半导体制程用的化学机械研磨组合物制造技术

一种用于半导体制程中研磨金属薄膜的化学机械研磨组合物，其包含１－２５重量％的研磨颗粒；及０．１－２０重量％之作为研磨促进剂的缓冲剂，其中该缓冲剂包括含过硫酸基的化合物或含铁（Ⅲ）的盐类及含羧基或酰胺基的化合物。（*该技术在2018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组合物。本专利技术的研磨组合物具高度稳定性，可有效地应用于半导体晶片表面的研磨。于半导体工业中，半导体晶片表面的研磨已是广泛应用的技术，以提高半导体晶片及介电层的平坦性，以利于制造金属线路。一般而言，用于制造金属线路的研磨方法，是将半导体晶片置于配有研磨头的旋转研磨平面上，于晶片表面施用包含研磨粒子与氧化剂的研磨浆液，以增进研磨功效。美国专利第5,225,034号揭示一种化学机械研磨浆液，其包含AgNO3、固体研磨物质、以及选自H2O2、HOCl、KOCl、KMgO4或CH3COOOH的氧化剂。此研磨浆液用于研磨半导体晶片上的铜层，以制造晶片上的铜线。美国专利第5,209,816号揭示一种使用化学机械研磨浆液以将含Al或Ti金属层磨光的方法，其研磨浆液除包含固体研磨物质外，尚包含约0.1-20体积％的H3PO4与约1-30体积％的H2O2。美国专利第4,959,113号涉及一种使用水性研磨组合物以磨光金属表面的方法。此水性研磨组合物包含水、研磨剂(例如CeO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC、SnO2及TiC)、与一种盐类，此盐类包含元素周期表IIA、IIIA、IVA或IVB族的金属阳离子与氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根、磷酸根或过氧酸根的阴离子。此美国专利亦教示使用盐酸、硝酸、磷酸或硫酸以将其水性研磨组合物调配成pH＝1-6。美国专利第5,391,258号揭示一种用于磨光含硅、硅石或硅酸盐之复合物的研磨组合物，其除包含研磨颗粒外，尚包含过氧化氢与邻苯二甲酸氢钾。美国专利第5,114,437号涉及一种用于磨光铝基材的磨光组合物，其包含平均颗粒尺寸介于0.2至5μm的氧化铝磨光剂及选自硝酸铬(III)、硝酸镧、硝酸铈(III)铵或硝酸钕的磨光促进剂。美国专利5,084,071号涉及一种使用化学机械磨光浆液以将电子元件基材磨光的方法，其所使用的磨光浆液包含小于1重量％的氧化铝、研磨颗粒(例如，SiO2、CeO2、SiC、Si3N4或Fe2O3)、作为研磨效率促进剂的过渡金属螯合盐(例如，EDTA铁铵)、及供该盐使用的溶剂。美国专利第5,480,476号是探讨Ce4+和Zr4+阳离子对SiO2类型研磨剂抛光速率的影响。美国专利第5,366,542号揭示一种磨光组合物，其包括氧化铝研磨颗粒，及一选自多胺基羧酸(例如EDTA)或其钠或钾盐的螯合剂。此磨光组合物可进一步包含勃姆石或铝盐。美国专利第5,430,370号揭示一种用于例如钨或氮化钨薄膜的化学机械磨光的浆液，其包含供薄膜使用的氰铁酸钾氧化剂、研磨剂与水，其中该浆液具有2至4的pH值。美国专利第5,516,346号揭示一种用于化学机械磨光钛薄膜的浆液，其包含浓度足以与该钛薄膜错合的氟化钾与研磨剂(例如氧化硅)，其中该浆液具有低于8的pH值。WO96/16436揭示一种化学机械磨光浆液，其包含具有小于0.400微米中值颗粒的研磨颗粒、铁盐氧化剂、及丙二醇与对羟基苯甲酸甲酯的水性表面活性剂悬浮液。美国专利第5,476,606号揭示一种用于化学机械研磨光金属层的浆液，其包含氧化金属错合物(例如硝酸铁)的氧化剂、含至少50％γ-相的熔融氧化铝颗粒、与例如聚烷基硅氧烷或聚氧化亚烷基醚的非离子性表面活性剂添加剂。上述先前技艺所教示的研磨浆液均无法避免造成钾离子或过渡金属的污染，或因采用高分子型表面活性剂，除容易于研磨时起泡造成晶片表面局部研磨不平均、粗度提高的外，更因为高分子型化合物的水溶性不佳，极易导致较高污染的可能性。此外，美国专利第5,476,606号虽教示使用低分子量羟基羧酸以抑制氧化物的研磨速率，因而提高金属/氧化物的研磨选择率，然而由于羟基羧酸无法提高研磨颗粒的ζ-电位(即，电动电位)，因此，其于添加后往往造成浆液的不稳定性。综上所述，半导体制程的技艺中，仍企寻求具有较高品质的化学机械研磨组合物，以克服上述先前技艺研磨组合物所面临的缺点。本专利技术的目的是提供一种用于半导体制程中研磨金属薄膜的化学机械研磨组合物，其包含1-25重量％的研磨颗粒；及0.1-20重量％之同时作为研磨促进剂的缓冲剂，其中该缓冲剂包括含过硫酸基的化合物或含铁(III)的盐类及含羧基或酰胺基的化合物。本专利技术提供一种用于在半导体制程中研磨金属薄膜的化学机械研磨组合物，其包含1-25重量％，较佳为3-10重量％的研磨颗粒；及0.1-20重量％，较佳为6-15重量％之同时作为研磨促进剂的缓冲剂，其中该缓冲剂包括含过硫酸基的化合物或含铁(III)的盐类及含羧基或含酰胺基的化合物。本专利技术的化学机械研磨组合物可进一步包含1-10重量％，较佳为4-6重量％的氧化剂。根据本专利技术，研磨组合物所使用的研磨颗粒可为一般市售者，例如SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、SiC、Fe2O3、TiO2、Si3N4、或其混合物。此等研磨颗粒具有较高纯度、高比表面积、及狭窄粒径分布等优点，因此适用于化学机械研磨组合物中作为研磨颗粒。可用于本专利技术中的氧化剂是一般市售者，例如H2O2、KIO3、KBrO3、K2Cr2O7、K2Mn2O7、HOCl、CH3COOOH，或其混合物。根据本专利技术，作为缓冲剂成份的含过硫酸基化合物的实例包括H2S2O8、K2S2O8、(NH4)2S2O8、Na2S2O8、或其混合物，而作为缓冲剂成份的含铁(III)的盐类实例包括氰铁酸钾、硫酸铵铁(III)、硝酸铁(III)、或其混合物。可用于本专利技术缓冲剂中的含羧基化合物选自(1)如下式的单羧基化合物 其中，R1为氢、C1-C6烷基或C1-C6羟烷基；及R2为氢、铵离子或碱。金属离子(较佳为钾离子)。此种单羧基化合物的实例包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、羟基醋酸、乳酸、及其盐类。(2)如下式的二羧基化合物 其中，R4为一单键、C1-C6烷基或C1-C6羟烷基；且R2及R3为氢、铵离子或碱金属离子(较佳为钾离子)。此种二羧基化合物的实例包括乙二酸(草酸)、丙二酸、丁二酸(琥珀酸)、戊二酸、羟基丁二酸(苹果酸)、酒石酸、半乳糖二酸及其盐类。(3)三羧基化合物，例如柠檬酸及其盐类。(4)氨基酸化合物，例如甘氨酸、肌氨酸、二甲基甘氨酸、丙氨酸及其盐类。可用于作为本专利技术缓冲剂成份的含酰胺基化合物的实例包括甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、尿素、甲基脲、乙基脲、二甲基脲及二乙基脲。本专利技术研磨组合物所使用的作为研磨促进剂的缓冲剂添加剂可提供以下优点(1)由于研磨浆液pH值的变化会影响研磨颗粒的ζ-电位，因此，维持稳定的pH值对研磨浆液而言极为重要。本专利技术所使用的缓冲剂可提供研磨浆液介于1.5至8.5间的pH值，因此具有稳定研磨浆液pH值的功用。(2)本专利技术所使用的缓冲剂水溶性极佳，因此易于清除而不会残留在晶片上。(3)本专利技术所使用的缓冲剂具有较大的分子，其不致渗入晶片中造成晶片的污染。(4)本专利技术所使用的缓冲剂为一般常见的化学品，其较不具危险性，因此可显著降低对半导体制程工作者的危险性及不致对环境造成污染。(5)本专利技术缓冲剂的各别成份是腐蚀性较低的化合物，然而，根据本专利技术将此等腐蚀性较低的化合物组合使用时，将产生非可预期的极强腐蚀性，因此，可有效提高金属薄膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体制程中研磨金属薄膜的化学机械研磨组合物，其包含１－２５重量％的研磨颗粒：及０．１－２０重量％之作为研磨促进剂的缓冲剂，其中所述缓冲剂包括含过硫酸基的化合物或含铁（Ⅲ）的盐类及含羧基或酰胺基的化合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗和，
申请(专利权)人：长兴化学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]