用于抛光介电衬底的具有稳定的磨料颗粒的化学机械抛光组合物制造技术

公开了一种用于抛光介电衬底的化学机械抛光组合物，其包含用聚烷氧基化的有机硅烷稳定的胶体二氧化硅磨料颗粒。

【技术实现步骤摘要】
用于抛光介电衬底的具有稳定的磨料颗粒的化学机械抛光组合物
本专利技术涉及用于抛光介电衬底的在碱性pH下具有稳定的胶体二氧化硅磨料颗粒的化学机械抛光组合物。更具体地，本专利技术涉及在碱性pH下具有稳定的胶体二氧化硅磨料颗粒的化学机械抛光组合物，其中所述稳定的胶体二氧化硅磨料颗粒用聚烷氧基化的有机硅烷稳定。
技术介绍
在集成电路以及其他电子装置的制造中，将多层导电材料、半导电材料以及介电材料沉积在半导体晶片的表面上或从半导体晶片的表面上移除。可以通过多种沉积技术来沉积导电材料、半导电材料以及介电材料的薄层。在现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、以及电化学电镀(ECP)。随着材料层被依次地沉积和移除，晶片的最上表面变成非平面的。因为后续的半导体加工(例如金属化)要求晶片具有平坦的表面，所以需要对晶片进行平坦化。平坦化在移除不希望的表面形貌和表面缺陷中是有用的。化学机械平坦化、或化学机械抛光(CMP)是用于将衬底(诸如半导体晶片)平坦化的常见技术。在常规的CMP中，晶片被安装在托架组件上并且被定位成与CMP设备中的抛光垫接触。托架组件向晶片提供可控的压力，从而将晶片压靠在抛光垫上。所述垫通过外部驱动力相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其他抛光液。因此，通过垫表面和浆料的化学和机械作用将晶片表面抛光并且使其成为平面。某些先进装置设计要求在较低的使用点(POU)磨料wt％下提供增强的中间层介电(ILD)移除效率的碱性抛光组合物。此类ILD包括氧化硅和氮化硅。一种方法是增加电解质浓度，从而增加电导率；然而，增加电解质浓度导致胶体二氧化硅磨料颗粒的不稳定性。增加离子浓度导致胶体二氧化硅磨料颗粒上的较少的表面电荷，并致使较小的颗粒排斥，这是稳定颗粒的主要力。因此，需要在碱性pH下展现出改进的胶体二氧化硅磨料颗粒的稳定性的抛光组合物和抛光方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；胶体二氧化硅磨料颗粒；具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷：其中R选自(C1-C4)烷基；R1选自由氢、(C1-C4)烷基和R2C(O)-组成的组，其中R2选自由氢和(C1-C4)烷基组成的组；并且n是1至12的整数；pH>7；以及任选地碱金属或铵的无机盐或其混合物；以及任选地pH调节剂。本专利技术还包括一种用于对衬底进行化学机械抛光的方法，所述方法包括：提供衬底，其中所述衬底包括氧化硅、氮化硅和多晶硅中的至少一种；提供化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；胶体二氧化硅磨料颗粒；具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷：其中R选自(C1-C4)烷基；R1选自由氢、(C1-C4)烷基和R2C(O)-组成的组，其中R2选自由氢和(C1-C4)烷基组成的组；并且n是1至12的整数；pH>7；以及任选地碱金属或铵的无机盐或其混合物；以及任选地pH调节剂；提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；用0.69至69kPa的下压力在所述化学机械抛光垫的抛光表面与所述衬底之间的界面处产生动态接触；以及在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；其中所述衬底被抛光；并且其中，将所述氧化硅、氮化硅、多晶硅或其组合中的至少一些从所述衬底上移除。本专利技术的化学机械抛光组合物的聚烷氧基有机硅烷化合物在碱性pH下使胶体二氧化硅磨料颗粒稳定，使得所述胶体二氧化硅磨料颗粒基本上不附聚。此种附聚被所述聚烷氧基有机硅烷化合物抑制，所述化合物共价地改性所述胶体二氧化硅磨料颗粒的表面以提供位阻保护。即使在相对高浓度的无机盐下也实现此种位阻保护。具体实施方式如本说明书通篇所使用的，除非上下文另外指示，否则以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；g＝克；L＝升；mL＝毫升；kPa＝千帕；cm＝厘米；nm＝纳米；min.＝分钟；mS＝毫西门子；wt％＝重量百分比；PS＝本专利技术的抛光浆料；PC＝对比抛光浆料。术语“化学机械抛光”或“CMP”是指单独地凭借化学和机械力来抛光衬底的工艺，并且其区别于其中向衬底施加电偏压的电化学-机械抛光(ECMP)。术语“TEOS”意指由原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)分解而形成的氧化硅。在通篇说明书中，术语“组合物”和“浆料”可互换使用。术语“卤离子”意指氯离子、溴离子、氟离子和碘离子。术语“一个/种(a/an)”是指单数和复数二者。除非另外指出，否则所有百分比均为按重量计的。所有数值范围都是包含端值的，并且可按任何顺序组合，除了此数值范围被限制为加起来最高达100％是合乎逻辑的情况之外。本专利技术的化学机械抛光组合物含有水；胶体二氧化硅磨料颗粒；以及具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷化合物：其中R选自(C1-C4)烷基，诸如甲基、乙基、丙基或丁基，优选地，R选自(C1-C3)烷基，诸如甲基、乙基或丙基，更优选地，R选自(C1-C2)烷基，诸如甲基或乙基，最优选地，R是甲基；R1选自由氢和(C1-C4)烷基(诸如甲基、乙基、丙基或丁基)和R2C(O)-组成的组，其中R2选自由氢和(C1-C4)烷基(诸如甲基、乙基、丙基或丁基)组成的组，优选地，R1选自由氢、(C1-C3)烷基(诸如甲基、乙基或丙基)和R2-C(O)-组成的组，其中R2选自(C1-C2)烷基(诸如甲基或乙基)，更优选地，R1选自由氢、甲基和R2-C(O)-组成的组，其中R2是甲基，最优选地，R1是甲基；并且n是1至12的整数，优选地，n是6-12的整数，更优选地，n是6-9、8-12或9-12的整数，甚至更优选地，n是6-9或9-12的整数，最优选地，n是6-9。优选地，在本专利技术的化学机械抛光组合物中，如以上描述的具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷化合物包括乙氧基化的混合物，其中乙氧基化的数目由如以上的变量n指定，并且n是6-9、8-12或9-12，更优选地，n是6-9或9-12，最优选地，n是6-9个乙氧基化。本专利技术的示例性聚烷氧基有机硅烷如下：2-[甲氧基(聚亚乙基氧基)6-9丙基]三甲氧基硅烷；2-[甲氧基(聚亚乙基氧基)9-12丙基]三甲氧基硅烷；[羟基(聚亚乙基氧基)8-12丙基]三乙氧基硅烷；以及2-[(乙酰氧基(聚亚乙基氧基)丙基]三乙氧基硅烷。本专利技术的化学机械抛光组合物含有0.001至5wt％、优选地0.01至1wt％、更优选地0.05至0.5wt％、最优选地0.05至0.25wt％的具有式(I)-(V)的聚烷氧基有机硅烷作为初始组分。本专利技术的化学机械抛光组合物具有pH>7。优选地，本专利技术的化学机械抛光组合物具有8至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：/n水；/n胶体二氧化硅磨料；/n具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷：/n

【技术特征摘要】
20190124 US 62/7963391.一种化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：
水；
胶体二氧化硅磨料；
具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷：



其中R选自(C1-C4)烷基；R1选自由氢、(C1-C4)烷基和R2C(O)-组成的组，其中R2选自由氢和(C1-C4)烷基组成的组；并且n是1至12的整数；
pH>7；以及
任选地碱金属或铵的无机盐或其混合物；以及
任选地pH调节剂。


2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包含以下项作为初始组分：
水；
0.1至40wt％的所述胶体二氧化硅磨料颗粒；
0.001至5wt％的所述具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷；
0.01至2wt％的碱金属或铵的无机盐或其混合物；
pH调节剂；并且，
所述pH是8-12。


3.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包含以下项作为初始组分：
水；
所述胶体二氧化硅磨料颗粒；
所述具有式(I)的聚烷氧基有机硅烷，其中R选自由甲基、乙基和丙基组成的组，R1选自由氢、甲基、乙基、丙基和R2-C(O)-组成的组，其中R2选自由氢、甲基、乙基和丙基组成的组；并且进一步包含碱金属或铵的无机盐或其混合物；n是6-12的整数；pH调节剂；以及8-12的pH。


4.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毅，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US