化学机械研磨浆液与化学机械平坦化方法技术

一种化学机械研磨浆液，特别涉及一种可将一片图案晶圆上的铜磨除掉的化学机械研磨浆液，包含一种酸、一种界面活性剂、一种水性介质，及数颗经一种表面电性改质剂进行表面改质并含钾的二氧化硅研磨粒子，通过研磨粒子的构造，该研磨浆液可比一般业界所采用的，更能避免所研磨的图案晶圆产生氮化钽阻障层损害、更彻底将覆盖在阻障层上的铜磨除，且研磨后的晶圆表面所形成的凹陷程度也更轻，整体功效佳并极符合业界的需求，另外，也提供一种化学机械平坦化方法，是使一片晶圆与一块研磨垫接触，输送一具有数颗上述二氧化硅研磨粒子的化学机械研磨浆液至该晶圆与研磨垫，并将该晶圆表面至少部分平坦化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种研磨浆液，特别是涉及一种含有数颗经一种表面电性改质剂进行表面改质，并包含钾的二氧化硅研磨粒子的化学机械研磨浆液。
技术介绍
化学机械平坦化技术已是半导体制程中不可或缺的一环，其制程能力不但与后段微影制程结果的好坏有着直接的影响，且随着晶圆直径增大、制程线宽缩小，以及元件积集度的提高等等半导体制程参数的变化趋势，相较于过去，业界对于晶圆表面平坦程度有更严格的要求。利用化学机械研磨(chemicalmechanical polishing，简称为“CMP”)制程，可使晶圆表面呈全面的平坦化，而CMP的优势在于可突破具有高密度化的积体电路的晶圆在黄光微影制程中，因曝光微细化所造成焦点深度变浅的问题；因此CMP不但可提升良率，而且对往更微细极限的曝光的发展，有很大的帮助。铜化学机械研磨(Cu CMP)为金属化学机械研磨(metalCMP)的一支，其可采用两阶段的研磨方式来进行，以达到更佳的晶圆平坦化效果；所谓的第一阶段是先把表面的金属铜移除，以露出底下的阻障层(其材质通常为氮化钽(TaN)或金属钽(Ta))；而第二阶段则是再将该阻障层磨除。此两阶段是分别使用特定的研磨浆液。基于后续产品良率的考虑，于此第一阶段中，业界对于所使用的研磨浆液的要求是，以该研磨浆液研磨完成的晶圆表面越平坦越好，也就是说，其凹陷(dishing)与磨蚀(erosion)的程度越轻越好，且该研磨浆液-->对于铜要具有高移除效果，并要避免受研磨的晶圆表面产生氮化钽阻障层损害(TaN damage)，也就是尽量不要磨除阻障层。Cu CMP研磨浆液(slurry)是由液态状浆体及固态状的研磨粒子所构成，该浆体则是除了水以外，也包括有酸、碱及界面活性剂等化学品。就上述第一阶段所使用的研磨浆液，其浆体中的化学品主导化学蚀刻效应，也就是说，利用其酸碱度提供一个环境，以使晶圆表面的金属铜氧化后，形成一可视为“可磨耗层”的氧化铜钝化膜；所以该研磨浆液可以是酸性或碱性。而研磨粒子则主导机械研磨效应，也就是说，通过粒子本身与该金属氧化钝化膜相互摩擦的机械力作用，来将该膜移除，使晶圆的图案得以呈现。就研磨粒子方面，一般而言其材质可以是氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈、碳化硅、氧化钛、氮化硅，或这些的一组合。然在Cu CMP中，需注意的是，可磨耗层的形成与移除，需要达成平衡，否则恐造成凹陷或磨蚀的现象，使得晶圆表面平整性不足，如此将影响后续产品良率甚巨；另一方面，为使研磨粒子能发挥其功用，先决条件是研磨粒子需稳定地分散存在于浆体内，方能保有磨除掉该磨耗层的能力。因此，“研磨浆液”是可针对研磨粒子或浆体等两部份来进行改良；例如TW I235761即是朝改良浆体的方向而进行。该案是请求一种研磨铜基金属用的研浆，包含二氧化硅研磨材料、氧化剂、胺基酸、三唑系化合物，以及水；胺基酸与三唑系化合物的含量比(胺基酸/三唑系化合物的重量比)，是5至8，以及该三唑系化合物是由1，2，3-三唑、1，2，4-三唑及它们的衍生物所构成的群组中选取；而其所使用的二氧化硅研磨材料即是一般的二氧化硅研磨粒子。以常被使用来作为研磨粒子的胶体二氧化硅(colloidal-->silica)粒子而言，是以化学湿法(wet chemical method)来制备；其施行方式大致是先调配一浓度略稀的水玻璃(例如钠水玻璃(sodium water glass，其主成分为硅酸钠(sodium silicate)、钾水玻璃(potassium water glass，主成分为硅酸钾(potassiumsilicate))水溶液，继而将此水溶液通过阳离子交换树脂而去除该水溶液中例如Na+、K+等碱金属离子，而形成一活性硅酸(active silicic acid)水溶液，再加入例如氢氧化钠(sodiumhydroxide，NaOH)、氢氧化钾(potassium hydroxide，KOH)、氢氧化铵(ammonium hydroxide，NH4OH)，或水玻璃水溶液配合适当的温度及酸碱度来施以一道碱化处理(alkalization)，使得活性硅酸产生缩聚合反应，进而成核成长为固体颗粒，其即为胶体二氧化硅；之后再经过超过滤浓缩程序，而获得一种二氧化硅溶胶。就申请人所知，一般业界基于其操作上的安全性与便利性(如氢氧化铵会产生臭味并对人体皮肤及呼吸道有负面影响，所以常避免使用)、原料价格及生产线规划等考虑，上述的碱化处理多是以NaOH或钠水玻璃配成水溶液来进行。此胶体二氧化硅粒子的表面是带负电荷，仅能稳定存在于碱性的浆体内，较不利于铜化学研磨第一阶段的酸性研磨浆液应用；所幸业界已知的是在将二氧化硅粒子辅以表面电性改质处理后，将可使其表面被阳离子改质(此表面电性改质处理的相关说明，可参见“The Chemistry of Silica-R.K.Iler-WileyInterscience(1979)，p.410-441”中所示)，例如在以化学湿法制备胶体二氧化硅时，通过铝、铬、镓、钛，以及锆的三价以上的金属氧化物(例如铝酸钠(sodium aluminate)、氯化羟基铝(aluminium hydroxychloride))作为表面电性改质剂，将可使二氧化硅表面结构被此类金属阳离子吸附键合，使该二氧化硅粒子表面电性改变，因此粒子可稳定地存在于酸性的环境中，因而-->大幅拓展了胶体二氧化硅粒子于研磨浆液的应用价值与范围，而可作为铜化学机械研磨第一阶段中所使用的酸性研磨浆液内的研磨粒子。US 5368833所请求的是一种二氧化硅溶胶(silica sol)，其具有范围为8～45％的S值(S-value)，并包含有具有750～1000m2/g的比表面积且其粒子结构中有2～25％的铝原子。该案于摘要中述及该二氧化硅溶胶是特别适合用来作为制造纸张或其它类似产品时的添加剂，且也在说明书第2栏第二段述及该案适于制造具有较广的尺寸分布的二氧化硅粒子。于该案内文中，所示范的制备该二氧化硅溶胶的方式，则与先前所述的化学湿法相仿，主要是将碱水玻璃(较佳为钠水玻璃)配成水溶液后，经由酸化处理及碱化处理以使二氧化硅粒子形成，再依序进行阳离子交换程序以及粒子的表面改质程序，而获得所希望的二氧化硅溶胶。就该案说明书第3栏9-15行中所述，制备流程中的碱化处理，是可采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵，及水玻璃(如钠水玻璃、钾水玻璃)等碱性物质，且认为较佳是选用水玻璃，特别是搭配有特定比例范围的氧化钠的钠水玻璃，然并未述及理由，且对于其它碱剂也无额外的描述。由于CMP研磨浆液所需要的研磨粒子，其颗粒尺寸均匀性越高则越佳，因此对于本领域熟练技术人员而言，强调可获得“具有较广的尺寸分布的二氧化硅粒子”的US 5368833，其所揭示的技术并不利于供作CMP研磨浆液的研磨粒子；另一方面，该案也未明言或暗示该二氧化硅溶胶在添加其它物质后，将可形成一种适以作为铜化学研磨第一阶段中，所使用的酸性研磨浆液。US 6362108所请求的是一种研磨组成物，其特征是在于包-->含有经阳离子改质的胶体二氧化硅的一种酸性悬浮液，该胶体二氧化硅粒子是呈个别状(individualized)，并以水作为该悬浮液的介质。该研磨组成物是适用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨浆液，包含：一种酸、一种界面活性剂，以及一种水性介质；其特征在于，该化学机械研磨浆液还包含数颗经一种表面电性改质剂进行表面改质，并含钾的二氧化硅研磨粒子。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械研磨浆液，包含：一种酸、一种界面活性剂，以及一种水性介质；其特征在于，该化学机械研磨浆液还包含数颗经一种表面电性改质剂进行表面改质，并含钾的二氧化硅研磨粒子。2.根据权利要求1所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，该表面电性改质剂是铝、铬、镓、钛，或锆的三价以上的一金属氧化物，或这些的一组合。3.根据权利要求2所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，该表面电性改质剂是铝酸盐。4.根据权利要求3所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，该表面电性改质剂是铝酸钠或铝酸钾。5.根据权利要求1所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，所述二氧化硅研磨粒子是经由将一硅酸盐水溶液进行一道去阳离子处理后，与氢氧化钾或钾水玻璃进行缩聚合反应，继而被表面改质后再进行一道去阳离子处理而获得。6.根据权利要求1所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，以所述二氧化硅研磨粒子的总重量计，钾的含量是占100ppm以上。7.根据权利要求1所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，以所述二氧化硅研磨粒子的总重量计，钾的含量是占200ppm以上。8.根据权利要求1所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，其pH值是介于2～5之间。9.根据权利要求8所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，其pH值是介于3～4之间。10.根据权利要求1所述的化学机械研磨浆液，其特征在于，该酸是丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、次甲基丁二酸、反丁烯二酸、丙烯酸、2-羟基乙酸、甲酸、乙酸、己酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、葡糖酸、柠檬酸、盐酸、硫酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、2，2-二甲基丁二酸、2-乙基-2-甲基丁二酸、2，3-二甲基丁二酸、次甲基丁二酸、2-甲基-顺丁烯二酸、2-甲基-反丁烯二酸、2-甲基-2-羟基乙酸、2-乙基-2-羟基乙酸、2，2-二乙基-2-羟基乙酸、2-乙基-2-甲基-2-羟基乙酸、2-甲基丙烯酸、2-乙基丙烯酸、3-甲基丙烯酸、2，3-二甲基丙烯酸、1，2，3，4-丁烷四羧酸，或这些的一组合。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯惠芳，刘文政，陈彦良，陈瑞清，
申请(专利权)人：长兴开发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]