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TW202115224A - 低淺盤效應銅化學機械平坦化 - Google Patents

低淺盤效應銅化學機械平坦化 Download PDF

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TW202115224A
TW202115224A TW109133792A TW109133792A TW202115224A TW 202115224 A TW202115224 A TW 202115224A TW 109133792 A TW109133792 A TW 109133792A TW 109133792 A TW109133792 A TW 109133792A TW 202115224 A TW202115224 A TW 202115224A
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TW
Taiwan
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weight
cmp
polishing
chemical mechanical
mechanical planarization
Prior art date
Application number
TW109133792A
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English (en)
Inventor
李克遠
蔡明蒔
曉波 史
楊榮澤
黃鎮遠
羅拉Ｍ 梅特茲
Original Assignee
美商慧盛材料美國責任有限公司
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    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • 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
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
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Abstract

本發明揭示銅化學機械拋光(CMP)拋光配方、方法及系統。該CMP拋光配方包含特定形態及平均粒徑(≤ 100 nm、≤ 50 nm、≤ 40 nm、≤ 30 nm或≤ 20 nm)的研磨料粒子、至少二或更多胺基酸、氧化劑、腐蝕抑製劑及水。

Description

低淺盤效應銅化學機械平坦化
相關申請案之相互參照 本案請求2019年9月30日申請的美國臨時申請案序號第62/907,912號的權益，在此為了所有允許的目的以引用的方式將其全部內文以其全文併入本文。
本發明大體上關於半導體晶圓的化學機械平坦化(CMP)。更明確地說，本發明關於用於含CMP銅(Cu)的基材的低淺盤效應配方。在本發明中，CMP拋光配方、CMP拋光組合物或CMP拋光漿料皆可互換。
銅由於其低電阻率、高可靠性及可擴展性而成為目前選用於製造積體電子裝置時所用的互連金屬之材料。銅化學機械平坦化製程必需去除鑲嵌溝槽結構中的銅覆蓋層，同時達成低金屬損耗的整體平坦化。
隨著技術節點的發展，降低金屬淺盤效應及金屬損失的需求變得越來越重要。任何新的拋光配方也必須保持高去除率，對阻障材料的高選擇性及低缺陷率。
先前技藝中已經揭示過用於銅CMP的CMP拋光配方，舉例來說，在US20040175942、US6773476、US8236695及US9978609 B2中。
本發明揭示為滿足先進技術節點對低淺盤效應及高去除率的挑戰性要求而開發的總體銅CMP拋光配方。
在一態樣中，本發明提供一種銅化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其包含： 研磨料粒子， 至少二胺基酸， 氧化劑， 腐蝕抑制劑， 及 液體載體。
在另一態樣中，本發明提供一種化學機械平坦化拋光含銅半導體基材之方法，其包含以下步驟： 提供具有包含銅的表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其包含： 研磨料粒子， 至少二胺基酸， 氧化劑， 腐蝕抑制劑， 及 液體載體； 使該半導體基材的表面與該拋光墊及該化學機械平坦化(CMP)拋光配方接觸；及 拋光該半導體表面； 其中使該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械平坦化(CMP)拋光配方接觸。
在又一態樣中，本發明提供一種化學機械平坦化拋光之系統，其包含： 具有包含銅的表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其包含： 研磨料粒子， 至少二胺基酸， 氧化劑， 腐蝕抑制劑， 及 液體載體， 其中使該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械平坦化(CMP)拋光配方接觸。
該研磨料粒子包括，但不限於，發煙二氧化矽、膠體二氧化矽、高純度膠體二氧化矽、發煙氧化鋁、膠體氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、經表面改質或晶格摻雜的無機氧化物粒子、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物。該研磨料粒子的濃度可為0.0001至2.5重量%、0.0005至1.0重量%、0.001至0.5重量%、0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%。
該研磨料粒子的平均粒徑為約2 nm至160 nm、2 nm至100 nm、2 nm至80 nm、2至60 nm、3至50 nm、3至40 nm、4 nm至30或5至20 nm。
或者，該研磨料粒子的平均粒徑≤ 100nm、≤ 50nm、≤ 40nm、≤ 30nm或≤ 20nm。
包括衍生物在內的各種胺基酸係含有胺及羧酸官能基的有機化合物。該胺基酸結構中也可存有其他官能基。該胺基酸可用於包括，但不限於，胺基乙酸(也稱為甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺(glutamine)、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺基乙酸、天冬醯胺、天冬胺酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸(bicine)、麥黃酮(tricin)、脯胺酸及其混合物。胺基酸的較佳組合包括甘胺酸(胺基乙酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸。
各胺基酸的濃度係於約0.01重量%至約20.0重量%的範圍內；0.1重量%至約15.0重量%，或0.5重量%至10.0重量%。
該漿料中使用的一胺基酸與另一胺基酸的重量濃度比為1：99至99：1；10：90至90：10、20：80至80：20、25：75至75：25、30：70至70：30、40：60至60：40或50：50。
該腐蝕抑制劑包括，但不限於，含氮環狀化合物例如1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑及苯并咪唑。也可以使用苯并噻唑例如2,1,3-苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇。較佳的抑制劑係1,2,4-三唑、5-胺基三唑、3-胺基-1,2,4-三唑及三聚異氰酸酯化合物例如1,3,5-叁(2-羥乙基)三聚異氰酸酯。
該腐蝕抑制劑加入的濃度係於以重量計約0.1 ppm至約20,000 ppm的範圍內，較佳地以重量計約20 ppm至約10,000 ppm，更佳地以重量計約50 ppm至約1000 ppm。
該氧化劑包括，但不限於，過氧化氫、重鉻酸銨、高氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽、次氯酸鈣、硫酸鈰、氯酸鹽、三氧化鉻、三氧化二鐵、氯化鐵、碘酸鹽、碘、高氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽、高碘酸、高錳酸、重鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、重鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽、過乙酸、尿素-過氧化氫、高氯酸、過氧化二第三丁基、單過硫酸鹽及二過硫酸鹽及其組合。
該氧化劑的濃度係於約0.1重量%至約20重量%的範圍內，較佳地約0.25重量%至約5重量%。
該CMP拋光配方另外包含平坦化效率增強劑(planarization efficiency enhancer)。該平坦化效率增強劑用於增強平坦化作用，例如改善各種銅線及/或特徵之間的淺盤效應。其包括，但不限於，膽鹼鹽；例如(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽、氫氧化膽鹼、膽鹼對甲苯磺酸鹽、膽鹼酒石酸氫鹽及膽鹼與其他陰離子相反離子(counter ion)之間形成的所有其他鹽；有機胺，例如伸乙二胺、伸丙二胺、同一分子骨架中含有多胺基的有機胺化合物；及其組合。
該平坦化效率增強劑的濃度係於5至1000 ppm、10至500 ppm或10至100 ppm的範圍內。
該CMP拋光配方另外包含表面活性劑，其包括，但不限於，苯基乙氧基化物表面活性劑、炔二醇表面活性劑、硫酸鹽或磺酸鹽表面活性劑、丙三醇丙氧基化物、丙三醇乙氧基化物、聚山梨醇酯表面活性劑、非離子性烷基乙氧基化物表面活性劑、丙三醇丙氧基化物-嵌段-乙氧基化物、氧化胺表面活性劑、乙醇酸乙氧基化物油基醚、聚乙二醇、聚環氧乙烷、乙氧基化醇、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑、聚醚消泡分散液及其他表面活性劑。
表面活性劑濃度可以在0.0001至1.0重量%、0.0005至0.5重量%或0.001至0.3重量%的範圍內。
該液體載體包括，但不限於，去離子水、極性溶劑及去離子水和極性溶劑的混合物。該極性溶劑可為任何醇、醚、酮或其他極性試劑。極性溶劑的實例包含醇(例如異丙醇)、醚(例如四氫呋喃及二乙醚)及酮(例如丙酮)。有利地，水係去離子(DI)水。
該CMP拋光配方另外包含選自由pH調節劑、殺生物劑或生物防腐劑、分散劑及濕潤劑所組成的群組中之至少其一。
該拋光配方的pH為2至12、3至10、4至9或6至8。
本發明中揭示先進技術節點開發的總體銅CMP拋光配方。該配方顯示出改善的淺盤效應性能。
配方包含研磨料粒子、二或更多胺基酸、氧化劑、銅腐蝕抑制劑及液體載體。
重量%為該配方或組合物的總重量。也有用以重量計每百萬份的份數或重量ppm，或簡單地 ppm。1000重量 ppm或1000 ppm ＝ 0.1重量%。
一般而言，廣大範圍的研磨料粒子皆可使用。該粒子可通過多種製造及加工技術來獲得，其包括，但不限於，熱製程、溶液生長製程、原礦的開採並磨細至一定尺寸以及快速熱分解。材料大體上可以採製造商提供的方式加入該組合物。該組合物中使用的某些類型的研磨料粒子以較高濃度用作研磨材料。但是，也可使用傳統上沒用作CMP漿料中的研磨料的其他研磨料粒子來提供有利的結果。
代表性的研磨料粒子包括在本發明漿料的使用條件之下為惰性的多種無機及有機材料。
該研磨料粒子包括，但不限於，發煙二氧化矽、膠體二氧化矽、高純度膠體二氧化矽、發煙氧化鋁、膠體氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、經表面改質或晶格摻雜的無機氧化物粒子、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物。
該研磨料粒子的平均粒徑介於約2 nm至160 nm、2 nm至100 nm、2 nm至80 nm、2至60 nm、3至50 nm、3至40、4 nm至30 nm或5至20 nm。
或者，該研磨料粒子具有≤100 nm，≤50 nm，≤40 nm，≤30 nm或≤20nm的平均粒徑。
該平均粒徑藉由盤式離心機(DC)來測量。
該粒子可以以多種物理形式存在，例如但不限於板狀、碎形聚集體、繭形及球形物種。
較佳的研磨料粒子係膠體二氧化矽。也較佳的是具有極低痕量金屬雜質含量的膠體二氧化矽。
高純度膠體二氧化矽的實例可購自日本，Fuso Chemical Company。該高純度膠體二氧化矽粒子具有約6 nm至約180 nm的平均粒徑，並且具有球形、繭形或聚集體形狀。該高純度膠體二氧化矽粒子也可具有經官能基改質的表面。
不同粒徑及類型的膠態二氧化矽粒子的混合物也可用以產生改善的性能。
該研磨料粒子的濃度可介於0.0001至2.5重量%、0.0005至1.0重量%、0.001至0.5重量%、0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%。
該配方包含至少二胺基酸作為螯合劑。
各種胺基酸及衍生物，在本發明中稱為胺基酸，可用於該CMP拋光配方的製備。
胺基係定義為含有胺及羧酸官能基的有機化合物。該胺基酸結構中也可存有其他官能基。
該胺基酸可用於配方中，其包括，但不限於，胺基乙酸(也稱為甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺基乙酸、天冬醯胺、天冬胺酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸、麥黃酮、脯胺酸及其混合物。
胺基酸的較佳組合包括甘胺酸(胺基乙酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸。
頃發現該配方中存有胺基酸會影響該CMP製程期間的銅的去除速率。然而，提高的胺基酸水準使該銅的蝕刻速率提高，這是不希望的。因此調整濃度水準以達成銅去除速率與該蝕刻速率之間的可接受的平衡。
通常，各胺基酸的濃度係於約0.01重量%至約20.0重量%；0.1重量%至約15.0重量%，或0.5重量%至10.0重量%的範圍內。
該漿料中使用的一胺基酸與另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1、10：90至90：10、20：80至80：20、25：75至75：25、 30：70至70：30、40：60至60：40或50：50。
該配方可包含腐蝕抑制劑以限制該CMP製程期間的金屬腐蝕及腐蝕。該腐蝕抑制劑藉由物理吸附或化學吸附在該金屬表面上形成保護膜。因此，該腐蝕抑制劑的作用在於保護該銅表面不受該CMP製程期間的腐蝕及腐蝕的影響。
該腐蝕抑制劑包括，但不限於，含氮環狀化合物，例如1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑、5-胺基三唑及苯并咪唑。也可以使用苯并噻唑例如2,1,3-苯并噻二唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇。較佳的抑制劑係1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑及5-胺基三唑。
該腐蝕抑制劑加入的濃度水準範圍為以重量計約0.1 ppm至約20,000 ppm，較佳地以重量計約20 ppm至約10,000 ppm，更佳地以重量計約50 ppm至約1000 ppm。。
該氧化劑執行氧化功能，並且促進該晶圓表面上的銅轉化為CuOH、Cu(OH)2 、CuO或Cu2 O的水合銅化合物。
該氧化劑包括，但不限於，過氧化氫、重鉻酸銨、高氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽、次氯酸鈣、硫酸鈰、氯酸鹽、三氧化鉻、三氧化二鐵、氯化鐵、碘酸鹽、碘、高氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽、高碘酸、高錳酸、重鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、重鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽、過乙酸、尿素-過氧化氫、高氯酸、過氧化二第三丁基、單過硫酸鹽及二過硫酸鹽及其組合。
較佳地在使用時或在使用前不久將該氧化劑就地加入該配方。也可在組合其他組分時加入該氧化劑，但是必須考慮如此形成的配方在更長的儲存條件下的安定性。
該氧化劑的濃度在約0.1重量%至約20重量%，較佳地約0.25重量%至約5重量%的範圍內。
該CMP拋光配方另外包含平坦化效率增強劑。該平坦化效率增強劑係用於增強該平坦化效果，例如改善各種銅線及/或特徵之間的淺盤效應。其包括，但不限於，膽鹼鹽；例如(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽、氫氧化膽鹼、膽鹼對甲苯磺酸鹽、膽鹼酒石酸氫鹽及膽鹼與其他陰離子相反離子之間形成的所有其他鹽；有機胺，例如伸乙二胺、伸丙二胺、同一分子骨架中含有多胺基的有機胺化合物；及其組合。
該平坦化效率增強劑的濃度在5至1000 ppm、10至500 ppm或10至100 ppm的範圍內。
據發現當表面活性劑添加到這些配方時也具有降低淺盤效應及缺陷的有用性影響。表面活性劑可為非離子性、陽離子性、陰離子性或兩型離子性。
該表面活性劑的實例包括，但不限於，苯基乙氧基化物型表面活性劑(例如來自Dow Chemicals的Nonidet™ P40(辛基苯氧基聚乙氧基乙醇)及炔二醇表面活性劑(例如來自Evonik Industries的Dynol™ 607、Dynol™ 800、Dynol™ 810、Dynol™ 960、 Dynol™ 980、Surfynol™ 104E、Surfynol® 465、Surfynol® 485、Surfynol® PSA 336、Surfynol® FS85、Surfynol® SE、Surfynol® SE-F)；陰離子性有機表面活性劑(例如硫酸鹽或磺酸鹽表面活性劑；例如十二烷基硫酸銨(ADS)、癸基硫酸鈉、十四烷基硫酸鈉鹽或線性烷基苯硫酸鹽)；甘油丙氧基化物；甘油乙氧基化物；聚山梨醇酯表面活性劑(例如來自BASF的Tween® 20、Tween® 40、Tween® 60、Tween® 80)；非離子性烷基乙氧基化物型表面活性劑(例如來自Croda的Brij™ LA-4)；甘油丙氧基化物-嵌段-乙氧基化物；氧化胺表面活性劑(例如來自Evonik Insustries的Tomamine® AO-455及Tomamamine AO®-405)；乙醇酸乙氧基化油基醚表面活性劑；聚乙二醇；聚環氧乙烷；乙氧基化醇(例如來自Evonik Insustries的Tomadol® 23-6.5、Tomadol® 91-8、Carbowet® 13-40)；乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑(例如來自Dow Chemical的TergitolTM Minfoam 1X、TergitolTM Minfoam 2X)；聚醚消泡分散劑(例如來自PPG Industries的DF204)及其他表面活性劑。
用於有效降低Cu線淺盤效應的較佳表面活性劑包括苯乙氧基化物(例如Nonidet™ P40)、炔二醇表面活性劑(例如Surfynol®104E、Dynol®607、Dyno®800、Dynol®810)、乙氧基化物-丙氧基化物表面活性劑(例如Tergitol Minfoam 1X)、聚醚分散液(例如DF204)；陰離子性有機硫酸鹽/磺酸鹽表面活性劑(例如十二烷基硫酸銨(ADS)、癸基硫酸鈉、十四烷基硫酸鈉鹽或線性烷基苯硫酸鈉)。
表面活性劑濃度可以在0.0001至1.0重量%、0.0005至0.5重量%或0.001至0.3重量%的範圍內。
該配方也可包含其他視需要的添加物，例如殺生物劑或生物防腐劑、分散劑、濕潤劑、pH調節劑等等。
該CMP拋光配方可包含殺生物劑，即，生物生長抑制劑或防腐劑，以防止儲存期間的細菌及真菌的生長。該生物生長抑制劑包括，但不限於，氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四丙基銨、氯化烷基苯甲基二甲基銨及烷基鏈介於1至約20個碳原子的氫氧化烷基苯甲基二甲基銨、亞氯酸鈉及次氯酸鈉。一些市售可得的防腐劑包括來自Dow Chemicals的KATHON™ (例如Kathon II)及NEOLENE™產品系列及來自Lanxess的Preventol™系列。在美國專利第5,230,833號(Romberger等人)及美國專利申請案第US 20020025762號中有揭示更多。在此以引用的方式將其全文併入本文。
該pH調節劑的實例包括，但不限於，(a) 硝酸、硫酸、酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸、丙二酸、各種脂肪酸、各種聚羧酸及其組合，用以降低該拋光配方的pH；(b) 氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化氨、氫氧化銫、有機氫氧化季銨(例如氫氧化四甲基銨)、伸乙二胺、六氫吡嗪、聚乙烯亞胺、改質聚乙烯亞胺及其組合，用以提高該拋光劑的pH；而且用量介於約0重量%至3重量%；較佳地0.001重量%至1重量%；更佳地0.01重量%至0.5重量%的pH調節劑。
該拋光配方的pH為2至12、3至10、4至9或6至8。
分散劑可用以改善粒子的膠體安定性。分散劑可包含表面活性劑及聚合物。分散劑的實例包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸。
該配方的其餘部分為液體載體，其提供液體組分的主要部分。
該液體載體包括，但不限於，去離子水、極性溶劑以及去離子水及極性溶劑的混合物。該極性溶劑可為任何醇、醚、酮或其他極性試劑。極性溶劑的實例包括醇(例如異丙醇)、醚(例如四氫呋喃及二乙醚)及酮(例如丙酮)。有利地，水為去離子(DI)水。
該配方可被製成濃縮形式並且在拋光時用去離子水稀釋以降低與運輸及處理相關的成本。該稀釋液可介於1份漿料濃縮物：0份水至1份漿料濃縮物：1000份水，或介於1份漿料濃縮物：3份水至1份漿料濃縮物：100份水，或介於1份漿料濃縮物： 5份水至1份漿料濃縮物：50份水。
本發明的配方係用以用銅互連線拋光圖案化的晶圓以提供高的銅去除率以及低的淺盤效應。
銅CMP一般分三步驟進行。在第一步驟中，在具有高去除率的拋光條件的情況下從該圖案化晶圓上去除總體銅，並且形成平坦化的表面。在第二步驟中，執行更嚴格的拋光以除去殘留的銅以降低淺盤效應，然後在該阻障層處停止。第三步涉及阻障層的去除。本發明的配方可用於上述步驟1及2。在該步驟1中，較高的下壓力(downforce)或工作台速度可用以於高去除速率下拋光銅，而且對於該銅CMP的步驟2可使用較低的下壓力或較低的工作台速度。通常，該第一步驟拋光係於2.5 psi或更高的下壓力下進行。該第二步驟拋光係於1.5 psi或更低的下壓力下進行。吾人所欲為銅去除率係高的以獲得晶圓生產可接受的產量。較佳地，用於該第二步驟CMP的期望的CMP去除速率為至少3000 Å/min，或更佳地高於4000 Å/min。對於該第一步驟，所需的去除速率高於6000 Å/min。
本發明的配方能夠於高選擇性下拋光銅到該阻障或拋光停止層。銅與該阻障層之間的較佳去除速率選擇性大於50。這些配方可用於多種積體方案，這些方案使用銅或銅系合金作為互連材料及包括，但不限於，Ta 、TaN、Ti、TiN、Co、Ru在內的一系列可能的阻擋/拋光停止層。
本發明藉由以下實施例得到進一步證實。 一般實驗程序
本文所述的相關方法需要將前述漿料用於包含銅的基材的化學機械平坦化。
在該方法中，將基材(例如，具有銅表面的晶圓)面朝下放在拋光墊上，該拋光墊固定地附接到CMP拋光機的可旋轉壓板上。依此方式，將待拋光及平坦化的基材放置成與該拋光墊直接接觸。晶圓載體系統或拋光頭用於將該基材固定於適當位置，並且在CMP處理期間對該基材的背面施加向下的壓力並同時旋轉該壓盤及該基材。在CMP處理期間將該拋光配方施加在該墊上(通常連續地)以引發該材料去除作用而將該基材平坦化。
本文所述的拋光漿料及相關方法能有效用於多種基材的CMP，包括大多數基材，特別是可用於拋光銅基材。
在下文所示的實施例中，使用以下提供的程序及實驗條件進行CMP實驗。
該實施例中使用的CMP設備係Reflexion® LK，Reflexion LK®，由加州，聖塔克拉拉，95054，Bowers大道3050號的Applied Materials公司製造。
拋光用93 RPM的工作台速度以300 mL/min的漿料速率在Dow Chemicals的VP9280®墊上進行。對於去除速率數據，用電鍍銅的晶圓進行拋光。淺盤效應數據在帶有Ta/TaN阻障層的TEOS電介質中具有Cu線的MIT754圖案化晶圓上獲得。圖案化晶圓拋光涉及在該第一拋光步驟中以2.5 psi下壓力拋光約75秒，然後以1.5 psi拋光直至定義的拋光終點為止。定義的終點係指藉由Reflexion® LK的光學終點技術檢測到所有銅覆蓋層皆從圖案化晶圓表面清除掉的時候。淺盤效應的測量使用輪廓量測技術(profilometric technique)進行。
研磨料粒子係平均粒徑-MPS範圍為約15 nm至160 nm的膠體二氧化矽粒子，由以下公司提供：Nalco Water An Ecolab公司，地址：1601 W Diehl Rd，Naperville，IL 60563，美國；Fuso Chemical有限公司，地址：103-00日本東京都中央區日本橋古船町大倉大廈6-6；及JGC Catalysts and Chemicals有限公司，地址：212-0013日本神奈川縣川崎市西圍區Horikawa町580，Solid Square東塔16樓。 工作實施例 實施例1
表1所示的CMP拋光配方皆包含416  ppm的1,2,4-三唑作為腐蝕抑制劑；833  ppm的膠體二氧化矽(平均粒徑-MPS範圍約15  nm至160  nm)；約40  ppm的伸乙二胺 、(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽或伸乙二胺和(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽的組合；1重量%的過氧化氫；5.5重量%的甘胺酸；9.5重量%的丙胺酸；及水。
所有實施例中的所有配方的pH皆介於7.20至7.30之間。 表1
配方編號 研磨料
1 Nalco，約15 nm MPS，球形
2 Fuso，約15 nm MPS，球形
3 Nalco，約27 nm MPS，球形
4 Fuso，約27 nm MPS，球形
5 Nalco，約50 nm MPS，球形
6 Fuso，約50 nm MPS，繭形
7 Fuso，約125 nm MPS，繭形
8 Fuso，約140 nm MPS，聚集體
9 JGC C&C，約160 nm MPS，球形
由具有100/100μm及9 /1μm特徵的大又高圖案密度銅線觀察到該配方的淺盤效應性能。將結果列於表2。
如表2所示，很顯然地在提供高去除速率的同時，具有相對較小的MPS的研磨料粒子之淺盤效應性能比具有相對較大尺寸的研磨料粒子更好。 表2
配方編號 在2.5/1.5 psi下壓力(Å/min)下的銅去除速率 100/100μm銅線的淺盤效應(Å) 9 /1μm銅線的淺盤效應(Å)
1 6,204 / 4,084 779 442
2 5,492 / 3,451 773 428
3 5,140 / 3,712 968 620
4 5,629 / 3,519 873 486
5 4,414 / 3,109 1,037 658
6 8,453 / 5,695 924 560
7 7,618 / 4,874 999 843
8 8,493 / 4,824 1,130 868
9 7,757 / 4,574 1156 797
將十二烷基硫酸銨(ADS) (80至250  ppm)添加到具有相對較小研磨料MPS的CMP拋光配方中，進一步改善了淺盤效應性能。 實施例2
表3所示的CMP拋光配方皆包含416  ppm的1,2,4-三唑作為腐蝕抑制劑；833  ppm的MPS範圍約15  nm的膠體二氧化矽(來自Fuso Chemical公司)；約40  ppm的伸乙二胺 、(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽或伸乙二胺和(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽的組合；1重量%的過氧化氫；5.5重量%的甘胺酸；9.5重量%的丙胺酸；及水。
所有實施例中的所有配方的pH皆介於7.20至7.30之間。
配方11使用沒有經表面改質的球形膠態二氧化矽粒子(Fuso BS-1L)。
配方12 (Fuso BS-1L-C)使用經陽離子胺基表面改質的球形膠態二氧化矽粒子。
[0090]配方13 (Fuso BS-1L-D)及14 (Fuso PL-1L-D)使用經陰離子磺酸基表面改質的球形膠態二氧化矽粒子。
由具有100/100μm及9 /1μm特徵的大又高圖案密度銅線觀察到該配方在2.5和1.5 psi下壓力下的銅去除速率及淺盤效應性能。將結果列於表3。 表3
配方編號 在2.5/1.5 psi下壓力(Å/min)下的銅去除速率 100/100μm銅線的淺盤效應(Å) 9 /1μm銅線的淺盤效應(Å)
11 5,492 / 3,451 773 428
12 5,786 / 3,730 776 445
13 4,718 / 3,181 779 438
14 5,671 / 3,605 768 403
如表3所示，很明顯地具有小MPS的非表面改質的、經陽離子及經陰離子表面改質的研磨料之所有測試配方皆得到在大及/或高圖案密度銅特徵/線上非常類似水準的淺盤效應降低。
包含約4  nm至約30  nm MPS研磨料粒子的配方提供可與包含30  nm至200  nm MPS研磨料粒子的配方相當的的去除速率，並且提供顯著降低的銅線淺盤效應。
上列本發明的具體實例，其包括工作實施例在內，例示可由本發明實現的許多具體實例。預期可使用該方法的許多其他配置及該方法中使用的材料皆可從不同於已經具體揭示的那些材料中選出。

Claims (19)

  1. 一種銅化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其包含： 研磨料粒子，其係選自由以下所組成的群組：發煙二氧化矽、膠體二氧化矽、高純度膠體二氧化矽、發煙氧化鋁、膠體氧化鋁、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯、經表面改質或晶格摻雜的無機氧化物粒子、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、雲母、水合矽酸鋁及其混合物； 至少二胺基酸； 氧化劑； 腐蝕抑制劑； 及 液體載體； 其中 該配方具有2至12的pH；而且 該研磨料粒子具有3至50 nm、3至40 nm、4 nm至30 nm或5至20 nm的平均粒徑。
  2. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該研磨料粒子介於0.0001至2.5重量%、0.0005至1.0重量%、0.001至0.5重量%、0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%。
  3. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該研磨料粒子具有≤ 40  nm、≤ 30  nm或≤ 20 nm的平均粒徑。
  4. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該研磨料粒子介於0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%。
  5. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該至少二胺基酸係各自獨立地選自由以下所組成的群組：胺基乙酸(甘胺酸)、絲胺酸、離胺酸、麩醯胺(glutamine)、L-丙胺酸、DL-丙胺酸、β-丙胺酸、亞胺基乙酸、天冬醯胺、天冬胺酸、纈胺酸、肌胺酸、二羥乙甘胺酸(bicine)、麥黃酮(tricin)、脯胺酸及其組合；而且該漿料中使用的一胺基酸與另一胺基酸的重量濃度比介於1：99至99：1、10：90至90：10、20：80至80：20、25：75至75：25、30：70至70：30、40：60至60：40或50：50。
  6. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該至少二胺基酸中各胺基酸介於0.01重量%至20.0重量%；0.1重量%至15.0重量%或0.5重量%至10.0重量%。
  7. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該氧化劑係選自由以下所組成的群組：過氧化氫、重鉻酸銨、高氯酸銨、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、溴酸鹽、次氯酸鈣、硫酸鈰、氯酸鹽、三氧化鉻、三氧化二鐵、氯化鐵、碘酸鹽、碘、高氯酸鎂、二氧化鎂、硝酸鹽、高碘酸、高錳酸、重鉻酸鉀、鐵氰化鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、鉍酸鈉、亞氯酸鈉、重鉻酸鈉、亞硝酸鈉、過硼酸鈉、硫酸鹽、過乙酸、尿素-過氧化氫、高氯酸、過氧化二第三丁基、單過硫酸鹽、二過硫酸鹽及其組合；而且該氧化劑介於0.1重量%至20重量%或0.25重量%至5重量%。
  8. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該腐蝕抑制劑係選自由含氮環狀化合物所組成的群組，該含氮環狀化合物係選自由以下所組成的群組：1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、1,2,3-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三唑、1-羥基苯并三唑、4-羥基苯并三唑、4-胺基-4H-1,2,4-三唑、苯并咪唑； 5-胺基三唑、苯并噻唑、三嗪硫醇、三嗪二硫醇及三嗪三硫醇；三聚異氰酸酯及其組合。
  9. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該氧化劑介於以重量計0.1 ppm至20,000 ppm、以重量計20 ppm至10,000 ppm或以重量計50 ppm至1000 ppm。
  10. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其另外包含5至1000 ppm、10至500 ppm或10至100 ppm的平坦化效率增強劑，該平坦化效率增強劑係選自由膽鹼鹽、有機胺及其組合所組成的群組。
  11. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其另外包含5至1000 ppm、10至500 ppm或10至100 ppm的平坦化效率增強劑，該平坦化效率增強劑係選自由(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽、氫氧化膽鹼、膽鹼對甲苯磺酸鹽、膽鹼酒石酸氫鹽、伸乙二胺、伸丙二胺及其組合所組成的群組。
  12. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其另外包含0.0001至1.0重量%、0.0005至0.5重量%或0.001至0.3重量%的表面活性劑，該表面活性劑含有選自由以下所組成的群組中之其一：苯基乙氧基化物、炔二醇、硫酸鹽、磺酸鹽、丙三醇丙氧基化物、丙三醇乙氧基化物、聚山梨醇酯表面活性劑、非離子性烷基乙氧基化物、丙三醇丙氧基化物-嵌段-乙氧基化物、氧化胺、乙醇酸乙氧基化物油基醚、聚乙二醇、聚環氧乙烷、乙氧基化醇、乙氧基化物-丙氧基化物、聚醚消泡分散液及其組合。
  13. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其另外包含0.0001至1.0重量%、0.0005至0.5重量%或0.001至0.3重量%的表面活性劑，該表面活性劑含有選自由以下所組成的群組中之其一：苯基乙氧基化物、炔二醇、乙氧基化物-丙氧基化物、聚醚、選自由十二烷基硫酸銨、癸基硫酸鈉、十四烷基硫酸鈉鹽、線性烷基苯硫酸鹽及其組合所組成的群組之硫酸鹽或磺酸鹽。
  14. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其另外包含選自由pH調節劑、殺生物劑、分散劑及濕潤劑所組成的群組中之至少其一。
  15. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該CMP拋光配方包含0.001至0.5重量%、0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%的MPS ≤ 30 nm或≤ 20 nm的膠體二氧化矽；各自選自由胺基乙酸(甘胺酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸所組成的群組中之至少二胺基酸；過氧化氫；1,2,4-三唑或5-胺基三唑；水；而且該pH為4到9或6到8。
  16. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該CMP拋光配方包含0.001至0.5重量%、0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%的MPS ≤ 30 nm或≤ 20 nm的膠體二氧化矽；各自選自由胺基乙酸(甘胺酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸所組成的群組中之至少二胺基酸；過氧化氫；1,2,4-三唑或5-胺基三唑；10至500  ppm或10至100  ppm的伸乙二胺、(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽或其組合；水；而且該pH為4到9或6到8。
  17. 如請求項1之化學機械平坦化(CMP)拋光配方，其中該CMP拋光配方包含0.001至0.5重量%、0.005至0.5重量%或0.01至0.25重量%的MPS ≤ 30 nm或≤ 20 nm的膠體二氧化矽；各自選自由胺基乙酸(甘胺酸)、丙胺酸、二羥乙甘胺酸及肌胺酸所組成的群組中之至少二胺基酸；過氧化氫；1,2,4-三唑或5-胺基三唑；10至500  ppm或10至100  ppm的伸乙二胺、(2-羥乙基)三甲基銨碳酸氫鹽或其組合；0.0005至0.5重量%、0.001至0.3重量%的表面活性劑，該表面活性劑含有選自由以下所組成的群組中之其一：苯基乙氧基化物、炔二醇、乙氧基化物-丙氧基化物、聚醚、選自由十二烷基硫酸銨、癸基硫酸鈉、十四烷基硫酸鈉鹽、線性烷基苯硫酸鹽及其組合所組成的群組之硫酸鹽或磺酸鹽；水；而且該pH為4到9或6到8。
  18. 一種化學機械平坦化拋光含銅半導體基材之方法，其包含以下步驟： 提供具有含銅的表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供如請求項1至17中任一項之化學機械平坦化(CMP)拋光配方： 使該半導體基材的表面與該拋光墊及該化學機械平坦化(CMP)拋光配方接觸；及 拋光該半導體表面； 其中使該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械平坦化(CMP)拋光配方接觸。
  19. 一種化學機械平坦化拋光之系統，其包含： 具有含銅的表面的半導體基材； 提供拋光墊； 提供如請求項1至17中任一項之化學機械平坦化(CMP)拋光配方： 其中使該含銅表面的至少一部分與該拋光墊及該化學機械平坦化(CMP)拋光配方接觸。
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