包含含氧化铈磨料粒子的CMP组合物制造技术

本发明专利技术描述一种包含含氧化铈磨料粒子的化学机械抛光(CMP)组合物。

【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含氧化铈磨料粒子的化学机械研磨(CMP)组合物；用于制备根据本专利技术的CMP组合物的方法；用于制造半导体装置的方法，其包含在根据本专利技术的化学机械抛光(CMP)组合物存在下对基板进行化学机械抛光；涉及特定聚合物用于抑制分散于含水介质中的含氧化铈粒子凝聚和/或调整所述粒子的ζ电位的用途；还涉及抑制分散于含水介质中的含氧化铈粒子凝聚和/或调整所述粒子的ζ电位的方法。在半导体工业中，化学机械抛光(缩写为CMP)为应用于制造先进的光子、微机电及微电子材料及装置(如半导体晶圆)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，采用CMP以使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学作用与机械作用的相互作用以使表面平坦化。通过化学组合物(亦称为CMP浆体或CMP组合物)提供化学作用。通常通过经典型地按压于待抛光表面上且安装于移动压板上的抛光垫及通过分散于CMP组合物中的磨料粒子进行机械作用。压板移动通常为直线的、旋转的或轨道的。在典型CMP制程步骤中，旋转晶圆固持器使待抛光基板与抛光垫接触。CMP组合物通常施用于基板待抛光的表面与抛光垫之间。尤其在制造集成电路及微机电装置中，在多层次结构的每一层次下进行的CMP制程步骤必须满足极高要求。描述这些要求的一个重要参数为材料移除速率(MRR)，即待抛光材料的移除速率。CMP组合物典型地用于此含有充当磨料的无机材料的粒子及各种其他组分的领域。对于某些CMP应用，将胶状含氧化铈粒子用作研磨剂。基于氧化铈的CMP组合物已在浅沟槽隔离(STI)应用中得到了广泛关注，这是因为由于氧化铈对于二氧化硅的高化学亲和力(亦在此项技术中称为氧化铈的化学齿作用)其能够实现相对较高氧化物对氮化物的选择性。通过胶体粒子的ζ电位判定分散胶体的稳定性。粒子的ζ电位为假定相对于本体溶液出现剪切力的平面处的电位。此平面(名为剪切面)位于双电层的扩散部分中且解释为流体动力可动流体与固定流体之间的尖锐边界(参见A.V.Delgado等人的MeasurementandInterpretationofElectrokineticPhenomena,JournalofColloidandInterfaceScience309(2007),第194-224页)。ζ电位作为分散液的胶体稳定性的指标，可将其视为粒子的表面电荷的估值且视液体中的组成及pH值、温度、离子强度及离子种类而定。在仅包含一种粒子(例如氧化铈粒子)的胶体中，在既定一组条件(液体中的pH值、温度、离子强度及离子种类)下所有粒子的ζ电位具有相同迹象。因此当粒子带有大量电荷时，静电斥力防止其凝结(絮凝)。对于胶状氧化物，ζ电位强有力地视液体的pH值而定。在酸性区域的pH值下，胶状氧化物的粒子通常具有吸附于其表面上的H+离子。当pH值增加时，中和所吸附的H+离子，从而导致表面电荷降低直至达到等电点，此时各胶体氧化物粒子的总电荷为零。因此，粒子之间的静电斥力停止，以致由于凡得瓦尔力(VanderWaalsforce)的作用使得所述粒子可凝结成较大粒子(凝聚粒子)。对于胶状氧化铈，在不存在稳定添加剂的情况下，在5.5或低于5.5的pH值下ζ电位明显高于30mV，而当pH值上升高于6时明显降低，从而导致粒子凝结。另一问题为在介电质基板的情况下，待通过CMP组合物抛光的基板表面亦带电。若待抛光的基板的电荷与研磨粒子的电荷相反，则磨料粒子由于静电引力吸附在带相反电荷的表面上且在抛光之后几乎不可移除。另一方面，若待抛光的材料的电荷符号与研磨粒子相同，则由于静电斥力抛光受阻。因此，材料移除速率及选择性强有力地视研磨剂的ζ电位与待抛光的材料的电荷之间的相互作用而定。出于此原因，磨料粒子优选不带有大量电荷。不幸的是，由于上述原因，降低磨料粒子的表面电荷的绝对值促进所述粒子凝结。为了至少部分解决以上所说明的问题，已提出CMP组合物的若干添加剂，其将使磨料粒子的凝聚降至最低和/或改善各CMP组合物的材料移除速率及选择性。在EP1844122B1中，公开用于同时抛光像氮化硅的阳离子带电材料及像二氧化硅的阴离子带电材料的助剂。假定该助剂在阳离子带电材料上形成吸附层以便增加阴离子带电材料优于阳离子带电材料的抛光选择性。该助剂包含聚电解质盐，其含有：(A)具有1,000至20,000的重量平均分子量且包含具有如EP1844122B1中所定义的特定结构的骨干及侧链的接枝型聚电解质及(B)碱性材料。该助剂亦将使磨料粒子的凝聚降至最低。然而，EP1844122B1的实例显示采用所提出的助剂未必总是达成所述目的。在一些情况下，与具有先前技术的助剂的CMP组合物相比，二氧化硅优于氮化硅的材料移除选择性并未提高。另外，在包含根据EP1844122B1的助剂的CMP组合物中，氧化铈粒子的平均凝聚粒径高于500nm，其对于复数个CMP应用而言不可接受。该助剂对氧化铈粒子的ζ电位的影响在EP1844122B1中并未论述。US7381251B2公开一种包含液体介质、矿物粒子的胶状分散液及膦酸酯封端的聚(氧烯烃)聚合物的混合物的液体组合物。本专利技术的一个目的为提供尤其对于介电质基板展示提高的抛光效能的一种化学机械抛光(CMP)组合物及一种CMP方法。更特定言之，本专利技术的一目的为提供展示如下性质的一种化学机械抛光(CMP)组合物及一种CMP方法(i)二氧化硅的高材料移除速率(MRR)，或(ii)二氧化硅与氮化硅之间的可调整的选择性，或(iii)二氧化硅与多晶硅之间的可调整的选择性，(iv)抛光表面的高表面质量(v)优选为(i)、(ii)、(iii)及(iv)的组合。本专利技术的另一目的为提供一种包含氧化铈粒子的化学机械抛光(CMP)组合物，其中氧化铈粒子的凝聚在6及更高的pH值下，优选在高达10的pH值下受到抑制。本专利技术的另一目的为提供一种包含氧化铈粒子的化学机械抛光(CMP)组合物，其中氧化铈粒子带有低电荷，即具有低ζ电位。根据本专利技术的第一方面，提供包含以下组分的化学机械抛光(CMP)组合物：(A)含氧化铈磨料粒子(B)一种或多种聚合物，其中所述聚合物(B)的各大分子包含(i)一个或多个阴离子官能基和(ii)一个或多个结构单元-(AO)a-R其中在与每一其他结构单元-(AO)a-R独立的各结构单元-(AO)a-R中A为CxH2x，其中对于所述结构单元-(AO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，其包含以下成分：(A)含氧化铈磨料粒子(B)一种或多种聚合物，其中所述聚合物(B)的各大分子包含(i)一个或多个阴离子官能基(ii)及(iii)一个或多个结构单元‑(AO)a‑R其中在与每一其他结构单元‑(AO)a‑R独立的各结构单元‑(AO)a‑R中A为CxH2x，其中对于所述结构单元‑(AO)a‑R中的每个A，x与每一其他x独立地选自2至4范围内的整数，其中x优选为2或3，进一步优选地x＝2其中在各结构单元‑(AO)a‑R内，基团A为相同或不同a为选自5至200，优选8至150，最优选20至135范围的整数，R为氢或具有1至4个碳原子的支化或线性烷基，其中在所述聚合物(B)中，所有结构单元(ii)的摩尔质量总和至少为所述聚合物(B)的摩尔质量的50％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.18 EP 13177123.01.一种化学机械抛光(CMP)组合物，其包含以下成分：
(A)含氧化铈磨料粒子
(B)一种或多种聚合物，其中所述聚合物(B)的各大分子包含
(i)一个或多个阴离子官能基
(ii)
及
(iii)一个或多个结构单元-(AO)a-R
其中在与每一其他结构单元-(AO)a-R独立的各结构单元-(AO)a-R中
A为CxH2x，其中对于所述结构单元-(AO)a-R中的每个A，x与每一其
他x独立地选自2至4范围内的整数，其中x优选为2或3，进一步优选
地x＝2
其中在各结构单元-(AO)a-R内，基团A为相同或不同
a为选自5至200，优选8至150，最优选20至135范围的整数，
R为氢或具有1至4个碳原子的支化或线性烷基，其中在所述聚合物
(B)中，所有结构单元(ii)的摩尔质量总和至少为所述聚合物(B)的摩尔质量
的50％。
2.根据权利要求1的化学机械抛光(CMP)组合物，其中选择所述一种
或多种聚合物(B)的浓度以使得
-在6至10的pH值范围内含氧化铈粒子(A)不絮凝
-
和/或
-在6至10范围内的pH值下，含氧化铈粒子的ζ电位在+30mV与-
30mV之间的范围内。
3.根据权利要求1或2的化学机械抛光(CMP)组合物，其中在所述聚
合物(B)或所述聚合物(B)中至少一种的大分子中，所述一个或多个阴离子
官能基选自羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基和膦酸基。
4.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光(CMP)组合物，其中在

\t所述聚合物(B)或所述聚合物(B)的至少一种中
所述一个或多个结构单元(ii)-(AO)a-R中每一个的摩尔质量为500
g/mol或大于500g/mol，优选1000g/mol或大于1000g/mol，更优选2000
g/mol或大于2000g/mol，最优选3000g/mol或大于3000g/mol
和/或
所有所述结构单元(ii)-(AO)a-R的摩尔质量总和为所述聚合物(B)的摩
尔质量的60％或大于60％，优选70％或大于70％，最优选80％或大于
80％。
5.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所
述聚合物(B)或所述聚合物(B)中的至少一种选自梳形聚合物和嵌段共聚
物。
6.根据前述权利要求中任一项的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所
述聚合物(B)或所述聚合物(B)中的至少一种为包含以下的梳形聚合物
(i)骨干，一个或多个阴离子官能基与其键联
和
(ii)一个或多个侧链，其各自包含结构单元-(AO)a-R
其中在所述梳形聚合物中，所有所述结构单元(ii)-(AO)a-R的摩尔质
量总和至少为所述梳形聚合物的摩尔质量的50％。
7.根据权利要求1-6中任一项的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所
述梳形聚合物包含
-构建单元，其各自包含一个或多个阴离子官能基
及
-侧链，其各自包含结构单元(ii)-(AO)a-R，其中
A为CxH2x，其中对于所述结构单元-(AO)a-R中的每个A，x与每一其
他x独立地选自2至4范围内的整数，其中x优选为2或3，进一步优选
地x＝2
其中在各结构单元-(AO)a-R内，基团A为相同或不同
a为选自5至200，优选8至150，最优选20至135范围内的整数
R为氢或具有1至4个碳原子的支化或线性烷基，
其中包含阴离子官能基的构建单元中的一个或多个选自通式(7.1)、
(7.2)、(7.3)及(7.4)：
其中
R1为H或未支化或支化C1-C4烷基、CH2COOH或CH2CO-X-R2；
R2为PO3M2、O-PO3M2、(C6H4)-PO3M2或(C6H4)-OPO3M2；
X为NR7-(CnH2n)或O-(CnH2n)，其中n＝1、2、3或4，氮原子或氧原
子分别与CO基团连接；
R7为H、C1-C6烷基、(CnH2n)-OH、(CnH2n)-PO3M2、(CnH2n)-OPO3M2、
(C6H4)-PO3M2、(C6H4)-OPO3M2或(CnH2n)-O-(A2O)α-R9；其中n＝1、2、3
或4
A2为CzH2z，其中z＝2、3、4或5，或为CH2CH(C6H5)；
α为1至350的整数；且
R9为H或未支化或支化C1-C4烷基；
或X为化学键且R2为OM；
其中
R3为H或未支化或支化C1-C4烷基；
n为0、1、2、3或4；
R4为PO3M2或O-PO3M2；
其中
R5为H或未支化或支化C1-C4烷基；
Z为O或NR7；且
R7为H、(CnH2n)-OH、(CnH2n)-PO3M2、(CnH2n)-OPO3M2、
(C6H4)-PO3M2或(C6H4)-OPO3M2，其中
n为1、2、3或4；
其中
R6为H或未支化或支化C1-C4烷基；
Q为NR7或O；
R7为H、(CnH2n)-OH、(CnH2n)-PO3M2、(CnH2n)-OPO3M2、
(C6H4)-PO3M2、(C6H4)-OPO3M2或(CnH2n)-O-(A2O)α-R9，
n为1、2、3或4；
A2为CzH2z，其中z＝2、3、4或5，或为CH2CH(C6H5)；
α为1至350的整数；
R9为H或未支化或支化C1-C4烷基；
其中在式(7.1)、(7.2)、(7.3)和(7.4)中，独立于任何其他M的每个M为
H或一个阳离子等效物
和/或其中包含结构单元(ii)-(AO)a-R的侧链中的一个或多个选自通式
(7.5)、(7.6)、(7.7)和(7.8)：
其中
R10、R11和R12彼此独立地为H或未支化或支化C1-C4烷基；
n为0、1、2、3、4和/或5；
E为未支化或支化C1-C6亚烷基、亚环己基、CH2-C6H10、1,2-亚苯基、
1,3-亚苯基或1,4-亚苯基；
G为O、NH或CO-NH；或
E和G一起为化学键；
其中
R16、R17和R18彼此独立地为H或未支化或支化C1-C4烷基；
n为0、1、2、3、4或5；
E为未支化或支化C1-C6亚烷基、亚环己基、CH2-C6H10、1,2-亚苯基、
1,3-亚苯基或1,4-亚苯基或为化学键；
L为CzH2z，其中z＝2、3、4或5，或为CH2-CH(C6H5)；
d为1至350的整数；
R20为H或未支化C1-C4烷基；
其中
R21、R22和R23彼此独立地为H或未支化或支化C1-C4烷基；
W为O、NR25或N
R25为H或未支化或支化C1-C4烷基；
若W＝O或NR25，则Y为1且若W＝N，则Y为2；
其中<...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·劳特尔，Y·李，B·M·诺勒，R·朗格，R·赖夏特，兰永清，V·博伊科，A·克劳泽，J·冯塞耶尔，S·A·奥斯曼易卜拉欣，M·西伯特，K·哈特纳格尔，J·登勒，N·S·希勒沙姆，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE