化学机械研磨组合物制造技术

一种化学机械研磨组合物，其ｐＨ范围是介于２至５之间且包含一具有下列组分的混合物：一水性介质、一研磨料、一腐蚀抑制剂、一表面活性剂、二酸类化合物及一金属残留抑制剂，该金属残留抑制剂是选自于由下列化学式所示的化合物所构成的群组：该式（Ⅰ）、该式（Ⅱ）、该式（Ⅲ）、该式（Ⅳ）、该式（Ⅴ）及这些化合物的组合，其中，该式（Ⅱ）～（Ⅴ）的结构及各个取代基的定义是如说明书及权利要求书所界定。将本发明专利技术的化学机械研磨组合物用于研磨半导体晶圆表面时，可获得不错的金属研磨速率、有效降低金属凹陷以及降低该晶圆表面的金属残留。

【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，特别是指一种用于半导体制程且包含一金属残留抑制剂的化学机械研磨组合物。
技术介绍
化学机械研磨(chemical mechanical polishing，简称为“CMP”)技术是为了解决因集成电路(IC)制造时的镀膜高低差异而导致于微影制程上难以聚焦的问题所开发出来的一项平坦化技术。化学机械研磨技术首先被少量应用在0.5微米元件的制造上，但是随着元件尺寸的缩小，化学机械研磨技术被应用的几率也随着增加，而目前已俨然成为业界不可或缺的平坦化技术。在半导体晶圆制程中，有两种类型的层需进行研磨，一类型为诸如氧化硅(silicon oxide)及氮化硅(silicon nitride)的中间层(interlayer)，而另一类型为用于连接主动装置的金属线路(例如钨、铜、铝等)。一般用于金属线路(metal wire)的研磨方法是将半导体晶圆置于一设有一研磨头(polishing head)的旋转研磨台上，并于该晶圆表面上涂布一含有研磨颗粒(abrasive particles)的研磨浆液，以有效增进整体研磨功效。在利用一研磨浆液进行金属线路的研磨时，一般推测会选择以下第一机制(mechanism)或第二机制进行。在第一机制中，研磨浆液内的组分(通常需额外添加一氧化剂)会先与金属线路反应而连续在金属表面形成一氧化物层，而研磨浆液内的研磨颗粒的机械研磨作用会磨除该氧化物层。在第二机制中，并未如第一机制形成该氧化物层，而是运用该研磨浆液内的组分来侵蚀及溶解该金属线路，并借由研磨颗粒的机械作用来增加溶解速度，进而使金属线路的厚度变薄，以达成磨除目的。由于CMP制程有研磨不均匀的问题，所以在施予此制程后，晶圆表面的金属氧化物虽会被磨除，但是也可能致使部分金属被研磨且产生凹陷(dishing)，而晶圆表面则可能会残留有不需要的金属。因此，如何快速去除金属残留物以及降低金属线路的凹陷，同时加速产能，为CMP制程极需克服的一大问题。目前已有许多提及有关运用研磨浆液来研磨半导体晶圆上的金属层的文献及专利。例如美国专利公告第6,447,563号揭示一种用于研磨金属层的浆液系统(slurry system)，该浆液系统包含一第一部分及一第二部分，并具有介于2至11之间的pH值。该第一部分含有一实质上由研磨颗粒、一稳定剂及一表面活性剂所构成的分散液，该第二部分含有一加速剂溶液(activator solution)，该加速剂溶液含有至少二选自于由下列所构成的群组中的组分氧化剂、酸、胺、螯合剂(chelating agent)、含氟化合物、腐蚀抑制剂(corrosion inhibitor)、生物制剂(biological agent)、表面活性剂、缓冲剂及其混合物。此专利提及可使用的酸包含甲酸、乙酸、己酸、乳酸(lactic acid)等有机酸，以及盐酸、硫酸等无机酸。而较佳可使用含有一或多个羧基且经羟基取代的酸，例如苹果酸(malic acid)、酒石酸(tartaric acid)、葡糖酸(gluconic acid)及柠檬酸(citric acid)。此外，该表面活性剂的类型可为非离子型、阴离子型、阳离子型及两性型。在此专利的实施例1中，首先制备由4wt％的发烟硅石(fumed silica)、1wt％的过氧化氢及0.1M的丙酸所构成的浆液系统，接着在利用此浆液系统进行铜晶圆的研磨测试，最后发现磨除速率(removal rate)是超过450nm，而非均匀性小于5％。此专利的浆液系统主要是用于改进研磨速率，并未提及关于晶圆表面的金属残留问题。美国专利公告第6,864,177号揭示一种用于制造半导体装置的金属线接栓(metal line contact plug)的方法，该制造方法包含以下两步骤(1)使用第一浆液进行第一阶段的CMP过程，该第一浆液含有1～20wt％的研磨颗粒、0.1～15wt％的氧化剂及0.01～10wt％的络合剂(complexing agent)，并具有2～9的pH范围，另针对金属/绝缘膜而言具有大于10的蚀刻选择性(etchingselectivity)；(2)使用第二浆液进行第二阶段的CMP过程，该第二浆液含有5～30wt％的研磨颗粒以及0.01～5wt％的氧化剂，并具有6～12的pH范围，另针对金属/绝缘膜而言具有小于3的蚀刻选择性。在此专利的第一浆液中的络合剂是选自于由下列所构成的群组柠檬酸、酒石酸、丁二酸(succinic acid)、苹果酸、顺丁烯二酸(maleic acid)、反丁烯二酸(fumaric acid)、丙二酸(malonicacid)、乙二胺四醋酸盐(ethylenediamine tetraacetate)、羟基乙酸(glycolic acid)及这些化合物的盐类或混合物。在此专利中，并未提供任何测试数据，也未提及使用表面活性剂及腐蚀抑制剂。本案申请人先前也取得一有关化学机械研磨组合物的中国台湾专利，也就是中国台湾专利公告第574352号，其揭示一种化学机械研磨浆液组合物及其使用方法。该浆液组合物是包含70～99.5wt％的水性介质、0.1～25wt％的研磨颗粒、0.01～1wt％的腐蚀抑制剂，以及0.01～1wt％的化学品。该化学品是选自于由下列所构成的群组下式(A)、下式(B)及两者的组合，其中，X、Y及Z是分别选自于氢或C1～C6烷基。此专利的目的主要在防止铜凹陷，并未述及关于研磨速率及晶圆表面的铜残留的改良，此外，在此专利中并未提及使用表面活性剂。 由于化学机械研磨浆液的组成会影响研磨速率、金属线路的凹陷程度及晶圆表面的金属残留，因此，如何有效地在较高的研磨速率下，同时降低金属线路的凹陷程度以及晶圆表面的金属残留，对于目前业界而言，仍存在一需求。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的，在于提供一种可维持不错的研磨速率，同时有效降低凹陷程度及金属残留的化学机械研磨组合物。本专利技术的化学机械研磨组合物的pH范围是介于2至5之间，且包含一具有下列组分的混合物一水性介质、一研磨料(abrasive)、一腐蚀抑制剂、一表面活性剂、二酸类化合物及一金属残留抑制剂，该金属残留抑制剂是选自于由下列化学式所示的化合物所构成的群组 及这些化合物的一组合，在该式(II)～(V)中，R1、R2、R3及R4分别选自于由下列所构成的群组氢、C1～C6烷基、C2～C6烯基及C2～C6次烯基(alkylidyne)，以及R5、R6、R7及R8、R9及R10分别选自于氢或C1～C6烷基。本专利技术的化学机械研磨组合物通过添加一金属残留抑制剂来降低晶圆表面的金属残留，所使用的金属残留抑制剂具有至少一羧基且与金属(例如铜)的反应性极佳，因而可降低晶圆表面的金属残留，再加上添加二酸类化合物、表面活性剂、研磨料及腐蚀抑制剂，可同时维持不错的研磨速率以及降低凹陷程度。具体实施例方式本专利技术的化学机械研磨组合物具有一介于2至5之间的pH值范围，且包含一具有下列组分的混合物一水性介质、一研磨料、一腐蚀抑制剂、一表面活性剂、二酸类化合物及一金属残留抑制剂，该金属残留抑制剂是选自于由下列化学式所示的化合物所构成的群组 及这些化合物的一组合，于该式(II)～(V)中，R1、R2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨组合物，其特征在于，其ｐＨ值范围是介于２至５之间且包含一具有下列组分的混合物：一水性介质、一研磨料、一腐蚀抑制剂、一表面活性剂、二酸类化合物及一金属残留抑制剂，该金属残留抑制剂是选自于由下列化学式所示的化合物所构成的群组：　　＊＊＊及这些化合物的一组合，在该式（Ⅱ）～（Ⅴ）中，Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］、Ｒ↑［３］及Ｒ↑［４］分别选自于由下列所构成的群组：氢、Ｃ↓［１］～Ｃ↓［６］烷基、Ｃ↓［２］～Ｃ↓［６］烯基及Ｃ↓［２］～Ｃ↓［６］次烯基，以及Ｒ↑ ［５］、Ｒ↑［６］、Ｒ↑［７］及Ｒ↑［８］、Ｒ↑［９］及Ｒ↑［１０］分别选自于氢或Ｃ↓［１］～Ｃ↓［６］烷基。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械研磨组合物，其特征在于，其pH值范围是介于2至5之间且包含一具有下列组分的混合物一水性介质、一研磨料、一腐蚀抑制剂、一表面活性剂、二酸类化合物及一金属残留抑制剂，该金属残留抑制剂是选自于由下列化学式所示的化合物所构成的群组 及这些化合物的一组合，在该式(II)～(V)中，R1、R2、R3及R4分别选自于由下列所构成的群组氢、C1～C6烷基、C2～C6烯基及C2～C6次烯基，以及R5、R6、R7及R8、R9及R10分别选自于氢或C1～C6烷基。2.根据权利要求1所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，以该混合物的总重为100wt％计算，该研磨料的含量为0.10～25.00wt％，该腐蚀抑制剂的含量为0.01～1.00wt％，该表面活性剂的含量为0.01～1.00wt％，该二酸类化合物的含量为0.01～1.00wt％，该金属残留抑制剂的含量为0.01～1.00wt％，以及其余含量为水性介质。3.根据权利要求2所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该研磨料的含量为0.50～10.00wt％。4.根据权利要求3所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该研磨料的含量为0.50～5.00wt％。5.根据权利要求2所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该腐蚀抑制剂的含量为0.01～0.50wt％。6.根据权利要求5所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该腐蚀抑制剂的含量为0.01～0.20wt％。7.根据权利要求2所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该表面活性剂的含量为0.01～0.50wt％。8.根据权利要求7所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该表面活性剂的含量为0.10～0.30wt％。9.根据权利要求2所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该二酸类化合物的含量为0.05～1.00wt％。10.根据权利要求9所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该二酸类化合物的含量为0.10～1.00wt％。11.根据权利要求2所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该金属残留抑制剂是选自于由下列化学式所示的化合物所构成的群组该式(I)、该式(II)、该式(III)及该式(IV)时，该金属残留抑制剂的含量为0.01～0.50wt％。12.根据权利要求11所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该金属残留抑制剂的含量为0.01～0.30wt％。13.根据权利要求2所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该金属残留抑制剂是由该式(V)所示的化合物，且其含量为0.05～1.00wt％。14.根据权利要求13所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该金属残留抑制剂的含量为0.05～0.50wt％。15.根据权利要求1所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该式(II)所示的化合物是选自于由下列所构成的群组2，2-二甲基丁二酸、2-乙基-2-甲基丁二酸、2，3-二甲基丁二酸及次甲基丁二酸。16.根据权利要求15所述的化学机械研磨组合物，其特征在于，该式(II)所示的化合物为次甲基丁二酸。17.根据权利要求1所述的化学机械研磨组...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯惠芳，刘文政，陈宝丞，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]