包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、制造所述颗粒的方法以及抛光衬底的方法技术

一种化学机械抛光组合物包含水，具有含有氮物质的二氧化硅芯、包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒，任选地氧化剂，任选地pH调节剂，任选地杀生物剂以及任选地表面活性剂。所述化学机械抛光组合物具有小于7的pH。还描述了一种对含有二氧化硅的衬底进行抛光的方法以及一种制造具有氧化铈、氢氧化铈或其混合物的涂层的复合胶体二氧化硅颗粒的方法。所述化学机械抛光组合物能够用于在酸性环境中提高二氧化硅从衬底的移除速率。二氧化硅从衬底的移除速率。

【技术实现步骤摘要】
包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、制造所述颗粒的方法以及抛光衬底的方法
专利

[0001]本专利技术涉及一种包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、一种制造所述复合二氧化硅颗粒的方法以及一种抛光衬底的方法。更具体地，本专利技术涉及一种包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、一种制造所述复合二氧化硅颗粒的方法和一种抛光衬底的方法，其中所述复合二氧化硅颗粒包括二氧化硅芯、氮物质、在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层、正ζ电位和酸性pH。

技术介绍

[0002]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。可以通过若干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)。
[0003]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。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。
[0004]磨料是化学机械抛光浆料的主要组分。二氧化硅和二氧化铈纳米颗粒是两种最常见的组合物。二氧化硅颗粒由于其在玻璃抛光中的可用性和悠久历史而广泛用于化学机械抛光。更重要的是，在酸性pH范围内使用带正电荷的二氧化硅已使得能够在低二氧化硅wt％下提高氧化物移除速率。然而，它们的抛光移除速率和选择性在ILD和STI工艺中通常是不足的。因此，需要提供一种改善的二氧化硅，其使得能够在酸性pH下提高二氧化硅的移除速率。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种化学机械抛光组合物，其包含：
[0006]水；
[0007]胶体二氧化硅磨料颗粒，其包括包含氮物质的二氧化硅芯，在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层，以及正ζ电位；
[0008]任选地氧化剂；
[0009]任选地pH调节剂；
[0010]任选地杀生物剂；
[0011]任选地表面活性剂；以及
[0012]小于7的pH。
[0013]本专利技术还包括一种制造复合胶体二氧化硅磨料颗粒的方法，所述方法包括：
[0014]提供化学机械抛光组合物，其包含：
[0015]水；
[0016]包括含氮物质和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒；
[0017]0.0001wt％至1wt％的铈离子源；和
[0018]氧化剂；
[0019]任选地杀生物剂；
[0020]任选地表面活性剂；
[0021]向化学机械抛光组合物中添加碱性pH调节剂，以提供大于7的pH；
[0022]任选地在大于或等于35℃的温度下施加热量；以及
[0023]用酸性pH调节剂将所述化学机械抛光组合物的pH调节至小于7，以形成胶体复合二氧化硅颗粒，所述胶体复合二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅芯，涂覆所述二氧化硅芯的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物，以及正ζ电位。
[0024]本专利技术还提供一种用于对衬底进行化学机械抛光的方法，所述方法包括：
[0025]提供衬底，其中所述衬底包含二氧化硅；
[0026]提供化学机械抛光组合物，其包含：
[0027]水；
[0028]胶体二氧化硅磨料颗粒，其包括包含氮物质的二氧化硅芯，在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层，以及正ζ电位；
[0029]任选地氧化剂；
[0030]任选地pH调节剂；
[0031]任选地杀生物剂；
[0032]任选地表面活性剂；以及
[0033]小于7的pH；
[0034]提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；
[0035]用0.69至34.5kPa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
[0036]在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或所述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；并且其中所述衬底被抛光并且所述二氧化硅的一些被抛光掉。
[0037]本专利技术的化学机械抛光组合物和方法使得能够在酸性pH下提高二氧化硅的移除速率。
具体实施方式
[0038]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；mL＝毫升；μm＝微米；kPa＝千帕；mm＝毫米；nm＝纳米；min＝分钟；rpm＝每分钟转数；lbs＝磅；kg＝千克；wt％＝重量百分比；RR＝移除速率；ZP＝ζ电位；mv＝毫
伏；Si＝硅；Si3N4＝氮化硅；DEAMS＝(N,N
‑
二乙基氨基甲基)三乙氧基硅烷，98％(宾夕法尼亚州莫里斯维尔Gelest公司(Gelest Inc.,Morrisville,PA))；TMOS＝原硅酸四甲酯；TMAH＝氢氧化四甲基铵；TEA＝四乙基铵；以及EDA＝乙二胺；EOPA＝3
‑
乙氧基丙胺；Ti＝钛；TiN＝氮化钛；W＝钨；PS＝本专利技术的抛光浆料；CS＝对比抛光浆料。
[0039]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“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。
[0040]本专利技术的化学机械抛光组合物和方法可用于抛光包含二氧化硅的衬底。本专利技术的化学机械抛光组合物包含以下项(优选地由其组成)：水，包括二氧化硅芯、氮物质、在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒、任选地氧化剂、任选地杀生物剂、任选地表面活性剂、任选地pH调节剂以及小于7的pH。优选地，二氧化硅芯上的铈化合物涂层由选自由氧化铈、氢氧化铈及其混合物的铈化合物组成的组的铈化合物组成。更优选地，胶体二氧化硅颗粒的二氧化硅芯上的铈化合物涂层是氢氧化铈。二氧化硅芯包含氮物质并具有净正ζ电位，其中二氧化硅芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光组合物，其包含：水；胶体二氧化硅磨料颗粒，其包括包含氮物质的二氧化硅芯，涂覆所述二氧化硅芯的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物，以及正ζ电位；任选地氧化剂；任选地pH调节剂；任选地杀生物剂；任选地表面活性剂；以及小于7的pH。2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中，所述磨料颗粒的二氧化硅芯进一步包含氨基硅烷化合物。3.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中，所述氧化剂是过氧化氢。4.一种制造复合胶体二氧化硅磨料颗粒的方法，所述方法包括：提供一种化学机械抛光组合物，其包含：水；包含氮物质和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒；0.0001
‑
1wt％的铈离子源；氧化剂；任选地杀生物剂；任选地表面活性剂；向所述化学机械抛光组合物中添加碱性pH调节剂，以提供大于7的pH；任选地在大于或等于35℃的温度下施加热量；以及用酸性pH调节剂将所述化学机械抛光组合物的pH调节至小于7，以形成胶体复合二氧化硅颗粒，所述胶体复合二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅芯，涂覆所述二氧化硅芯的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物，以及正ζ电位。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述铈离子源选自以下中的一种或多种：乙酸铈、硝酸铈、硫酸铈、氯化铈...

【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：