包含有机/无机复合粒子的化学机械抛光组合物制造技术

描述了包含呈有机/无机复合粒子形式的磨料粒子的化学机械抛光(CMP)组合物以及所述复合粒子作为在CMP组合物中的磨料粒子的用途及制造半导体装置的方法，包括在所述CMP组合物存在下化学机械抛光基质。

Chemical mechanical polishing composition comprising organic / inorganic composite particles

Describes a chemical mechanical polishing containing organic / inorganic composite particles of abrasive particles in the form of (CMP) composition and the composite particles as a method of manufacturing a semiconductor device and the use of abrasive particles in the composition of the CMP, including the presence of chemical mechanical polishing matrix in the CMP composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种包含呈有机/无机复合粒子形式的磨料粒子的化学机械抛光(CMP)组合物以及所述复合粒子作为磨料粒子在CMP组合物中的用途。本专利技术还涉及制造半导体装置的方法，其包含在根据本专利技术的CMP组合物存在下将基质化学机械抛光。在半导体工业中，化学机械抛光为应用于制造先进的光子、微机电及微电子材料及装置(诸如半导体晶片)中的熟知技术。在制造用于半导体工业中的材料及装置期间，化学机械抛光(CMP)用于使材料表面平坦化。CMP利用化学与机械作用的相互作用来增加待抛光表面的平坦度。化学以及机械作用由也称为CMP组合物或CMP浆料的化学机械抛光组合物提供。抛光作用通常通过抛光垫来进行，典型地将抛光垫按压至待抛光表面上且将其安装于移动压板上。压板的移动通常为直线、旋转或轨道的。在典型CMP方法步骤中，旋转晶片固持器使待抛光晶片与抛光垫接触。CMP组合物通常施用于待抛光晶片与抛光垫之间。为了在待抛光表面上施加机械作用，CMP组合物典型地含有磨料粒子。这些粒子通常选自由无机粒子、有机粒子及有机/无机复合粒子组成的组。无机粒子为各自由一种或多种无机材料组成的粒子。有机粒子为各自由一种或多种有机材料组成的粒子，其中所述有机材料典型地为聚合物。有机/无机复合粒子包含一个或多个包含有机材料的相及一个或多个包含无机材料的相，其方式为使得这些相及材料以机械方式、以化学方式或以另一方式彼此结合。典型地，CMP组合物具有浆料的稠度。因此，术语CMP组合物及CMP浆料以同义方式使用。包含有机/无机复合粒子的CMP组合物例如由EP1088869A1已知。所述文件公开了不同类型的有机/无机复合粒子，即均匀涂覆有无机粒子的有机粒子、其中聚合物粘附或结合至无机粒子的复合粒子或其中聚合物膜形成在无机粒子的表面上的复合粒子。EP1333476A2公开了包含假定以如下状态存在的有机-无机复合粒子的CMP组合物，其中视待使用的有机粒子及无机粒子的化学性质、粒径及量而定，组合以下特征(i)、(ii)及(iii)中的一个、两个或两个以上：(i)其中有机粒子为核粒子，且呈壳形式的无机粒子(呈初始粒子或次级粒子状态)围绕有机粒子附接以形成有机-无机复合粒子的状态。(ii)其中无机粒子(呈初始粒子或次级粒子状态)为核粒子，且呈壳形式的有机粒子围绕无机粒子附接以形成有机-无机复合粒子的状态。(iii)其中有机粒子及无机粒子(呈初始粒子或次级粒子状态)在不采用限定核/壳结构的情况下聚集，以形成有机-无机复合粒子的状态。US2004/0162011A1公开了如下制备的包含有机/无机复合粒子的CMP组合物：(a)通过在有机粒子(聚合物粒子)的存在下使醇盐化合物(例如烷氧基硅烷)缩聚，所得缩聚物直接或经由适当偶合剂(例如硅烷偶合剂)结合至有机粒子的官能团，(b)通过经由静电力结合具有相反极性(正/负)的ζ电位的有机粒子(聚合物粒子)及无机粒子(例如硅石)，(c)通过在上文所定义的复合粒子(b)的存在下使醇盐化合物(例如烷氧基硅烷)缩聚，(d)通过在聚合物粒子表面上借助于作为粘合剂的缩聚物(诸如聚硅氧烷)结合硅石粒子；或使得硅石粒子的官能团(例如羟基)以化学方式与聚合物粒子的官能团结合。根据US2004/0162011A1，这些复合粒子以如下状态1至3中的任何一个存在：状态1：无机粒子已经以壳粒子形式粘附至由有机粒子组成的核粒子表面的状态，状态2：有机粒子已经以壳粒子形式粘附至由无机粒子组成的核粒子表面的状态，状态3：有机粒子及无机粒子已经在不形成明显核壳结构的情况下彼此聚集的状态。在状态1至3中的每一个中，无机粒子可呈初始粒子(非聚集粒子)及次级粒子(通过聚集初始粒子形成)的任何状态，或两种粒子可混合。或者，复合粒子以混合复数种状态的状况存在。复合粒子的状态视形成复合粒子的各有机粒子及无机粒子的粒径及组分比例而定。在上文所描述的状态中，状态1及2根据US2004/0162011A1优选。未公开以上文定义的状态3存在的粒子的特定实施方案。包含类似类型的有机/无机复合粒子的CMP组合物公开于US2007/0049180A1及US2008/0318427A1中。本专利技术目的中的一个为提供一种化学机械抛光(CMP)组合物，其适用于化学机械抛光(CMP)用于半导体工业中的基质，尤其化学机械抛光包含由铜或铜基合金组成的表面区域或层的基质的方法。本专利技术另一目的为增加铜的化学机械抛光的梯段高度减少效率(SHRE)。SHRE为平坦化效率的量度。本专利技术另一目的为实现SHRE与MRR之间的良好取舍(后者不降至以下)。本专利技术另一目的为在选自由扩散膜材料及介电材料组成的组的材料上提供铜移除的高选择性。本专利技术另一特定目的为提供适用于在使用软垫(肖氏硬度(HardnessShore)D<30°)时以高效率使铜图案化晶片平坦化的磨料粒子。在铜的CMP中，已知使用的硬垫材料通常产生诸如微刮痕的缺陷。尤其极小芯片特征处于通过此类硬垫材料变得损坏的风险下。随着超大规模集成电路的特征尺寸发展成22nm及低于22nm，铜互连件的缺陷变得更受关注。因此，半导体工业主张在铜的CMP中应用较软垫材料以便消除由硬垫材料所引起的缺陷。然而，在软垫上实现高平坦化效率比在已知硬垫材料上困难得多。这是由于基质表面形貌压入软垫。必然地，在图案化晶片抛光中，铜表面形貌的上部与底部部分之间的剪切力差异较小，导致较小材料移除速率差异。因为突出结构元件(高面积)以及深化结构元件经受相同的抛光作用(剪切力)，它们被相同程度地磨损。因此软垫抛光针对突出结构元件不具有选择性。此外，本专利技术CMP组合物应该具有长存放期。就此而言，CMP组合物应该为其中不应该出现相分离的稳定配制剂或分散体。本专利技术的相关目的为提供一种制造半导体装置的方法，其包括将基质化学机械抛光，尤其包含由铜或铜基合金组成的表面区域或层的基质。本专利技术另一目的为提供适用于磨料粒子用于将基质化学机械抛光，尤其包含由铜或铜基合金组成的表面区域或层的基质的用途的有机/无机复合粒子。根据本专利技术第一方面，提供包含以下组分的化学机械抛光(CMP)组合物：(A)一定量的磨料粒子，其由以下组成(A1)一定量的复合粒子，其中各复合粒子包含(i)连续基体相，包含一种或多种烯属不饱和单体的加聚物及分散于连续基体相中的(ii)一个或多个分散相，各自由多个由无机固体材料组成的分开相域组成(A2)任选一定量的不为复合粒子(A1)的其他磨料粒子(B)一种或多种络合剂(C)一种或多种腐蚀抑制剂(D)一种或多种氧化剂(E)水。成分(A)：磨料粒子成分(A)对应于根据本专利技术的相应化学机械抛光(CMP)组合物中存在的全部磨料粒子。因此，根据本专利技术的CMP组合物的成分(A)由(A1)一定量的如上文所定义的复合粒子及任选(A2)一定量的不为复合粒子(A1)的其他磨料粒子组成。在本专利技术第一优选实施方案中，成分(A)由(A1)一定量的如上文所定义的复合粒子组成，其优选呈如下文中描述的成分(A1)的优选实施方案中的一个的形式。在本专利技术第二优选实施方案中，成分(A)由以下组成：(A1)一定量的如上文所定义的复合粒子，其优选呈如下文中描述的成分(A1)的优选实施方案中的一个的形式，及(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含(A)一定量的磨料粒子，其由以下组成(A1)一定量的复合粒子，其中各复合粒子包含(i)连续基体相，其包含一种或多种烯属不饱和单体的加聚物及分散于所述连续基体相中的(ii)一个或多个分散相，各自由多个由无机固体材料组成的分开相域组成(A2)任选一定量的不为复合粒子(A1)的其他磨料粒子(B)一种或多种络合剂(C)一种或多种腐蚀抑制剂(D)一种或多种氧化剂(E)水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.11 US 62/035,5331.一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含(A)一定量的磨料粒子，其由以下组成(A1)一定量的复合粒子，其中各复合粒子包含(i)连续基体相，其包含一种或多种烯属不饱和单体的加聚物及分散于所述连续基体相中的(ii)一个或多个分散相，各自由多个由无机固体材料组成的分开相域组成(A2)任选一定量的不为复合粒子(A1)的其他磨料粒子(B)一种或多种络合剂(C)一种或多种腐蚀抑制剂(D)一种或多种氧化剂(E)水。2.根据权利要求1的化学机械抛光组合物，其中所述分散相(ii)中的一个、多于一个或所有的分开相域的最长尺寸为复合粒子(A1)的平均粒度的25％或低于25％，优选15％或低于15％。3.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光组合物，其中所述复合粒子(A1)的连续基体相(i)包含选自由(甲基)丙烯酸聚合物组成的组的加聚物。4.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光组合物，其中所述分散相(ii)中的一个、多于一个或所有的分开相域由选自由二氧化硅、页硅酸盐、氧化铝、氧化羟基铝、碳酸钙、碳酸镁、正磷酸钙、正磷酸镁、氧化铁(II)、氧化铁(III)、氧化铁(II/III)、氧化锡(IV)、氧化铈(IV)、氧化钇(III)、二氧化钛、羟基磷灰石、氧化锌及硫化锌组成的组的无机固体材料组成。5.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光组合物，其中所述复合粒子(A1)的平均粒度在大于10nm至不超过1000nm，优选25nm至500nm，且更优选50nm至250nm的范围内和/或所述分散相(ii)中的一个、多于一个或所有的分开相域各自由无机固体材料粒子组成，所述无机材料粒子的平均粒度大于0nm，优选为5nm或大于5nm，但不超过100nm，优选不超过50nm。6.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光组合物，其包含可通过制备包含一定量的复合粒子(A1)的水分散体的方法获得的一定量的复合粒子(A1)，其中在所述方法中，一种或多种烯属不饱和单体以分散方式分布于水介质中且通过自由基水乳液聚合方法借助于一种或多种自由基聚合引发剂在一个或多个各自由多个由无机固体材料组成的分开相域组成的分散相及一种或多种分散剂存在下聚合，所述方法包括以下步骤a)提供-水介质-一定量的一种或多种烯属不饱和单体-平均粒度为100nm或低于100nm的一种或多种无机固体材料，其总量为所述一种或多种烯属不饱和单体的总量的1重量％至1000重量％，及-一种或多种自由基聚合引发剂，其总量为所述一种或多种烯属不饱和单体的总量的0.05重量％至2重量％，b)在初始进料中将所述一种或多种无机固体材料的至少一部分包括至所述水介质中以使得形成包含一个或多个各自由多个由无机固体材料组成的分开相域组成的分散相的水分散体c)随后将以下计量加入步骤b)中形成的水分散体中-总量的0.01重量％至20重量％的步骤a)中所提供的所述一种或多种烯属不饱和单体，及-总量的60重量％或大于60重量％的步骤a)中所提供的所述一种或多种自由基聚合引发剂及在聚合条件下聚合计量的一种或多种烯属不饱和单体至80重量％或大于80重量％的单体转化率(聚合阶段1)以...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰永清，B·M·诺勒，Y·李，L·江，D·KH·沈，R·戈扎里安，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE