TWI463002B - 研漿組成物 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種組成物，且特別是有關於一種研漿組成物。
在超大型積體電路(VLSI)製程中，化學機械研磨製程(chemical mechanical polishing，CMP)可提供晶圓表面全面性之平坦化(global planarization)，尤其當半導體製程進入次微米(sub-micron)領域後，化學機械研磨法更是一項不可或缺的製程技術。
現行鎢基板的化學機械研磨是以費頓反應(Fenton’s reaction)(即，Fe3+
與H2
O2
的組合)為基礎來進行，然而以此方法進行化學機械研磨的缺點為容易有Fe3+
殘留且過氧化氫的消耗速率極快。
本發明提供一種研漿組成物，其中含至少一芐基的四級銨鹽能有效地降低氧化劑的消耗速率。
本發明提出一種研漿組成物，其包括吸附有金屬離子的研磨粒、氧化劑以及含至少一芐基的四級銨鹽。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，含至少一芐基的四級銨鹽的含量為0.1ppm至10000ppm。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，含至少一芐基的四級銨鹽的含量為10ppm至5000ppm。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，含至少一芐基的四級銨鹽的芐基數目為1個、2個、3個或4個。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，含至少一芐基的四級銨鹽為選自鹵化銨鹽、氫氧化銨鹽、硝酸銨鹽、硫酸銨鹽及有機酸銨鹽中的至少一者。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，含至少一芐基的四級銨鹽包括芐基三甲基銨。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，氧化劑包括過氧化氫。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，氧化劑的含量為0.01重量%至20重量%。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，金屬離子包括Fe3+
、Fe2+
、Cu2+
、Ag+
或上述任兩者以上的組合。
依照本發明的一實施例所述，在上述之研漿組成物中，金屬離子的含量為0.01 ppm至1000 ppm。
依照本發明的一實施例所述，上述之研漿組成物用於對鎢基板進行化學機械研磨。
基於上述，藉由使研漿組成物包括含有芐基的四級銨鹽能有效地降低氧化劑的消耗速率，以延長研漿組成物的使用期限(pot life)。
另外，在使用本發明所提出之研漿組成物對鎢基板進行化學機械研磨時，由於能有效地降低氧化劑的消耗速率，因此能避免研磨速率隨時間快速下降。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
首先，說明本發明之研漿組成物，其適用於化學機械研磨製程中。
本發明之研漿組成物包括吸附有金屬離子的研磨粒、氧化劑以及含至少一芐基的四級銨鹽。含至少一芐基的四級銨鹽的芐基數目可以是1個、2個、3個或4個。在一實施例中，含至少一芐基的四級銨鹽可以包括1個芐基，諸如氫氧化芐基三甲基銨。在另一實施例中，含至少一芐基的四級銨鹽可以包括2個芐基，諸如氫氧化二芐基二甲基銨。在又一實施例中，含至少一芐基的四級銨鹽可以包括3個芐基，諸如氫氧化三芐基甲基銨。在再一實施例中，含至少一芐基的四級銨鹽可以包括4個芐基，諸如氫氧化四芐基銨。在一實施例中，以研磨組成物的總量計，含至少一芐基的四級銨鹽的含量例如是0.1ppm至10000ppm。在另一實施例中，以研磨組成物的總量計，含至少一芐基的四級銨鹽的含量例如是10ppm至5000ppm。在上述的實施例中是以含至少一芐基的四級銨鹽為氫氧化銨鹽為例，但在其他實施例中，含至少一芐基的四級銨鹽可以是選自鹵化銨鹽(諸如氯化芐基三甲基銨)、氫氧化銨鹽(諸如氫氧化芐基三甲基銨)、硝酸銨鹽(諸如硝酸芐基三甲基銨)、硫酸銨鹽(諸如硫酸芐基三甲基銨)及有機酸銨鹽(諸如醋酸芐基三甲基銨)的至少一者。
研磨粒的含量例如是0.01重量%至40重量%。在另一實施例中，研磨粒的含量可為0.1重量%至35重量%。研磨粒的材料例如是二氧化矽、金屬氧化物、聚合材料或金屬氧化物與聚合材料的混成物。二氧化矽例如是氣相二氧化矽或二氧化矽溶膠。二氧化矽溶膠可從矽酸鈉(sodium silicate)或矽酸鉀(potassium silicate)水解而得，或是從矽烷(silanes)水解或濃縮而得。金屬氧化物例如是沈澱型氧化鋁(precipitated alumina)、鍛燒型氧化鋁(calcined alumina)、沈澱型氧化鈦(precipitated titania)或鍛燒型氧化鈦(calcined titania)。
研磨粒所吸附的金屬離子例如是Fe3+
、Fe2+
、Cu2+
、Ag+
或上述任兩者以上的組合。在一實施例中，以研磨組成物的總量計，金屬離子的含量為0.01ppm至1000ppm。
氧化劑例如是過氧化氫。氧化劑的含量例如是0.01重量%至20重量%。
在一實施例中，研漿組成物可以更包括水。水例如是去離子水。另外，研漿組成物也可以包括酸鹼調整劑、錯合劑等其他添加劑。
在使用本發明之研磨組成物的化學機械研磨製程中，是藉由氧化劑與研磨粒所吸附的金屬離子反應為基礎來進行，其中氧化劑容易因與金屬離子反應而迅速分解。含至少一芐基的四級銨鹽能有效地減緩氧化劑的分解效率，因而可延長研漿組成物的使用期限。再者，含至少一芐基的四級銨鹽能避免研磨速率因氧化劑的快速分解而隨時間迅速下降，且不會導致研磨速率的損失。詳言之，在習知的研漿組成物中，為了降低金屬離子的活性，會在研漿組成物中加入錯合劑來與金屬離子螯合，但此舉會降低研磨速率。習知方法是使用較高劑量的金屬離子來補償研磨速率的降低，但高劑量的金屬離子可能殘留於待研磨物表面而造成待研磨物表面缺陷。相反地，本發明之研磨組成物中的四級銨鹽能有效地減緩氧化劑的分解效率但不會導致研磨速率的損失，也不會有金屬離子殘留的問題發生。
舉例來說，本發明之一實施例的研漿組成物適用於對鎢基板進行化學機械研磨。在此實施例中，研漿組成物例如是包括吸附有Fe3+
的二氧化矽研磨粒、過氧化氫以及含至少一芐基的四級銨鹽。其中，藉由過氧化氫與Fe3+
進行費頓反應以對鎢基板進行化學機械研磨，過氧化氫會因與Fe3+
反應而迅速分解。此時，含至少一芐基的四級銨鹽能有效地減緩過氧化氫的分解效率，進而延長研漿組成物的使用期限，且能避免研磨速率因過氧化氫的快速分解而隨時間迅速下降。
以下，進行實際的實驗測試。其中，下述實驗例及比較例1與2所使用的化學機械研磨機台及實驗設定如下。
化學機械研磨機台型號：Minimet 1000(Buehler)
待研磨基材：鎢基板(UMAT公司製)
研磨墊：Politex(產品名，Dow Chemical公司製))
研磨頭下壓力(down force)：2.546 psi
平台速度(platen speed)：0 rpm
研磨頭速度(head speed)：50 rpm
研磨時間：300秒
實驗例的研磨組成物配方包括500克的3%吸附有鐵離子的奈米矽溶膠研磨顆粒、300ppm的氫氧化芐基三甲基銨以及5%過氧化氫。比較例1的研磨組成物配方包括500克的3%吸附有鐵離子的奈米矽溶膠研磨顆粒與5%過氧化氫。比較例2的研磨組成物配方包括500克的3%吸附有鐵離子的奈米矽溶膠研磨顆粒、300ppm的氫氧化四甲基銨以及5%過氧化氫。
研磨測試及結果
圖1為使用實驗例及比較例1與2的研磨組成物對鎢基板進行化學機械研磨實驗的研磨速率與存放時間的關係圖，其中以初始研磨速率為100%來計算各時間的研磨速率。
請參照圖1，比較例1與2的研磨組成物在放置1天與3天後，研磨速率分別下降至約75%與50%，以及比較例1的研磨組成物在放置5天後，研磨速率下降至約25%。相反地，實驗例的研磨組成物在放置5天內皆能維持與初始研磨速率相近的研磨速率。由此可知，相較於不包括含芐基的四級銨鹽的研磨組成物(即比較例1)或包括不含芐基的四級銨鹽的研磨組成物(即比較例2)，含芐基的四級銨鹽的研磨組成物能避免鎢基板的研磨速率隨時間增加而大幅下降。
綜上所述，本發明之研漿組成物包括含有芐基的四級銨鹽，其能有效地降低氧化劑的消耗速率，以延長研漿組成物的使用期限。也就是說，當研漿組成物中的氧化劑與金屬離子反應時，氧化劑可能會迅速地消耗，而導致研磨速率隨時間下降。然而，在使用本發明所提出之研漿組成物對諸如鎢基板等基板進行化學機械研磨時，由於含有芐基的四級銨鹽能降低氧化劑的消耗速率，因而能避免研磨速率因氧化劑的迅速消耗而隨時間下降。因此，研漿組成物具有較佳的穩定性與較長的使用期限。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
圖1為使用實驗例及比較例1與2的研磨組成物對鎢基板進行化學機械研磨實驗的研磨速率與存放時間的關係圖。
Claims (11)
- 一種研漿組成物，包括：吸附有金屬離子的研磨粒；氧化劑；以及含至少一芐基的四級銨鹽。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述含至少一芐基的四級銨鹽的含量為0.1ppm至10000ppm。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述含至少一芐基的四級銨鹽的含量為10ppm至5000ppm。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述含至少一芐基的四級銨鹽的芐基數目為1個、2個、3個或4個。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述含至少一芐基的四級銨鹽為選自鹵化銨鹽、氫氧化銨鹽、硝酸銨鹽、硫酸銨鹽及有機酸銨鹽中的至少一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述含至少一芐基的四級銨鹽包括氫氧化芐基三甲基銨。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述氧化劑包括過氧化氫。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述氧化劑的含量為0.01重量%至20重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述金屬離子包括Fe3+ 、Fe2+ 、Cu2+ 、Ag+ 或上述任兩者以上的組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，其中所述金屬離子的含量為0.01 ppm至1000 ppm。
- 如申請專利範圍第1項所述之研漿組成物，用於對鎢基板進行化學機械研磨。
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2011
- 2011-12-01 TW TW100144169A patent/TWI463002B/zh active
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