TW202214794A - 化學機械拋光漿料組成物及使用其拋光鎢圖案晶圓的方法 - Google Patents

化學機械拋光漿料組成物及使用其拋光鎢圖案晶圓的方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種用於拋光鎢圖案晶圓的化學機械拋光漿料組成物和使用其拋光鎢圖案晶圓的方法。化學機械拋光組成物包含溶劑和研磨劑。研磨劑包含用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽，且組成物具有4到7的pH。所述組成物可改進鎢圖案晶圓的拋光速率和平整度，同時抑制在拋光後產生刮痕缺陷。

Description

化學機械拋光漿料組成物及使用其拋光鎢圖案晶圓的方法
本發明涉及一種用於拋光鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物和使用其拋光鎢圖案晶圓的方法。更具體地，本發明涉及一種用於拋光鎢圖案晶圓的可改進鎢圖案晶圓的拋光速率和平整度，同時抑制在拋光後產生刮痕缺陷的CMP漿料組成物和使用其拋光鎢圖案晶圓的方法。 [相關申請的交叉引用]
本申請要求2020年10月14日在韓國智慧財產權局提交的韓國專利申請第10-2020-0133040號的權益，所述申請的全部公開內容以引用的方式併入本文中。
化學機械拋光（chemical mechanical polishing, CMP）組成物和拋光（或平坦化）基底的表面的方法在相關技術中為人所熟知。用於拋光半導體基底上的金屬層（例如鎢層）的拋光組成物可包含懸浮在水溶液中的研磨顆粒和例如氧化劑、催化劑等的化學促進劑。
使用CMP組成物拋光金屬層的製程包含：僅拋光金屬層；拋光金屬層和阻障層；以及拋光金屬層、阻障層以及氧化物層。在這些步驟當中，在拋光金屬層、阻障層以及氧化物層的步驟中，使用用於拋光鎢圖案晶圓的組成物並且可在以合適的拋光速率拋光金屬層和氧化物層的條件下獲得良好的拋光平整度。
本發明的一個方面是提供一種用於拋光鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物，所述CMP漿料組成物可改進鎢圖案晶圓的拋光速率和平整度，同時抑制在拋光後產生刮痕缺陷。
本發明的另一方面是提供一種使用CMP漿料組成物拋光鎢圖案晶圓的方法。
根據本發明的一個方面，提供一種用於拋光鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物。組成物可包含溶劑和研磨劑。研磨劑可包含用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽，且組成物可具有約4到約7的pH。
聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷可包含聚乙烯亞胺與式1化合物的反應產物、從反應產物衍生的陽離子或反應產物的鹽。
[式1]
Figure 02_image001
其中L選自取代或未取代的C 1到C 20伸烷基、取代或未取代的C 3到C 20伸環烷基、取代或未取代的C 6到C 20伸芳基或其組合；X選自F、Cl、Br、I、環氧基以及縮水甘油基氧基；且R 1到R 3各自獨立地選自氫、羥基、取代或未取代的C 1到C 20烷基、取代或未取代的C 3到C 20環烷基、取代或未取代的C 6到C 20芳基、取代或未取代的C 1到C 20烷氧基以及取代或未取代的C 6到C 20芳氧基，R 1到R 3中的至少一個選自羥基、取代或未取代的C 1到C 20烷氧基以及取代或未取代的C 6到C 20芳氧基。
在式1中，L可選自C 1到C 5伸烷基，X可選自Cl和縮水甘油基氧基，且R 1到R 3可各自獨立地選自羥基、C 1到C 5烷基以及C 1到C 5烷氧基，R 1到R 3中的至少一個選自羥基和C 1到C 5烷氧基。
式1化合物可選自氯丙基三甲氧基矽烷、氯丙基三乙氧基矽烷、縮水甘油基氧丙基三甲氧基矽烷以及縮水甘油基氧丙基三乙氧基矽烷。
如通過凝膠滲透色譜法（gel permeation chromatography, GPC）所測量，聚乙烯亞胺可具有約500克/莫耳到約1,000,000克/莫耳的重量平均分子量（weight average molecular weight, Mw）。
用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽可具有其表面上的正電荷、約10毫伏特到約60毫伏特的表面電位以及在約6到約10的pH下存在的等電點。
用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽可具有約10奈米到約200奈米的平均粒徑（D50）。
組成物可進一步包含選自氧化劑、催化劑以及有機酸當中的至少一種。
組成物可包含：約0.001重量%到約20重量%的研磨劑；約0.01重量%到約20重量%的氧化劑；約0.001重量%到約10重量%的催化劑；約0.001重量%到約20重量%的有機酸；以及餘量的溶劑。
提供一種拋光鎢圖案晶圓的方法。方法包含使用所述CMP漿料組成物拋光鎢圖案晶圓。
本發明提供一種用於拋光鎢圖案晶圓的可改進鎢圖案晶圓的拋光速率和平整度，同時抑制在拋光後產生刮痕缺陷的CMP漿料組成物和使用其拋光鎢圖案晶圓的方法。
在本文中，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一（a/an）」和「所述」意圖也包含複數形式。
此外，術語「包括（comprises）」、「包含（include）」和/或「具有（have）」在本說明書中使用時指定所陳述特徵、步驟、操作、元素和/或組分的存在，但不排除存在或添加一個或多個其它特徵、步驟、操作、元素、組分和/或群組。
在本文中，取代的C 1到C 20伸烷基、取代的C 3到C 20伸環烷基、取代的C 6到C 20伸芳基、取代的C 1到C 20烷基、取代的C 3到C 20環烷基、取代的C 6到C 20芳基、取代的C 1到C 20烷氧基以及取代的C 6到C 20芳氧基中的至少一個可選自C 1到C 20烷基、C 3到C 20環烷基以及C 6到C 20芳基。
此外，除非另外清楚地陳述，否則將與某一組分有關的數值解釋為包含組分解釋中的容差範圍。
如本文中為表示特定的數值範圍所使用的，表述「a到b」定義為「≥a且≤b」。
本發明人基於以下發現完成本發明：在用於拋光鎢圖案晶圓的包含溶劑和研磨劑的CMP漿料組成物中，當將用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的研磨顆粒用作研磨劑時，通過減少侵蝕，同時抑制在拋光鎢圖案晶圓後產生刮痕缺陷來改進鎢圖案晶圓的拋光速率和鎢圖案晶圓的拋光表面的平整度。此外，與現有技術中具有1到3的pH的強酸條件相比，本發明的發明人可在亞酸性pH條件下使用用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽作為研磨劑來實現鎢圖案晶圓的拋光速率和鎢圖案晶圓的拋光表面的平整度的改進。
根據本發明的一個方面，用於拋光鎢圖案晶圓的CMP漿料組成物（下文稱為「CMP漿料組成物」）可包含溶劑和研磨劑，其中研磨劑包含用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽，且組成物具有約4到約7的pH。
在下文中，將詳細描述根據本發明的實施例的CMP漿料組成物的組分。
溶劑
溶劑用以在用研磨劑拋光鎢圖案晶圓時減小摩擦力。溶劑可選自極性溶劑、非極性溶劑以及其組合。舉例來說，溶劑可包含水（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。在一個實施例中，溶劑可為超純水或去離子水，但不限於此。溶劑可以餘量包含在CMP漿料組成物中。
研磨劑
研磨劑可以高拋光速率拋光絕緣層（例如氧化矽層）和鎢圖案晶圓。
研磨劑，例如用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽包含球形顆粒或非球形顆粒，且具有例如約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奈米的平均粒徑（D50）。在此範圍內，CMP漿料組成物可確保相對於作為根據本發明的拋光目標的絕緣層和鎢圖案晶圓的足夠的拋光速率，而不在拋光後產生表面缺陷（刮痕等）。作為本領域的技術人員已知的典型粒徑，「平均粒徑（D50）」意指在研磨劑的體積分佈中對應於約50體積%的顆粒的直徑。
在CMP漿料組成物中，研磨劑，例如用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽可以例如約0.001重量%到20重量%，具體地約0.01重量%到10重量%，更具體地約0.05重量%到5重量%，又更具體地約0.5重量%到3重量%的量存在。在此範圍內，CMP漿料組成物可在不產生刮痕的情況下確保絕緣層和鎢圖案晶圓的足夠的拋光速率，同時確保組成物的分散穩定性，但不限於此。
研磨劑可包含用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽。
聚乙烯亞胺為具有由氨基和CH 2CH 2間隔基構成的重複單元的胺類聚合物，且包含多個氮原子。與用具有少量氮原子（例如一個或兩個氮原子）的未改性的二氧化矽或氨基矽烷改性的二氧化矽相比，用具有多個氮原子的聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽在鎢圖案晶圓的拋光速率方面具有好得多的效果且具有鎢圖案晶圓的平整度的改進。另外，與強酸性條件下相比，含有用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽的CMP漿料組成物可在亞酸性pH條件下拋光時實現鎢圖案晶圓的高拋光速率和鎢圖案晶圓的平整度的改進。
聚乙烯亞胺可選自線性聚乙烯亞胺、支鏈聚乙烯亞胺以及其組合。線性聚乙烯亞胺可由式A表示且支鏈聚乙烯亞胺可由式B表示，但不限於此：
[式A]
Figure 02_image004
[式B]
Figure 02_image006
。
根據一個實施例，如通過GPC所測量，聚乙烯亞胺可具有例如約500克/莫耳到1,000,000克/莫耳，具體地約1,000克/莫耳到約500,000克/莫耳，更具體地約2,500克/莫耳到約250,000克/莫耳，又更具體地約5,000克/莫耳到約50,000克/莫耳的重量平均分子量（Mw）。在此範圍內，含有用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽的研磨劑可改進相對於絕緣層和鎢圖案晶圓的拋光速率且可抑制在拋光後產生表面缺陷（刮痕等），但不限於此。
根據一個實施例，二氧化矽可用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性。聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷可包含聚乙烯亞胺與式1化合物的反應產物、從反應產物衍生的陽離子或反應產物的鹽。
[式1]
Figure 02_image001
此處，「從聚乙烯亞胺與式1化合物的反應產物衍生的陽離子」可意指反應產物中的至少一個氮原子可具有陽離子（即，N+）。另一方面，在聚乙烯亞胺與式1化合物的反應產物中，陽離子與上文提到的陽離子相同且陰離子可包含例如鹵素陰離子（例如：F - 、Cl - 、Br -以及I -）；有機酸陰離子，如碳酸陰離子（例如：CO 3 2-和HCO 3 -）、乙酸陰離子（CH 3COO -）、檸檬酸陰離子（HOC(COO -) (CH 2COO -) 2）等；和/或無機酸陰離子，如含氮陰離子（例如：NO 3 -、NO 2 -）；含磷陰離子（例如：PO 4 3-、HPO 4 2-以及H 2PO 4 -）；含硫陰離子（例如：SO 4 2-和HSO 4 -）；氰化物陰離子（CN -）等。
在式1中，L可選自取代或未取代的C 1到C 20伸烷基、取代或未取代的C 3到C 20伸環烷基、取代或未取代的C 6到C 20伸芳基或其組合。舉例來說，L可為取代或未取代的C 1到C 10伸烷基，替代地為取代或未取代的C 1到C 5伸烷基。根據一個實施例，L可為正伸丙基（n-propylene），但不限於此。
在式1中，X可選自F、Cl、Br、I、環氧基以及縮水甘油基氧基。根據一個實施例，X可選自Cl和縮水甘油基氧基，但不限於此。
在式1中，R 1到R 3各自獨立地選自氫、羥基、取代或未取代的C 1到C 20烷基、取代或未取代的C 3到C 20環烷基、取代或未取代的C 6到C 20芳基、取代或未取代的C 1到C 20烷氧基以及取代或未取代的C 6到C 20芳氧基，其中R 1到R 3中的至少一個選自羥基、取代或未取代的C 1到C 20烷氧基以及取代或未取代的C 6到C 20芳氧基。舉例來說，R 1到R 3各自獨立地選自氫、羥基、取代或未取代的C 1到C 10烷基以及取代或未取代的C 1到C 10烷氧基，其中R 1到R 3中的至少一個選自羥基和取代或未取代的C 1到C 10烷氧基。在另一實施例中，R 1到R 3各自獨立地選自羥基、C 1到C 5烷基以及C 1到C 5烷氧基，其中R 1到R 3中的至少一個選自羥基和C 1到C 5烷氧基。在又一實施例中，R 1到R 3各自獨立地選自甲氧基和乙氧基，但不限於此。
根據一個實施例，式1化合物可選自氯丙基三甲氧基矽烷、氯丙基三乙氧基矽烷、縮水甘油基氧丙基三甲氧基矽烷以及縮水甘油基氧丙基三乙氧基矽烷。
用聚乙烯亞胺與式1化合物的反應產物、從反應產物衍生的陽離子或反應產物的鹽改性的二氧化矽可通過將化合物、陽離子或鹽添加到未改性的二氧化矽，接著在預定時間段內反應來獲得。未改性的二氧化矽可包含膠態二氧化矽和煙霧狀二氧化矽中的至少一種，優選地為膠態二氧化矽。
根據一個實施例，用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽可具有其表面上的正電荷、約10毫伏特到約60毫伏特（例如10毫伏特、20毫伏特、30毫伏特、40毫伏特、50毫伏特或60毫伏特）的表面電位以及在約6到約10的pH（例如約6到約8的pH，具體地約7到約8的pH）下存在的等電點。
CMP漿料組成物可進一步包含選自氧化劑、催化劑以及有機酸當中的至少一種。
氧化劑
氧化劑用以通過使鎢圖案晶圓氧化來促進鎢圖案晶圓的拋光。
氧化劑用以使鎢圖案晶圓氧化以促進鎢圖案晶圓的拋光。
氧化劑可包含選自由以下各項組成的群組中的至少一種：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、重鉻酸鉀以及其混合物。此處，過化合物是指含有至少一種過氧化基（-O-O-）或處於最高氧化態下的元素的化合物。在一個實施例中，氧化劑可包含過化合物（例如過氧化氫、鐵氰化鉀、過硫酸鈣、鐵氰化鉀等）。在另一實施例中，氧化劑可為過氧化氫，但不限於此。
在CMP漿料組成物中，氧化劑可以例如約0.01重量%到約20重量%，具體地約0.05重量%到約10重量%，更具體地約0.1重量%到約5重量%的量存在。在此範圍內，CMP漿料組成物可改進鎢金屬層的拋光速率，但不限於此。
催化劑
催化劑用以改進鎢圖案晶圓的拋光速率，且可包含例如鐵離子化合物、鐵離子的錯合化合物以及其水合物。
鐵離子化合物可包含含有三價鐵陽離子的化合物。含有三價鐵陽離子的化合物可選自任何具有三價鐵陽離子的化合物，所述三價鐵陽離子在水溶液中以自由陽離子形式存在。舉例來說，含有三價鐵陽離子的化合物可包含選自氯化鐵（FeCl 3）、硝酸鐵（Fe(NO 3) 3）以及硫酸鐵（Fe 2(SO 4) 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例如含有三價鐵陽離子的錯合化合物。含有三價鐵陽離子的錯合化合物可包含通過在水溶液中使三價鐵陽離子與有機化合物或無機化合物反應而形成的化合物，所述有機化合物或無機化合物具有至少一個選自例如羧酸、磷酸、硫酸、氨基酸以及胺當中的官能團。有機化合物或無機化合物的實例可包含檸檬酸、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。含有三價鐵陽離子的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）可以例如約0.001重量%到約10重量%，具體地約0.001重量%到約5重量%，更具體地約0.001重量%到約1重量%，又更具體地約0.001重量%到約0.5重量%的量存在。在此範圍內，CMP漿料組成物可改進鎢金屬層的拋光速率，但不限於此。
有機酸
有機酸用以使CMP漿料組成物的pH穩定。有機酸可包含聚羧酸，如丙二酸、馬來酸、蘋果酸等；或氨基酸，如甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、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、穀氨醯酸、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，有機酸可以例如約0.001重量%到約20重量%，具體地約0.01重量%到約10重量%，更具體地約0.01重量%到約5重量%，又更具體地約0.01重量%到約1重量%的量存在。在此範圍內，有機酸可使CMP漿料組成物的pH穩定，但不限於此。
CMP漿料組成物可具有約4到約7，例如大於約4到約7，具體地約4到約6，更具體地大於約4到約6，又更具體地約4.5到約6，又更具體地大於約4.5到約6，又更具體地約5到約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作為研磨劑的CMP漿料組成物可在亞酸性pH條件下拋光時實現鎢圖案晶圓的高拋光速率。
CMP漿料組成物可進一步包含pH調節劑以維持合適的pH值。
pH 調節劑
pH調節劑可包含選自無機酸和有機酸當中的至少一種，所述無機酸例如硝酸、磷酸、氫氯酸以及硫酸，所述有機酸例如具有約6或小於6的pKa值的有機酸，如乙酸和鄰苯二甲酸。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堿。
CMP漿料組成物可進一步包含典型的添加劑，如生物殺滅劑、表面活性劑、分散劑、改性劑、表面活化劑等。在CMP漿料組成物中，添加劑可以約0.001重量%到約5重量%、具體地約0.001重量%到約1重量%、更具體地約0.001重量%到約0.5重量%的量存在。在此範圍內，添加劑可在不影響拋光速率的情況下實現其效果，但不限於此。
根據本發明的另一方面，提供一種拋光鎢圖案晶圓的方法。拋光方法包含使用根據本發明的CMP漿料組成物拋光鎢圖案晶圓。
接下來，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而提供，且不應以任何方式理解為限制本發明。
實例
實例和比較例中所使用的組分的詳情如下。
（1）未改性的研磨劑：具有120奈米的平均粒徑（D 50）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
就未改性的研磨劑的固體含量來說，0.04毫莫耳的三甲氧基矽烷基丙基改性的聚乙烯亞胺（在異丙醇中為50%，產品代碼：SSP-060，蓋勒斯特（Gelest））與未改性的研磨劑混合，且在pH 2.5的條件下在25℃下反應72小時，由此製備用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽（平均粒徑（D 50）：125奈米）。
按CMP漿料組成物的總重量計，通過混合1.5重量%的作為研磨劑的改性的二氧化矽，0.01重量%的作為催化劑的Fe(III)-EDTA，0.15重量%的作為有機酸的乙酸以及余量的作為溶劑的去離子水來製備CMP漿料組成物。使用pH調節劑將CMP漿料組成物調節到5.5的pH。隨後，將0.3重量%的過氧化氫作為氧化劑添加到漿料組成物。
實例 2
除了通過將1.0毫莫耳的[3-(2,3-環氧丙氧基)丙基]三甲氧基矽烷（EPO，98%純度，西格瑪-奧德里奇（Sigma-Aldrich））和3.0毫莫耳的超支化聚乙烯亞胺（PEI，Mw=60,000，西格瑪-奧德里奇）溶解在150毫升的甲苯中，接著在80℃下攪拌反應產物24小時並減壓乾燥來製備聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷，並且用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷代替三甲氧基矽烷基丙基改性的聚乙烯亞胺之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較例 1
除了使用未改性的研磨劑作為研磨劑之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較例 2
除了用氨基丙基三乙氧基矽烷（(3-氨丙基)三乙氧基矽烷99%，西格瑪-奧德里奇）代替三甲氧基矽烷基丙基改性的聚乙烯亞胺來改性二氧化矽之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較例 3
除了使用pH調節劑將CMP漿料組成物的pH改變為3.9之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
比較例 4
除了使用pH調節劑將CMP漿料組成物的pH改變為7.1之外，以與實例1中相同的方式製備CMP漿料組成物。
在以下拋光條件下，對實例和比較例中製備的CMP漿料組成物進行拋光評估。結果顯示於表1中。
[拋光評估條件]
1.拋光機：Reflexion 300毫米（應用材料有限公司（AMAT Co., Ltd.））
2.拋光條件 -拋光墊：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 -擋環壓力：8磅/平方英寸 -漿料流動速率：250毫升/分鐘 -拋光時間：60秒
3.拋光目標 -可商購的鎢圖案晶圓（MIT 854，300毫米） -通過將用於鎢拋光的CMP漿料（STARPLANAR7000，三星SDI有限公司（Samsung SDI Co., Ltd.））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，以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拋光鎢圖案晶圓。在101轉/分鐘的磁頭速度、33轉/分鐘的壓板速度、2磅/平方英寸的拋光壓力、8磅/平方英寸的擋環壓力以及250毫升/分鐘的混合溶液流動速率的條件下，使用IC1010/SubaIV堆疊拋光墊（羅德爾有限公司（Rodel Co., Ltd.））在拋光機（Reflexion LK300mm）上拋光鎢圖案晶圓。執行拋光以去除鎢金屬層，直到暴露出氧化物/金屬圖案為止。
4.分析方法 -拋光速率（單位：埃/分鐘）：基於在上述拋光條件下的評估中對應於拋光前後膜厚度的差的電阻來計算鎢金屬層的拋光速率。基於在上述拋光條件下拋光前後膜厚度的差來計算絕緣層的拋光速率，其中使用反射計測量膜厚度的差。 -平整度（侵蝕，單位：埃）：在上述拋光條件下使用在實例和比較例中製備的CMP漿料組成物中的每一種拋光晶圓之後，使用Insight CAP緊湊型原子分析器（布魯克有限公司（Bruker Co., Ltd.））來測量圖案的輪廓。基於已拋光晶圓的0.18/0.18微米圖案區域中的周圍氧化物（peri-oxide）與單元氧化物（cell-oxide）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1 實例2 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4
pH 5.5 5.5 5.5 5.5 3.9 7.1
鎢金屬層的拋光速率 30 30 10 10 20 25
絕緣層的拋光速率 120 120 5 10 50 80
平整度 150 150 800 550 300 400
如從表1中可看出，在拋光鎢圖案晶圓時，使用用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽製備的且具有在發明範圍內的pH值的實例1和實例2的CMP漿料組成物展現出較比較例1到比較例4的CMP漿料組成物更高的拋光速率和更好的平整度。
儘管上文已描述一些實施例，但應理解，本發明不限於這些實施例且可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下做出各種修改、變化以及更改。因此，本發明的範圍應僅由隨附專利申請範圍書和其等效物限制。
無。
無。
Figure 110136918-A0101-11-0002-1
無。

Claims (10)

  1. 一種用於拋光鎢圖案晶圓的化學機械拋光漿料組成物，包括： 溶劑；以及研磨劑， 其中所述研磨劑包括用聚乙烯亞胺衍生的氨基矽烷改性的二氧化矽，且所述化學機械拋光漿料組成物具有4到7的pH。
  2. 如請求項1所述的化學機械拋光漿料組成物，其中所述聚乙烯亞胺衍生的所述氨基矽烷包括所述聚乙烯亞胺與式1化合物的反應產物、從所述反應產物衍生的陽離子或所述反應產物的鹽：
    Figure 03_image001
    其中L選自取代或未取代的C 1到C 20伸烷基、取代或未取代的C 3到C 20伸環烷基、取代或未取代的C 6到C 20伸芳基或其組合； X選自氟、氯、溴、碘、環氧基以及縮水甘油基氧基；以及 R 1到R 3各自獨立地選自氫、羥基、取代或未取代的C 1到C 20烷基、取代或未取代的C 3到C 20環烷基、取代或未取代的C 6到C 20芳基、取代或未取代的C 1到C 20烷氧基以及取代或未取代的C 6到C 20芳氧基，R 1到R 3中的至少一個選自羥基、取代或未取代的C 1到C 20烷氧基以及取代或未取代的C 6到C 20芳氧基。
  3. 如請求項2所述的化學機械拋光漿料組成物，其中在式1中，L選自C 1到C 5伸烷基，X選自氯和縮水甘油基氧基，且R 1到R 3各自獨立地選自羥基、C 1到C 5烷基以及C 1到C 5烷氧基，R 1到R 3中的至少一個選自羥基和C 1到C 5烷氧基。
  4. 如請求項2所述的化學機械拋光漿料組成物，其中所述式1化合物選自氯丙基三甲氧基矽烷、氯丙基三乙氧基矽烷、縮水甘油基氧丙基三甲氧基矽烷以及縮水甘油基氧丙基三乙氧基矽烷。
  5. 如請求項1所述的化學機械拋光漿料組成物，其中如通過凝膠滲透色譜法所測量，所述聚乙烯亞胺具有500克/莫耳到1,000,000克/莫耳的重量平均分子量。
  6. 如請求項1所述的化學機械拋光漿料組成物，其中用所述聚乙烯亞胺衍生的所述氨基矽烷改性的所述二氧化矽具有其表面上的正電荷、10毫伏特到60毫伏特的表面電位，且所述二氧化矽的等電點可在6到10的pH下存在。
  7. 如請求項1所述的化學機械拋光漿料組成物，其中用所述聚乙烯亞胺衍生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D50平均粒徑。
  8. 如請求項1所述的化學機械拋光漿料組成物，更包括：選自氧化劑、催化劑以及有機酸當中的至少一種。
  9. 如請求項8所述的化學機械拋光漿料組成物，包括： 0.001重量%到20重量%的所述研磨劑； 0.01重量%到20重量%的所述氧化劑； 0.001重量%到10重量%的所述催化劑； 0.001重量%到20重量%的所述有機酸；以及 餘量的所述溶劑。
  10. 一種拋光鎢圖案晶圓的方法，包括：使用請求項1至請求項9中任一項所述的化學機械拋光漿料組成物來拋光鎢圖案晶圓。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100945227B1 (ko) * 2006-09-28 2010-03-03 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 콘택 플러그 형성방법
KR101427883B1 (ko) * 2013-02-08 2014-08-07 주식회사 케이씨텍 표면 개질된 연마입자, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 슬러리 조성물
JP6491245B2 (ja) * 2014-06-25 2019-03-27 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション コロイダルシリカ化学機械研磨組成物
TWI561621B (en) * 2014-06-25 2016-12-11 Cabot Microelectronics Corp Tungsten chemical-mechanical polishing composition
US9771496B2 (en) * 2015-10-28 2017-09-26 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten-processing slurry with cationic surfactant and cyclodextrin
US10995238B2 (en) * 2018-07-03 2021-05-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings Neutral to alkaline chemical mechanical polishing compositions and methods for tungsten
US11643599B2 (en) * 2018-07-20 2023-05-09 Versum Materials Us, Llc Tungsten chemical mechanical polishing for reduced oxide erosion
US10781343B2 (en) * 2019-01-24 2020-09-22 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Acid polishing composition and method of polishing a substrate having enhanced defect inhibition

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