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TW202428838A - 用於cmp金屬膜的組合物及方法 - Google Patents

用於cmp金屬膜的組合物及方法 Download PDF

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TW202428838A
TW202428838A TW112147623A TW112147623A TW202428838A TW 202428838 A TW202428838 A TW 202428838A TW 112147623 A TW112147623 A TW 112147623A TW 112147623 A TW112147623 A TW 112147623A TW 202428838 A TW202428838 A TW 202428838A
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TW
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chemical mechanical
acid
composition
mechanical polishing
chemical
Prior art date
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TW112147623A
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Inventor
蔡明蒔
周鴻君
艾紐帕馬 馬里卡裘南
楊榮澤
Original Assignee
美商慧盛材料美國責任有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

一種用於研磨鉬的化學機械平坦化組合物，包含一水基的液體載體；分散在該液體載體中的磨粒；具有一酸基的一胺化合物，係選自由羧酸、磷酸和磺酸組成的群組；和一氧化劑，係選自由過氧化氫、硝酸鐵、碘酸鉀及其等混合物的群組。一種用於化學機械研磨包括一鉬層的一基材的方法，包括將該基材與該上述研磨組合物接觸；相對於該基材移動該研磨組合物；並研磨該基材以從該基材除去一部分該鉬層

Description

用於CMP金屬膜的組合物及方法
本申請案請求於2022年12月16日提交的美國臨時專利申請案號63/387,812優先權，在本文透過引用併入。
所揭示的實施態樣有關金屬層的化學機械研磨，更具體地有關用於研磨包含鉬的金屬層的組合物和方法。
化學機械研磨組合物採用一氧化劑，例如過氧化氫，會對該研磨金屬具有化學腐蝕性。在積體電路製造的先進節點中，鉬是可取代鎢作為矽元件的導電接點以形成該積體電路的有前途的金屬之一。需要研磨鉬同時不會導致相應的腐蝕的一CMP漿料和製程。
揭示一種用於研磨具有一鉬層的一基材的化學機械研磨組合物。該研磨組合物包含、主要由、或由一水基的液體載體、分散在該液體載體中的磨粒、具有一酸基的一胺化合物、一氧化劑所組成。
進一步揭示一種化學機械研磨包括一鉬層的一基材的方法。該方法可包括將該基材與該上述研磨組合物接觸，使該研磨組合物相對該基材移動，以及研磨該基材以從該基材除去一部分的該鉬層，從而研磨該基材。
該CMP組合物的pH值範圍為2.0至6.0，優選為2.1至3.5，並且該CMP組合物是一穩定的組合物。
該等合適的磨料包括但不限於氧化鋁、氧化鈰、膠體二氧化矽、具有＜1ppm痕量金屬的高純度膠體二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋯、一金屬改質或複合顆粒磨料，如鐵包覆二氧化矽、二氧化矽包覆氧化鋁，以及它們的組合。膠體二氧化矽和高純度膠體二氧化矽顆粒是優選的。
該等磨粒的平均粒徑範圍為20nm至180nm、30nm 至 150nm、35 至 80nm 或 40 至 75nm。
該等磨料的濃度範圍為0.1重量%至20重量%，優選為0.1重量%至10重量%，更優選為0.1重量%至5重量%，和最優選為0.1重量%至3重量%；其等係選擇用於調諧膜去除率，尤其是調諧介電膜去除率。
合適的氧化劑包括過氧化氫、碘酸鉀、硝酸鐵及其等組合；和該氧化劑範圍為1ppm至100000ppm。
過氧化氫（H2O2）或碘酸鉀是一優選的氧化劑。在一些實施態樣中，該等氧化劑是過氧化氫、碘酸鉀和硝酸鐵。
該氧化劑通常以一在1ppm至100000ppm之間的量存在，優選在100ppm至50000ppm之間，和更優選在5000ppm至35000ppm重量計之間。
該用於Mo的抑蝕劑範圍在0.01%至10%之間，優選在0.1%至0.5%之間，和最優選在0.1%至0.3%重量計之間。
無機酸，如硝酸、磺酸或磷酸係用作pH調節劑，以及無機鹼，如氫氧化銨、氫氧化鉀或氫氧化鈉亦用作pH調節劑。
合適的殺菌劑包括但不限於陶氏化學公司的KathonTM、KathonTM CG/ICP II。它們具有5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮的活性成分。
殺菌劑在0.0001 wt.%至0.05 wt.% 的範圍內使用；優選為0.0005重量%至0.025重量%，和更優選為0.001重量%至0.01重量%。
穩定劑亦可在低pH值下使用。穩定劑是選擇性的。穩定劑包括但不限於有機羧酸或有機羧酸鹽。 這些穩定劑包括，但不限於，丙二酸、檸檬酸、酒石酸、乳酸、草酸、抗壞血酸、醋酸、葡萄糖酸及其等鈉鹽、鉀鹽和銨鹽。
穩定劑可在250ppm至10000ppm的範圍內使用，和更優選的400ppm至5000ppm（或0.04重量%至0.5重量%）範圍。
在另一實施態樣中，提供一種化學機械研磨包含有鉬的一基材的方法，該方法包含：將該基材的一表面與a）一磨料和b）一液體組分移動接觸，該液體組分包含：水；一酸，優選一無機酸或鹼，足以提供 2 至 6 的 pH 值，例如在 2.1 和 3.5 之間；一氧化劑，範圍在1ppm和100000ppm之間，優選在100ppm和50000ppm之間，和更優選在5000ppm和35000ppm之間重量計；  其中，在一優選實施態樣中，該液體組分為去離子水，且其中鉬的靜態蝕刻速率小於每分鐘100埃（“Å/min”）。
在另一方面，提供一種方法用於化學機械研磨包含鉬的一基材；介電層，如氧化矽或氮化矽；和阻隔膜，如TiN或Ti。
該化學機械研磨一含有包含鉬和介電層或阻擋層中至少一者的一表面的半導體基材的方法，包含以下步驟：提供該半導體基材；提供一研磨墊；提供上述揭示的該化學機械研磨（CMP）組合物；將該半導體基材的表面與該研磨墊和化學機械研磨組合物接觸；以及研磨該半導體的表面；其中，該介電層為一氧化矽或氮化矽膜，且該阻擋層選自TiN、Ti、TaN、Ta及其等組合組成的群組。
鉬的去除率為大於1300、1500、2000 Å/min或2500 Å/min；該介電層的去除率在15 和 200 Å /min 之間；該阻隔層的去除率在 30 和 500 Å /min 之間。
在一實施態樣中，該方法包含將具有鉬的一表面與a）懸浮在一液體中的一磨料移動接觸，以形成一漿料，該漿料包含：在 0.1和20%重量計之間，例如在0.5和5%重量計的該磨料；該液體包含水；足以提供 2 至 6 pH值的一酸或一鹼；一氧化劑的範圍為從1ppm至100000ppm，優選從100ppm至50000ppm，和更優選從5000ppm至35000ppm重量計；和從0.01至1000ppm，優選從0.1至100ppm，和更優選從0.5至10ppm重量計；和最優選從1至5ppm重量計； 該液體實質上不含含氟化物的化合物，其中該研磨除去大於每分鐘1000埃（Å/min）的鉬和不同厚度的氧化膜。
所附附圖，被包括以提供對所揭示標的的進一步理解，並被併入本說明書和構成本說明書的一部分，說明所揭示標的的實施態樣，並與該說明一起用於解釋所揭示標的的原理。 在附圖中：
本說明書有關該Mo CMP批量研磨的組合物和系統，用於化學機械研磨一包含鉬、氧化矽（如TEOS、PETEOS）或氮化矽和如TiN、Ti、TaN或Ta的阻隔膜的基材，。
該Mo CMP研磨組合物包含：一磨料；選自由水、可與水混溶的液體及其等組合組成的群組的一溶劑；含有一羧酸、一磷酸或一磺酸的一胺化合物；一氧化劑；pH調節劑；一殺菌劑；其中該CMP組合物的pH範圍為2.0至6.0，優選2.1至3.5。
該磨料包括但不限於氧化鋁、氧化鈰、膠體二氧化矽、具有痕量金屬含量＜1ppm的高純度膠體二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋯及其等組合。
膠體二氧化矽和高純度膠體二氧化矽顆粒是優選的。
該等磨粒具有任何形狀，例如球形或繭形。
該高純度膠體二氧化矽（由於純度高）是由TEOS或TMOS製備，這種高純度膠體二氧化矽顆粒具有非常低的痕量金屬含量，通常在ppb級或非常低的ppm級，如＜1ppm）。
磨粒形狀透過TEM或SEM方法測量。 該等平均磨料尺寸或粒度分佈可透過使用任何合適的技術來測量，例如圓盤離心機 （DC） 方法、或動態光散射 （DLS）、膠體動態方法或透過Malvern粒徑分析儀。
該等磨粒的平均粒徑範圍為20nm至180nm；30nm 至 150nm、35 至 80nm 或 40 至 75nm。
該CMP組合物可使用兩種或多種具有不同尺寸的不同磨料。
該等磨料濃度的範圍為0.1重量%至20重量%，優選為0.1重量%至10重量%，更優選為0.1重量%至5重量%，和最優選為0.1重量%至3重量%；其等係選擇用於調諧膜去除率，尤其是調諧介電膜去除率。
在一些實施態樣中，該磨粒可包含一高純度膠體二氧化矽分散體，例如由Fuso化學有限公司提供的PL-3C（包含一陽離子型、繭狀二氧化矽顆粒）。 該等磨粒可進行表面改質，並在一些實施態樣中，該等磨粒是陽離子型或陰離子型。該等磨料可以是由Fuso化學有限公司提供的PL-1、PL-1M、PL-2、PL-2C、PL-3、PL-7、PL-2D。
該氧化劑通常以一在1ppm和100000ppm之間的量存在，優選在100ppm和50000ppm之間，和更優選在5000ppm和35000ppm之間重量計。
腐蝕性鉬漿料的一 個問題是，在例如沒有研磨的閒置時間，該化學成分會侵蝕鉬，也就是說，磨料的運動不足以去除由該氧化系統形成的氧化塗層。
該用於Mo的抑蝕劑範圍在0.01和1000ppm之間，優選在0.1和100ppm之間，和更優選在0.5和10ppm之間重量計；和最優選在1和5 ppm之間重量計。
無機酸，如硝酸、磺酸或磷酸用作pH調節劑，且無機鹼，如氫氧化銨、氫氧化鉀或氫氧化鈉也用作pH調節劑。
酸或鹼的選擇不受限制，只要該酸或鹼的強度足以提供該漿料一在2-6 的範圍內所需的 pH值。
合適的殺菌劑包括但不限於陶氏化學公司的KathonTM、KathonTM CG/ICP II。它們具有5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮的活性成分。
殺菌劑的使用範圍為0.0001 重量%至0.05 重量%；優選0.0005重量%至0.025重量%，和更優選0.001重量%至0.01重量%。
本說明書提供使用所揭示的CMP組合物用於化學機械平坦化一含鉬基材的方法。隨著該半導體工業在積體電路製造中越來越小的特徵尺寸趨勢，最小化或防止在半導體基材上的特徵凹陷/侵蝕和柱塞凹陷以及CMP加工過程中選擇性的可調性變得越來越更重要。
該提供該液體組分主要部分的溶劑可以是水或水與其他可與水混溶的液體的混合物。 其他液體的實例是醇類，例如甲醇和乙醇。 有利的是，該溶劑是水。
本說明書的方法中使用的漿料組合物是酸性的並具有一pH值範圍為2至6。 優選地，該pH範圍為2.1至3.5。
該寬的pH值範圍提供高度可調的Mo：TEOS選擇性的優點。
亦可使用穩定劑。在低pH值下，穩定劑是選擇性的。穩定劑包括但不限於有機羧酸或有機羧酸鹽。 這些穩定劑包括，但不限於，丙二酸、檸檬酸、酒石酸、乳酸、草酸、抗壞血酸、醋酸、葡萄糖酸及它們的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽。
穩定劑可在250ppm至10000ppm的範圍內使用，和更優選的範圍400ppm至5000ppm（或0.04重量%至0.5重量%）。
本說明書的方法需要使用前述CMP組合物（如上所揭示的）在化學機械平坦化由鉬、阻擋層如TiN或Ti、TaN或Ta以及介電材料如TEOS、PETOES和低k材料組成的基材。
該化學機械研磨含有一包含鉬和介電層或阻擋層中至少一者的表面的一半導體基材的方法，包含以下步驟：提供該半導體基材；提供一研磨墊；提供該等上述揭示的化學機械研磨（CMP）組合物；將該半導體基材的表面與該研磨墊和該化學機械研磨組合物接觸；以及研磨該半導體的表面；其中，該介電層為一氧化膜，該阻擋層係選自由TiN、Ti、TaN、Ta及其等組合組成的群組。
在一優選的實施態樣中，該研磨組合物不含含氟化物的化合物。
在該方法中，將一基材（例如，一晶圓）面朝下朝向一研磨墊放置，該研磨墊固定附著在一CMP研磨機的一可旋轉平台上。 以這種方式，將要研磨和平面化的該基材與該研磨墊直接接觸。一晶圓載體系統或研磨頭用於將該基材固定到位，並在 CMP 加工過程中，在該平台和該基材旋轉時，對該基材背面施加一向下壓力。 在CMP加工過程中，該研磨組合物（漿料）施加（通常連續）在該墊上，以影響材料的去除，使該基材平坦化。
本說明書的方法在使用該相關漿料中，鉬的去除率至少大於每分鐘1000埃，和TEOS的去除率為每分鐘小於10埃至每分鐘大於500埃的範圍，當研磨在2psi的下壓力下進行時，這些去除率在其化學機械研磨時被保持。 當下壓力值增加時，可獲得更高的去除率。
如上所指，本說明書的一實施態樣是用於化學機械研磨一含鉬基材的一組合物。 在一實施態樣中，該基材的表面亦具有至少一包含一介電材料的一特徵，至少在該研磨快結束時。 在一實施態樣中，該介電材料為一氧化矽。
鉬對介電質的去除選擇性在5和500之間，這取決於本文中該等發明的Mo CMP研磨組合物的pH值和磨料種類的條件。
本說明書的系統需要使用該等上述CMP組合物（如上文所揭示）來化學機械平坦化由鉬、阻隔層如TiN或Ti、TaN或Ta和介電材料如TEOS、氮化矽材料組成的基材。
在又一方面，提供一種系統，用於化學機械研磨含有包含鉬以及介電層如氧化物和阻隔膜如TiN或Ti或TaN或Ta中的至少一者的一表面的一基材。
該系統包含：一基材係含有包含鉬以及介電層如氧化物和阻隔膜，如TiN或Ti或TaN或Ta中的至少一者的一表面；一研磨墊；該等上述揭示的化學機械研磨（CMP）組合物；和其中，該半導體基材的表面與該研磨墊和該化學機械研磨組合物接觸。
在每個上述實施態樣中，該術語“ppm”是指按重量計的該漿料（液體加磨料）或該液體組分（如果沒有磨料懸浮在該液體中）的百萬分之一。
CMP漿料供應商的一個增長趨勢是通過產品濃度來降低客戶的耗材成本。提供濃縮漿料的做法正在成為整個CMP工業的需求。 然而，必須謹慎選擇濃度水準，以免危害該產品的穩定性和保質期。
我們發現，即使使用可以最大限度地減少有機物的漿料濃縮，也會加劇長期老化效應，漿料濃縮對老化表現一些影響，特別是與凹陷和絕對鉬去除率有關。 請注意，漿料濃縮不含氧化劑，其係當該漿料濃縮與水和氧化劑槽混合形成一研磨漿液時加入。 眾所周知，透過將各種組分加入漿料來調整漿料。本說明書教示一種混合兩種不同漿料濃縮的方法（為方便起見，稱為一一級漿料濃縮和一二級漿料濃縮），其中該等漿料濃縮的混合比例取決於該一級漿料濃縮的長期年化，以正常化漿料抗老化性能。
該等配方可以以該濃縮形式運輸，並在使用點加水稀釋。一濃縮中的組分濃度會根據使用點的稀釋因數而增加。在該說明性的實施態樣中，該稀釋因數在約2倍和約10倍之間，優選在約3倍和約5倍之間。 詞彙表 CMP方法論
在以下呈現的該等實施例中，使用以下提供的該等程序和實驗條件進行CMP實驗。
除非另有說明，所有百分比均為重量百分比。 組分
膠體二氧化矽：用作磨料的第一膠體二氧化矽，具有一平均粒徑約為45奈米（nm）；用作磨料的第二膠體二氧化矽，具有一平均粒徑約為70奈米（nm）；
Col Sil： 日本Fuso Chemical Inc.提供的膠體二氧化矽顆粒（具有不同的大小）。 參數 通則 Å 或 A：埃（複數） – 長度單位 BP：背壓，單位為 psi CMP：化學機械平坦化=化學機械研磨 CS：晶圓載具轉速 DF：下壓力：CMP 期間施加的壓力，單位 psi min： 分鐘（複數） ml：毫升（複數） mV：毫伏（複數） psi：磅/平方英寸 PS：研磨工具的平台轉速，單位為rpm（每分鐘轉數） SF：漿料流量，毫升/分鐘 Wt.%：重量百分比（一列出的元件） Mo：SiN 選擇性：（Mo的去除率）/（SiN的去除率） TEOS：Mo選擇性：（TEOS的去除率）/（Mo的去除率）
鉬去除率：在一給定的下壓下測得的鉬去除率。 在以上列出的該等實施例中，該CMP 工具的下壓力為 2.0 psi。
鉬膜使用由Creative Design Engineering, Inc, 20565 Alves Dr., Cupertino, CA, 95014製造的一ResMap CDE，型號168，進行測量。該ResMap 工具是一四點探針片電阻工具。在5毫米邊緣剔除處對鉬膜進行49點直徑掃描。 CMP 工具
所使用的 CMP 工具是由Applied Materials, 3050 Boweres Avenue, Santa Clara, California, 95054製造的一300 毫米反射 LK。由DOW, Inc, 451 Bellevue Rd., Newark, DE 19713提供的一IC1010墊用於空白和圖案晶圓研究。
該IC1000 或 IC1010墊透過調節該墊 10 分鐘來適配運轉。在該調節器上以 5 磅的下壓力。 工作實施例
本說明書還包括以下提供的該等實施例。
使用PVD沉積的鉬晶圓進行研磨實驗。這些空白晶圓係從Advantiv購買。該等膜厚度規格摘結如下： 鉬：5,000Å PVD 鉬。 研磨實驗
在空白晶圓研究中，鉬空白晶圓和TEOS空白晶圓在基線條件下進行研磨。該工具基線條件為：工作臺速度；93 rpm，頭速：87 rpm，膜壓力；2.0 psi，漿料流量；300毫升/分鐘
在以下實施例配方中，該等磨粒為Fuso PL-3C，為1.0重量%。
將理解的是，本說明書包括許多實施態樣。這些實施態樣包括，但不限於，以下的實施態樣。 實施例 1
這個實施例證實胺基酸在高溫50°C下降低鉬靜態蝕刻速率的有效性。製備16個組合物（實施例1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1I、1J、1K、1L、1M、1N、1O、1P）。每個組合物在pH 2.3下包括0.08重量%的丙二酸和1.0重量%的過氧化氫。每個組合物中使用的該特定胺基酸和濃度列於表 I 中。
評價每個上述16種組合物中鉬的靜態蝕刻速率。將具有一鉬層的2英寸方形試樣晶圓在50°C下浸沒在該等各別的組合物中（鉬朝上）一分鐘。鉬去除率是透過在浸入該等組合物之前和之後進行的電阻率測量來測定。
從表 I 中的結果可明顯而知，與0.1%濃度的胺基酸相比，具有0.5%較高濃度胺基酸的組合物中該鉬的蝕刻速率較低。明顯的是，在包括 L-組胺酸、L-離胺酸和 L-精胺酸的組合物中，相較於具有甘胺酸、L-纈胺酸、L-絲胺酸的組合物，該鉬的蝕刻速率較低。300毫米晶圓研磨的相對Mo RR（鉬去除率）係如表 I 所示，該組合物1B中最高的鉬去除率可達到988 埃/分鐘，在該組合物1K和1O中甚至更高，為1126 埃/分鐘和1037 埃/分鐘。 表 I
組合物 胺基酸 濃度 （重量%） H 2O 2（重量%） 鉬靜態蝕刻速率在50°C （埃/分鐘） 鉬去除率 300 毫米 （埃/分鐘） TEOS去除率 300毫米 （埃/分鐘）
1A 不適用 　 　 　 不適用 　
1B 甘胺酸 0.1 1 286.1 988 61
1C 甘胺酸 0.5 1 159.5 908 89
1D 組胺酸 0.05 1 127 535 不適用
1E 組胺酸 0.1 1 79.4 495 56
1F 組胺酸 0.5 1 58.2 300 77
1G L-離胺酸 0.1 1 135.2 389 57
1H L-離胺酸 0.5 1 75.4 262 87
1I L-精胺酸 0.1 1 88.1 372 58
1J L-精胺酸 0.5 1 58.9 210 83
1K L-纈胺酸 0.1 1 371.4 1126 57
1L L-纈胺酸 0.5 1 203.9 987 80
1M L-絲胺酸 0.1 1 272.9 919 56
1N L-絲胺酸 0.5 1 143.6 746 80
1O 肌胺酸 0.1 1 299.2 1037 57
1P 肌胺酸 0.5 1 193.7 884 75
實施例 2
本實施例證實，該替代氧化劑，0.75 重量%的硝酸鐵代替過氧化氫，可有效降低鉬在高溫50°C下的靜態刻蝕速率小於100 埃/分鐘，且同時採用試樣晶圓研磨的該等鉬去除率可高於1300 埃/分鐘。製備16個組合物（實施例2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I、2J、2K、2L、2M、2N、2O）。每個組合物在pH 2.3下包括 0.08重量百分比的丙二酸和1.0重量百分比的過氧化氫。每個組合物中使用的該特定胺基酸和濃度列於表II中。 表II
組合物 胺基酸 濃度（重量%） H 2O 2（重量%） 硝酸鐵（重量%） 鉬靜態蝕刻速率在 50°C（埃/分鐘） 鉬去除率4x4cm 2試樣（埃/分鐘）
2A 甘胺酸 0.1 1.0 -- 310.0 743
2B 甘胺酸 0.10 -- 0.75 88.6 1984
2C 甘胺酸 0.30 -- 0.75 93.3 2218
2D 組胺酸 0.10 -- 0.75 71.2 1736
2E 組胺酸 0.30 -- 0.75 55.1 1364
2F L-離胺酸 0.10 -- 0.75 71.5 1844
2G L-離胺酸 0.30 -- 0.75 60.2 1501
2H L-精胺酸 0.10 -- 0.75 70.4 1357
2I L-精胺酸 0.30 -- 0.75 59.6 1536
2J L-纈胺酸 0.10 -- 0.75 76.2 1991
2K L-纈胺酸 0.30 -- 0.75 80.1 1992
2L L-絲胺酸 0.10 -- 0.75 81.6 2124
2M L-絲胺酸 0.30 -- 0.75 80.2 2080
2N 肌胺酸 0.10 -- 0.75 73.3 2018
2O 肌胺酸 0.30 -- 0.75 85.6 2009
實施例 3
本實施例證實該等胺化合物具有磷酸，即2-胺基乙基磷酸和3-胺丙基膦酸，以及磺酸，即3-胺基-1-丙磺酸和胺基甲磺酸。製備九個組合物（實施例3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、3I），每個組合物在pH 2.3下包括0.08重量百分比的丙二酸和1.0重量百分比的過氧化氫。每個組合物中使用的該特定胺基酸和濃度列於表 III 中。鉬在高溫50°C下的靜態蝕刻速率，對於具有胺基-磷酸濃度分別高於0.35%和0.5%的那些組合物，例如3C和3E，可降低到100 埃/分鐘以下。該等胺基-磺酸（實施例3G和3I）的鉬靜態刻蝕速率沒有像胺基-磷酸極度地降低，但仍低於該對照實施例3A，如表 III 所示。 表 III
組合物 胺基酸 濃度（重量%） H 2O 2（重量%） 鉬靜態蝕刻速率在 50°C（埃/分鐘）
3A 無 -- 1.00 555.0
3B 2-胺基乙基磷酸 0.175 1.00 140.3
3C 2-胺基乙基磷酸 0.35 1.00 90.4
3D 3-胺基丙基膦酸 0.1 1.00 188.4
3E 3-胺基丙基膦酸 0.5 1.00 97.7
3F 3-胺基-1-丙磺酸 0.175 1.00 475.5
3G 3-胺基-1-丙磺酸 0.35 1.00 382.2
3H 胺基甲磺酸 0.175 1.00 941.7
3I 胺基甲磺酸 0.35 1.00 510.0
實施例 4
此實施例證實不同種類的胺基酸、甘胺酸和 L-組胺酸，以及氧化劑、過氧化氫、碘酸鉀和硝酸鐵的組合，用於鉬靜態蝕刻速率和300mm 鉬去除率。製備12個組合物（實施例4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H、4I、4J、4K）每個組合物在pH 2.3下包括0.08重量百分比的丙二酸和1.0重量百分比的過氧化氫。每個組合物中使用的該特定胺基酸、氧化劑及其等相對濃度列於表 IV 中。以碘酸鉀作為氧化劑的該組合物4F和4G，在50°C下的鉬靜態刻蝕速率可顯著降低，小於50 埃/分鐘，且鉬去除率高於800 埃/分鐘。使用硝酸鐵作為氧化劑的該組合物 4H 和 4J 的鉬靜態蝕刻速率甚至更低，儘管鉬去除率相對較低，分別約為 690 至 650 埃/分鐘。 表 IV
組合物 胺基酸 濃度 （重量%） H 2O 2（重量%） KIO 3（重量%） Fe(NO 3) 3（重量%） 鉬靜態蝕刻速率在50°C 鉬去除率
4A 甘胺酸 0.10 1.00       344.3 1120
4B 無 --    0.10 -- 159.8 1063
4C 無 --    0.20 -- 296.9 1541
4D 甘胺酸 0.10    0.10 -- 128.1 1139
4E 甘胺酸 0.10    0.20 -- 270.0 1521
4F L-組胺酸 0.10    0.10 -- 21.3 821
4G L-組胺酸 0.10    0.20 -- 34.2 998
4H 甘胺酸 0.10    -- 0.10 14.2 248
4I 甘胺酸 0.10    -- 0.30 33.3 691
4J L-組胺酸 0.10    -- 0.10 9.4 255
4K L-組胺酸 0.10    -- 0.30 21.5 656
圖1顯示不同氧化劑（1）H2O2、（2）氧化劑B：KIO3和（3）氧化劑C：Fe（NO3）3，在50°C下鉬的靜態蝕刻速率對鉬去除率的關係。在該等目前揭示的組合物（1A-4K）中使用的三種氧化劑中， H2O2基的配方，概括地，得到在50°C下鉬的靜態蝕刻速率較高。 概括地，KlO3基 的配方比H2O2基的配方，得到更低的靜態蝕刻速率和更高的鉬去除率。 概括地，Fe(NO3)3基的配方得到靜態蝕刻速率低於 H2O2 基配方的，和鉬去除率高於 H2O2 基配方和 KlO3 基配方的。
在一些實施態樣中，鉬的去除率在約500和約2000埃/分鐘之間。在一些實施態樣中，SiN的去除率在約1和約50埃/分鐘之間。在一些實施態樣中，Mo對SiN的一去除率選擇性在約500∶1和約5∶1之間，更優選在約400∶1和約10∶1之間。
在一些實施態樣中，TEOS的去除率在約50至約400 埃/分鐘之間。在一些實施態樣中，Mo對TEOS的一去除率選擇性在約1∶1和約50∶1之間，更優選在約1∶1和約10∶1之間。
在一些實施態樣中，該化學機械研磨組合物不含一陰離子聚合物或一陰離子表面活性劑。
在一些實施態樣中，該化學機械研磨組合物含有一陽離子表面活性劑。在一說明性的實施態樣中，該陽離子表面活性劑是JEFFAMINE® T-403（聚醚胺）。JEFFAMINE® T-403（CAS號碼39423-51-3）的特徵在於在該骨架中重複氧化丙烯單元。JEFFAMINE T-403是一種三官能一級胺，具有一平均分子量為約440。其胺基團位於脂肪族聚醚鏈末端的二級碳原子上。
在一第一實施態樣中，一組合物可包含一化學機械研磨組合物、由一化學機械研磨組合物組成或主要由一化學機械研磨組合物組成，該化學機械研磨組合物包含：一水基液體載體；分散在該液體載體中的磨粒；具有一酸基的一胺化合物，一氧化劑；
一第二實施態樣可包括該第一實施態樣，其中該氧化劑選自過氧化氫、一水合硝酸鐵和碘酸鉀氧化劑，以及它們的混合物。
在一說明性的實施態樣中，該第二化學添加劑包含碘酸鉀，一第三化學添加劑包含丙二酸。
一第三實施態樣可包括該等第一和第二實施態樣中的任何一者，其中該組合物還包含一羧酸，其與鐵離子錯合作為一穩定劑。
一第四實施態樣可包括該等第一至第三實施態樣中的任何一者，其中該胺化合物選自由羧酸、磷酸和磺酸組成的群組。
一第五實施態樣可包括該等第一至第四實施態樣中的任何一者，其中該胺化合物包含一或多個胺基酸係由α-胺基酸、甘胺酸、L-組胺酸、L-離胺酸、L-精胺酸、β-胺基酸、β-丙胺酸及其等混合物組成的群組中的。在說明性的實施態樣中，該第一化學添加劑包含L-組胺酸和甘胺酸。在一進一步的實施態樣中，該第一化學添加劑是L-組胺酸，該第二化學添加劑是KIO3。
一第六實施態樣可包括該等第一至第五實施態樣中的任何一者，其中該胺化合物是該胺基磷酸，係選自由（胺基甲基）磷酸、（2-胺基乙基）磷酸和（3-胺基乙基）磷酸以及其等的混合物組成的群組。
一第七實施態樣可包括該等第一至第六實施態樣中的任何一者，其中該胺化合物是該氨基磺酸，係選自由胺基甲磺酸、2-胺基乙磺酸、3-胺基-1-丙磺酸及其等混合物組成的群組。
一第八實施態樣可包括該等第一至第七實施態樣中的任何一者，其中該等磨粒包含陽離子或陰離子二氧化矽、氧化鋯和氧化鋁。
在一第九實施態樣中，一種化學機械研磨具有一鉬層的一基材的方法可包含、由以下步驟組成或主要由以下步驟組成：（a）將該基材與該等第一至第八研磨組合物實施態樣中的任何一者接觸；（b）相對於該基材移動該研磨組合物；及（c）研磨該基材，以從該基材上除去一部分的該鉬層或該鉬層，並從而研磨該基材。
以上列出的該等實施態樣，包括該工作實施例，是可以由本說明書可做出的許多實施態樣的例示。可預期的是，可以使用該製程的許多其他形態可被使用，並且該製程中使用的該等材料可從除了那些具體揭示的材料之外的許多材料中被選用。
圖1說明鉬在50°C下的靜態蝕刻速率與不同氧化劑的鉬去除率。

Claims (20)

  1. 一種化學機械研磨組合物，包含： 0.1重量%至20重量%，優選0.1重量%至10重量%，更優選0.1重量%至5重量%，和最優選0.1重量%至3重量%的磨粒； 0.01重量%至10.0重量%%，優選0.1重量%至8.0重量%，或最優選1重量%至5重量%的一第一化學添加劑，其中該第一化學添加劑包含一胺化合物，該胺化合物還包含一羧酸、一磷酸或一磺酸； 在0.01和0.2重量%之間或優選在0.01和0.05重量%之間的一第二化學添加劑，其中該第二化學添加劑是一氧化劑，選自由：過氧化氫、硝酸鐵、碘酸鉀及其等混合物組成的群組； 一水溶性溶劑；和 選擇性地 殺菌劑；和 pH調節劑； 其中，該化學機械研磨組合物具有一pH值為2至7，優選2至5，更優選2至4，和最優選2至3.5。
  2. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中，該等磨粒選自氧化鋁、氧化鈰、膠體二氧化矽、具有＜1ppm痕量金屬的高純度膠體二氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、一金屬改質或複合顆粒磨料，如鐵包覆二氧化矽、二氧化矽包覆氧化鋁及其等組合。
  3. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中，該胺化合物包含一或多種胺基酸，係選自由α-胺基酸、甘胺酸、L-組胺酸、L-離胺酸、L-精胺酸、β-胺基酸、β-丙胺酸及其等混合物組成的群組。
  4. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中，該胺化合物為一胺基磷酸，係選自由（胺基甲基）磷酸、（2-胺基乙基）磷酸和（3-胺基乙基）磷酸及其等混合物組成的群組。
  5. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中，該胺化合物為該胺基磺酸，係選自由胺基甲磺酸、2-胺基乙磺酸、3-胺基-1-丙磺酸及其等混合物組成的群組。
  6. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中，該氧化劑為硝酸鐵或碘酸鉀。
  7. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中鉬在攝氏50度下的靜態蝕刻速率小於100 埃/分鐘，更優選小於50 埃/分鐘。
  8. 如請求項1的化學機械研磨組合物，該等磨粒包含表面改質的膠體二氧化矽，優選陽離子膠體二氧化矽或陰離子膠體二氧化矽。
  9. 如請求項1的化學機械研磨組合物，其中，該化學機械研磨組合物含有一陽離子表面活性劑；或 其中，該化學機械研磨組合物不含一陰離子聚合物或一陰離子表面活性劑。
  10. 一種化學機械研磨組合物，包含： 0.1重量%至10重量%，優選0.1重量%至5重量%，更優選0.1重量%至3重量%，和最優選0.5重量%至2重量%的磨粒； 0.01重量%至10.0重量%，優選0.05重量%至5.0重量%，或最優選0.1重量%至1重量%的一第一化學添加劑，其中該第一化學添加劑包含一胺化合物，該胺化合物還包含一羧酸、一磷酸或一磺酸； 在0.01和0.0重量%之間或優選在0.01和0.5重量%之間的一第二化學添加劑，其中該第二化學添加劑是一氧化劑選自由：硝酸鐵、碘酸鉀及其等混合物組成的群組； 一水溶性溶劑；和 選擇性地 殺菌劑；和 pH調節劑； 其中，該化學機械研磨組合物具有一pH值為2至7，優選2至5，更優選2至4，和最優選2至3.5；和 其中，該化學機械研磨組合物不含過氧化氫。
  11. 如請求項10的化學機械研磨組合物，其中，該胺化合物包含一或多種胺基酸，係選自由α-胺基酸、甘胺酸、L-組胺酸、L-離胺酸、L-精胺酸、β-胺基酸、β-丙胺酸及其等混合物組成的群組。
  12. 如請求項10的化學機械研磨組合物，其中，該胺化合物為一胺基磷酸，係選自由（胺基甲基）磷酸、（2-胺基乙基）磷酸和（3-胺基乙基）磷酸及其等混合物組成的群組。
  13. 如請求項10的化學機械研磨組合物，其中，該胺化合物為該胺基磺酸選自胺基甲磺酸、2-胺基乙磺酸、3-胺基-1-丙磺酸及其等混合物組成的群組。
  14. 如請求項10的化學機械研磨組合物，其中，該第一化學添加劑與該第二化學添加劑的比例在約10∶1和約1∶10之間，優選在約3∶1和約1∶3之間，和最優選約2∶1至約1∶2。
  15. 如請求項1-14中任一項的化學機械研磨組合物，其中，鉬在攝氏50度下的一靜態蝕刻速率小於200埃/分鐘，優選小於100 埃/分鐘，和更優選小於75 埃/分鐘。
  16. 一種化學機械研磨（CMP）一半導體基材的方法，該半導體基材具有至少一包含含有鉬的一膜的表面，包含： 提供該半導體基材； 提供一研磨墊； 提供如請求項1至15中任一項的該化學機械研磨（CMP）組合物； 接觸該半導體基材的表面與該研磨墊和該化學機械研磨組合物；和 研磨該至少一表面。
  17. 如請求項16的方法，其中，該半導體基材還包括一氧化矽膜，和其中，該氧化矽膜係選自由化學氣相沉積（CVD）、電漿增強CVD（PECVD）、高密度沉積CVD（HDP）或旋塗式氧化矽膜組成的群組。
  18. 如請求項17的方法，其中，該氧化矽膜為SiO 2膜和鉬的去除選擇性：氧化矽大於10，優選大於30，和更優選大於50。
  19. 如請求項16的方法，其中，Mo對SiN的一去除率選擇性在約500∶1和約5∶1之間；或 其中，鉬的一去除選擇性：氧化矽大於5，優選大於50，和更優選大於500
  20. 一種化學機械研磨（CMP）一半導體基材的系統，該半導體基材具有至少一包含含有鉬的一膜的表面，該系統包含： a.     該半導體基材； b.    如請求項1至15中任一項的該化學機械研磨（CMP）組合物；和 c.     一研磨墊； 其中，包含鉬的該至少一個表面與該研磨墊和該化學機械研磨組合物接觸。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101091603B1 (ko) * 2003-08-27 2011-12-13 동우 화인켐 주식회사 금속의 ｃｍｐ 연마용 조성물
EP2859059B1 (en) * 2012-06-11 2019-12-18 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing molybdenum
JP7088797B2 (ja) * 2018-09-25 2022-06-21 株式会社フジミインコーポレーテッド タングステン溶解抑制剤、ならびにこれを用いた研磨用組成物および表面処理組成物
TW202138505A (zh) * 2020-03-31 2021-10-16 美商富士軟片電子材料美國股份有限公司 研磨組成物及其使用方法
KR102455159B1 (ko) * 2020-07-17 2022-10-18 주식회사 케이씨텍 금속막 연마용 슬러리 조성물

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