機械拋光組合物的pH值為1.5至4.5。
- 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物在200 mm拋光機上、在80轉/分鐘的壓板速度、81轉/分鐘的支架速度、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下具有≥1,000 Å/min的鎢移除速率；並且其中所述化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬的非織物子墊。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物包含以下各者作為初始組分： 所述水； 0.1至3 wt%所述氧化劑，其中所述氧化劑為過氧化氫； 150至275 ppm所述羥基雙硫化物； 0.1至5 wt%所述膠態二氧化矽研磨劑； 120至1,350 ppm所述二羧酸，其中所述二羧酸為丙二酸； 200至500 ppm所述鐵（III）離子源，其中所述鐵（III）離子源為硝酸鐵；以及 視情況存在之所述pH調節劑； 其中所述化學機械拋光組合物的pH值為1.5至3.5。
- 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中所提供的所述化學機械拋光組合物在200 mm拋光機上、在80轉/分鐘的壓板速度為、81轉/分鐘的支架速度、125 mL/min的化學機械拋光組合物流量、21.4 kPa的標稱下壓力下具有≥1,000 Å/min的鎢移除速率；並且其中所述化學機械拋光墊包含含有空芯聚合物微粒子的聚胺基甲酸酯拋光層及經聚胺基甲酸酯浸漬的非織物子墊。
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