[go: up one dir, main page]

TW202041628A - 選擇性化學機械平坦化研磨 - Google Patents

選擇性化學機械平坦化研磨 Download PDF

Info

Publication number
TW202041628A
TW202041628A TW109113753A TW109113753A TW202041628A TW 202041628 A TW202041628 A TW 202041628A TW 109113753 A TW109113753 A TW 109113753A TW 109113753 A TW109113753 A TW 109113753A TW 202041628 A TW202041628 A TW 202041628A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
low
film
chemical mechanical
ultra
mechanical polishing
Prior art date
Application number
TW109113753A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI766267B (zh
Inventor
曉波 史
李家乾
馬克李納德 歐尼爾
Original Assignee
美商慧盛材料美國責任有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商慧盛材料美國責任有限公司 filed Critical 美商慧盛材料美國責任有限公司
Publication of TW202041628A publication Critical patent/TW202041628A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI766267B publication Critical patent/TWI766267B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

一種化學機械平坦化(CMP)研磨組合物、方法及系統，其係使用來以合理的高去除速率研磨低K或超低K膜，同時以相對低的去除速率研磨氧化物及氮化物膜。該組合物使用研磨料、化學添加劑來推升低K或超低K膜去除速率及抑制氧化物與氮化物膜去除速率，用以達成高選擇性，諸如低K：TEOS、超低K：TEOS、及低K：SiN或超低K：SiN。

Description

選擇性化學機械平坦化研磨
相關申請案之相互參照 本申請案主張2019年4月29日提出的美國臨時專利申請62/840,338之優先權，其整體內容係以參考之方式併入本文用於全部可允許的目的。
本發明係關於一種用於低K或超低K膜之化學機械平坦化(CMP)的CMP化學研磨組合物、系統及方法。
更特別是，本發明係關於一種對低K或超低K膜超過氧化物及/或氮化物層之選擇性CMP研磨。
在微電子裝置之製造中會包括的一個重要步驟係研磨，特別是化學機械研磨一表面，其用以重新獲得一所選擇的材料及/或平坦化該結構。
在更先進結點的CMP方法中，例如，會將低K或超低K層沉積在SiO2 層或SiN層上以提供作為覆蓋層。因此，在CMP中的重要步驟係去除此低K膜覆蓋層及在氧化物或SiN層上停止。因此，重要的CMP研磨組合物發明係可快速地去除低K或超低K膜覆蓋層及對低K膜與氧化物或SiN膜之研磨具高選擇性。
美國專利6,569,349揭示出一種用以平坦化基材的方法及組合物。該組合物包括一或多種螯合劑、一或多種氧化劑、一或多種腐蝕抑制劑、極性溶劑及去離子水。該組合物可進一步包含一或多種界面活性劑、一或多種調整pH的試劑及/或研磨粒子。該方法包含使用一包括極性溶劑的組合物來平坦化一基材。
J. Electrochem. Soc.，Vol.146，Issue 11，pp. 4309-4315 (1999)報導出雙-苯并環丁烯™(BCB)及「矽-應用-」(SiLK™)聚合物在通常使用於銅去除的漿體中之CMP研究。
使用一化學機械平坦化(CMP)研磨組合物、方法及系統以合理的高去除速率來研磨低K或超低K膜，同時以相對低的去除速率來研磨氧化物及氮化物膜。該組合物使用研磨料、化學添加劑來推升低K或超低K膜去除速率及抑制氧化物及氮化物膜去除速率以達成高選擇性，諸如低K：正矽酸四乙酯(TEOS)、超低K：TEOS、及低K：SiN、或超低K：SiN。
美國專利申請案20090045164揭示出「Universal Barrier CMP Slurry for Use with Low Dielectric Constant Interlayer Dielectrics」。其教導在該阻擋層-CMP方法的第二階段中，當該研磨界面係接近該低K介電材料時改變研磨條件，以便具有高選擇性而產生可忽略的低K介電材料去除速率。該研磨條件可在數方面上改變，包括改變該阻擋層漿體組合物之組合物參數及將一添加劑混合進該阻擋層漿體中。
美國專利6,270,395揭示出「Oxidizing polishing slurries for low dielectric constant materials」。該漿體係使用非氧化粒子與分別的氧化劑、單獨氧化粒子或可還原的研磨粒子與相容的氧化劑形成。該粒子可由金屬氧化物、氮化物或碳化物材料其自身或其混合物、或可藉由將其塗佈在一核心材料諸如二氧化矽上而形成、或可與之共形成。較佳的氧化漿體之粒子尺寸分佈係多模態。雖然其被發展出用以使用在CMP半導體加工中，該發明之氧化漿體亦可使用於其它高精確度研磨製程。
美國專利申請案20030139069揭示出一種於包括在半導體晶圓上的低K介電質存在下去除碳化矽硬質遮罩覆蓋材料之化學機械平坦化方法。該方法在酸性pH程度下使用含氧化鋯漿體與具有正ζ-電位的研磨料來促進碳化矽去除。
美國專利6,046,112揭示出一種在水溶液中包含ZrO2 粒子與界面活性劑TMAH(氫氧化四甲基銨)或TBAH(氫氧化四丁基銨)的化學機械研磨漿體。該漿體係合適於以高研磨去除速率來研磨以低介電常數K矽氧烷為基底的SOG層且對所沉積的矽氧化物層具有高選擇性。其以高如8的選擇性比率達成最高4000埃/分鐘之研磨去除速率。
美國專利6,74,777揭示出一種研磨包括低K介電層的基材之CMP組合物及方法，其包含：(i)讓該基材與一化學機械研磨系統接觸，其中該系統包含(a)一研磨料、一研磨墊或其組合，(b)一兩親非離子界面活性劑，及(c)一液體載體；及(ii)磨擦該基材的至少一部分以研磨該基材。
但是，先前揭示出的那些低K或超低K膜研磨組合物無法完全滿足低K或超低K膜對氧化物或SiN膜選擇性之重要性且無法滿足低K膜去除速率推升及SiN去除速率抑制。
因此，應該自前述容易地明瞭在技藝中對可在低K或超低K化學及機械研磨(CMP)製程中給予抑制的SiN膜及氧化物膜去除速率及增加的低K或超低K膜去除速率之低K或超低K膜化學機械研磨組合物、方法及系統存在有需求。
本發明提供一種低K或超低K膜CMP研磨組合物，其具有高的低K介電膜去除速率，及具有低K膜對氧化物或低K膜對氮化物的高選擇性。
本發明的低K介電膜CMP研磨組合物提供一種獨特的組合，其在包括酸性、中性及鹼性pH條件的寬pH範圍下，使用高純度膠態二氧化矽研磨料及化學添加劑作為SiO2 膜及SiN膜去除速率抑制試劑。
在一個態樣中，有提供一種低K或超低K膜CMP研磨組合物，其包含： 一選自於由無機氧化物粒子、經塗佈的無機氧化物粒子及其組合所組成之群的研磨料； 一選自於由低K或超低K膜去除速率推升試劑、氧化物或氮化物膜去除速率抑制劑及其組合所組成之群的化學添加劑； 一可溶於水的溶劑；及 選擇性 一表面潤溼劑；及 一pH調整劑； 其中該組合物具有pH 2至13，較佳為4至13及更佳為11至13。
該無機氧化物粒子包括但不限於煅燒二氧化鈰、膠態二氧化矽、高純度膠態二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯粒子。
在該研磨組合物中所使用的合適研磨料包括但不限於具有多種尺寸及形狀之燻製二氧化矽粒子、膠態二氧化矽粒子或高純度膠態二氧化矽粒子。
該經塗佈的無機氧化物粒子包括但不限於塗佈二氧化鈰的無機氧化物粒子，其包括諸如塗佈二氧化鈰的膠態二氧化矽、塗佈二氧化鈰的高純度膠態二氧化矽、塗佈二氧化鈰的氧化鋁、塗佈二氧化鈰的二氧化鈦、塗佈二氧化鈰的氧化鋯或任何其它塗佈二氧化鈰的無機氧化物粒子。
該可溶於水的溶劑包括但不限於去離子化(DI)水、蒸餾水及酒精性有機溶劑。
該第一型式的化學添加劑作用為低K或超低K膜去除速率推升試劑。該第一型式的化學添加劑具有一有機芳香環，其具有磺酸鹽或磺酸官能基直接連接至該有機芳香環或經由烷基鏈結基團連結至該芳香環用以推升低K或超低K膜去除速率。
該第一型式的化學添加劑係選自於包含下列之群：
Figure 02_image001
(a) 其中-R可為氫原子、金屬離子或銨離子；
Figure 02_image003
(b) 其中-R’可為氫原子、金屬離子或銨離子；n的範圍可為1至12，其代表多種長度的烷基鏈結基團-CH2 -；及該金屬離子係鈉離子或鉀離子；及(c)其組合。
當R係氫原子時，該化學添加劑係苯磺酸。
當-R係金屬離子諸如鈉離子、鉀離子或銨離子時，該化學添加劑係苯磺酸鹽的鹽。
該第二型式的化學添加劑作用為氧化物或氮化物膜去除速率抑制劑。該第二型式的化學添加劑係鋁酸鹽的無機鹽，包括但不限於鈉鹽、鉀鹽或銨鹽。
在另一個態樣中，有提供一種化學機械研磨(CMP)具有至少一個包含低K或超低K膜的表面之基材的方法，其係在低K膜CMP製程中使用上述的化學機械研磨(CMP)組合物。
在另一個態樣中，有提供一種化學機械研磨(CMP)具有至少一個包含低K或超低K的表面之基材的系統，其係在低K介電膜CMP製程中使用上述的化學機械研磨(CMP)組合物。
該經研磨的低K或超低K膜包括但不限於摻雜氟的矽氧化物、摻雜碳的氧化物、多孔的矽氧化物、旋塗有機聚合物介電質及旋塗矽基底的聚合物介電膜等等。
該經研磨的氧化物膜可為化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助CVD (PECVD)、高密度沉積CVD (HDP)或旋塗氧化物膜。
該經研磨的氮化物膜可為化學氣相沉積(CVD) SiN、電漿輔助CVD (PECVD) SiN或LPCVD SiN膜。
本發明係關於一種用於低K或超低K膜CMP方法的低K或超低K膜CMP化學研磨組合物及化學機械平坦化(CMP)。
在微電子裝置之製造中會包括的一個重要步驟係研磨，特別是化學機械研磨一表面，其用以重新獲得一所選擇的材料及/或平坦化該結構。
在更先進結點的CMP方法中，例如，會將低K或超低K層沉積在SiO2 層或SiN層上以提供作為覆蓋層。因此，在CMP中的重要步驟係去除此低K膜覆蓋層及在氧化物或SiN層上停止。因此，重要的CMP研磨組合物發明係可快速去除低K或超低K膜覆蓋層及對研磨低K膜與氧化物或SiN膜具有高選擇性。
更特別是，本揭示之用於研磨低K或超低K膜CMP應用的化學機械研磨(CMP)組合物具有一獨特的組合，其使用具有不同尺寸及形狀之高純度膠態二氧化矽研磨粒子及合適的化學添加劑，如低膜去除速率推升試劑及氧化物或氮化物膜去除速率抑制試劑。
該合適的化學添加劑包括但不限於二種型式的化學添加劑。
該第一型式的化學添加劑作用為低K或超低K膜去除速率推升試劑。該第一型式的化學添加劑具有一有機芳香環，其具有磺酸鹽或磺酸官能基直接連接至該有機芳香環或經由烷基鏈結基團連結至該芳香環用於推升。
該第一型式之化學添加劑具有顯示在下列的通用分子結構之一：
Figure 02_image001
(a) 其中-R可為氫原子、金屬離子或銨離子；
Figure 02_image003
(b) 其中-R’可為氫原子、金屬離子或銨離子；n的範圍可為1至12，其代表多種長度的烷基鏈結基團-CH2 -；及該金屬離子係鈉離子或鉀離子。
當在(a)中的R係氫原子時，該化學添加劑係苯磺酸。
當在(a)中的-R係金屬離子諸如鈉離子、鉀離子或銨離子時，該化學添加劑係苯磺酸鹽的鹽。
該第二型式的化學添加劑作用為氧化物或氮化物膜去除速率抑制劑。該第二型式的化學添加劑係鋁酸鹽的無機鹽，包括但不限於鈉鹽、鉀鹽或銨鹽。
該二種型式的化學添加劑二者係使用在低K或超低K膜CMP研磨組合物中以提供達成高低K膜去除速率、低氧化物及SiN膜去除速率、高及可調整的低K：氧化物或低K：SiN選擇性之利益。
該低K或超低K CMP研磨組合物包括0.0001重量%至2.0%重量%，較佳為0.001重量%至1.5重量%及較佳為0.0025重量%至1.0重量%的第一型式化學添加劑作為該低K或超低K膜去除速率推升試劑。
該低K或超低K CMP研磨組合物包括0.001重量%至2.0%重量%，較佳為0.0025重量%至1.0重量%及較佳為0.05重量%至0.75重量%的第二型式化學添加劑作為該氧化物膜及SiN膜去除速率抑制試劑。
在一個態樣中，有提供一種低K或超低K膜CMP研磨組合物，其包含： 一研磨料； 一具有顯示在下列的通用分子結構之一的第一型式化學添加劑：
Figure 02_image001
(a) 其中-R可為氫原子、金屬離子或銨離子；
Figure 02_image003
(b) 其中-R’可為氫原子、金屬離子或銨離子；n的範圍可為1至12，其代表多種長度的烷基鏈結基團-CH2 -；及該金屬離子係鈉離子或鉀離子； 一選自於由鋁酸鹽的無機鹽所組成之群的第二型式化學添加劑； 一可溶於水的溶劑；及 選擇性 一抗微生物劑；及 一pH調整劑； 其中該組合物具有pH 2至13，較佳為4至13及更佳為11至13。
當R係氫原子時，該第一型式的化學添加劑係苯磺酸。
當-R係金屬離子諸如鈉離子、鉀離子或銨離子時，該第一型式之化學添加劑係苯磺酸鹽的鹽。
該第二型式的化學添加劑係鋁酸鹽的無機鹽，包括但不限於鋁酸鹽的鈉、或鉀、或銨鹽。
該二氧化矽粒子包括但不限於具有不同尺寸及形狀之燻製二氧化矽、膠態二氧化矽、高純度膠態二氧化矽或任何其它二氧化矽粒子。
在本文所揭示的發明中，這些燻製二氧化矽、膠態二氧化矽、高純度膠態二氧化矽或任何其它二氧化矽粒子之粒子尺寸範圍係10奈米至1,000奈米，較佳的平均顆粒尺寸範圍係20奈米至500奈米，更佳的平均顆粒尺寸範圍係50奈米至250奈米。
這些燻製二氧化矽、膠態二氧化矽、高純度膠態二氧化矽或任何其它二氧化矽粒子的濃度範圍係0.01重量%至20重量%，較佳的濃度範圍係0.05重量%至10重量%，更佳的濃度範圍係0.1重量%至7.5重量%。
較佳的研磨料係具有不同形狀及尺寸之高純度膠態二氧化矽粒子。
該可溶於水的溶劑包括但不限於去離子化(DI)水、蒸餾水及酒精性有機溶劑。
較佳可溶於水的溶劑係DI水。
該低K或超低K CMP研磨組合物可包括0.0001重量%至0.05重量%的抗微生物劑，較佳為0.0005重量%至0.025重量%及更佳為0.001重量%至0.01重量%。
該抗微生物劑包括但不限於來自Dupont/Dow Chemical Co.的Kathon™、Kathon™ CG/ICP II；來自Dupont/Dow Chemical Co.的Bioban。它們具有5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮及2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮之活性成份。
該低K或超低K CMP研磨組合物可包括一pH調節劑。
可使用酸性或鹼性pH調節劑來將該低K或超低KCMP研磨組合物調整至最佳化的pH值。
該pH調整試劑包括但不限於硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸、其它無機或有機酸、及其混合物。
該pH調整試劑亦包括鹼性pH調整試劑，諸如氫化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化四烷基銨、氫氧化有機四級銨化合物、有機胺及可使用來將pH朝向更鹼性方向調整之其它化學試劑。
該低K或超低K CMP研磨組合物包括0重量%至2.0重量%的pH調節劑，較佳為0.01重量%至1.5重量%，更佳為0.1重量%至1.0重量%。
在另一個態樣中，有提供一種化學機械研磨(CMP)具有至少一個包含低K或超低K膜的表面之基材的方法，其係在低K膜CMP研磨製程中使用上述的化學機械研磨(CMP)組合物。
在另一個態樣中，有提供一種化學機械研磨(CMP)具有至少一個包含低K或超低K膜的表面之基材的系統，其係在低K膜CMP研磨製程中使用上述的化學機械研磨(CMP)組合物。
該經研磨的低K或超低K膜包括但不限於摻雜氟的矽氧化物、摻雜碳的氧化物、多孔的矽氧化物、旋塗有機聚合物介電質及旋塗矽基底的聚合物介電膜等等。
該經研磨的氧化物膜可為化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助CVD (PECVD)、高密度沉積CVD (HDP)或旋塗氧化物膜。
該經研磨的氮化物膜可為化學氣相沉積(CVD) SiN、電漿輔助CVD (PECVD) SiN或LPCVD SiN膜。
顯現出下列非為限制的實施例來進一步闡明本發明。 CMP方法
在下列顯現出的實施例中，該CMP實驗係使用下列所提供之程序及實驗條件進行。 術語表 組份
高純度膠態二氧化矽：使用作為研磨料，具有粒子尺寸大約70奈米(nm)；此高純度膠態二氧化矽粒子(自TEOS或TMOS經由催化水解反應方法製造)可具有粒子尺寸範圍大約20奈米(nm)至500奈米(nm)，其具有球形、繭形或團聚物形狀。
此高純度膠態二氧化矽粒子(具有不同尺寸)係由在日本的Fuso Chemical Inc.供應。
該第一型式及第二型式的化學添加劑二者諸如苯磺酸鹽或鋁酸鹽係由Sigma-Aldrich，St. Louis，MO供應。
TEOS：正矽酸四乙酯
研磨墊：研磨墊IC1010及在CMP期間所使用的其它墊係由Dow，Inc.供應。 參數 通用
Å或A：埃-長度單位
BP：背壓，以psi單位計
CMP：化學機械平坦化=化學機械研磨
CS：載體速度
DF：向下力量：在CMP期間所施加的壓力，單位psi
min：分鐘
ml：毫升
mV：毫伏特
psi：每平方英吋的磅數
PS：研磨工具的平台旋轉速度，以rpm(每分鐘的轉數)計
SF：組合物流，毫升/分鐘
重量%：重量百分比(所列出的組份)
低K或超低K：SiN選擇性：(低K或超低K的去除速率)/(SiN的去除速率)
低K或超低K：氧化物選擇性：(低K或超低K的去除速率)/(TEOS的去除速率)
膜去除速率：在所提供的向下壓力下所測量之膜去除速率。在下列所列出的實施例中，CMP工具之向下壓力係2.0 psi。 度量衡
該等膜係使用由Creative Design Engineering，Inc，20565 Alves Dr.，Cupertino，CA，95014所製造的ResMap CDE，型號168測量。ResMap工具係四點探針薄片電阻工具。對該等膜採用排除5毫米邊緣之49點直徑掃描。 CMP工具
所使用的CMP工具係由Applied Materials，3050 Boweres Avenue，Santa Clara，California，95054所製造之200毫米Mirra或300毫米Reflexion。在平台1上使用由Dow，Inc，451 Bellevue Rd.，Newark，DE 19713所供應的IC1010墊來進行毯覆及圖案晶圓研究。
IC1010墊或其它墊係在調理器上藉由以7磅向下力量調理該墊18分鐘後破碎。為了檢驗該工具設定及該墊破碎的資格，在基線條件下，使用由Versum Materials Inc.所供應的Versum® STI2305組合物來研磨二片鎢監視片及二片TEOS監視片。 晶圓
使用低K或超低K諸如LK2.5(具有K常數2.5的超低K膜)、PECVD SiN、PECVD或LECVD TEOS晶圓進行研磨實驗。這些毯覆晶圓係自Silicon Valley Microelectronics，2985 Kifer Rd.，Santa Clara，CA 95051購買或由Versum Materials Inc.提供。 研磨實驗
在毯覆晶圓研究中，於基線條件下研磨低K或超低K毯覆晶圓、氧化物毯覆晶圓及SiN毯覆晶圓。該工具基線條件有：工作台速度：90 rpm，頭速度：84 rpm，薄膜壓力：2.0 psi，組合物流：200毫升/分鐘。使用於測試的研磨墊係由Dow Chemicals所供應的IC1010墊。 操作實施例
在下列操作實施例中，使用包含下列的鹼性低K膜研磨組合物：具有繭形形狀及平均顆粒尺寸68奈米在1X濃度(3.1035重量%)下之高純度膠態二氧化矽(HPCS)粒子、在1X濃度(0.4601重量%)下的苯磺酸鹽(BSA)、在1X濃度(=0.25重量%)下之鋁酸鹽的鈉鹽、在1X濃度(0.00775重量%)下的乙炔乙氧基化物型式界面活性劑Dynol607、及如將pH或操作樣品調整至目標pH值所需要的重量%之氫氧化鉀作為pH調節劑、及去離子水。
亦可在該研磨組合物中加入腐蝕抑制劑，例如，使用在1X濃度(0.01052重量%)下的苯并三唑(BTA)。 實施例1
在實施例1中，將該研磨組合物使用於低K或超低K膜LK2.5、TEOS膜及SiN膜研磨。該組合物的pH範圍係11.75至12.60。
去除速率的結果及LK膜：TEOS之選擇性係顯示在表1中及在圖1中描繪出。
所使用的研磨步驟條件係：Dow的IC1010墊，在2.0 psi DF下與頭速度90/84 rpm及原處調理。 表1. LK2.5及TEOS膜RR(埃/分鐘)與LK2.5膜：TEOS選擇性
組合物 LK2.5 RR (埃/分鐘) TEOS RR(埃/分鐘) LK2.5: TEOS選擇性
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/0.67X HPCS 588 71 8.28:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1X HPCS 625 112 5.58:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1.33X HPCS 795 131 6.07:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1.67X HPCS 848 153 5.54:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/2X HPCS 984 198 4.97:1
如顯示在表1及圖1中的結果，增加研磨料濃度亦導致超低K膜的去除速率逐漸增加。使用0.67x濃度的高純度膠態二氧化矽研磨料達成8.3：1的較高LK2.5膜：TEOS選擇性。
去除速率及LK2.5與SiN膜之選擇性的結果係顯示在表2中及在圖2中描繪出。 表2. LK2.5與SiN膜RR(埃/分鐘)及LK2.5膜：SiN選擇性
組合物 LK2.5 RR (埃/分鐘) SiN RR (埃/分鐘) LK2.5: TEOS選擇性
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/0.67X HPCS 588 56 10.5:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1X HPCS 625 72 8.68:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1.33X HPCS 795 83 9.56:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1.67X HPCS 848 97 8.74:1
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/2X HPCS 984 110 8.95:1
如顯示在表2及圖2中的結果，增加研磨料濃度亦導致超低K膜的去除速率逐漸增加。使用0.67x濃度的高純度膠態二氧化矽研磨料達成10.5：1的較高LK2.5膜：SiN選擇性。
當在該鹼性低K膜研磨組合物中選擇性使用1X苯并三唑(BTA)作為腐蝕抑制劑時，該低K膜去除速率係706埃/分鐘、該氧化物膜去除速率係109埃/分鐘及該SiN膜去除速率係71埃/分鐘。 實施例2
在實施例2中，使用具有不同pH的鹼性低K膜研磨組合物在不同pH下研磨LK2.5膜、TEOS膜、SiN膜。
LK2.5膜及TEOS膜去除速率與LK2.5膜：TEOS選擇性的結果亦列在表3中及在圖3中描繪出。 表3. pH在LK2.5與TEOS RR(埃/分鐘)及LK2.5：TEOS選擇性上的效應
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1X HPCS LK 2.5 RR(埃/分鐘) TEOS RR(埃/分鐘) LK 2.5: TEOS選擇性
pH 8.0 194 43 4.51
pH 9.0 189 52 3.63
pH 10.0 612 89 6.98
pH 10.5 825 140 5.89
pH 11.0 808 147 5.5
pH 11.5 769 145 5.3
pH 12.0 795 137 5.8
pH 12.5 745 154 4.84
如顯示在表3及圖3中的結果，於本文中之發明的低K CMP研磨組合物當在8.0至12.5，較佳為在10.0至12.5之pH範圍下使用時，其提供較高的超低K膜去除速率。
該研磨組合物在8.0至12.5，較佳為在10.0至12.0的pH範圍下亦提供較高的低K膜：氧化物選擇性。
LK2.5膜與SiN膜去除速率及LK2.5膜：SiN選擇性之結果亦列在表4中及在圖4中描繪出。
如顯示在表4及圖4中的結果，於本文中之發明的低K CMP研磨組合物當在8.0至12.5，較佳為在10.0至12.5之pH範圍下使用時，其提供較高的超低K膜去除速率。 表4. pH在LK2.5與SiN RR(埃/分鐘)及LK2.5：SiN的選擇性上之效應
1X BSA/1X鋁酸鹽/1X Dynol 607/1X HPCS LK2.5 RR (埃/分鐘) SiN RR (埃/分鐘) LK2.5: TEOS選擇性
pH 8.0 194 44 4.41
pH 9.0 189 48 3.94
pH 10.0 612 68 9
pH 10.5 825 87 9.48
pH 11.0 808 88 9.18
pH 11.5 769 85 9.05
pH 12.0 795 88 9.03
pH 12.5 745 87 8.56
該研磨組合物在8.0至12.5，較佳為在10.0至12.5的pH範圍下亦提供較高的低K膜：SiN選擇性。
本發明上述列出包括操作實施例的具體實例係可由本發明製得之許多具體實例的範例。要考量的是，可使用該方法的許多其它組態及在該方法中所使用的材料可選自於除了特別揭示出的那些外之許多材料。
無
圖1. 具有K常數2.5的超低K膜(LK2.5)及TEOS膜去除速率(RR)(埃/分鐘)與 LK2.5膜：TEOS選擇性。
圖2. LK2.5及SiN膜RR(埃/分鐘)與LK2.5膜：SiN選擇性。
圖3. pH在LK2.5與TEOS RR(埃/分鐘)及LK2.5：TEOS之選擇性上的效應。
圖4. pH在LK2.5及SiN RR(埃/分鐘)與LK2.5：SiN之選擇性上的效應。

Claims (17)

  1. 一種化學機械研磨組合物，其包含： 一選自於由下列所組成之群的研磨料：無機氧化物粒子、經塗佈的無機氧化物粒子及其組合； 鋁酸鹽的無機鹽； 一選自於由下列所組成之群的化學添加劑：
    Figure 03_image001
    (a) 其中-R可為氫原子、金屬離子或銨離子；
    Figure 03_image003
    (b) 其中-R’可為氫原子、金屬離子或銨離子；n係1至12，其係烷基鏈結基團-CH2 -的長度；及該金屬離子係鈉離子或鉀離子； 及 (c)其組合； 一可溶於水的溶劑；及 選擇性 一抗微生物劑； 一界面活性劑；及 一pH調整劑； 其中該組合物具有pH 2至13，較佳為4至13，及更佳為8至13，及最佳為10至12.5。
  2. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中 該研磨料範圍係0.01重量%至20重量%，較佳為0.05重量%至10重量%，及更佳為0.1重量%至7.5重量%； 該無機氧化物粒子係選自於由下列所組成之群：煅燒二氧化鈰、膠態二氧化矽、高純度膠態二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯粒子及其組合；及 該塗佈金屬的無機氧化物粒子係選自於由下列所組成之群的塗佈二氧化鈰的無機氧化物粒子：塗佈二氧化鈰的膠態二氧化矽、塗佈二氧化鈰的高純度膠態二氧化矽、塗佈二氧化鈰的氧化鋁、塗佈二氧化鈰的二氧化鈦、塗佈二氧化鈰的氧化鋯、及其組合。
  3. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中該研磨料係選自於由下列所組成之群：燻製二氧化矽粒子、膠態二氧化矽粒子、高純度膠態二氧化矽粒子及其組合；及該粒子的尺寸範圍係5奈米至1,000奈米，較佳為35奈米至100奈米；及該粒子的形狀係選自於由下列所組成之群：球形、繭形、團聚物及其組合。
  4. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中該鋁酸鹽的無機鹽係選自於由下列所組成之群：鈉鹽、鉀鹽、銨鹽及其組合。
  5. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中-R係氫原子及該化學添加劑係苯磺酸。
  6. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中-R係鈉離子、鉀離子或銨離子；及該化學添加劑係苯磺酸鹽的鹽。
  7. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中該可溶於水的溶劑係選自於由下列所組成之群：去離子化(DI)水、蒸餾水、酒精性有機溶劑及其組合。
  8. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中該組合物包含下列量的抗微生物劑：0.0001重量%至0.05重量%，較佳為0.0005重量%至0.025重量%及更佳為0.001重量%至0.01重量%；及該抗微生物劑包括5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮及2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮之活性成份。
  9. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中該組合物包含下列量的pH調整劑：大於0重量%至2重量%，較佳為0.01重量%至1.5重量%，更佳為0.1重量%至1.0重量%；及對酸性pH條件來說，該pH調整劑係選自於包含下列之群：硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸及其組合；或對鹼性pH條件來說，其係選自於由下列所組成之群：氫化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化四烷基銨、氫氧化有機四級銨化合物、有機胺及其組合。
  10. 如請求項1之化學機械研磨組合物，其中該組合物包含一界面活性劑，其係選自於非離子、陰離子或陽離子型式界面活性劑。
  11. 一種化學機械研磨(CMP)一具有至少一個包含低K或超低K膜的表面的半導體基材之方法，其包含： 提供該半導體基材； 提供一研磨墊； 提供如請求項1至10之任一項的化學機械研磨(CMP)組合物； 讓該半導體基材的至少一個表面與該研磨墊及該化學機械研磨組合物接觸；及 研磨該至少一個包含低K或超低K膜的表面。
  12. 如請求項11之方法，其中該低K或超低K膜係選自於由下列所組成之群：摻雜氟的矽氧化物、摻雜碳的氧化物、多孔的矽氧化物、旋塗有機聚合物介電質、旋塗矽基底的聚合物介電膜及其組合。
  13. 如請求項11之方法，其中該至少一個表面進一步包含矽氧化物膜、矽氮化物膜或其組合。
  14. 如請求項13之方法，其中該矽氧化物膜係選自於由下列所組成之群：化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助CVD (PECVD)、高密度沉積CVD (HDP)、旋塗矽氧化物膜及其組合；及該矽氮化物膜係選自於由下列所組成之群：化學氣相沉積(CVD) SiN、電漿輔助CVD (PECVD) SiN、LPCVD SiN膜及其組合。
  15. 如請求項13之方法，其中該低K或超低K膜對該矽氧化物膜的去除選擇性係2：1，較佳為4：1，更佳為6：1及最佳為8：1。
  16. 如請求項13之方法，其中該低K或超低K膜對該矽氮化物膜的去除選擇性係5：1，較佳為7：1及更佳為9：1。8：
  17. 一種化學機械研磨(CMP)一具有至少一個包含低K或超低K膜的表面之半導體基材的系統，及該至少一個表面包含矽氧化物膜、矽氮化物膜或其組合，其中該系統包含： a.該半導體基材； b.如請求項1至10之任一項的化學機械研磨(CMP)組合物； c.一研磨墊； 其中該至少一個包含低K或超低K膜的表面及該至少一個包含矽氧化物膜、矽氮化物膜或其組合的表面係與該研磨墊及該化學機械研磨組合物接觸。
TW109113753A 2019-04-29 2020-04-24 選擇性化學機械平坦化研磨 TWI766267B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962840338P 2019-04-29 2019-04-29
US62/840338 2019-04-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202041628A true TW202041628A (zh) 2020-11-16
TWI766267B TWI766267B (zh) 2022-06-01

Family

ID=73029192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109113753A TWI766267B (zh) 2019-04-29 2020-04-24 選擇性化學機械平坦化研磨

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220195245A1 (zh)
EP (1) EP3963019A4 (zh)
JP (1) JP2022531192A (zh)
KR (1) KR20210148429A (zh)
CN (1) CN113767155A (zh)
IL (1) IL287450A (zh)
SG (1) SG11202111104VA (zh)
TW (1) TWI766267B (zh)
WO (1) WO2020223029A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4959113C1 (en) * 1989-07-31 2001-03-13 Rodel Inc Method and composition for polishing metal surfaces
US7071105B2 (en) * 2003-02-03 2006-07-04 Cabot Microelectronics Corporation Method of polishing a silicon-containing dielectric
US7514363B2 (en) * 2003-10-23 2009-04-07 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Chemical-mechanical planarization composition having benzenesulfonic acid and per-compound oxidizing agents, and associated method for use
US7988878B2 (en) * 2004-09-29 2011-08-02 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Selective barrier slurry for chemical mechanical polishing
JP5202258B2 (ja) * 2008-03-25 2013-06-05 富士フイルム株式会社 金属研磨用組成物、及び化学的機械的研磨方法
JP5472585B2 (ja) * 2008-05-22 2014-04-16 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法
US10144850B2 (en) * 2015-09-25 2018-12-04 Versum Materials Us, Llc Stop-on silicon containing layer additive

Also Published As

Publication number Publication date
EP3963019A4 (en) 2023-01-18
KR20210148429A (ko) 2021-12-07
EP3963019A1 (en) 2022-03-09
JP2022531192A (ja) 2022-07-06
WO2020223029A1 (en) 2020-11-05
TWI766267B (zh) 2022-06-01
SG11202111104VA (en) 2021-11-29
US20220195245A1 (en) 2022-06-23
IL287450A (en) 2021-12-01
CN113767155A (zh) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102312220B1 (ko) 텅스텐 화학적 기계적 연마 조성물
TWI707028B (zh) 化學機械研磨鎢緩衝漿
US11066575B2 (en) Chemical mechanical planarization for tungsten-containing substrates
JP2020186380A (ja) 欠陥抑制を増強し、かつ、酸性環境において二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素を選択的に研磨する、化学機械研磨組成物および方法
CN111732896B (zh) 具有低磨料浓度和化学添加剂组合的浅沟槽隔离(sti)化学机械平面化(cmp)抛光
JP7557532B2 (ja) 高い酸化物除去速度を有するシャロートレンチアイソレーション化学的機械平坦化組成物
JP2023104945A (ja) シャロートレンチアイソレーション（ｓｔｉ）の化学機械平坦化研磨（ｃｍｐ）において酸化物／窒化物選択性を高め、酸化物トレンチのディッシングを低く均一化する方法
CN114729229B (zh) 高氧化物去除速率浅沟隔离化学机械平面化组合物
TWI766267B (zh) 選擇性化學機械平坦化研磨
KR20240158344A (ko) 고효율의 산화규소 제거를 위한 안정한 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물 및 방법
TWI853105B (zh) 化學機械研磨用組成物及化學機械研磨方法
EP3702424B1 (en) Shallow trench isolation chemical and mechanical polishing slurry
CN114787304B (zh) 低氧化物沟槽凹陷的浅沟槽隔离化学机械平面化抛光
JP2020076090A (ja) シャロートレンチ分離（ＳＴＩ）プロセスのためのＳｉＮ除去速度の抑制及び酸化物トレンチディッシングの低減
TW202428838A (zh) 用於cmp金屬膜的組合物及方法
WO2021118694A1 (en) Low oxide trench dishing shallow trench isolation chemical mechanical planarization polishing
CN118251471A (zh) 用于浅沟槽隔离的化学机械平面化抛光
CN111500197A (zh) 具有可调节的氧化硅和氮化硅去除速率的浅沟槽隔离化学机械平面化抛光
EP4069794A1 (en) High oxide film removal rate shallow trench isolation (sti) chemical mechanical planarization (cmp) polishing