用于研磨硬质材料的CMP组合物制造技术

本公开涉及一种用于化学机械研磨(CMP)的浆体，其包括水性液体载剂、含有氧及阴离子的过渡金属化合物或包括过渡金属及氧或氢的多原子阳离子，及过氧化剂。所述含有氧及阴离子的过渡金属化合物的阴离子可包括氧硝酸根、氧氯化物、羟基氧化物、氧乙酸根、氧硫化物或氧硫酸根。所述过氧化剂可为过锰酸盐化合物。所述过氧化剂可为过锰酸盐化合物。所述过氧化剂可为过锰酸盐化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于研磨硬质材料的CMP组合物
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2020年1月31日申请的第62/968,480号美国临时专利申请案的优先权，所述案的全部内容是以引用的方式并入本文中。


[0003]本专利技术涉及硬质材料的化学机械研磨(CMP)，例如用于制造包含这些硬质材料的集成电路(IC)。

技术介绍

[0004]微电子器件晶片是用于形成集成电路。所述微电子器件晶片包括衬底(例如硅)，于所述衬底内将分区图案化以沈积具有绝缘、导电或半导电性质的不同材料。
[0005]为获得正确图案化，必须移除用于在衬底上形成层的过量材料。此外，为制造功能化且可靠的电路，在后续处理之前，准备平整或平坦的微电子晶片表面通常是重要的。因此，必须平坦化及/或研磨微电子器件晶片的某些表面。
[0006]化学机械研磨或平面化(“CMP”)是从微电子器件晶片的表面移除材料，并通过结合物理过程(例如磨损)及化学过程(例如氧化或螯合)平坦化并研磨所述表面的工艺。CMP以其最基本形式涉及将浆体(例如，磨料及活性化学物质的溶液)施加到研磨垫，抛光微电子器件晶片的表面，以实现移除、平坦化及研磨过程。通常移除或研磨过程无需包含纯物理或纯化学作用，而将两者协同组合以实现快速、均匀的移除。在集成电路的制造中，所述CMP浆体还应可优先移除包含金属及其它材料的复合层的膜，使得可产生高度平坦表面以进行后续微影术、图案化、蚀刻及薄膜处理。在常规CMP操作中，将衬底载体或研磨头安装在载体组合件上并放置于CMP装置中以与研磨垫接触。所述载体组合件向所述衬底提供可控压力以将所述衬底压在所述研磨垫上。所述垫是相对于所述衬底移动。
[0007]需改良硬质材料(例如金钢石、碳化物(例如碳化硅)、氮化物(例如氮化镓及氮化铝)，及非晶形碳，及其等混合化合物)的CMP研磨速率。非晶形碳还可具有使得化学反应非常困难并因此在CMP期间显现较低移除率的疏水表面。这些材料可用作集成电路(IC)及其它相关应用的电介质、蚀刻停止或相关功能。所述CMP工艺的整体摩擦较低且所述衬底表面上基本上不产生研磨缺陷通常是重要的。此外，由于在研磨期间，压力及速度增加，因此在研磨过程期间，需减小温升。在研磨过程期间减小的温升使得所述过程更稳定且可再现。

技术实现思路

[0008]在一个实施例中，本专利技术提供一种用于化学机械研磨(CMP)的浆体，其包含：
[0009]水性液体载剂；
[0010]选自氧硝酸盐、氧氯化物、氧硫酸盐、氧碳酸盐及C2‑
C
10
氧链烷酸盐的过渡金属含氧化合物；及
[0011]过氧化剂。
[0012]本专利技术的浆体组合物适用于化学机械研磨各种衬底，包括金钢石、碳化物(例如碳化硅)、氮化物(例如氮化镓)及氮化铝，及非晶形(硬质及软质)碳、石墨及其混合化合物。因此，本专利技术还提供一种用于化学机械研磨这些衬底的方法。在一个实施例中，本专利技术提供相对于二氧化硅膜，具有选择性地针对非晶形碳的高移除速率，且在某些实施例中，将所述浆体组合物中的净磨料含量降低到非常低的量或甚至零，同时仍实现高移除率。
附图说明
[0013]图1绘示可与本文公开的浆体及本文公开的方法一起使用的CMP装置的简化绘图。
[0014]图2绘示在用于CMP工艺中之前，混合第一组分及第二组分以形成本文公开的浆体的混合过程。
[0015]图3是材料移除率(nm/分钟)相比于压力乘以速度的图，比较过锰酸钾在5.5及1.2重量％下的浓度。
具体实施方式
[0016]如本说明书及所附权利要求书中使用，除非内容另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”及“所述”包括多个参考物。如本说明书及所附权利要求书中使用，除非内容另有明确规定，否则术语“或”一般以其包括“及/或”的含义采用。
[0017]术语“约”一般是指认为等同于列举值(例如，具有相同功能或结果)的数字范围。在许多情况下，术语“约”可包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。
[0018]使用端点表示的数值范围包括归入所述范围内的所有数字(例如，1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)。
[0019]在第一方面，本专利技术提供一种用于化学机械研磨(CMP)的浆体，其包含：
[0020]A.水性液体载剂；
[0021]B.a.含有氧及阴离子的过渡金属化合物；或
[0022]b.包含过渡金属及氧或氢的多原子阳离子；或
[0023]c.选自氧硝酸盐、氧氯化物、氧硫酸盐、氧碳酸盐及C2‑
C
10
氧链烷酸盐的过渡金属含氧化合物；及
[0024]C.过氧化剂。
[0025]换句话说，所述组合物包含A；及B中的至少一种，a.、b.或c；及C。
[0026]上文提及的水性液体载剂包含水。
[0027]在某些CMP工艺中，除其它添加剂外，所述浆体含有磨料颗粒及氧化剂(例如过锰酸钾或过锰酸钠、过氧化氢或过硫酸钾)。过锰酸盐是含有过锰酸根(VII)离子MnO
‑4的化学化合物的通用名。因为过锰酸盐的锰是呈+7氧化态，所以过锰酸根离子是强氧化剂。术语过硫酸盐(有时称为过氧硫酸盐或过氧二硫酸盐)是指含有阴离子SO
52
‑
或S2O
82
‑
的离子或化合物。
[0028]本文中称为“阳离子与阴离子的比率”，本文中缩写为CAR的术语是具有通式C
a
Y
b
的氧化剂的比率，其中“C”表示金属阳离子及Y表示阴离子。C的实例包括第1族碱金属(包括Na、K及Cs)，及第II族金属的实例包括钙及钡，及含有至少一个碳或一个氮原子(例如NH
4+
)。Y的实例包括离子，所述离子包括硝酸根(NO3‑
)、卤化物、硫酸根、硫化物及氧化物。如本文使
用的术语“a”及“b”分别是指阳离子及阴离子的化学式中的单位数。
[0029]因此，氧化剂C
a
Y
b
的CAR是由以下方程序给定：
[0030]CAR＝
‑
1.0*[(a)*(阳离子C的氧化数)]/[(b)*阴离子Y的氧化数)]。
[0031]第1族碱金属氧化剂(例如Na、K及Cs)及第II族金属氧化剂(例如钙或钡)的CAR值通常为1。对于KMnO4的特定过氧化合物氧化剂的情况，阴离子的氧化数是
‑
1.0及阳离子的氧化数是1.0，使得所述CAR值＝
‑
1.0*(1*1.0)/(1*
‑
1.0)＝1.00。对于过锰酸钙(Ca(MnO4)2)，阴离子的氧化数是
‑
1.0，而阳离子的氧化数是2，使得过锰酸钙的CAR值＝
‑
1.0*(1*2.0)/(2*
‑
1.0)＝1.00。
[0032]对于过氧化合物氧化剂，若本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于化学机械研磨(CMP)的浆体，其包含：水性液体载剂；选自氧硝酸盐、氧氯化物、氧硫酸盐、氧碳酸盐及C2‑
C
10
氧链烷酸盐的过渡金属含氧化合物；及过氧化剂。2.根据权利要求1所述的浆体，其中所述过氧化剂具有在0.0到1.0之间变化的阳离子与阴离子的比率(CAR)值。3.根据权利要求1所述的浆体，其包含：a)水；b)过氧化剂；及c)在溶液中形成选自ZrO+、ZrO
++
、NiO
+
、ZrOH
+
、HfO
+
、HfOH
+
、TiO
+
及TiO
++
的阳离子的至少一种化合物；及其中pH是约1到约5。4.根据权利要求3所述的浆体，其中所述过氧化剂是选自过锰酸钾及过锰酸钠。5.根据权利要求3所述的浆体，其中所述浆体包含c)且选自硝酸氧锆、氧氯化锆、硝酸氧镍、氧氯化镍、硝酸氧铪、氧氯化铪及C2‑
C
10
氧链烷酸锆。6.根据权利要求3所述的浆体，其进一步包含磨料氧化物颗粒，所述磨料氧化物颗粒包含氧化锆、二氧化硅、氧化铝
‑
氧化铈、水合金属氧化物、氧化锰涂布的颗粒及氧化铝中的至少一种。7.根据权利要求1所述的浆体，其进一步包含至少一种表面活性剂。8.根据权利要求1所述的浆体，其中所述浆体包含多原子阳离子，且其中所述多原子阳离子的浓度是0.01gm/升到20gm/升。9.根据权利要求1所述的浆体，其中所述浆体包含c)且选自硝酸氧锆、氧氯化锆、硝酸氧镍、氧氯化镍、硝酸氧铪、氧氯化铪及C2‑
C
10
氧链烷酸锆。10.根据权利要求3所述的浆体，其中所述过氧化剂包含0.01M到0.5M的浓度的过锰酸盐化合物。11.根据权利要求6所述的浆体，其中磨料氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金会公司，
类型：发明
国别省市：