[go: up one dir, main page]

TWI388638B - 釕化學機械研磨組合物及方法 - Google Patents

釕化學機械研磨組合物及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI388638B
TWI388638B TW097128616A TW97128616A TWI388638B TW I388638 B TWI388638 B TW I388638B TW 097128616 A TW097128616 A TW 097128616A TW 97128616 A TW97128616 A TW 97128616A TW I388638 B TWI388638 B TW I388638B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
composition
substrate
cmp
ligand
ruthenium
Prior art date
Application number
TW097128616A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200906999A (en
Inventor
懷特 丹尼亞拉
帕克 約翰
Original Assignee
卡博特微電子公司
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 卡博特微電子公司 filed Critical 卡博特微電子公司
Publication of TW200906999A publication Critical patent/TW200906999A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI388638B publication Critical patent/TWI388638B/zh

Links

Classifications

    • H10P52/403—
    • 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
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F3/00—Brightening metals by chemical means
    • C23F3/04—Heavy metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

釕化學機械研磨組合物及方法
本發明關於研磨組合物及利用該研磨組合物研磨基材之方法。尤其，本發明係關於供研磨含釕基材用之化學機械研磨(CMP)組合物。
半導體晶圓一般具有一由其上已形成複數個電晶體之基材所組成的複雜結構。以包含金屬、絕緣體及半導體的各種材料，藉由基材內的圖案區域及該基材上的層而將積體電路以化學方式及物理方式連接至該基材上。為了生產可用的半導體晶圓並將晶圓之產率、效能及可靠性最大化，在未不利地影響下方結構或形貌之情況下研磨所選定之晶圓表面(如含金屬之表面)係為所欲者。此複雜性導致在設計供半導體晶圓用之有效研磨系統上的困難。事實上，如果無法在足夠平直及一致(平坦化)的晶圓表面上實施製程步驟，將會發生各種半導體製造上的問題。因為半導體晶圓之效能與其表面之平坦性直接相關，使用能造成高研磨效率、提供高材料去除速率、及留下具最少表面缺陷之高品質成品的研磨組合物及方法是非常重要的。在許多情況中，構成晶圓之各種材料的硬度及化學穩定性會大幅度地變化，而進一步使研磨製程複雜化。
在平坦化含金屬之半導體晶圓方面，傳統研磨系統及研磨方法一般無法令人完全滿意。尤其，研磨組合物及研磨墊會產生未達 所欲的研磨速率，且其在半導體表面之化學機械研磨(CMP)中的使用將造成不良的表面品質。此在貴金屬尤是如此，例如釕，其係用於製造動態隨機存取記憶體(DRAM)中之高效能半導體裝置及電容器。
現有的釕研磨組合物一般係相當依賴較硬的磨料(如α-二氧化鋁)以及強氧化劑(如Oxone® 或硝酸銨鈰)以提供合宜的釕去除速率(如每分鐘至少100埃(Å)(埃/分鐘)之釕去除速率)。此係至少部分由於釕阻障層所呈現之高度化學惰性及對機械性研磨之強烈反應。一般而言，相對較弱的氧化劑(如過氧化氫)在釕研磨製程中無法非常有效，需要長研磨時間及高研磨壓力以合宜地將釕平坦化。
使用強氧化劑(如Oxone® 或硝酸銨鈰)的傳統釕CMP組合物，係透過將釕氧化成相對高氧化態之釕物種(如具毒害性且不期望得到的四氧化釕(VIII)(RuO4 ))，且藉助硬的磨料(如α-二氧化鋁)而伴隨地自該基材表面溶解經氧化的釕物種而產生作用。使用較溫和的氧化劑(如過氧化氫)及使用較軟的磨料(如二氧化矽或二氧化鈦)，一般來說是不實用的，因為在此情況下會得到相對低的釕去除速率(如<100埃/分鐘)。因此，由於釕的去除所需的嚴酷條件，經圖案化之晶圓的均勻CMP將難以達成，此可能造成其他材料如二氧化矽(如電漿加強式四乙基正矽酸鹽衍生二氧化矽(plasma enhanced tetraethylorthosilicate-derived silicon dioxide，PETEOS))的過度去除，導致不良的表面品質。
許多供化學機械研磨(CMP)基材表面用的組合物及方法已為 業界所知。研磨組合物(亦稱作研磨漿料、CMP漿料及CMP組合物)一般包含一於水性載體中的磨料。藉由在一選定的作用力(向下作用力)下使基材表面與研磨墊接觸，且使該研磨墊相對於該表面移動，同時維持CMP研漿及氧化劑於該墊及該基材表面之間以磨擦基材表面而研磨該表面。典型的磨料包括二氧化矽(silica)、氧化鈰(ceria)、氧化鋁(alumina)、氧化鋯(zirconia)、二氧化鈦(titania)及氧化錫。例如美國專利第5,527,423號(Neville等人)描述一種藉由使表面與一研磨漿料接觸而化學機械研磨一金屬層的方法，該研磨漿料包含一於水性介質中之高純度細金屬氧化顆粒。或者，該磨料可併入研磨墊中。美國專利第5,489,233號(Cook等人)揭示具有一表面紋理或圖案之研磨墊的使用，及美國專利第5,958,794號(Bruxvoort等人)揭示一種固定磨料研磨墊(fixed abrasive polishing pad)。
在傳統的CMP技術中，在CMP裝置中，係將一基材載具或研磨頭安裝於一載具組件上，且放置於與一研磨墊接觸處。該基材係安裝於該研磨頭上。該載具組件提供一可控制的壓力(向下作用力)以推動該基材而使其壓在該研磨墊上。藉由一外部驅動力使該墊相對於該基材移動。該基材及該墊之相對移動用於磨擦該基材表面，以自該基材表面去除一部分的材料，進而研磨該基材。一般而言，更藉由研磨組合物的化學活性及/或研磨組合物中所懸浮之磨料的機械活性，以幫助該透過該墊及該基材之相對移動所進行之基材研磨。使用可與此處所描述之CMP裝置相容的研磨組合物，係極為所欲者。
去除釕所典型需要的嚴酷條件，會非期望地造成釕層自內層絕緣層分離，以及與內層相鄰之釕層上的盤凹(dishing)及磨蝕(erosion)效應。在許多情況中，除了相對高的釕去除速率及低缺陷率之外，亦期望釕CMP組合物提供相對較高的二氧化矽去除速率(如對於PETEOS之去除為至少100埃/分鐘，較佳200埃/分鐘或更高)。
對於發展可研磨半導體基材、尤其是含釕基材，但不使用會產生RuO4 的強氧化劑，且具有相對高的釕去除速率的CMP組合物，仍存在持續的需求。本發明即提供這樣的CMP組合物。本發明之上述及其他優點、及額外的發明特徵，將可由此處所提供之本發明描述而輕易知悉。
本發明提供一種CMP組合物，其可用於在一氧化劑(如過氧化氫)存在下研磨一含釕基材，而未產生毒害程度的RuO4 。本發明組合物包含一微粒磨料，該微粒磨料係懸浮於一含有一釕配位之經氧化的氮配位基(N-O配位基)(如亞硝基化合物、氮氧化合物、亞胺基氮氧化合物、氮氧基氮氧化合物(nitronyl nitroxide)、肟(oxime)、羥肟酸(hydroxamic acid)等等)的水性載體中。在一氧化劑存在下，該N-O配位基可防止相對高氧化態的釕物種(即釕(IV)或更高)沉積於該基材之表面上，且伴隨地形成一可溶性釕(II)N-O配位錯合物(coordination complex)以幫助自基材表面去除釕。該氧化劑及N-O配位基之合併化學活性使得，若需要，相對較軟的磨料如二氧化鈦及膠體狀二氧化矽可以被使 用。較佳地，本發明組合物包含1至10重量%之微粒磨料(如二氧化矽、二氧化鈦或氧化鋁)及0.01至0.5重量%之N-O配位基。當用以研磨一含釕基材時，以該組合物及該氧化劑之總重量計，較佳於1至5重量%之氧化劑濃度下混合該組合物與該氧化劑。
在某些較佳的實施態樣中，本發明組合物使用氧化鋁或二氧化鈦作為微粒磨料。在其他較佳的實施態樣中，本發明組合物係使用膠體狀二氧化矽或膠體狀二氧化矽及二氧化鈦之組合作為磨料。
在某些較佳的實施態樣中，本發明組合物係包含氮氧化合物及抗壞血酸，抗壞血酸對氮氧化合物之莫耳比較佳為1:1。
本發明組合物可依期望地修改，以提供釕對二氧化矽的去除選擇性，其有利於釕去除或二氧化矽去除，如同特定研磨應用所可能需要者。在某些較佳的實施態樣中，如使用氧化鋁或二氧化鈦磨料，本發明組合物提供一有利於釕去除的釕對二氧化矽去除選擇性，且當用於一般CMP製程中時，提供至少100埃/分鐘之相對高的釕去除速率，較佳為200埃/分鐘或更高。在其他較佳的實施態樣中，如使用膠體狀二氧化矽或膠體狀二氧化矽及二氧化鈦之混合物，本發明組合物係提供一有利於二氧化矽(如PETEOS)去除的釕對二氧化矽去除選擇性，同時仍提供合宜的釕去除速率。
在另一方面，本發明提供用於研磨一含釕基材之CMP方法。較佳的方法包含以下步驟：在一氧化劑(如過氧化氫)存在下使該基材(如一含釕基材)之一表面與一研磨墊及一本發明之水性CMP組合物接觸；以及使該研磨墊及該基材之間產生相對運動，同時 維持至少一部分該CMP組合物及該氧化劑與該墊及該基材間的表面接觸，該接觸係經歷一段足以自該基材表面磨掉至少一部分釕的時間。
在一個方法實施態樣中，本發明提供一種方法，其係自該基材之表面優先於二氧化矽(如PETEOS)之去除而選擇性去除釕。在此實施態樣中，磨料可為氧化鋁或二氧化鈦。
在另一方法實施態樣中，本發明提供一種方法，其係自該基材之表面優先於釕去除而選擇性去除二氧化矽(如PETEOS)，在此實施態樣中，磨料包含膠體狀二氧化矽。在某些較佳的實施態樣中，磨料包含二氧化鈦及膠體狀二氧化矽。
本發明提供一種CMP組合物，其係用於在一氧化劑(如過氧化氫、有機過氧化物、有機氫過氧化物、過碘酸鹽、過硼酸鹽等等)存在下研磨一含釕基材，而未於研磨過程中形成毒害程度的四氧化釕。該組合物包含一微粒磨料，該微粒磨料係懸浮於一含有一釕配位之經氧化的氮配位基(N-O配位基)的水性載體中。於該氧化劑存在下，該N-O配位基可防止具有IV或更高氧化態之釕物種沉積於該基材之表面上，且伴隨地與於該基材之CMP期間形成之經氧化的釕伴形成可溶性釕(II)N-O配位錯合物。咸信該N-O配位基將相對高氧化態的釕(即釕(IV)或更高)還原成釕(II)，然後與由此形成的釕(II)物種形成一可溶性錯合物。咸信該釕(II)錯合物涉及與該配位基之氮及氧原子兩者的配位。
本發明之CMP組合物較佳係包含1至10重量%之微粒磨料，該 微粒磨料係懸浮於一含有0.01至5重量%之N-O配位基(較佳為氮氧化合物)的水性載體中。
文中所使用的用語「經氧化的氮配位基」及「N-O配位基」意指含有一氮基官能基且該氮基官能基帶有一氧原子或其他氧官能基(如羥基)之有機化合物，該氮基官能基係直接與經氧化的釕(如釕(II))配位或在原處形成此一配位性配位基(coordinating ligand)(如藉由與過氧化氫反應)。N-O配位基的非限制性實施例包括氮氧化合物、亞胺基氮氧化合物、氮氧基氮氧化合物、肟、羥肟酸等等。氮氧化合物的非限制性實施例包括2,2,6,6-四甲基-1-氧自由基哌啶(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl，TEMPO)、4-羥基-TEMPO等等。亞胺基氮氧化合物的非限制實施例包括2-吡啶基-4,4,5,5-四甲基-1,3-二氮環戊2烯-1-氧基(2-pyridyl-4,4,5,5-tetrainethyl-1,3-diazacyclopent-2-ene-1-oxyl)、4-亞肼甲基-1-羥基-2,2,5,5-四甲基-3-咪唑啉-3-氧化物(4-hydrazonomethyl-1-hydroxy-2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazoline-3-oxide)等等。適合之氮氧基氮氧化合物的非限制實施例包括2-吡啶基-4,4,5,5-四甲基-1,3-二氮環戊2烯-1-氧基-3-氧化物(2-pyridyl-4,4,5,5-tetramethyl-1,3-diazacyclopent-2-ene-1-oxyl-3-oxide)等等。肟的非限制性實施例包括頻哪酮肟(pinacolone oxime)、孕酮3-(O-羧甲基)肟(progesterone3-(O-carboxymethyl)oxime)、丙醛O-五氟苯基甲基-肟(propionaldehyde O-pentafluorophenylmethyl-oxime)、(E)-苯甲醛肟((E)-benzaldehyde oxime)、1,2-茚二酮-2-肟 (1,2-indandione-2-oxime)、1-茚酮肟(1-indanone oxime)、2,2,4,4-四甲基-3-戊酮肟(2,2,4,4-tetramethyl-3-pentanone oxime)、2-金剛烷酮肟(2-adamantanone oxime)、2-丁酮肟(2-butanone oxime)、2-氯苯甲醛肟(2-chlorobenzaldehyde oxime)等等。羥肟酸的非限制實施例包括乙醯基羥肟酸(acetylhydroxamic acid)、柳基羥肟酸(salicylhydroxamic acid)等等。在本發明某些尤其較佳的實施態樣中，該組合物之N-O配位基包含氮氧化合物如4-羥基-TEMPO。該N-O配位基在本發明組合物中的濃度較佳係0.01至0.5重量%。
本發明CMP組合物係用以於一氧化劑存在下研磨釕基材。較佳地，於CMP過程中該氧化劑之濃度係1至5重量%。該氧化劑較佳恰於開始CMP製程之前添加至該CMP組合物中。除了過氧化氫之外，其他可用的氧化劑包括但不限於過硼酸鹽、過碘酸鹽、有機過氧化物及氫過氧化物(如二-(三級丁基)過氧化物、二-(三級戊基)過氧化物、苯甲醯基過氧化物、(三級丁基)-氫過氧化物及(三級戊基)-氫過氧化物)等等。
本發明CMP組合物亦包含一微粒磨料。該磨料可為任何適用於CMP製程中的磨料，如二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰、經摻雜的二氧化矽及其組合。較佳地，該磨料包含氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽(如膠體狀二氧化矽或發煙二氧化矽)、或二或多種該些磨料之組合。在某些實施態樣中，較佳的是二氧化鈦及膠體狀二氧化矽之組合。該微粒磨料之平均粒徑，例如藉由雷射光散射技術決定，較佳係30奈米至200奈米。較佳地，該 微粒磨料在該組合物中之濃度係1至10重量%。
所欲者係將該磨料懸浮於該CMP組合物中，更具體而言，懸浮於該CMP組合物之水性成分中。當該磨料懸浮於該CMP組合物中時，該磨料較佳具膠狀穩定性。用語「膠體」係指磨料顆粒懸浮於液態載體中。膠狀穩定性意指懸浮狀態在時間上的持續性。於本發明之內文中，當懸浮物放置於一100毫升量筒中並於未攪拌下靜置2小時之時間，懸浮於該量筒之底部50毫升的磨料顆粒濃度([B]以克/毫升計)及懸浮於該量筒之頂部50毫升的磨料顆粒濃度([T]以克/毫升計)間的濃度差，除以該磨料組合物中之顆粒的初始濃度([C]以克/毫升計)若小於或等於0.5(即([B]-[T])/[C]≦0.5)，則認定該微粒磨料之懸浮具膠狀穩定性。所欲之([B]-[T])/[C]值係小於或等於0.3，且較佳係小於或等於0.1。
本發明CMP組合物可具任何與釕受氧化劑氧化時所涉及之氧化還原化學相容且與釕(II)N-O配位基錯合物之形成相容的pH值。較佳地，該組合物之pH值係2至10。
該水性載體可為任何適用於CMP製程中的水性液體。此種組成包括水、醇類水溶液等等。較佳地，該水性載體包含去離子水。
本發明CMP組合物可選擇性包含一或多種添加物，如界面活性劑、流變控制劑(如黏度增強劑或凝聚劑)、腐蝕抑制劑(如苯并三唑(benzotriazole，BTA)或1,2,4-三唑(1,2,4-triazole，TAZ))、分散劑、除生物劑等等。在某些實施態樣中(如以二氧化鈦為主的組合物)，本發明組合物包含一種可與磨料表面形成一電荷轉移錯合物的材料，如抗壞血酸。當抗壞血酸出現在該CMP組合物中 時，它與磨料(如二氧化鈦)之表面形成一電荷轉移錯合物，其可產生較高能量的氧化劑，如超氧化自由基陰離子，相較於過氧化氫，其係一對釕較為有效的氧化劑。
本發明CMP組合物可以任何適合技術製造，且許多技術均為本領域熟習技術者所知悉。例如，可以批次或連續製程製造該CMP組合物。一般來說，可以任意順序混合其成分以製造該CMP組合物。此處所使用的用語「成分」包括個別的組分(如磨料、N-O配位基、酸、鹼等等)和組分之任意組合。例如，N-O配位基可溶於水中，磨料可分散於所得之溶液中，且任何額外的添加材料如流變控制劑、緩衝劑等等可藉由任何能將該些成分均一併入至CMP組合物中之方法添加及混合。pH值可視需要在任何適合的時間調整。氧化劑(如過氧化氫)可剛好在CMP製程之前及/或於CMP製程中添加。
亦可以濃縮物形式提供本發明CMP組合物，濃縮物在使用之前以一適當量之水性載體稀釋。於此一實施態樣中，CMP組合物濃縮物可包含分散或溶解於水性載體中的磨料、N-O配位基化合物及任何其他成分，其含量為當以適當量之水性載體(如水)稀釋該濃縮物時，該研磨組合物的各個成分在CMP組合物中的含量係於適用範圍內。
本發明亦提供研磨含釕基材的方法，該方法包含於一氧化劑如過氧化氫(如1至5重量%之過氧化氫)存在下，以本發明CMP組合物研磨該基材之表面，如文中所述。
於一較佳方法中，本發明提供一種CMP方法，其係以優先於二 氧化矽的方式，自一基材表面選擇性地去除釕。該方法包含：(a)在一氧化劑(如過氧化氫)存在下使一基材之一表面與一研磨墊及一本發明之水性CMP組合物接觸，如文中所述；以及(b)使該研磨墊及該基材之間產生相對運動，同時維持一部分該CMP組合物及該氧化劑與該墊及該基材間的表面接觸，該接觸係經歷一段足以自該表面磨掉至少某些釕的時間。較佳地，該微粒磨料包含氧化鋁、二氧化鈦或其組合。
在另一較佳方法中，本發明提供一種CMP方法，其係以優先於釕的方式，自一基材表面選擇性地去除二氧化矽。該方法包含：(a)在一氧化劑(如過氧化氫)存在下使一基材之一表面與一研磨墊及一本發明之水性CMP組合物接觸；以及(b)使該研磨墊及該基材之間產生相對運動，同時維持一部分該CMP組合物及氧化劑與該墊及該基材間的表面接觸，該接觸係經歷一段足以自該表面磨掉至少一部分存在於該基材中之釕的時間。該微粒磨料包括膠體狀二氧化矽或膠體狀二氧化矽及二氧化鈦之組合；尤佳為膠體狀二氧化矽及二氧化鈦之組合，其中矽對二氧化鈦的重量比較佳為60:1至6:1。
本發明CMP方法可用於研磨任何適合的基材，且特別可用於研磨含釕的半導體基材。適合的基材包括但不限於半導體產業中所使用的晶圓。
本發明CMP方法尤其適合搭配一化學機械研磨裝置使用。一般而言，CMP裝置包含：一研磨平台，其於使用時，係處於運轉情況下，且具有一產生自軌道、線性或圓周運動的速度；一研磨墊 與該研磨平台接觸且當運轉時隨該研磨平台移動；以及一載具，其托住一基材，藉由接觸並相對於該研磨墊之表面移動該基材而研磨之。將一種本發明CMP組合物及一氧化劑(如過氧化氫)沉積於該拋光墊上，以使得某些CMP組合物及氧化劑分佈於該研磨墊及該基材之間。藉由研磨墊、本發明CMP組合物及氧化劑之化學性及機械性的合併作用(其一同作用而氧化及研磨該基材表面)而產生該基材之研磨。
可藉由使用任何適合的研磨墊，以本發明CMP組合物將一基材平坦化或研磨(如研磨表面)。適合的研磨墊包括，例如，織造及非織造研磨墊。此外，適合的研磨墊可包含任何具不同的密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮時的回彈能力及壓縮模數的合適聚合物。適合的聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、氟碳化物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成的產物及其混合物。
合意的是CMP裝置更包含一原位研磨終點檢測系統，許多此類系統均為本領域已知悉者。本領域已熟知藉由分析自物件表面所反射的光線或其他射線來檢視及監測研磨製程的技術。此種方法例如描述於美國專利第5,196,353號(Sandhu等人)、第5,433,651號(Lustig等人)、第5,949,927號(Tang)、及第5,964,643號(Birang等人)。合意的是對一被研磨的物件檢視或監測其研磨製程之進行而可以決定研磨終點，即決定何時對一特定物件終止研磨製程。
以下實施例進一步說明本發明，但不應以任何方式解釋成其範圍之限制。
＜實施例1＞
此實施例說明本發明之組合物的使用，其包含二氧化鈦磨料及4-羥基-TEMPO(簡稱「4-HOT」)以研磨釕及PETEOS空白晶圓(blanket wafer)。
製造具有表1中所顯示之組成之本發明CMP組合物。在下列研磨條件下於一具有D100型研磨墊的Logitech研磨機上且於1重量%之過氧化氫存在下，使用該些組合物以研磨釕及PETEOS空白晶圓(直徑4吋)：研磨平台速率為每分鐘93轉(rpm)、載具速率為90 rpm、向下壓力為每平方英吋3.1磅(psi)及漿料流率為每分鐘180毫升(毫升/分鐘)。第1圖係顯示相較於含有0.7重量%之氧化鋁或1重量%之二氧化鈦且未具經添加N-O配位基的控制組合物，對各組合物所觀得之釕及PETEOS去除速率。
表1
第1圖中的數據顯示，相較於傳統的二氧化鈦對照組漿料(對照組組合物(1B及1C))和傳統的氧化鋁對照組漿料(1A)，含有二氧化鈦磨料之本發明組合物(1D、1E、1F及1G)於釕去除速率提供顯著且不可預期的增加。此外，相較於控制組，本發明之組合物顯著地增加PETEOS去除速率。在各個情況中，相較於對照組合物，本發明組合物均令人訝異地提供較好的釕去除對二氧化矽去除之選擇性。
＜實施例2＞
此實施例說明本發明組合物的使用，其包含氧化鋁磨料及4-羥基-TEMPO以研磨釕及PETEOS空白晶圓。
製備組成如表2所示且pH值均為8.5之本發明CMP組合物。在下列研磨條件下於一具有D100型研磨墊的Logitech研磨機上且於1重量%之過氧化氫存在下，使用該些組合物以研磨釕及PETEOS空白晶圓(直徑4吋)：研磨平台速率為93 rpm、載具速率為90 rpm、向下壓力為3.1 psi及漿料流率為180毫升/分鐘。第2圖係顯示相較於含有0.7重量%之氧化鋁且未具經添加之N-O配位基的對照組組合物而言，各個組合物所觀察到的釕及PETEOS去除速率。
第2圖中的數據顯示，相較於傳統的氧化鋁對照組漿料(2A)， 含有氧化鋁磨料之本發明組合物(2B、2C、2D及2E)於釕去除速率提供顯著且不可預期的增加，同時未不利地影響PETEOS去除速率，因此相較於對照組所觀察到的選擇性而言，在釕去除對二氧化矽去除之選擇性上提供了不可預期的增加。
＜實施例3＞
此實施例說明本發明組合物的使用，其包含二氧化矽及二氧化矽/二氧化鈦混合磨料並搭配4-羥基-TEMPO以研磨釕及PETEOS空白晶圓。
製備具有表3中所顯示的組成之本發明CMP組合物。pH值均為5，在下列研磨條件下於一具有D100型研磨墊的Logitech研磨機上且於1重量%之過氧化氫存在下，使用該些組合物以研磨釕及PETEOS空白晶圓(直徑4吋)：研磨平台速率為93 rpm、載具速率為90 rpm、向下壓力為3.1 psi及漿料流率為180毫升/分鐘。第3圖係顯示各組合物所觀得之釕及PETEOS去除速率，相較於未具經添加之N-O配位基的三個對照組組合物(即3A：0.7重量%之氧化鋁(pH值為8.5)；3B：6重量%之膠體狀二氧化矽(pH值為5)；3C：在pH值5之情況下混合6重量%之膠體狀二氧化矽與0.5重量%之二氧化鈦)。
表3
第3圖的數據顯示含有二氧化矽及二氧化鈦混合物之本發明組合物(3D及3E)提供高於釕去除之PETEOS去除的選擇性，同時維持至少100埃/分鐘之釕去除速率。令人訝異的是，相較於3C對照組，含有抗壞血酸的組合物3E亦將釕去除速率提高80%。
第1圖係一長條圖，顯示相較於傳統以氧化鋁及二氧化鈦為主的CMP組合物，以含有二氧化鈦及氧化鋁磨料之本發明組合物所獲得的釕及PETEOS去除速率；第2圖係一長條圖，顯示相較於傳統以氧化鋁為主的CMP組合物，以含有氧化鋁磨料之本發明組合物所獲得的釕及PETEOS去除速率；以及第3圖係一長條圖，顯示相較於傳統以二氧化矽及氧化鋁為主 的CMP組合物，以含有一含膠體狀二氧化矽的磨料或二氧化矽/二氧化鈦混合磨料之本發明組合物所獲得的釕及PETEOS去除速率。

Claims (36)

  1. 一種化學機械研磨(CMP)組合物，其係用於在一氧化劑存在下研磨一含釕基材，而未於研磨過程中形成毒害程度的四氧化釕(RuO4 )，該組合物包含一微粒磨料，該微粒磨料係懸浮於一含有一釕配位之經氧化的氮配位基(N-O配位基)的水性載體中；其中於該氧化劑存在下，該N-O配位基可防止具有IV或更高氧化態之釕物種沉積於該基材之表面上，且伴隨地與於該基材之CMP期間形成之經氧化的釕形成一可溶性釕(II)N-O配位錯合物(coordination complex)。
  2. 如請求項1所述之CMP組合物，其中該微粒磨料佔該組合物之1至10重量%。
  3. 如請求項1所述之CMP組合物，其中該微粒磨料係選自以下群組：氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽及前述二或多種磨料之組合。
  4. 如請求項1所述之CMP組合物，其中該微粒磨料包含膠體狀二氧化矽及二氧化鈦。
  5. 如請求項1所述之CMP組合物，其中該N-O配位基在該組合物中之濃度係0.01至0.5重量%。
  6. 如請求項1所述之CMP組合物，其中該N-O配位基包含氮氧化合物。
  7. 如請求項1所述之CMP組合物，更包含抗壞血酸。
  8. 如請求項7所述之CMP組合物，其中該抗壞血酸在該組合物中之含量係與該組合物中之N-O配位基含量等莫耳。
  9. 如請求項1所述之CMP組合物，其中該氧化劑為過氧化氫。
  10. 如請求項1所述之CMP組合物，更包含過氧化氫。
  11. 一種化學機械研磨(CMP)組合物，其係用於在過氧化氫存在下研磨一含釕基材，而未於研磨過程中形成毒害程度的四氧化釕(RuO4 )，該組合物含有1至10重量%之一微粒磨料，該微粒磨料係懸浮於一含有0.01至0.5重量%之一氮氧化合物的水性載體中；其中在過氧化氫存在下，該氮氧化合物可防止具有IV或更高氧化態之釕物種沉積於該基材之表面上，且伴隨地與於該基材之CMP期間形成之經氧化的釕形成一可溶性釕(II)氮氧配位錯合物。
  12. 如請求項11所述之CMP組合物，其中該微粒磨料係選自以下群組：氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽及前述二或多種磨料之組合。
  13. 如請求項11所述之CMP組合物，其中該微粒磨料包含膠體狀二氧化矽及二氧化鈦。
  14. 如請求項11所述之CMP組合物，更包含1至5重量%之過氧化氫。
  15. 如請求項11所述之CMP組合物，更包含抗壞血酸。
  16. 如請求項15所述之CMP組合物，其中該抗壞血酸在該組合物中之含量係與該組合物中之氮氧化合物之含量等莫耳。
  17. 一種研磨含釕基材之方法，其包含在過氧化氫存在下以如請求項11所述之CMP組合物研磨該基材之表面。
  18. 一種研磨含釕基材之方法，其包含在過氧化氫存在下以如請 求項1所述之CMP組合物研磨該基材之表面。
  19. 一種化學機械研磨(CMP)方法，其係用於自一基材表面優先於二氧化矽而選擇性去除釕，該方法包含以下步驟：(a)在一氧化劑存在下使一基材之一表面與一研磨墊及一水性CMP組合物接觸；以及(b)使該基材及該研磨墊之間產生相對運動，同時維持一部分該CMP組合物及氧化劑與該墊及該基材間的表面接觸，該接觸係經歷一段足以自該表面磨掉至少一部分存在於該基材中之釕的時間；其中該CMP組合物包含一微粒磨料，該微粒磨料係懸浮於一含有一釕配位之經氧化的氮配位基(N-O配位基)的水性載體中；其中在該氧化劑存在下，該N-O配位基可防止具有IV或更高氧化態之釕物種沉積於該基材之表面上，且伴隨地與於該基材之CMP期間形成之經氧化的釕形成一可溶性釕(II)N-O配位錯合物。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該微粒磨料在該組合物中之濃度係1至10重量%。
  21. 如請求項19所述之方法，其中該N-O配位基在該組合物中之濃度係0.01至0.5重量%。
  22. 如請求項19所述之方法，其中該微粒磨料係選自以下群組：氧化鋁、二氧化鈦及其混合物。
  23. 如請求項19所述之方法，其中該N-O配位基包含一氮氧化合物。
  24. 如請求項19所述之方法，其中該組合物更包含抗壞血酸。
  25. 如請求項24所述之方法，其中該抗壞血酸在該組合物中之含量係與該組合物中之N-O配位基之含量等莫耳。
  26. 如請求項19所述之方法，其中該氧化劑包含過氧化氫。
  27. 如請求項26所述之方法，其中以該組合物及過氧化氫之總重量計，過氧化氫之濃度範圍係1至5重量%。
  28. 一種化學機械研磨(CMP)方法，其用於自基材之表面優先於釕而選擇性去除二氧化矽，該方法包含以下步驟：(a)在一氧化劑存在下使一基材之一表面與一研磨墊及一水性CMP組合物接觸；以及(b)使該基材及該研磨墊之間產生相對運動，同時維持一部分該CMP組合物及該氧化劑與該墊及該基材間的表面接觸，該接觸係經歷一段足以自該表面磨掉至少一部分存在於該基材中之釕的時間；其中該CMP組合物包含一含膠體狀二氧化矽之微粒磨料，該微粒磨料係懸浮於含有一釕配位之經氧化的氮配位基(N-O配位基)的水性載體中；以及，在該氧化劑存在下，該N-O配位基可防止具有IV或更高氧化態之釕物種沉積於該基材之表面上，且伴隨地與於該基材之CMP期間形成之經氧化的釕形成一可溶性釕(II)N-O配位錯合物。
  29. 如請求項28所述之方法，其中該微粒磨料更包含二氧化鈦。
  30. 如請求項28所述之方法，其中該微粒磨料在該組合物中之濃度係1至10重量%。
  31. 如請求項28所述之方法，其中該N-O配位基在該組合物中之濃度係0.01至0.5重量%。
  32. 如請求項28所述之方法，其中該N-O配位基包含氮氧化合物。
  33. 如請求項28所述之方法，其中該組合物更包含抗壞血酸。
  34. 如請求項33所述之方法，其中該抗壞血酸在該組合物中之含量與該組合物中之N-O配位基之含量等莫耳。
  35. 如請求項28所述之方法，其中該氧化劑包含過氧化氫。
  36. 如請求項35所述之方法，其中以該組合物及該過氧化氫之總重量計，該過氧化氫之濃度係1至5重量%。
TW097128616A 2007-08-01 2008-07-29 釕化學機械研磨組合物及方法 TWI388638B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/888,406 US8008202B2 (en) 2007-08-01 2007-08-01 Ruthenium CMP compositions and methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200906999A TW200906999A (en) 2009-02-16
TWI388638B true TWI388638B (zh) 2013-03-11

Family

ID=40305135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097128616A TWI388638B (zh) 2007-08-01 2008-07-29 釕化學機械研磨組合物及方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8008202B2 (zh)
JP (1) JP5314019B2 (zh)
KR (1) KR101195349B1 (zh)
TW (1) TWI388638B (zh)
WO (1) WO2009017782A2 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7803711B2 (en) * 2007-09-18 2010-09-28 Cabot Microelectronics Corporation Low pH barrier slurry based on titanium dioxide
US8327066B2 (en) 2008-09-30 2012-12-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of managing a solid state drive, associated systems and implementations
US20140054266A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 Wiechang Jin Compositions and methods for selective polishing of platinum and ruthenium materials
US9196283B1 (en) 2013-03-13 2015-11-24 Western Digital (Fremont), Llc Method for providing a magnetic recording transducer using a chemical buffer
US9281275B2 (en) 2014-05-15 2016-03-08 Texas Instruments Incorporated Bond pad having ruthenium directly on passivation sidewall
US10114562B2 (en) 2014-09-16 2018-10-30 Sandisk Technologies Llc Adaptive block allocation in nonvolatile memory
US9817593B1 (en) 2016-07-11 2017-11-14 Sandisk Technologies Llc Block management in non-volatile memory system with non-blocking control sync system
US10937691B2 (en) 2018-09-27 2021-03-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods of forming an abrasive slurry and methods for chemical-mechanical polishing
TWI904082B (zh) 2019-02-13 2025-11-11 日商德山股份有限公司 含有鎓鹽的半導體晶圓之處理液
CN115152005A (zh) 2020-02-25 2022-10-04 株式会社德山 钌的半导体用处理液
EP4305118A4 (en) * 2021-05-13 2025-05-28 Araca, Inc. SILICON CARBIDE (SIC) WAFER POLISHING USING SLURRY FORMULATION AND PROCESS
JP7801373B2 (ja) 2021-06-30 2026-01-16 インテグリス・インコーポレーテッド 遷移金属の研磨
US11820919B2 (en) 2021-10-19 2023-11-21 Tokyo Electron Limited Ruthenium CMP chemistry based on halogenation

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4105516A (en) * 1977-07-11 1978-08-08 Ppg Industries, Inc. Method of electrolysis
US5976928A (en) * 1997-11-20 1999-11-02 Advanced Technology Materials, Inc. Chemical mechanical polishing of FeRAM capacitors
US20020111027A1 (en) * 1999-12-14 2002-08-15 Vikas Sachan Polishing compositions for noble metals
JP2002031867A (ja) * 2000-05-08 2002-01-31 Fuji Photo Film Co Ltd ハロゲン化銀カラー写真感光材料の処理方法
DE10048477B4 (de) * 2000-09-29 2008-07-03 Qimonda Ag Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Platingruppe
JP2002161267A (ja) * 2000-11-27 2002-06-04 Hitachi Chem Co Ltd 白金族金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法
US7279119B2 (en) * 2001-06-14 2007-10-09 Ppg Industries Ohio, Inc. Silica and silica-based slurry
KR100535074B1 (ko) * 2001-06-26 2005-12-07 주식회사 하이닉스반도체 루테늄의 화학 기계적 연마용 슬러리 및 이를 이용한연마공정
US20030003747A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Jae Hong Kim Chemical mechanical polishing slurry for ruthenium titanium nitride and polishing process using the same
US7049237B2 (en) * 2001-12-21 2006-05-23 Micron Technology, Inc. Methods for planarization of Group VIII metal-containing surfaces using oxidizing gases
US6884723B2 (en) * 2001-12-21 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Methods for planarization of group VIII metal-containing surfaces using complexing agents
KR100444308B1 (ko) * 2001-12-29 2004-08-16 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 형성 방법
US7097541B2 (en) * 2002-01-22 2006-08-29 Cabot Microelectronics Corporation CMP method for noble metals
US6527622B1 (en) * 2002-01-22 2003-03-04 Cabot Microelectronics Corporation CMP method for noble metals
US6776810B1 (en) * 2002-02-11 2004-08-17 Cabot Microelectronics Corporation Anionic abrasive particles treated with positively charged polyelectrolytes for CMP
US7513920B2 (en) * 2002-02-11 2009-04-07 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Free radical-forming activator attached to solid and used to enhance CMP formulations
US6974777B2 (en) * 2002-06-07 2005-12-13 Cabot Microelectronics Corporation CMP compositions for low-k dielectric materials
US20040077295A1 (en) * 2002-08-05 2004-04-22 Hellring Stuart D. Process for reducing dishing and erosion during chemical mechanical planarization
US6943039B2 (en) * 2003-02-11 2005-09-13 Applied Materials Inc. Method of etching ferroelectric layers
US7160807B2 (en) 2003-06-30 2007-01-09 Cabot Microelectronics Corporation CMP of noble metals
US7968465B2 (en) * 2003-08-14 2011-06-28 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Periodic acid compositions for polishing ruthenium/low K substrates
US6869336B1 (en) * 2003-09-18 2005-03-22 Novellus Systems, Inc. Methods and compositions for chemical mechanical planarization of ruthenium
US7161247B2 (en) * 2004-07-28 2007-01-09 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition for noble metals
KR100648264B1 (ko) * 2004-08-17 2006-11-23 삼성전자주식회사 루테늄을 위한 화학적기계적 연마 슬러리, 상기 슬러리를이용한 루테늄에 대한 화학적기계적 연마 방법, 그리고상기 화학적기계적 연마 방법을 이용한 루테늄 전극 형성방법
US7563383B2 (en) * 2004-10-12 2009-07-21 Cabot Mircroelectronics Corporation CMP composition with a polymer additive for polishing noble metals
JP2008547050A (ja) * 2005-06-16 2008-12-25 アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド 硬化フォトレジスト、エッチング後残渣および／または下層反射防止コーティング層の除去のための濃厚流体組成物
US7316977B2 (en) * 2005-08-24 2008-01-08 Air Products And Chemicals, Inc. Chemical-mechanical planarization composition having ketooxime compounds and associated method for use
US7265055B2 (en) 2005-10-26 2007-09-04 Cabot Microelectronics Corporation CMP of copper/ruthenium substrates
JP2007201012A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Fujifilm Corp 金属用研磨液
JP2007220759A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Fujifilm Corp 金属用研磨液及びそれを用いた化学的機械的研磨方法
US7732393B2 (en) * 2006-03-20 2010-06-08 Cabot Microelectronics Corporation Oxidation-stabilized CMP compositions and methods
US20080067077A1 (en) * 2006-09-04 2008-03-20 Akira Kodera Electrolytic liquid for electrolytic polishing and electrolytic polishing method
US20080076688A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 Barnes Jeffrey A Copper passivating post-chemical mechanical polishing cleaning composition and method of use
US20080105652A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Cabot Microelectronics Corporation CMP of copper/ruthenium/tantalum substrates
US20080148649A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Zhendong Liu Ruthenium-barrier polishing slurry
US20090124173A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Cabot Microelectronics Corporation Compositions and methods for ruthenium and tantalum barrier cmp

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009017782A2 (en) 2009-02-05
US8008202B2 (en) 2011-08-30
KR20100043087A (ko) 2010-04-27
JP2010535424A (ja) 2010-11-18
US20090035942A1 (en) 2009-02-05
JP5314019B2 (ja) 2013-10-16
WO2009017782A3 (en) 2009-04-16
KR101195349B1 (ko) 2012-10-26
TW200906999A (en) 2009-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI388638B (zh) 釕化學機械研磨組合物及方法
US10373842B2 (en) Composition and method used for chemical mechanical planarization of metals
CN101297015B (zh) 用于cmp的抛光流体和方法
JP5986146B2 (ja) 基板を化学機械的に研磨加工する方法
EP3470487B1 (en) Mixed abrasive polishing compositions
JP4264781B2 (ja) 研磨用組成物および研磨方法
JP5313885B2 (ja) 窒化シリコン材料を研磨するための組成物および方法
EP3049216B1 (en) Chemical-mechanical planarization of polymer films
WO2006052434A1 (en) Cmp composition containing surface-modified abrasive particles
JP5583888B2 (ja) 貴金属研磨のためのポリマー添加剤を伴うｃｍｐ組成物
JP6189571B1 (ja) 研磨用組成物およびこれを用いた研磨方法、ならびにこれらを用いた研磨済研磨対象物の製造方法
TW200807533A (en) Silicon oxide polishing method utilizing colloidal silica
CN101675138B (zh) 含有可溶性金属过氧酸盐络合物的化学机械抛光组合物及其使用方法
KR100479804B1 (ko) 금속 ｃｍｐ용 연마 슬러리 조성물

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees