專利名稱：漿料組合物、制備漿料組合物的方法以及使用漿料組合物拋光物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漿料組合物、制備漿料組合物的方法以及使用漿料組合物拋光物體的方法。該漿料組合物及方法可以用于半導(dǎo)體器件的制造。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造過程中，通常使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)平整層，如金屬層。CMP工藝通常以相對(duì)于晶片表面旋轉(zhuǎn)襯墊為特征，其間具有插入的漿料組合物。漿料組合物和晶片材料之間的化學(xué)反應(yīng)與機(jī)械拋光結(jié)合，導(dǎo)致晶片上的一個(gè)或多個(gè)層的平滑(平整)表面特點(diǎn)。
但是，常規(guī)漿料組合物通常遭受大量缺點(diǎn)。例如，由于晶片的各個(gè)層如金屬層、阻擋層、絕緣層等之間不同的拋光速率，氧化層可能被不希望地腐蝕。此外，為了增加拋光速率將氧化劑添加到漿料組合物是公知的。令人遺憾地，氧化劑可能腐蝕被拋光的金屬層，導(dǎo)致與之后形成的金屬層電斷開。該結(jié)果經(jīng)常是被制造半導(dǎo)體器件的操作故障。
Grumbine等出版的美國(guó)專利號(hào)5,980,775，Mueller等出版的美國(guó)號(hào)5,958,288中提出CMP漿料組合物的例子。通常，這些漿料組合物包括作為氧化劑的過氧化物，以及在努力增加拋光速率的過程中用于增加氧化劑的氧化活性的金屬催化劑。Cadien等出版的美國(guó)專利號(hào)5,340,370和Neville等出版的美國(guó)專利號(hào)5,527,423中提出了其他例子。在努力獲得高拋光速度的過程中，這些CMP漿料組合物通常包括出奇地高數(shù)量的氧化劑。
但是，如先前暗示，氧化劑的高濃度可能引起問題。具體在金屬層的情況下是正確的，該金屬層可以被常規(guī)漿料組合物刻蝕和損壞。此外，由常規(guī)漿料組合物的氧化劑，可能在金屬栓塞中不利地形成空隙。


圖1和2示出可以由使用常規(guī)漿料組合物的CMP工藝導(dǎo)致的對(duì)金屬層損壞例子的SEM圖像。具體，圖1示出在使用常規(guī)SS W2000漿料(由美國(guó)的Microelectronics公司制造的商品名)的金屬CMP工藝中可能產(chǎn)生的金屬層損壞的SEM圖像，以及圖2是在使用常規(guī)W漿料(由韓國(guó)Ceil Industries公司制造的商品名)的金屬CMP工藝中可能產(chǎn)生的金屬層損壞的SEM圖片。
參考圖1，當(dāng)使用SS W2000漿料拋光金屬層，以形成金屬栓塞時(shí)，在金屬層的上部觀察到具有約900直徑的空隙。參考圖2，當(dāng)使用W漿料拋光金屬層，以形成金屬栓塞時(shí)，在金屬層的上部觀察到具有約600直徑的空隙。這種空隙的存在增加金屬栓塞的電阻，因此潛在地引起操作故障。
此外，為了用恒定的拋光速率拋光金屬層，保持氧化劑的恒定濃度是合符需要的。但是，常規(guī)漿料組合物中通常包括的氧化劑(如過氧化物化合物)在水中容易分解，導(dǎo)致氧化劑的濃度改變。因此，金屬層不被恒定的拋光速率拋光，以及此外，隨著拋光工藝進(jìn)行拋光速率減小。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種漿料組合物，包括酸性水溶液、兩性表面活性劑以及乙二醇化合物。
根據(jù)本本發(fā)明的另一方面，提供另一種漿料組合物，包括氧化劑、研磨劑、羧酸、兩性表面活性劑、乙二醇化合物以及純水。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供另一種漿料組合物，包括氧化劑、研磨劑、羧酸、兩性表面活性劑、乙二醇化合物、pH-控制劑以及純水。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種漿料組合物，包括酸性水溶液和兩性表面活性劑。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種漿料組合物，包括酸性水溶液和乙二醇化合物。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制備漿料組合物的方法，包括使酸、研磨劑、羧酸和純水混合，以制備第一混合物，將乙二醇化合物和兩性表面活性劑添加到第一混合物，以制備第二混合物，以及將過氧化物化合物添加到第二混合物。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種拋光物體的方法，包括制備包括酸性水溶液、兩性表面活性劑和乙二醇化合物的漿料組合物，把漿料組合物提供到拋光墊，以及通過使具有漿料組合物的拋光墊緊靠物體表面拋光物體的表面。
附圖簡(jiǎn)述參考下列詳細(xì)描述，圖時(shí)結(jié)合附圖考慮，本發(fā)明的上述及其他方面和特點(diǎn)將變得容易明白。
圖1和2示出了由使用常規(guī)漿料組合物的CMP工藝引起的金屬層損壞的SEM圖片；圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制備漿料組合物的方法的流程圖；圖4是說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的漿料組合物拋光物體的方法的流程圖；圖5是說(shuō)明與各種濕法刻蝕速率有關(guān)的金屬層中產(chǎn)生的空隙直徑的曲線圖；以及圖6是在制備漿料組合物之后的消逝時(shí)間，過氧化氫濃度變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中參考附圖更完全地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同形式體現(xiàn)，不應(yīng)該認(rèn)為局限于在此闡述的實(shí)施例中；相反，提供這些實(shí)施例是為了本發(fā)明將是徹底的和完全的，并將本發(fā)明的范圍完全傳遞給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。
漿料組合物本發(fā)明的示例性實(shí)施例的漿料組合物包括酸性水溶液，以及兩性表面活性劑和乙二醇化合物的一種或兩種。
兩性表面活性劑可以吸附在金屬層的表面，以形成保護(hù)層，用作金屬層的腐蝕抑制劑。在拋光工序中，保護(hù)層可以防止或使氧化劑和金屬層之間的接觸最小，因此防止或使對(duì)金屬層的損壞最小，該損壞是由氧化劑以別的方式引起的。兩性表面活性劑也可以吸附到漿料的研磨顆粒的表面，因此用作研磨劑的凝聚抑制劑。由此，可以產(chǎn)生增加的分散性能。
兩性表面活性劑的非限制例子包括甜菜堿化合物和氨基酸化合物。這些化合物可以單獨(dú)使用或混合使用。
氨基酸化合物的非限制例子包括賴氨酸、脯氨酸以及精氨酸。這些化合物可以單獨(dú)使用，或使用兩種或以上的混合物。
當(dāng)包括兩性表面活性劑的漿料組合物，基于漿料組合物的總重量，小于約0.0002重量％時(shí)，漿料組合物不可能充分地防止金屬層的腐蝕。另一方面，當(dāng)漿料組合物中的兩性表面活性劑的濃度大于約0.08重量％時(shí)，拋光速率可以減小，由此退化拋光效率。因此，漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.0002至約0.08重量％的兩性表面活性劑。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.002至約0.008重量％的兩性表面活性劑。
乙二醇化合物可以增加氧化劑的穩(wěn)定性。亦即，例如，漿料的氧化劑(例如，過氧化氫)可以容易地分解在水中，因此減小漿料組合物的氧化能力。乙二醇化合物可以減小過氧化氫的分解，以增加漿料組合物的穩(wěn)定性和提高拋光效率。
乙二醇化合物的非限制例子包括二甘醇、乙二醇以及聚乙二醇。這些化合物可以單獨(dú)使用或使用兩種或以上的混合物使用。
當(dāng)乙二醇化合物是聚乙烯乙二醇以及漿料組合物中的聚聚乙烯乙二醇的分子量約大于100,000時(shí)，漿料組合物的粘滯度可能過分地增加，導(dǎo)致不均勻的拋光。因此，當(dāng)乙二醇化合物是聚聚乙烯乙二醇時(shí)，聚聚乙烯乙二醇的分子量?jī)?yōu)選約小于或基本上等于100,000。
當(dāng)漿料組合物包括約小于0.05重量％的乙二醇化合物時(shí)，氧化劑可能不是充分穩(wěn)定的。另一方面，當(dāng)乙二醇化合物的濃度約大于10重量％時(shí)，漿料組合物的粘滯度可能過分地增加，導(dǎo)致不均勻的拋光。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.05至約10重量％的乙二醇化合物。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.5至約1重量％的乙二醇化合物。
如上所述，本發(fā)明的漿料組合物可以包括兩性表面活性劑和/或乙二醇化合物，以便可以有效地防止金屬層的腐蝕，以及也可以增強(qiáng)氧化劑的穩(wěn)定性。此外，漿料組合物包括酸性水溶液，以便更有效地拋光物體。酸性水溶液可以包括氧化劑、研磨劑、羧酸和純水。
本發(fā)明的實(shí)施例的漿料組合物也可以包括氧化劑，氧化劑可以化學(xué)地氧化金屬層，以便可以使用組合物中包括的研磨劑機(jī)械地拋光化學(xué)氧化的金屬層。氧化劑可以包括過氧化物化合物和酸。通過采用這兩種氧化劑，可以容易地控制漿料組合物的氧化能力，以及可以獲得物體希望的拋光速率。
過氧化物化合物的非限制例子包括過氧化氫、過氧化苯甲酰、過氧化鈣、過氧化鋇以及過氧化鈉。這些可以單獨(dú)使用或，使用兩種或以上的混合物使用。
當(dāng)漿料組合物包括，基于漿料化合物的總重量，約小于0.1重量％的過氧化物化合物時(shí)，氧化能力可能被削弱。另一方面，當(dāng)過氧化物化合物的濃度約大于10重量％時(shí)，金屬層可能被過分地腐蝕。因此，本實(shí)施例的漿料組合物優(yōu)選包括約0.1至約10重量％的過氧化物化合物。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.5至約5重量％的過氧化物化合物。
酸的非限制例子包括硝酸、硫酸、鹽酸以及磷酸。這些可以單獨(dú)使用或，使用兩種或以上的混合物。
當(dāng)漿料組合物包括，基于漿料化合物的總重量，約小于0.001重量％的過氧化物化合物時(shí)，氧化能力可能被減弱，以及拋光速率可能被減小。另一方面，當(dāng)漿料組合物包括約大于0.1重量％的酸時(shí)，可能容易出現(xiàn)氧化層的侵蝕和金屬層的腐蝕。因此，本實(shí)施例的漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.001至約0.1重量％的酸。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.001至約0.05重量％的酸。
為了減小由過氧化氫的分解引起的漿料組合物的氧化能力的減小，例如，本實(shí)施例的漿料組合物也可以包括羧酸。羧酸可以用作氧化劑穩(wěn)定劑，以便可以增加漿料組合物的拋光效率和穩(wěn)定性。
羧酸的非限制例子包括乙酸、檸檬酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、乳酸、蘋果酸、馬來(lái)酸草酸、酞酸、琥珀酸以及酒石酸。這些可以單獨(dú)使用或，使用兩種或以上的混合物。
當(dāng)漿料組合物包括約小于0.01重量％的羧酸時(shí)，氧化劑不可能是充分穩(wěn)定的，以及不可能保持氧化劑的恒定濃度。另一方面，當(dāng)漿料組合物包括約大于10重量％的羧酸時(shí)，漿料組合物的分散性能可能被退化。因此，本實(shí)施例的漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.01至約10重量％的羧酸。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.1至約2重量％的羧酸。
本實(shí)施例的漿料組合物也可以包括研磨劑。
研磨劑的非限制例子包括硅石、氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、以及二氧化鈦。這些可以單獨(dú)使用或，使用兩種或以上的混合物。
當(dāng)漿料組合物包括約小于0.1重量％的研磨劑時(shí)，氧化能力可能被減小。另一方面，當(dāng)漿料組合物包括約大于20重量％的研磨劑時(shí)，氧化層可能被腐蝕和金屬層可能被擦傷。因此，本實(shí)施例的漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.1至約20重量％的研磨劑。漿料組合物更優(yōu)選包括約1至約7重量％的研磨劑。
本實(shí)施例的漿料組合物還可以包括純水。例如，漿料組合物可以包括超純水或去離子水。
在另一示例性實(shí)施例中，漿料組合物包括氧化劑、研磨劑、羧酸、pH-控制劑和純水。氧化劑、研磨劑和羧酸可以與先前描述那些相同。
pH-控制劑用于獲得具有適宜的pH范圍的漿料組合物。當(dāng)被拋光的金屬層包括例如鎢、鋁、或銅時(shí)，CMP工序可以在約1至約6的pH中有效地進(jìn)行。但是，優(yōu)選，在鎢的情況下，漿料組合物具有約2至約4的pH，以及在鋁和銅的情況下，漿料組合物優(yōu)選具有約4至6的pH。
pH-控制劑的非限制例子包括氫氧化鉀(KOH)和氫氧化四甲銨(TMAH)。
漿料組合物可以包括，基于漿料組合物的總重量，約0.001至約1重量％的pH-控制劑。
在另一示例性實(shí)施例中，漿料組合物包括如先前詳細(xì)描述的酸性水溶液和兩性表面活性劑。在此情況下，漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.0002至約0.08重量％的兩性表面活性劑，所有或部分剩余物是酸性水溶液。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.002至約0.008重量％的兩性表面活性劑。
在又一示例性實(shí)施例中，漿料組合物包括如先前詳細(xì)描述的酸性水溶液和乙二醇化合物。在此情況下，漿料組合物優(yōu)選包括，基于漿料組合物的總重量，約0.05至約10重量％的乙二醇化合物，所有或部分剩余物是酸性水溶液。漿料組合物更優(yōu)選包括約0.5至約1重量％的乙二醇化合物。
制備漿料組合物的方法圖3是用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施例制備漿料組合物的方法的流程圖。
參考圖3，在步驟S10中通過將酸、研磨劑、羧酸與純水混合，制備第一混合物。通過攪拌酸、研磨劑、羧酸和純水幾分鐘至幾小時(shí)有利地制備第一混合物。酸可以包括例如硝酸、硫酸、鹽酸或磷酸。研磨劑可以包括，例如硅石、氧化鈰、氧化鋁、二氧化鈦或氧化鋯。羧酸可以包括，例如乙酸、檸檬酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、乳酸、蘋果酸、馬來(lái)酸草酸、酞酸、琥珀酸或酒石酸。
在加壓第一混合物之后，可以將第一混合物提供到分散劑中。均勻劑(homonizer)或超聲波分散劑可以用作分散劑。分散劑可以通過第一混合物中的顆粒碰撞分散第一混合物，以便分散劑可以增加第一混合物的分散性。由此，第一混合物中的研磨劑可以被均勻地分散。
在示例性實(shí)施例中，然后第一混合物可以被過濾。
在第一混合物被分散(和選擇性地過濾)之后，在步驟S12中，乙二醇化合物和兩性表面活性劑被添加到第一混合物中，以形成第二混合物。乙二醇化合物可以包括，例如二甘醇、乙二醇或聚聚乙烯乙二醇。兩性表面活性劑可以包括，例如甜菜堿(betaine)化合物或氨基酸化合物。這里，氨基酸化合物可以包括，例如賴氨酸、脯氨酸或精氨酸。第二混合物可以被充分地?cái)嚢鑾追昼娭翈仔r(shí)。
接著，在步驟S14中，過氧化物化合物被添加到第二混合物，以制備本實(shí)施例的漿料組合物。過氧化物化合物可以包括，例如過氧化氫、過氧化苯甲酰、過氧化鈣、過氧化鋇或過氧化鈉。
拋光物體的方法圖4是用于說(shuō)明根據(jù)另一示例性實(shí)施例拋光物體的方法的流程圖。
參考圖4，在步驟S20，制備包括酸性水溶液、兩性表面活性劑和乙二醇化合物的漿料組合物。酸性水溶液可以包括pH-控制劑，如氫氧化鉀(KOH)或氫氧化四甲銨(TMAH)。
在步驟S22，漿料組合物被提供到拋光墊，然后在步驟S24，通過使拋光墊與物體的表面接觸，拋光物體的表面。在拋光工序中，拋光墊和物體彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)。拋光墊可以在基本上等于物體的方向上旋轉(zhuǎn)。另外，拋光墊可以沿與物體基本上相對(duì)的方向旋轉(zhuǎn)。
物體的金屬層可以包括金屬如鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)或銅(Cu)。在拋光工序中物體可以被加壓。因此，通過漿料組合物可以化學(xué)地拋光物體，以及通過旋轉(zhuǎn)和加壓物體也可以機(jī)械地拋光物體。更具體，氧化劑如過氧化物化合物和酸性水溶液中的酸可以氧化金屬層，以在金屬層上形成金屬氧化膜。然后可以通過酸性水溶液中的研磨劑如硅石、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋁、或氧化鋯機(jī)械地拋光金屬氧化物膜。
為了增強(qiáng)拋光效率，漿料組合物中的pH-控制劑可以控制與物體的金屬層中包括的金屬相關(guān)的漿料組合物的pH，以便有效地拋光物體。漿料的pH可以處于約1至約6的范圍。具體，當(dāng)物體具有包括鎢的金屬層時(shí)，漿料組合物的pH可以處于約2至約4的范圍內(nèi)。當(dāng)物體具有包括銅或鋁的金屬層時(shí)，漿料組合物的pH可以處于約4至6的范圍內(nèi)。
下面將根據(jù)各個(gè)例子和比較例子進(jìn)一步說(shuō)明拋光物體如半導(dǎo)體襯底的漿料組合物。
制備漿料組合物例子1通過使約50g的硅石、約20g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸、約0.3g的硝酸以及約4g的作為兩性表面活性劑的賴氨酸與去離子水混合制備漿料組合物。
例2和3通過執(zhí)行基本上與例子1相同的工序制備漿料組合物，除兩性表面活性劑之外。在下面的表1中示出了例子2和3的漿料組合物中的兩性表面活性劑和成分(ingredients)含量。
例4通過使約50g的硅石、約20g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸、約0.3g的硝酸以及約0.8g的二甘醇與去離子水混合制備漿料組合物。
例5至7通過使約50g的硅石、約20g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸、約0.3g的硝酸以及約0.8g的二甘醇和約4g的兩性表面活性劑與去離子水混合制備例子5至7的每個(gè)漿料組合物。下面呈現(xiàn)的表1中示出例子5至7的漿料組合物中的兩性表面活性劑的類型和兩性表面活性劑的含量。
比較例1制備常規(guī)漿料組合物。具體，制備SS W2000漿料組合物(由美國(guó)的Cabot Microelectronics公司制造的商品名)。
比較例2通過使約50g的硅石、約20g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸以及約0.3g硝酸與去離子水混合制備漿料組合物。
比較例3通過使約50g的硅石、約1.8g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸以及約0.3g硝酸與去離子水混合制備漿料組合物。
比較例4通過使約50g的硅石、約20g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸、約0.3g的硝酸以及約4g的甘氨酸與去離子水混合制備漿料組合物。
比較例5通過使約50g的硅石、約1.8g的過氧化氫、約10g的馬來(lái)酸、約0.3g的硝酸、約4g的甘氨酸以及約0.8g的二乙基乙二醇(diethylglycol)與去離子水混合制備漿料組合物。
表1

與濕法刻蝕率有關(guān)的空隙尺寸的評(píng)估根據(jù)漿料組合物中的過氧化氫濃度的變化評(píng)估鎢層的濕法刻蝕速率。這里，通過與比較例子2基本上相同的工序制備漿料組合物，除過氧化氫的濃度之外。分別使用包括鎢層的覆蓋晶片評(píng)估濕法刻蝕率。在包括多晶硅的半導(dǎo)體襯底上形成具有約1,000厚度的氧化層，以及在氧化層上形成具有約10,000厚度的鎢層，由此形成覆蓋晶片。使用漿料組合物執(zhí)行CMP工序。在CMP工序之后，測(cè)量鎢層中產(chǎn)生的空隙尺寸。
圖5是說(shuō)明與鎢層的濕法刻蝕速率有關(guān)的空隙直徑的曲線圖。
參考圖5，鎢層中產(chǎn)生的空隙直徑基本上與鎢層的濕法刻蝕率成正比(R2值約大于99％)。因此，鎢層的濕法刻蝕率可以間接地表示鎢層中產(chǎn)生的空隙的直徑。由此，通過測(cè)量使用各種漿料組合物的金屬層的濕法刻蝕率可以評(píng)估空隙的尺寸。
與兩性表面活性劑類型有關(guān)的濕法刻蝕速率的評(píng)估使用根據(jù)比較例子1、2和4，以及例子1至3的漿料組合物評(píng)估鎢層的濕法刻蝕速率。使用包括鎢層的覆蓋晶片評(píng)估鎢層的濕法刻蝕速率。在半導(dǎo)體襯底上形成具有約1,000厚度的氧化層，以及在氧化層上形成具有約10,000厚度的鎢層，由此形成覆蓋晶片。如下制備根據(jù)比較例子4和例子1至3的漿料組合物。
首先，在燒瓶(flask)中以約2,000rpm攪拌約50g的硅石、約915.7g的去離子水、約10g的馬來(lái)酸以及約0.3g的硝酸約2小時(shí)，以形成混合物。接著，使用高壓分解工序，在約1,200psi的壓力下分散攪拌的混合物。表面活性劑被分別添加到分散的混合物和該混合物又被攪拌約30分鐘。約20g的過氧化氫被添加到混合物，以由此制備漿料組合物，根據(jù)例子1至3和比較例子4。通過與例子1基本上相同的工序制備比較例子2的漿料組合物，而兩性表面活性劑不被添加到比較例子2的漿料組合物中。覆蓋晶片被浸漬到漿料組合物中，然后通過測(cè)量與沉浸時(shí)間有關(guān)的鎢層厚度評(píng)估鎢層的濕法刻蝕率。
在下面表2中示出了與各種兩性表面活性劑有關(guān)的鎢層的濕法刻蝕率。
表2

參考表2，與根據(jù)例子2和3的包括兩性表面活性劑的漿料組合物有關(guān)的鎢層的濕法刻蝕率顯著地低于與根據(jù)比較例子1和2的漿料組合物有關(guān)的鎢層的濕法刻蝕率。因?yàn)榭障兜某叽巛^小，因此鎢層的濕法刻蝕速率可以被減小。因此，包括兩性表面活性劑的漿料組合物可以有效地保護(hù)金屬層如鎢層。此外，在用于拋光金屬層的CMP工序中通過采用本實(shí)施例的漿料組合物可以減小金屬層中產(chǎn)生的空隙。
氧化劑的穩(wěn)定性的評(píng)估評(píng)估根據(jù)比較例子3和例子4的漿料組合物中的過氧化氫的穩(wěn)定性。
如下制備根據(jù)例子4的漿料組合物。首先，在燒瓶中用約2,000rpm攪拌約50g的硅石、約937.1g的去離子水、約10g的馬來(lái)酸以及約0.3g的硝酸約2小時(shí)，以形成混合物。接著，使用高壓分解工序，在約1,200psi的壓力下分散攪拌的混合物。約0.8g的二甘醇被添加到分散的混合物，以及該混合物又被攪拌30分鐘。約1.8g的過氧化氫被添加到該混合物中，以制備根據(jù)例子4的漿料組合物。通過與例子4基本上相同的工序制備比較例子4的漿料組合物，而二甘醇不被添加到比較例子3的漿料組合物中。
通過測(cè)量與制備漿料組合物之后的時(shí)間有關(guān)的過氧化氫的濃度變化，評(píng)估氧化劑的穩(wěn)定性。
圖6是說(shuō)明與制備漿料組合物之后的時(shí)間有關(guān)的過氧化氫的濃度變化的曲線圖。
參考圖6，當(dāng)漿料組合物不包括作為過氧化氫的穩(wěn)定劑的二甘醇時(shí)，在制備漿料組合物之后過氧化氫的濃度急速地減小，以及從制備漿料組合物約24小時(shí)之后減小到約小于50％。但是，當(dāng)漿料組合物包括作為過氧化氫的穩(wěn)定劑的二甘醇時(shí)，漿料組合物中的過氧化氫具有比較恒定的濃度，如圖6所示。
因此，在用于拋光金屬層的CMP工序中，通過添加乙二醇化合物到漿料組合物中，可以顯著地穩(wěn)定過氧化氫的濃度。亦即，根據(jù)示例性實(shí)施例的漿料組合物可能具有恒定濃度的過氧化氫，漿料組合物的氧化能力不可能被減小。結(jié)果，在CMP工序中可以保持金屬層的拋光速率。
拋光速率的評(píng)估使用根據(jù)比較例子3和5，以及例子5至7的漿料組合物評(píng)估金屬層如鎢層的拋光速率。在下面呈現(xiàn)的表4中示出了鎢層的拋光速率。
使用包括鎢層的覆蓋晶片評(píng)估鎢層的拋光速率。如下制備每個(gè)覆蓋晶片。
首先，在硅襯底上形成具有約1,000厚度的氧化物層，然后在氧化物層上形成具有約1,000厚度的氮化鈦層。接著，在氮化鈦層上形成具有約10,000厚度的鎢層。
在使用根據(jù)比較例子3和5以及例子5至7的漿料組合物拋光覆蓋晶片的過程中，測(cè)量鎢層的拋光速率。使用STRASBAUGH 6EC設(shè)備(由美國(guó)的Strasbaugh制造的商品名)，拋光包括鎢層的覆蓋晶片，以及在表3中示出了拋光條件。
表3

表4

參考表4，在使用根據(jù)例子5至7以及比較例子5的漿料組合物的CMP工序過程中，與比較例子3相比減拋光速率慢約10％至約30％。示例性實(shí)施例的漿料組合物包括作為金屬層的保護(hù)劑的兩性表面活性劑。具體，由于漿料組合物中的兩性表面活性劑可以吸附在鎢層的表面，因此金屬層的氧化速度可以被減小，以及金屬層的拋光速率也可以減小。但是，由氧化劑在金屬層中產(chǎn)生的空隙可以被有效地除去。此外，當(dāng)使用根據(jù)例子5至7的包括兩性表面活性劑如脯氨酸、賴氨酸和精氨酸的漿料組合物拋光具有金屬層的覆蓋晶片時(shí)，金屬層的拋光速率進(jìn)一步減小，以便使用例子5至7的每一漿料組合物的金屬層的拋光速率變得低于使用根據(jù)比較例子5的包括甘氨酸的漿料組合物的金屬層的拋光速率。
因此，示例性實(shí)施例的漿料組合物可以有效地保護(hù)包括，例如鎢或鋁的金屬層，以及同時(shí)減小金屬層的拋光速率的減小。
根據(jù)本發(fā)明，漿料組合物可以用于諸如具有金屬層和/或氧化物層的半導(dǎo)體襯底的物體的拋光工序。因此，可以有效地防止對(duì)金屬層的損壞。此外，漿料組合物中的氧化劑的穩(wěn)定性可以被增強(qiáng)，以由此有利地獲得恒定的拋光速率。
上述是本發(fā)明的說(shuō)明且不被允許認(rèn)為是其限制。盡管已經(jīng)描述本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在不顯著地脫離本發(fā)明的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的條件下，在示例性實(shí)施例中許多改進(jìn)是可能的。由此，所有這種改進(jìn)都確定為包括在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)理解上文是本發(fā)明的說(shuō)明，以及本發(fā)明不被允許認(rèn)為是局限于公開的特定實(shí)施例，而且對(duì)公開實(shí)施例以及其他實(shí)施例的改進(jìn)確定為包括在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)。發(fā)明由下列權(quán)利要求限定，在其中包括權(quán)利要求的等效物。
權(quán)利要求
1.一種包括酸性水溶液、兩性表面活性劑和乙二醇化合物的漿料組合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中兩性表面活性劑包括甜菜堿化合物和氨基酸化合物的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中兩性表面活性劑包括氨基酸化合物，以及其中氨基酸化合物包括由賴氨酸、脯氨酸和精氨酸構(gòu)成的組的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中乙二醇化合物包括由二甘醇、乙二醇和聚乙稀乙二醇構(gòu)成的組的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中乙二醇化合物包括聚乙稀乙二醇，以及其中聚乙稀乙二醇的分子量基本上等于或約小于100,000。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中漿料組合物包括，基于漿料組合物的總重量，約0.0002至約0.08重量％的兩性表面活性劑，以及約0.05至約10重量％的乙二醇化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中漿料組合物包括，基于漿料組合物的總重量，約0.002至約0.008重量％的兩性表面活性劑，以及約0.5至約1重量％的乙二醇化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中酸性水溶液包括氧化劑、研磨劑、羧酸和純水。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的漿料組合物，其中氧化劑包括過氧化物化合物和酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的漿料組合物，其中過氧化物化合物由包括選自過氧化氫、過氧化苯甲酰、過氧化鈣、過氧化鋇以及過氧化鈉構(gòu)成的組的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的漿料組合物，其中酸包括選自由硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸構(gòu)成的組的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的漿料組合物，其中研磨劑包括選自由硅石、氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯以及二氧化鈦構(gòu)成的組的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的漿料組合物，其中羧酸包括選自由乙酸、檸檬酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、乳酸、蘋果酸、馬來(lái)酸草酸、酞酸、琥珀酸以及酒石酸構(gòu)成的組的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的漿料組合物，其中純水包括超純水和去離子水的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的漿料組合物，其中酸性水溶液包括，基于漿料組合物的總重量，約0.1至約10重量％的過氧化物化合物、約0.001約0.1重量％的酸、約0.1至約20重量％的研磨劑以及約0.01至約10重量％的羧酸。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的漿料組合物，其中酸性水溶液包括，基于漿料組合物的總重量，約0.5至5重量％的過氧化物化合物、約0.001約0.05重量％的酸、約1至約7重量％的研磨劑以及約0.1至2重量％的羧酸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的漿料組合物，其中酸性水溶液包括氧化劑、研磨劑、羧酸、pH-控制劑和純水。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的漿料組合物，其中氧化劑包括過氧化物化合物和酸。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的漿料組合物，其中pH-控制劑包括氫氧化鉀和氫氧化四甲銨(TMAH)的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的漿料組合物，其中酸性水溶液包括，基于漿料組合物的總重量，約0.1至約10重量％的過氧化物化合物、約0.001約0.1重量％的酸、約0.1至約20重量％的研磨劑以及約0.01至約10重量％的羧酸以及約0.001至約1重量％的pH-控制劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的漿料組合物，其中漿料的pH具有約1至約6的pH。
22.一種包括氧化劑、研磨劑、羧酸、兩性表面活性劑、乙二醇化合物和純水的漿料組合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的漿料組合物，氧化劑包括過氧化物化合物和酸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的漿料組合物，其中酸性水溶液包括，基于漿料組合物的總重量，約0.1至約10重量％的過氧化物化合物、約0.001至約0.1重量％的酸、約0.1至約20重量％的研磨劑、約0.01至約10重量％的羧酸、約0.0002至約0.08重量％的兩性表面活性劑以及約約0.05至約10重量％的乙二醇化合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的漿料組合物，其中酸性水溶液包括，基于漿料組合物的總重量，約0.5至5重量％的過氧化物化合物、約0.001至0.05重量％的酸、約1至約7重量％的研磨劑、約0.1至約2重量％的羧酸、約0.002至0.008重量％的兩性表面活性劑以及約0.5至約1重量％的乙二醇化合物。
26.一種包括氧化劑、研磨劑、羧酸、兩性表面活性劑、乙二醇化合物、pH-控制劑和純水的漿料組合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的漿料組合物，其中氧化劑包括過氧化物化合物和酸。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的漿料組合物，其中酸性水溶液包括，基于漿料組合物的總重量，約0.1至約10重量％的過氧化物化合物、約0.001至約0.1重量％的酸、約0.1至約20重量％的研磨劑、約0.01至約10重量％的羧酸、約0.0002至約0.08重量％的兩性表面活性劑、約0.05至約10重量％的乙二醇化合物以及約0.001至約1重量％的pH-控制劑。
29.一種包括酸性水溶液和兩性表面活性劑的漿料組合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的漿料組合物，其中兩性表面活性劑包括甜菜堿化合物和氨基酸化合物的至少一種。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的漿料組合物，其中氨基酸化合物包括由賴氨酸、脯氨酸和精氨酸構(gòu)成的組的至少一種。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的漿料組合物，其中漿料組合物包括，基于漿料組合物的總重量，約0.0002至約0.08重量％的兩性表面活性劑。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的漿料組合物，其中漿料組合物包括，基于漿料組合物的總重量，約0.002至約0.008重量％的兩性表面活性劑。
34.一種包括酸性水溶液和乙二醇化合物的漿料組合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的漿料組合物，其中漿料組合物包括，基于漿料組合物的總重量，約0.05至約10重量％的乙二醇化合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的漿料組合物，其中漿料組合物包括，基于漿料組合物的總重量，約0.5至約1重量％的乙二醇化合物。
37.一種制備漿料組合物的方法，包括使酸、研磨劑、羧酸和純水混合，以制備第一混合物；將乙二醇化合物和兩性表面活性劑添加到第一混合物，以制備第二混合物；以及將過氧化物化合物添加到第二混合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，還包括過濾第二混合物。
39.一種拋光物體的方法，包括制備包括酸性水溶液、兩性表面活性劑和乙二醇化合物的漿料組合物；把漿料組合物提供到拋光墊；以及通過使具有漿料組合物的拋光墊緊靠物體表面拋光物體的表面。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中位于物體表面的金屬被拋光。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中金屬包括選自由鎢(W)、鋁(Al)和銅(Cu)構(gòu)成的組的至少一種。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中金屬包括鎢，以及漿料組合物具有約2至約4的pH。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中金屬包括鋁和銅的至少一種，以及漿料組合物具有約4至約6的pH。
全文摘要
一種包括酸性水溶液，以及兩性表面活性劑和乙二醇化合物的一種或兩種的漿料組合物。兩性表面活性劑的例子包括甜菜堿化合物和氨基酸化合物，以及氨基酸化合物的例子包括賴氨酸、脯氨酸和精氨酸。乙二醇化合物的例子包括二甘醇、乙二醇以及聚乙二醇。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1737885SQ200510096619
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月18日
發(fā)明者蘇在賢, 文成澤, 李東峻, 金男壽, 安峰秀, 姜景汶 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社