TWI478227B - 用於基板之化學機械研磨之方法 - Google Patents

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Description

用於基板之化學機械研磨之方法
本發明係有關化學機械研磨組成物及使用該組成物之方法。特定而言，本發明係有關用於研磨在低k介電材料存在下具有阻障材料之基板的化學機械研磨組成物。
近年，就形成積體電路方面而言，半導體工業越來越倚賴銅電互連件(copper electrical interconnect)。這些銅互連件具有低電阻率及對電遷移的高阻抗性。由於銅極易溶於許多介電材料，例如二氧化矽及低k或摻雜形式的二氧化矽，因此擴散阻障層對防止銅擴散至下層介電材料係必要的。典型的阻障材料包含鉭、氮化鉭、鉭-氮化矽、鈦、氮化鈦、鈦-氮化矽、鈦-氮化鈦、鈦-鎢、鎢、氮化鎢及鎢-氮化矽。
為因應對於高密度積體電路逐漸增高的需求，製造商現令製造含有複數金屬互連件結構之覆蓋層的積體電路。在裝置製造期間，平坦化各互連層將改善封裝密度、製程一致性、產品品質，且最重要的是使晶片製造商能夠製造多層積體電路。晶片製造商倚用化學機械平坦化(CMP)為製造平坦基板表面之具成本效益的方法。CMP製程典型係以兩步驟順序來進行。首先，研磨製程利用特別設計來快速移除銅的“第一步驟”漿液。例如，Carpio等人在“Initial study on copper CMP slurry chemistries”Thin Solid Films,262(4995)揭露使用5重量%的硝酸溶液以達到有 效銅移除。相似地，Kondo等人在美國專利第6,117,775號揭露使用硝酸及BTA以達到銅移除。
在初始銅移除後，“第二步驟”漿液係移除阻障材料。典型地，該第二步驟漿液需要有優異的選擇性以移除阻障材料，且不會不利地影響互連件結構的物理結構或電特性。
如所習知，因為鹼性研磨漿液比酸性漿液具有更高的Ta/TaN移除速率，故市售的第二步驟漿液典型具有鹼性至中性pH值。指出中性至鹼性pH值阻障金屬研磨漿液的優勢之另一原因係與在第二步驟研磨期間需要保留在阻障金屬之上的金屬有關。金屬移除速率須非常低以減少金屬互連件的凹陷(dishing)。
在包含氧化劑的酸性漿液中，銅傾向具有高移除速率及高靜態蝕刻率兩者。然而，Cote等人在美國專利第6,375,693號揭露一種用於阻障材料之酸性CMP漿液。Cote等人之漿液係在2至7.5之pH值範圍與過氧化氫氧化劑、苯并三唑抑制劑及硫酸化脂肪酸共同操作。相似地，Wojtczak等人在美國專利第6,409,781號揭露一種酸性研磨漿液，其係利用碘酸鉀氧化劑、亞胺基二乙酸作為銅腐蝕抑制劑及硝酸作為銅活化劑以選擇性地研磨阻障材料。
未來IC結構的低k及超低k整合在CMP步驟中將需要低金屬及介電質損耗。因此，阻障移除用之選擇性漿液將最有可能被採用。儘管中性至鹼性研磨漿液具有該領域中之彼等習知技藝者所瞭解的優點，例如彼等上述者，這些漿液亦傾向有低鉭移除速率。另外，因為鉭容易氧化， 所以該漿液中之氧化劑會與鉭反應而在表面上形成氧化層。
Liu等人在美國專利第7,300,602號中揭露一種在互連金屬及介電質存在下移除阻障材料之研磨組成物。Liu等人揭露在互連金屬及介電質存在下有用於移除阻障材料之研磨溶液，其包括0.1至10重量%的過氧化氫；用於調整該研磨溶液之pH值達小於3之至少一種選自硝酸、硫酸、鹽酸及磷酸所組成之群組之pH值調節劑；用於減少互連金屬之移除速率之0.25至1.7重量%的苯并三唑抑制劑；0至10重量%的界面活性劑；0.01至10重量%具有平均粒徑小於50奈米(nm)之膠體氧化矽；以及餘量水(balance water)及伴隨的雜質，且當以垂直晶圓測量小於15千帕(kPa)的研磨墊壓力進行測量時，該研磨溶液具有至少3比1的氮化鉭比銅選擇性以及至少3比1的氮化鉭比TEOS選擇性。
因此，仍需有一種能夠相對於互連金屬及介電材料選擇性地移除阻障材料的化學機械研磨(CMP)組成物。
本發明之一態樣中，係提供一種用於基板之化學機械研磨的方法，其包括：提供基板，其中，該基板在互連金屬及低k介電材料之至少一者存在下包括阻障材料；提供化學機械研磨組成物，其中，該化學機械研磨組成物包括水；1至40重量%具有平均粒徑≦100奈米之研磨料；0至10重量%的氧化劑；0.001至5重量%的四元化合物；具有下式(I)之材料： 其中，R係選自C2-C20烷基、C2-C20芳基、C2-C20芳烷基及C2-C20烷芳基；其中，x係0至20之整數；其中，y係0至20之整數；其中，x+y≧1；其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5；提供化學機械研磨墊；在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處產生動態接觸；以及在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處或該界面附近將該化學機械研磨組成物施加至該化學機械研磨墊；其中，至少一些該阻障材料係自該基板移除。
本發明之另一態樣中，係提供一種用於基板之化學機械研磨的方法，其包括：提供基板，其中，該基板在互連金屬及低k介電材料之至少一者存在下包括阻障材料；提供化學機械研磨組成物，其中，該化學機械研磨組成物包括水；1至5重量%具有平均粒徑20至30奈米之膠體氧化矽研磨料；0.05至0.8重量%的氧化劑；0至10重量%的抑制劑；0.001至5重量%的四元化合物，其係選自氫氧化四乙基銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四異丁基銨、氫氧化四第三丁基銨、氫氧化四第二丁基銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基銨、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氫氧化四環己基銨及其混合物；0.01至0.1重量%具有下式(I)之材料： 其中，R係從選自大豆、動物脂(tallow)、椰子、棕櫚油及蓖麻油之天然來源所衍生之C8-C20烷基；其中，x係0至20之整數；其中，y係0至20之整數；其中，x+y≧1；其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5；提供化學機械研磨墊；在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處產生動態接觸；以及在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處或該界面附近將該化學機械研磨組成物施加至該化學機械研磨墊；其中，至少一些該阻障材料係自該基板移除。
本發明之化學機械研磨方法係有用於研磨在銅及低k介電材料之至少一者存在下包括阻障材料之基板。相較於基板上的其他材料而言，本發明之方法所用之化學機械研磨組成物提供具有利選擇性之高阻障材料移除速率。
本發明之化學機械研磨方法中，該阻障材料可為選自鉭、氮化鉭、鉭-氮化矽、鈦、氮化鈦、鈦-氮化矽、鈦-氮化鈦、鈦-氮化鎢、鎢、氮化鎢及鎢-氮化矽。較佳地，該阻障材料係氮化鉭。
為達本說明書之目的，低k介電質包含低k及超低k材料(某些超低k材料不以氧化矽為主體(silica-based))。為研磨低k及超低k介電材料，在研磨期間維持低向下作用壓力(down force pressure)以使這些材料的剝離或斷裂最小化是重要的。然而，低向下作用壓力傾向產生低阻障 材料移除速率，其由晶圓產量的觀點而言係所不欲的。相較於在低向下作用壓力操作的傳統酸性研磨溶液，本發明之化學機械研磨組成物展現高阻障移除速率。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包括：水，研磨料，四元化合物，以及具有下式(I)之材料： 其中，R係選自C2-C20烷基、C2-C20芳基、C2-C20芳烷基及C2-C20烷芳基；較佳係C2-C20烷基；更佳係C8-C20烷基；最佳係從選自大豆、動物脂、椰子、棕櫚油及蓖麻油之天然來源所衍生之C8-C20烷基；其中，x係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，y係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，x+y≧1；以及其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物中所含的水較佳係經去離子化及蒸餾化之至少一者處理以限制伴隨的雜質。
適用於本發明之化學機械研磨方法中所用之化學機械研磨組成物的研磨料包含，例如，無機氧化物、無機氫氧化物、無機氫氧化物氧化物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬氮化物、聚合物粒子及包括前述研磨料之至少一者的混合物。適合的無機氧化物包含，例如，氧化矽(SiO2)、氧化鋁 (Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、氧化鎂(MnO2)、氧化鈦(TiO2)或包括前述氧化物之至少一者的組合。若有需要，亦可使用這些無機氧化物之改質型(modified form)，例如，經有機聚合物塗覆的無機氧化物粒子及經無機聚合物塗覆的粒子。適合的金屬碳化物、硼化物及氮化物包含，例如，碳化矽、氮化矽、碳氮化矽(SiCN)、碳化硼、碳化鎢、碳化鋯、碳化鋁、碳化鉭、碳化鈦、或包括前述金屬碳化物、硼化物及氮化物之至少一者的組合。較佳地，該研磨料係膠體氧化矽研磨料。適用於本發明化學機械研磨方法之膠體氧化矽研磨料包含燻型氧化矽(fumed silica)、沉澱型氧化矽及聚結型氧化矽之至少一者。
本發明之某些具體實施例中，該化學機械研磨組成物所用之研磨料係具有平均粒徑≦100奈米之膠體氧化矽。這些具體實施例之某些態樣中，該膠體氧化矽具有1至100奈米之平均粒徑。這些具體實施例之某些態樣中，該膠體氧化矽具有1至50奈米之平均粒徑。這些具體實施例之某些態樣中，該膠體氧化矽具有1至40奈米之平均粒徑。這些具體實施例之某些態樣中，該膠體氧化矽具有1至30奈米之平均粒徑。這些具體實施例之某些態樣中，該膠體氧化矽具有20至30奈米之平均粒徑。
本發明之某些具體實施例中，所用之化學機械研磨組成物包含1至40重量%的研磨料。這些具體實施例之某些態樣中，所用之化學機械研磨組成物包含1至25重量%的研磨料。這些具體實施例之某些態樣中，所用之化學機械 研磨組成物包含1至10重量%的研磨料。這些具體實施例之某些態樣中，所用之化學機械研磨組成物包含1至5重量%的研磨料。
本發明之某些具體實施例中，所用之化學機械研磨組成物包含1至40重量%，較佳係1至25重量%，更佳係1至10重量%，最佳係1至5重量%的膠體氧化矽研磨料，其中，該膠體氧化矽研磨料具有≦100奈米，較佳係1至100奈米，更佳係1至50奈米，又更佳係1至40奈米，又再更佳係1至30奈米，最佳係20至30奈米的平均粒徑。
本發明之某些具體實施例中，本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包含0至10重量%，較佳係0.001至5重量%，更佳係0.01至5重量%，最佳係0.05至0.8重量%的氧化劑。適用於本發明方法中所用之化學機械研磨組成物的氧化劑包含，例如，過氧化氫(H2O2)、單過硫酸鹽、碘酸鹽、過苯二甲酸鎂、過乙酸及其他過酸、過硫酸鹽、溴酸鹽、過碘酸鹽、硝酸鹽、鐵鹽、鈰鹽、錳(III)鹽、錳(IV)鹽及錳(VI)鹽、銀鹽、銅鹽、鉻鹽、鈷鹽、鹵素、次氯酸鹽及其混合物。較佳地，用於本發明方法中所用之化學機械研磨組成物的氧化劑係過氧化氫。當該化學機械研磨組成物包含不安定的氧化劑(例如過氧化氫)，較佳係在使用時將該氧化劑併入該化學機械研磨組成物。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包含0.001至5重量%；較佳係0.005至3重量%；又更佳係0.01至2重量%的四元化合物。適用於該化學機械研 磨組成物之四元化合物包含四級銨化合物、四級鏻化合物及四級鉍化合物；較佳係四級銨化合物。本發明之某些具體實施例中，該四元化合物係選自下列者之四級銨化合物：氫氧化四乙基銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四異丁基銨、氫氧化四第三丁基銨、氫氧化四第二丁基銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基銨、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氫氧化四環己基銨、及其混合物。最佳地，該四元化合物係氫氧化四丁基銨(TBAH)。
本發明之某些具體實施例中，所用之化學機械研磨組成物包含0.001至5重量%的氫氧化四丁基銨(TBAH)。這些具體實施例之某些態樣中，該化學機械研磨組成物包含0.005至3重量%的氫氧化四丁基銨(TBAH)。這些具體實施例之某些態樣中，該化學機械研磨組成物包含0.01至2重量%的氫氧化四丁基銨(TBAH)。
本發明之化學機械研磨方法中所用之化學機械研磨組成物包含具有下式(I)之材料： 其中，R係選自C2-C20烷基、C2-C20芳基、C2-C20芳烷基及C2-C20烷芳基；較佳係C2-C20烷基；更佳係C8-C20烷基；最佳係從選自大豆、動物脂、椰子、棕櫚油及蓖麻油之天然來源所衍生之C8-C20烷基；其中，x係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至 5之整數；其中，y係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，x+y≧1。較佳地，本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包含0.001至1重量%，更佳係0.005至0.1重量%，又更佳係0.01至0.1重量%，最佳係0.01至0.05重量%之具有式(I)的材料。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物視需要地包含抑制劑以控制非鐵金屬互連件(例如銅)經由靜態蝕刻或其他移除機制的移除。調整抑制劑的濃度以藉由保護非鐵金屬互連件免於靜態蝕刻而調整該非鐵金屬互連件的移除速率。本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包含0至10重量%，較佳係0.001至10重量%，更佳係0.05至2重量%的抑制劑。適用於所用之化學機械研磨組成物的抑制劑包含，例如，唑類抑制劑，其對研磨具有銅及銀互連件之晶圓特別有效。當研磨具有銅或銀互連件之基板，該抑制劑較佳係選自苯并三唑(BTA)、巰基苯并噻唑(MBT)、甲苯基三唑(TTA)、咪唑及其組合。最佳地，當研磨具有銅或銀互連件之基板，該抑制劑係BTA。唑類抑制劑的組合可增加或降低銅移除速率。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物視需要地包含抗黃化劑(anti-yellowing agent)。本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包含0至1重量%，較佳係0.0001至1重量%的抗黄化劑。適用於所用之化學機械研磨組成物的抗黄化劑包含，例如，亞胺 二乙酸(IDA)；乙二胺四乙酸(EDTA)；乙酸；檸檬酸；乙醯乙酸乙酯；乙醇酸；乳酸；蘋果酸；草酸；水楊酸；二乙基二硫代胺基甲酸鈉；琥珀酸；酒石酸；硫乙醇酸；甘胺酸；丙胺酸；天門冬胺酸；乙二胺；三甲基二胺；丙二酸；戊二酸；3-羥基丁酸；丙酸；鄰苯二甲酸；間苯二甲酸；3-羥基水楊酸；3,5-二羥基水楊酸；沒食子酸；葡萄糖酸；兒茶酚；苯三酚；單寧酸；其鹽及其混合物。較佳地，該抗黄化劑係選自亞胺二乙酸(IDA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙酸、檸檬酸、乙醯乙酸乙酯、乙醇酸、乳酸、蘋果酸、草酸及其混合物。更佳地，該抗黄化劑係選自亞胺二乙酸(IDA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、蘋果酸及其混合物。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物視需要地復包括選自分散劑、界面活性劑、緩衝劑、消泡劑及殺生物劑之額外的添加劑。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物具有≦5，較佳係2至4，更佳係2至3的pH值。所用之化學機械研磨組成物包含無機pH值調節劑。本發明之某些具體實施例中，該pH值調節劑係選自無機酸(例如硝酸、硫酸、鹽酸及磷酸)。這些具體實施例之某些態樣中，該pH值調節劑係硝酸(HNO3)。這些具體實施例之某些態樣中，該pH值調節劑係磷酸。
在pH值低於3時，即使使用相對低的研磨料濃度，該化學機械研磨組成物仍可提供高阻障金屬移除速率。此低研磨料濃度可藉由減少研磨料所導致不欲的缺陷(例如刮 痕)而改善化學機械研磨過程之研磨效能。又，在pH值低於3時，該化學機械研磨組成物可利用具有相對小的粒徑之研磨料粒子來調配。例如，小至約10奈米的粒徑仍提供可接受之阻障材料(例如Ta/TaN)移除速率。藉由在低研磨料濃度下使用具有相對小的粒徑之研磨料並調配成酸性化學機械研磨組成物，研磨缺陷係降低至優異的程度。
本發明之化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物能夠以低標稱研磨墊壓力(nominal polishing pad pressure)來操作，例如在7.5至15kPa操作，在某些情形中，甚至在低於7.5kPa。低標稱研磨墊壓力經由減少刮痕及其他不欲的研磨缺陷而改善研磨效能，且使對脆性材料的傷害最小化。例如，若暴露於高壓縮力時，低介電常數材料會斷裂或剝離。再者，使用本發明化學機械研磨方法中之化學機械研磨組成物所得的高阻障金屬移除速率將得以利用低研磨料濃度及小粒徑來達成有效的阻障金屬研磨。
本發明之某些具體實施例中，該基板在銅的存在下包括氮化鉭。這些具體實施例之某些態樣中，該化學機械研磨組成物呈現≧2，較佳≧5，更佳≧10之氮化鉭對銅移除速率之選擇性(tantalum nitride to copper removal rate selectivity)。這些具體實施例之某些態樣中，該化學機械研磨組成物呈現≧2至50，較佳≧5至50，更佳5至20之氮化鉭對銅移除速率之選擇性。
本發明之某些具體實施例中，該基板在低k介電質：摻碳氧化物膜的存在下包括氮化鉭。這些具體實施例之某 些態樣中，該化學機械研磨組成物呈現≧3，更佳≧5，又更佳≧10，最佳≧20的氮化鉭對低k介電質：摻碳氧化物膜移除速率之選擇性。這些具體實施例之某些態樣中，該化學機械研磨組成物呈現≧3至150，更佳≧5至150，又更佳≧10至130，最佳≧20至130的氮化鉭對低k介電質摻碳氧化物膜移除速率之選擇性。
本發明之某些具體實施例中，化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包括：水；1至40重量%，較佳係1至25重量%，更佳係1至10重量%，最佳係1至5重量%具有平均粒徑≦100奈米，較佳係1至100奈米，更佳係1至50奈米，又更佳係1至40奈米，最佳係20至30奈米的研磨料；0至10重量%，較佳係0.001至5重量%，更佳係0.01至5重量%，最佳係0.05至0.8重量%的過氧化氫氧化劑；0.001至5重量%的四元化合物，其係選自氫氧化四乙基銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四異丁基銨、氫氧化四第三丁基銨、氫氧化四第二丁基銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基銨、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氫氧化四環己基銨、及其混合物，較佳係選自氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨及其混合物，最佳係氫氧化四丁基銨；0.001至0.1重量%，較佳係0.005至0.1重量%，更佳係0.01至0.1重量%，最佳係0.01至0.05重量%具有下式(I)的材料： 其中，R係選自C2-C20烷基、C2-C20芳基、C2-C20芳烷基及C2-C20烷芳基；較佳係C2-C20烷基；更佳係C8-C20烷基；最佳係從選自大豆、動物脂、椰子、棕櫚油及蓖麻油之天然來源所衍生之C8-C20烷基；其中，x係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，y係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，x+y≧1；0至10重量%，較佳係0.001至10重量%，更佳係0.005至2重量%的抑制劑；以及0至1重量%，較佳係0.0001至1重量%的抗黃化劑；其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5，較佳係2至4，更佳係2至3；提供化學機械研磨墊；在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處產生動態接觸；以及在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處或該界面附近將該化學機械研磨組成物施加至該化學機械研磨墊；其中，至少一些阻障材料係自該基板移除。在這些具體實施例之某些態樣中，該基板在銅或低k介電質摻碳氧化物膜(例如可購自Novellus Systems,Inc.的Coral®低k介電質摻碳氧化物膜晶圓)存在下包括氮化鉭。在這些具體實施例之某些態樣中，在200毫米(mm)研磨機使用每分鐘93轉(revolution)的平台速度(platen speed)、每分鐘87轉的載具速度(carrier speed)、200毫升/分鐘(ml/min)的化學機械研磨組成物流速、及1.5磅每平方英吋(psi)的標稱向下作用力 (nominal down force)，該化學機械研磨組成物呈現≧2，較佳≧5，更佳5至15之氮化鉭對銅移除速率之選擇性，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊(non-woven subpad)。在這些具體實施例之某些態樣中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘的化學機械研磨組成物流速、及1.5psi的標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧3，更佳≧5，又更佳≧10，又再更佳≧20，最佳20至130之氮化鉭對低k介電質摻碳氧化物膜移除速率之選擇性，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。在這些具體實施例之某些態樣中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘的化學機械研磨組成物流速、及1.5psi的標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物亦呈現≧800埃(Å)/分鐘，較佳≧1,000埃(Å)/分鐘，更佳≧1,500埃(Å)/分鐘，又更佳≧1,000至2,500埃(Å)/分鐘，最佳≧1,500至2,000埃(Å)/分鐘之氮化鉭移除速率，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。
本發明之某些具體實施例中，該化學機械研磨方法所用之化學機械研磨組成物包括：水；1至40重量%，較佳係1至25重量%，更佳係1至10重量%，最佳係1至5重量%具 有平均粒徑≦100奈米，較佳係1至100奈米，更佳係1至50奈米，又更佳係1至40奈米，最佳係20至30奈米的膠體氧化矽研磨料；0至10重量%，較佳係0.001至5重量%，更佳係0.01至5重量%，最佳係0.05至0.8重量%的過氧化氫氧化劑；0.001至5重量%，較佳係0.005至3重量%，更佳係0.01至2重量%的四元化合物，其係選自氫氧化四乙基銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四異丁基銨、氫氧化四第三丁基銨、氫氧化四第二丁基銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基銨、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氫氧化四環己基銨、及其混合物，較佳係選自氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨及其混合物，最佳係氫氧化四丁基銨；0.001至0.1重量%，較佳係0.005至0.1重量%，更佳係0.01至0.1重量%，最佳係0.01至0.05重量%具有下式(I)的材料： 其中，R係選自C2-C20烷基、C2-C20芳基、C2-C20芳烷基及C2-C20烷芳基；較佳係C2-C20烷基；更佳係C8-C20烷基；最佳係從選自大豆、動物脂、椰子、棕櫚油及蓖麻油之天然來源所衍生之C8-C20烷基；其中，x係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，y係0至20之整數；較佳係1至10之整數，更佳係2至10之整數，最佳係2至5之整數；其中，x+y≧1；0至10重量%，較佳係0.001至10重量%，更佳係0.005至2 重量%的抑制劑；以及0至1重量%，較佳係0.0001至1重量%的抗黃化劑；其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5，較佳係2至4，更佳係2至3；提供化學機械研磨墊；在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處產生動態接觸；以及在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處或該界面附近將該化學機械研磨組成物施加至該化學機械研磨墊；其中，至少一些阻障材料係自該基板移除。在這些具體實施例之某些態樣中，該基板在銅或低k介電質摻碳氧化物膜(例如可購自Novellus Systems,Inc.的Coral®低k介電質摻碳氧化物膜晶圓)存在下包括氮化鉭。在這些具體實施例之某些態樣中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘的化學機械研磨組成物流速、及1.5psi的標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧2，較佳≧5，更佳5至15之氮化鉭對銅移除速率之選擇性，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。在這些具體實施例之某些態樣中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘的化學機械研磨組成物流速、及1.5psi的標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧3，更佳≧5，又更佳≧10，又再更佳≧20，最佳20至130之氮化鉭對低k介電質摻碳氧化物膜移除速率之選擇性，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。在這 些具體實施例之某些態樣中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘的化學機械研磨組成物流速、及1.5psi的標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物亦呈現≧800埃(Å)/分鐘，較佳≧1,000埃(Å)/分鐘，更佳≧1,500埃(Å)/分鐘，又更佳≧1,000至2,500埃(Å)/分鐘，最佳≧1,500至2,000埃(Å)/分鐘之氮化鉭移除速率，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。
本發明之某些具體實施例係詳細說明於下列實施例中。
[實施例]
(化學機械研磨組成物)
經測試之化學機械研磨組成物(CMPC)係說明於表1。化學機械研磨組成物A係比較調配物，其不在所請發明之範疇內。
(研磨測試)
將表1所述之化學機械研磨組成物使用200毫米空白晶圓來測試，具體來說係(A)TEOS介電晶圓；(B)Coral®低k介電質摻碳氧化物膜晶圓(可購自Novellus Systems,Inc.)；(C)氮化鉭晶圓；以及(D)鍍銅晶圓。利用Strasbaugh nSpireTM CMP系統模型6EC旋轉式研磨平台，使用配有1010溝道圖案的VisionPadTM 3500聚胺基甲酸酯研磨墊(商業上購自羅門哈斯電子材料股份有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.))研磨實施例中所有空白晶圓。所有實施例所用之研磨條件包括93轉/分鐘(rpm)的平台速度；87rpm的載具速度；200毫米/分鐘的研磨介質流速以及1.5psi的向下作用力。下表2係提供各研磨 實驗之移除速率。注意該移除速率係經由在研磨前及研磨後於空白晶圓上的膜厚度所計算。具體地，Coral®晶圓及TEOS晶圓之移除速率係使用購自KLA-Tencor之SpectraFX 200光學薄膜計量系統(optical thin-film metrology system)來測定。鍍銅晶圓及氮化鉭晶圓之移除速率係使用購自Creative Design Engineering,Inc之ResMap機型168四點探針電阻量測系統(four point probe resistivity mapping system)來測定。

Claims (10)

  1. 一種用於基板之化學機械研磨之方法，包括：提供基板，其中，該基板在互連金屬及低k介電材料之至少一者存在下包括阻障材料；提供化學機械研磨組成物，其中，該化學機械研磨組成物包括水；1至40重量%具有平均粒徑≦100奈米的研磨料；0至10重量%的氧化劑；0.001至5重量%的四元化合物；具有下式(I)之材料： 其中，R係選自C2-C20烷基、C2-C20芳基、C2-C20芳烷基及C2-C20烷芳基；其中，x係0至20之整數；其中，y係0至20之整數；其中，x+y≧1；其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5；提供化學機械研磨墊；在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處產生動態接觸；以及在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處或該界面附近將該化學機械研磨組成物施加至該化學機械研磨墊；其中，至少一些該阻障材料係自該基板移除。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該基板在銅及低k介電質摻碳氧化物膜存在下包括氮化鉭。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，該化學機械研磨 組成物呈現≧2之氮化鉭對銅移除速率之選擇性，以及其中，該化學機械研磨組成物呈現≧3之氮化鉭對低k介電質摻碳氧化物膜移除速率之選擇性。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該基板在銅及低k介電質摻碳氧化物膜存在下包括氮化鉭；其中，該研磨料係膠體氧化矽；以及其中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘的化學機械研磨組成物流速、及1.5psi之標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧800Å/分鐘之氮化鉭移除速率，其中，該化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。
  5. 一種用於基板之化學機械研磨之方法，包括：提供基板，其中，該基板在互連金屬及低k介電材料之至少一者存在下包括阻障材料；提供化學機械研磨組成物，其中，該化學機械研磨組成物包括水；1至5重量%具有平均粒徑20至30奈米之膠體氧化矽研磨料；0.05至0.8重量%的氧化劑；0至10重量%的抑制劑；0.001至5重量%選自下列的四元化合物：氫氧化四乙基銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四異丁基銨、氫氧化四第三丁基銨、氫氧化四第二丁基銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基銨、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氫氧化四環己基銨及其 混合物；0.01至0.1重量%具有下式(I)之材料： 其中，R係從選自大豆、動物脂、椰子、棕櫚油及蓖麻油之天然來源所衍生之C8-C20烷基；其中，x係0至20之整數；其中，y係0至20之整數；其中，x+y≧1；其中，該化學機械研磨組成物具有pH值≦5；提供化學機械研磨墊；在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處產生動態接觸；以及在該化學機械研磨墊與該基板間之界面處或該界面附近將該化學機械研磨組成物施加至該化學機械研磨墊；其中，至少一些該阻障材料係自該基板移除。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該基板在銅及低k介電質摻碳氧化物膜存在下包括氮化鉭。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，該化學機械研磨組成物呈現≧2之氮化鉭對銅移除速率之選擇性，以及其中，該化學機械研磨組成物呈現≧3之氮化鉭對低k介電質摻碳氧化物膜移除速率之選擇性。
  8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘之化學機械研磨組成物流速、及1.5psi之標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧ 800Å/分鐘之氮化鉭移除速率，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。
  9. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘之化學機械研磨組成物流速、及1.5psi之標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧800Å/分鐘之氮化鉭移除速率，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。
  10. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，在200毫米研磨機使用每分鐘93轉的平台速度、每分鐘87轉的載具速度、200毫升/分鐘之化學機械研磨組成物流速、及1.5psi之標稱向下作用力，該化學機械研磨組成物呈現≧800Å/分鐘之氮化鉭移除速率，其中，該研磨機之化學機械研磨墊包括含有聚合物空心微粒之聚胺基甲酸酯研磨層及浸漬聚胺基甲酸酯的非織物次墊。
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