复合颗粒、其精制方法及用途技术

具有较低平均粒度和较小粒度分布的复合颗粒通过精制处理获得。精制的复合颗粒(例如二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒)用于化学机械平面化(CMP)组合物中以为抛光氧化物膜提供更高的去除速率、极低晶片内的去除速率不均匀性(WWNU)、低凹陷和低缺陷。低凹陷和低缺陷。低凹陷和低缺陷。

【技术实现步骤摘要】
复合颗粒、其精制方法及用途
[0001]本申请是申请日为2017年3月31日、申请号为201710209582.8、专利技术名称为“复合颗粒、其精制方法及用途”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2016年3月31日提交的美国临时申请序列号62/316,089的优先权权益，其通过引用整体并入本文。


[0004]化学机械平面化(“CMP”)抛光组合物(CMP浆料、CMP组合物或CMP制剂可互换使用)用于制造半导体器件。本专利技术涉及包含精制复合颗粒(用作磨料颗粒)的抛光组合物，其特别适用于抛光包含氧化硅材料的图案化半导体晶片。

技术介绍

[0005]氧化硅被广泛用作半导体工业中的介电材料。集成电路(IC)制造工艺中有几个CMP步骤，例如浅槽隔离(STI)、层间介电质(ILD)CMP和门电路poly
‑
CMP等。典型的氧化物CMP浆料包含：磨料，含有或不含其它化学品。其他化学品可以是改善浆料稳定性的分散剂、提高去除速率的增效剂或降低去除速率并停止在另一个膜上的抑制剂，例如用于STI应用的SiN。
[0006]在先进的半导体技术节点，CMP浆料的期望特性是减少的缺陷、高去除速率、极低的晶片内去除速率不均匀性(WWNU)和低表面形态。具有去除速率的极低WWNU是特别重要的。较高的不均匀性会导致晶片上区域中的过度抛光(在那里去除速率过高)以及抛光不足(在那里很少的材料被去除)。这会在晶片表面上产生不均匀的表面形态，其在半导体制造中是不期望的。因此，在垫、调理(conditioning)、抛光区压力调整方面需要相当程度的CMP工艺进步，以产生期望的均匀去除速率分布。
[0007]在CMP浆料中使用的常用磨料如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛等等中，二氧化铈以其对二氧化硅氧化物的高反应性而闻名的，并且因为二氧化铈对二氧化硅的高反应性所产生的最高氧化物去除速率(RR)而广泛用于STI CMP浆料。
[0008]Cook等人(Lee M.Cook,Journal of Non
‑
Crystalline Solids 120(1990)152
‑
171)提出了“化学牙齿”机理以解释二氧化铈的这种非凡性质。根据该机理，当将二氧化铈颗粒压到氧化硅膜上时，二氧化铈断开二氧化硅键、形成Ce
‑
O
‑
Si结构并因此从表面切割二氧化硅。
[0009]CMP工业中使用的二氧化铈中的大多数是从煅烧
‑
湿磨工艺制造的。所得二氧化铈具有锋利的边缘和非常宽的粒度分布。它也具有非常大的“大颗粒计数(large particle count)”(LPC)。所有这些据信都是缺陷和低产率的原因，特别是在晶片抛光后的划痕。也考虑了不同形式的含二氧化铈颗粒，例如胶体二氧化铈或二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒，以解决这些挑战性问题。
[0010]已经发现二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒对于以较低缺陷率实现氧化硅膜的高去除
速率特别有用(PCT/US16/12993)。然而仍然需要进一步提高去除速率、控制晶片内去除速率不均匀性(WWNU)并减少抛光缺陷。
[0011]本专利技术涉及精制的聚集复合颗粒、精制方法和在可以达到性能要求的抛光应用中使用精制复合颗粒的方法。
[0012]因此，对于可以提供优异的晶片内去除速率不均匀性、更高的去除速率和低缺陷的CMP组合物、方法和系统存在明显的需要。

技术实现思路

[0013]本文描述的是精制复合颗粒、其精制方法和用途。
[0014]在一个方面，本专利技术是复合颗粒，其包含单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒和聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒，其中超过99重量％的所述复合颗粒包含数量在10或更小(≤10)至2或更小(≤2)范围内(例如≤10、≤5、≤4、≤3和≤2)的单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒。
[0015]在另一方面，本专利技术是精制包含单一的和聚集的颗粒的复合颗粒以减少大聚集体的方法，其包括选自(1)过滤；(2)沉降式离心(bowl centrifuge)；(3)固定角旋转式离心；(4)重力沉降；(5)煅烧和碾磨过程改良；及其组合中的至少一个步骤；其中所述单一的颗粒包含具有被纳米颗粒覆盖的表面的核心颗粒；其中所述核心颗粒选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、聚合物颗粒及其组合；和所述纳米颗粒选自锆、钛、铁、锰、锌、铈、钇、钙、镁、氟、镧、锶的化合物纳米颗粒及其组合。
[0016]在又一方面，本专利技术是化学机械平面化(CMP)抛光组合物，其包含：
[0017]复合颗粒，其包含单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒和聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；其中超过99重量％的所述复合颗粒包含≤5个、优选≤4个、或更优选≤2个单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；
[0018]水；
[0019]所述CMP组合物的pH范围为约2至约12，优选约3.5至约10，更优选约4至约7；
[0020]和
[0021]任选地
[0022]pH调节剂；
[0023]表面活性剂；和
[0024]生物生长抑制剂。
[0025]在又一方面，本专利技术是用于包括至少一个具有至少一个氧化物层的表面的半导体衬底的化学机械平面化(CMP)的抛光方法，其包括以下步骤：
[0026]a)使所述至少一个氧化物层与抛光垫接触；
[0027]b)将CMP抛光组合物递送到所述至少一个表面，和
[0028]c)用所述CMP抛光组合物抛光所述至少一个氧化物层；
[0029]其中所述CMP抛光组合物包含：
[0030]复合颗粒，其包含单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒和聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；其中超过99重量％的所述复合颗粒包含≤5个、优选≤4个、或更优选≤2个单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；
[0031]水；
[0032]所述CMP组合物的pH范围为约2至约12，优选约3.5至约10，更优选约4至约7；
[0033]和
[0034]任选地
[0035]pH调节剂；
[0036]表面活性剂；和
[0037]生物生长抑制剂。
[0038]在又一方面，本专利技术是用于化学机械平面化的系统，其包括：
[0039]半导体衬底，其包括至少一个具有至少一个氧化物层的表面；
[0040]抛光垫；和
[0041]CMP抛光组合物；
[0042]其中
[0043]所述至少一个氧化物层与所述抛光垫和所述抛光组合物接触；和
[0044]所述CMP抛光组合物包含：
[0045]复合颗粒，其包含单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒和聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；其中超过99重量％的所述复合颗粒包含≤5个、优选≤4个、或更优选≤2个单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；
[0046]水；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.精制复合颗粒，其包含单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒和聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒，其中少于1重量％的所述复合颗粒是包含≥5个单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒的聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒，其中99重量％的所述复合颗粒具有小于250nm的粒度，以及其中所述复合颗粒具有小于150nm的平均粒度，并且所述平均粒度是颗粒直径的加权平均。2.权利要求1所述的复合颗粒，其中所述复合颗粒具有选自以下的特征：(a)少于1wt％的所述复合颗粒是包含≥4个单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒的聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒；(b)99重量％的所述复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸿君，J，
申请(专利权)人：弗萨姆材料美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：