一种用于铜制程的化学机械研磨液组合物制造技术

一种用于铜制程的化学机械研磨液组合物，其包括：一酸性铜研磨液，它包括第一水性介质、第一研磨粒子、第一氧化剂、第一酸类及第一有机添加剂；及一酸性钽研磨液，它包括第二水性介质、第二研磨粒子、第二酸类及第二有机添加剂。其中：相对于上述铜研磨液全部重量而言，上述第一研磨粒子、第一氧化剂、第一酸类及第一有机添加剂的含量分别为１－３０ｗｔ％；１－１０ｗｔ％；０．００１－５ｗｔ％；０．００１－１ｗｔ％；相对于上述钽研磨液全部重量而言，上述第二研磨粒子、第二酸类及第二有机添加剂的含量分别为５－３０ｗｔ％；０．００１－２ｗｔ％；０．００１－０．３ｗｔ％。当使用上述本发明专利技术的化学机械研磨液组合物以两阶段方式进行化学机械研磨时，可得到高研磨效率、低刮痕、低喋陷及磨蚀的效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学机械研磨液组合物，且特别涉及一种用于铜制程的化学机械研磨液组合物。借由于铜制程中使用上述本专利技术的化学机械研磨液组合物来进行两阶段式的化学机械研磨，由于可大幅地提高研磨时的铜/钽选择性及钽/氧化层选择性，故能有效地改善因过度研磨所产生的喋陷及磨蚀问题，达到提高后续制程良好率的效果。本专利技术用于铜制程的化学机械研磨液组合物，其包括一铜研磨液，该铜研磨液为酸性，并具有第一水性介质、第一研磨粒子、第一氧化剂、第一酸类及第一有机添加剂；以及一钽研磨液，该钽研磨液为酸性，并具有第二水性介质、第二研磨粒子、第二酸类及第二有机添加剂。首先，就上述铜研磨液的组成来进行说明。上述第一水性介质，具体而言，可使用一般的水作介质，例如去离子水或蒸馏水等。上述第一研磨粒子，可使用例如胶粒状(colloidal)二氧化硅粒子或胶粒状氧化铝粒子。在此处，由于胶粒状的二氧化硅粒子具有质软及粒状的圆滑特性，故用于进行研磨时，可大幅降低对研磨面所造成的刮痕，达到提高研磨面平坦度的效果。此外，上述第一研磨粒子并以使用胶粒状二氧化硅粒子较佳。上述第一氧化剂选自由过氧化氢(H2O2)、过硫酸铵、过氧乙酸、及过碘酸所组成的组中至少1种成分。其中，优选为过氧化氢。上述第一酸类选自由有机酸及无机酸所组成的组中至少1种成分。亦即，可单独使用有机酸或无机酸，亦可混合两者来使用。具体而言，上述有机酸可选自由苯并三唑、柠檬酸、柠檬酸盐及乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA)所组成的组中至少1种成分，其中优选使用苯并三唑及柠檬酸。此外，上述无机酸可选自由硫酸、硝酸、盐酸、及磷酸所组成的组中至少1种成分，优选使用硝酸。上述第一有机添加剂为具有下式(i)的季铵盐R4NX (i)R选自氢、苯基、C1-20烷基、烯基、及酯基，X选自羟基、氟、氯、溴、及碘。就具体实例来说，上述季铵盐可使用例如十六烷基三甲基溴化铵(cetyltrimethyl ammonium bromide)及烷基二甲基苄基氯化铵盐(alkyl dimethyl benzyl ammonium chloride)等，其中优选使用烷基二甲基苄基氯化铵盐。又，相对于上述铜研磨液全部而言，上述第一研磨粒子、第一氧化剂、第一酸类及第一有机添加剂的含量为1-30wt％；1-10wt％；0.001-5wt％；0.001-1wt％。其中，第一研磨粒子的含量优选为4-6wt％。此外，铜研磨液的pH值优选为2-4。其次，就上述钽研磨液的组成来进行说明。上述第二水性介质，具体而言，可使用一般的水作介质，例如去离子水或蒸馏水等。上述第二研磨粒子，可使用例如胶粒状(colloidal)二氧化硅粒子或胶粒状氧化铝粒子。在此处，由于胶粒状的二氧化硅粒子具有质软及粒状的圆滑特性，故用于进行研磨时，可大幅降低对研磨面所造成的刮痕，达到提高研磨面平坦度的效果。此外，上述第二研磨粒子优选使用胶粒状二氧化硅粒子。上述第二酸类，是使用有机酸。具体而言，上述有机酸可选自由苯并三唑、柠檬酸、柠檬酸盐及乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraaceticacid，EDTA)所组成的组中至少1种成分，其中优选使用柠檬酸。上述第二有机添加剂为具有下式(ii)的含氟表面活性剂CF3(CF2)nCH2CH2O(CH2CH2O)mH (ii)n为3-5的整数，m为32-38的整数。另外，在上述钽研磨液的组成中，亦可根据实际情况需要再加入第二氧化剂。该第二氧化剂可选自由过氧化氢、过硫酸铵、过氧乙酸、及过碘酸所组成的组中至少1种成分。又，相对于上述钽研磨液全部重量而言，上述第二研磨粒子、第二酸类及第二有机，添加剂的含量分别为5-30wt％；0.001-2wt％；0.001-0.3wt％。其中，第二研磨粒子的含量优选为8一12wt％。此外，钽研磨液的pH值优选为2-4。具体实施例方式为让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所列表格，作详细说明如下实施例1以如表1中编号1-4所示的成分及含量调制出本专利技术的化学机械研磨液组合物中的铜研磨液(第一剂研磨液)，并分别对表层具有10000铜金属薄膜的6英寸晶圆及表层具有1000钽金属薄膜的6英寸晶圆进行化学机械研磨，以计算铜研磨液对上述等薄膜的研磨速率差异，研磨条件如下研磨机台IPEC 372 Polisher研磨垫Rodel IC1400/groove polishing pad研磨垫转速28rpm晶片载具研磨转速32rpm铜研磨液流量175ml/min上述研磨垫在研磨前后皆先经过平整化处理(padconditioned)。研磨结果如表1所示。表1 由上述表1中的结果可知，当铜研磨液中的过氧化氢含量由2wt％提高至5wt％时(铜研磨液编号1及2)，钽研磨速率几乎没变，但铜研磨速率则由2956/min上升至6962/min，故使得铜/钽的研磨选择率由4.5提高至10.4。进而，当再加入0.97wt％的柠檬酸时(铜研磨液编号2及3)，铜研磨速率几乎没变，但钽研磨速率则由665/min降低至340/min，故使得铜/钽的研磨选择率又大幅地由10.4提高至20.1。更进一步，当再加入0.6wt％的烷基二甲基苄基氯化铵盐时(铜研磨液编号3及4)，铜研磨速率小幅变化，但，钽研磨速率则急遽地由340/min降低至22/min，故使得铜/钽的研磨选择率由20.1巨幅地提高至285。因此，借由使用本实施例中的铜研磨液，即可有效地避免碟陷的问题产生。此外，本实施例中的铜研磨液，可对应实际状况而对各组成成分进行适当地调整。实施例2以如表2中编号5-6所示的成分及含量调制出本专利技术的化学机械研磨液组合物中的钽研磨液(第二剂研磨液)并分别对表层具有1000钽金属薄膜的6英寸晶圆及表层具有1000二氧化硅薄膜的6英寸晶圆进行化学机械研磨，以计算钽研磨液对上述等薄膜的研磨速率差异，研磨条件如下研磨机台IPEC 372 Polisher研磨垫Rodel IC1400/groove polishing pad研磨垫转速28rpm晶片载具研磨转速32rpm铜研磨液流量175ml/min上述研磨垫在研磨前后皆先经过平整化处理。研磨结果如表2所示。表2 由上述表2中的结果可知，当钽研磨液中加入0.1wt％合氟表面活性剂时，钽研磨速率由459/min小幅降低至394/min，而二氧化硅研磨速率则由800/min急剧地降低至256/min，故使得钽/二氧化硅的研磨选择率由0.57大幅地提高至1.53。因此，借由使用本实施例中的钽研磨液，即可有效地提高钽/二氧化硅的研磨选择率而降低对二氧化硅的研磨速率，故能避免过度研磨而造成氧化层磨蚀的问题产生。综上所述，藉由铜制程中使用上述本专利技术的化学机械研磨液组合物来进行两阶段式的化学机械研磨，即可大幅地提高研磨时的铜/钽选择性及钽/氧化层选择性，故能有效地改善因过度研磨所产生的碟陷及磨蚀问题，达到提高后续制程良好率的效果。虽然本专利技术已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本专利技术，任何本领域熟练的技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铜制程的化学机械研磨液组合物，其包括： 一铜研磨液，该铜研磨液为酸性，包括：第一水性介质、第一研磨粒子、第一氧化剂、第一酸类及第一有机添加剂；以及 一钽研磨液，该钽研磨液为酸性，包括：第二水性介质、第二研磨粒子、第二酸类及第二有机添加剂； 其中： 相对于上述铜研磨液全部重量而言，上述第一研磨粒子、第一氧化剂、第一酸类及第一有机添加剂的含量分别为１－３０ｗｔ％；１－１０ｗｔ％；０．００１－５ｗｔ％；０．００１－１ｗｔ％，余量为第一水性介质； 相对于上述钽研磨液全部重量而言，上述第二研磨粒子、第二酸类及第二有机添加剂的含量分别为５－３０ｗｔ％；０．００１－２ｗｔ％；０．００１－０．３ｗｔ％，余量为第二水性介质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽梅，闵俊国，王朝仁，蔡庆龙，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]