作为腐蚀抑制剂的肌胺酸化合物的应用

摘要

本发明中作为腐蚀抑制剂的肌胺酸化合物为肌胺酸及其盐类化合物，该腐蚀抑制剂用于化学机械研磨组成物，可于化学机械研磨时于加工对象的表面形成一层保护膜，以避免加工对象受到腐蚀，亦可改良因使用习有腐蚀抑制剂(例如苯并三唑；B TA)，而于加工对象表面形成残渣的缺失。本发明最能显示发明特征的化学式：式一式二式三式四

权利要求

1.一种肌胺酸化合物或其盐类作为化学机械研磨组成物中的腐蚀抑制剂的应用，其中该肌胺酸化合物具有下式：其中R为N－酰基、月桂酰基、椰油酰基、油酰基、硬脂酰基或肉荳蔻酰基。

2.如权利要求1所述应用，其中该盐选自于由锂盐、钠盐、钾盐和胺盐所构成的群组中。

3.如权利要求1所述应用，其中该肌胺酸化合物或其盐为月桂酰肌胺酸或其钠盐。

4.如权利要求1所述应用，其中该肌胺酸化合物或其盐为椰油酰肌胺酸或其钠盐。

5.如权利要求1所述应用，其中该化学机械研磨组成物另包含有：磨粒、氧化剂、加速剂、抑制剂以及溶剂，其中，该抑制剂选自于由咪唑啉类化合物及三唑类化合物所构成的组群。

6.如权利要求5所述应用，其中该磨粒为二氧化硅溶胶，且该磨粒占组成物总重的

0.01至30%。

7.如权利要求5所述应用，其中该加速剂占组成物总重的0.01至5%。

8.如权利要求5所述应用，其中该抑制剂占组成物总重的0.0001至1%。

9.如权利要求5所述应用，其中该腐蚀抑制剂占组成物总重的0.0001至1%。

说明书

作为腐蚀抑制剂的肌胺酸化合物的应用

[0001] 本申请是申请号为200810008014.2，申请日为2008年3月3日，名称为化学机械研磨组成物的发明专利的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明有关一种作为腐蚀抑制剂的肌胺酸或肌胺酸化合物，目的在提供一种用于化学机械研磨组成物的腐蚀抑制剂，可提高加工对象的抑制腐蚀能力，且不会在研磨对象表面残留有残渣。

背景技术

[0003] 随着电子组件的关键尺寸(Critical Dimension)愈来愈小及导线层数的急遽增加，电阻/电容时间延迟(RC Time Delay)将严重影响整体电路的操作速度。为了改善随着金属联机线宽缩小所造成的时间延迟以及电子迁移可靠性问题，所以选择电阻率低与抗电子迁移破坏能力高的铜导线材料，取代铝合金金属。然而，由于铜金属具有不易蚀刻的特性，必须改采另一种镶嵌(Damascene)方式来形成铜金属导线。

[0004] 镶嵌(Damascene)方式制程有别于传统先定义金属图案再以介电层填沟的金属化制程，其方法是先在一平坦的介电上蚀刻出金属线的沟槽后，再将金属层填入，最后将多余的金属移去，而得到一具有金属镶嵌于介电层中的平坦结构。镶嵌式制程比起传统的金属化制程具有以下优点：(1）可使基底表面随时保持平坦；(2）可排除传统制程中介电材料不易填入金属导线间隙的缺点：(3）可解决金属材料蚀刻不易的问题，特别是铜金属的蚀刻。

[0005] 另外，为克服传统内联机的制程中接触窗构造与导线图案需分别制作，使得整个制程步骤极其繁复的缺点，目前另发展出一种双镶嵌（dual damascene）制程，其制作过程是进行两次选择性蚀刻，分别将导线介电质（line dielectric）与介层介电质（via dielectric）蚀开后，一次做完金属层与插塞的阻障层，并一次将导电金属填入介层窗和内联机沟槽，达到简化制程步骤的效果。近年来，为配合组件尺寸缩小化的发展以及提高组件操作速度的需求，具有低电阻常数和高电子迁移阻抗的铜金属，已逐渐被应用来作为金属内联机的材质，取代以往的铝金属制程技术。铜金属的镶嵌式内联机技术，不仅可达到内联机的缩小化并且可减少RC时间延迟，同时也解决了金属铜蚀刻不易的问题，因此已成为现今多重内联机主要的发展趋势。

[0006] 无论是单镶嵌或双镶嵌的铜制程，在完成铜金属的填充后都需要进行平坦化制程，以将介电层上多余的金属去除。目前，通常藉由化学机械研磨制程来达到此一目的。通常将铜-化学机械研磨制程，分为二个步骤。第一阶段以较快的研磨速率将大部分的铜移除，以增加单位产出量。第二阶段则以较慢的研磨速率磨除剩下的少量铜，藉以避免对凹槽内的铜造成过度磨蚀的现象。通常，二阶段的铜研磨制程，需要更换不同组成的研磨组成物，以符合不同阶段的铜研磨需求。

[0007] 一般而言，金属层(铜)的化学机械研磨都在pH值约4左右的酸性范围下进行（与介电层在碱性条件下不同），而且化学机械研磨组成物通常会添加少量氧化剂（如过氧化氢），以提高研磨速率。然而，由于铜金属容易受到腐蚀且极易氧化，而且铜无法像铝会形成自我保护氧化层，因此在这样的条件下研磨过后，最终的铜导线常常有受到腐蚀的情形，因而严重影响到内联机的品质。

[0008] 为解决上述问题，现有技术是在研磨过程中添加一腐蚀抑制剂，如苯并三唑（1H-benzotriazole;BTA），以避免铜金属或其合金在酸性介质下受到腐蚀。然而，研磨过后该苯并三唑会于加工对象(芯片)表面残留有残渣，且该残渣不容易被去离子水等清洗剂清除，使该加工对象(芯片)表面由残渣而形成不平坦的表面，而影响该加工对象(芯片)的后续制程。

发明内容

[0009] 本发明的主要目的即在提供一种用于化学机械研磨组成物的腐蚀抑制剂，可提高加工对象的抑制腐蚀能力，且不会在研磨对象表面残留有残渣的腐蚀抑制剂。

[0010] 为达上揭目的，本发明中作为腐蚀抑制剂的肌胺酸化合物为肌胺酸及其盐类化合物，该腐蚀抑制剂用于化学机械研磨组成物中，可于化学机械研磨时于加工对象的表面形成一层保护膜，以避免加工对象受到腐蚀，亦可改良习有利用腐蚀抑制剂(例如苯并三唑；BTA)，会于加工对象表面形成残渣的缺失。

具体实施方式

[0011] 本发明的特点，可参阅本案实施例的详细说明而获得清楚地了解。

[0012] 本发明作为腐蚀抑制剂的肌胺酸化合物，该腐蚀抑制剂为肌胺酸及其盐类化合物等肌胺酸化合物或其混合物，而该腐蚀抑制剂用于化学机械研磨组成物中，可于化学机械研磨时于加工对象的表面形成一层保护膜，以避免加工对象受到腐蚀，可提高加工对象的抑制腐蚀能力，该化学机械研磨组成物除了腐蚀抑制剂，还进一步包含有：磨粒、氧化剂、加速剂、抑制剂以及溶剂。

[0013] 该磨粒的实例包括，但非限于锻烧的二氧化硅；自硅酸钠或硅酸钾水解、或硅烷水解及缩合而成的二氧化硅溶胶；沉淀或锻烧的二氧化铝；沉淀或锻烧的二氧化钛；高分子材料；及金属氧化物及高分子材料混合体(hybrid)。较佳者是二氧化硅溶胶。若磨粒用量过低，不利于机械研磨，无法达到所期望的研磨去除率；另一方面，若磨粒用量过高则会加速机械研磨的效应，增加阻障层及绝缘氧化层的去除率，也容易产生表面磨蚀的研磨缺陷。于一具体实例中，该硅溶胶占组成物总重0.01至30重量％，较佳占0.1至15重量％。

[0014] 就研磨铜层的化学机械研磨组成物而言，较佳使用过氧化氢作为氧化剂。通常，该氧化剂占组成物总重的0.25至5重量％，较佳占0.5至3重量％。

[0015] 用于该化学机械研磨组成物的加速剂的实例包括，但非限于柠檬酸、草酸、酒石酸、组胺酸、丙胺酸、或甘胺酸。该加速剂用于促进待研磨金属，例如铜的溶解。提高研磨组成物中的加速剂添加量，有助于提升金属层的研磨去除率，适用于第一阶段的金属层研磨。然而，提高研磨组成物中的加速剂添加量，也会同时增加静态蚀刻的速率，不利于第二阶段的细微抛光。于一具体实例中，该加速剂占组成物总重的0.01至10重量％，较佳占0.1至
5重量％，更佳占0.3至3重量％。

[0016] 该化学机械研磨组成物的腐蚀抑制剂及抑制剂，在高研磨去除率的条件下，有效抑制静态蚀刻速率，以适用于第一阶段与第二阶段的研磨抛光制程，本发明的腐蚀抑制剂可以为肌胺酸及其盐类化合物等肌胺酸化合物，该肌胺酸及其盐类的实例包括，但非限于肌胺酸(sarcosine)、

[0017]

[0018] 式一

[0019] (CH3NHCH2COOH，CAS=107-97-1)

[0020] 月桂醯肌胺酸(lauroyl sarcosine)、

[0021]

[0022] 式二

[0023] (C15H29NO3，CAS 97-78-9)

[0024] N-醯基肌胺酸(N-acyl sarcosine)、椰油醯基肌胺酸(cocoyl sarcosine)、油醯肌胺酸(oleoyl sarcosine)、硬脂醯肌胺酸(stearoyl sarcosine)、及肉荳蔻醯肌胺酸(myristoyl sarcosine)或其锂盐、钠盐、钾盐、或胺盐等或其混合物；例如月桂醯肌胺酸钠盐(Sodium n-Lauroyl Sarcosinate)。

[0025]

[0026] 式三

[0027] 【CH3(CH2)10CON(CH3)CH2COONa，CAS 137-16-6】

[0028] 一般而言，该腐蚀抑制剂占组成物总重的0.0005至1%，较佳占组成物总重的0.001至0.5%，更佳占组成物总重的0.005至0.1%。

[0029] 该抑制剂的实例包括，但非限于咪唑啉类化合物；三唑类化合物及其衍生物，例如1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、3-硝基-1,2,4-三唑、3-胺基-1H-1,2,4-三唑-5-羧酸、1-H-苯并三唑、或5-甲基-1,2,3-苯并三唑。一般而言，该抑制剂占组成物总重的
0.0001至1%，较佳占组成物总重的0.005至0.8%，更佳占组成物总重的0.01至0.5%。

[0030] 本发明组成物可使用水作为溶剂，较佳使用去离子水作为该研磨组成物的溶剂。

[0031] 以下藉由特定的具体实施例进一步说明本发明的特点与功效，但非用于限制本发明的范畴。

[0032] 实施例一

[0033] 根据表一所列，使用包括平均粒径约90nm的二氧化硅溶胶磨粒、丙胺酸、过氧化氢、1,2,4-三唑(抑制剂)、椰油醯基肌胺酸钠(腐蚀抑制剂)以及溶剂为水的研磨浆料组成物对照样品进行测试。其中，该椰油醯基肌胺酸钠的化学式如式四：

[0034]

[0035] 式四

[0036] (RCON(CH3)CH2COONa,CAS 61791-59-1)

[0037]

[0038] 表一

[0039] 研磨试验是根据下列条件进行，研磨去除率(Removal Rate，RR)及蚀刻速率(Etch Rate)的平均值结果纪录于表二。

[0040] 研磨机台：Mirra polisher(Applied Materials)

[0041] 晶圆类型：8吋的覆铜薄膜晶圆(Ramco Co)

[0042] 研磨下压力：2psig

[0043] 平台转速：90rpm

[0044] 载具转速：85rpm

[0045] 研磨垫：IC 1010(Rohm and Haas)

[0046] 研浆流速：200ml/min。

[0047]

[0048] 表二

[0049] 根据表二结果可知，该对照例1与对照例2中，对照例1的铜研磨去除率及蚀刻速率大于对照例2，而对照例3与对照例4中，对照例3的铜研磨去除率及蚀刻速率大于对照例4，由此结果可知，若使用椰油醯基肌胺酸钠作为腐蚀抑制剂，会大幅降低铜研磨去除率以及蚀刻速率，故该腐蚀抑制剂可提供较佳的抑制腐蚀能力，可有效地避免加工对象受到腐蚀。

[0050] 实施例二

[0051] 根据表三所列，对照例5使用包括平均粒径约90nm的二氧化硅溶胶磨粒、过氧化氢、氢氧化钾、苯并三唑(腐蚀抑制剂)，而对照例6则使用包括平均粒径约90nm的二氧化硅溶胶磨粒、过氧化氢、氢氧化钾、椰油醯基肌胺酸钠(腐蚀抑制剂)以及溶剂为水的研磨浆料组成物，于pH值为11的环境下，对照样品进行测试。

[0052]

[0053] 表三

[0054] 研磨试验根据下列条件进行，研磨去除率(Removal Rate，RR)的平均值结果纪录于表四。

[0055] 研磨机台：Applied Material Mirra Polisher,(San Jose,CA)[0056] 晶圆类型：8吋的覆铜，TEOS，钽薄膜晶圆

[0057] 研磨下压力：2psig

[0058] 平台转速：70rpm

[0059] 载具转速：65rpm

[0060] 研磨垫：IC 1010(Rohm and Haas)

[0061] 研浆流速：200ml/min。

[0062]