具有改进颗粒的化学机械抛光组合物制造技术

本发明专利技术涉及化学机械抛光组合物和用相同组合物对包含硅氧化物材料的基材进行化学机械抛光的方法。本发明专利技术尤其涉及包含二氧化铈磨粒的化学机械抛光组合物，所述磨粒的特征在于立方形态、在组合物中在1

【技术实现步骤摘要】
具有改进颗粒的化学机械抛光组合物


[0001]本专利技术属于化工
，具体涉及一种具有改进颗粒的化学机械抛光组合物。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(CMP)组合物通常用于集成电路和微机电系统工业中，用于通过化学和机械力的组合对诸如晶片的基材进行化学机械抛光。这些组合物通常是水溶液，包含分散在组合物中的各种化学添加剂和磨粒。CMP组合物也称为抛光浆料、CMP浆料或抛光组合物。CMP组合物极大地影响基材抛光和平滑化过程中的许多因素，例如基材的材料去除率、平坦化和缺陷率。
[0003]在诸如浅沟槽隔离的CMP应用中，层间介电(ILD)层中的基材通常包含电介质硅。工业中常用的含硅介电基材为二氧化硅、原硅酸四乙酯(TEOS)和氮化硅。含硅介电基材经常用含有二氧化铈磨粒的CMP组合物抛光。对于许多介电硅应用，需要包含具有高材料去除率的铈氧化物(二氧化铈)磨粒的CMP组合物。然而，具有高材料去除率的二氧化铈磨粒常常会导致在CMP处理期间基材中出现更多不希望的缺陷，例如划痕。尽管二氧化铈磨粒广泛用于抛光介电硅基材，但仍然需要包含二氧化铈磨粒的CMP组合物，其适合用于抛光含有硅氧化物的材料，在CMP处理过程中表现出材料去除率提高和基材中缺陷数目降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是克服现有技术的问题。具体来说，本专利技术的一个目的是提供一种用于抛光含有硅氧化物的基材的新型CMP组合物，其在CMP处理过程中一方面展现出高材料去除率，另一方面引起基材中更少的缺陷，如划痕。
[0005]本专利技术通过如下方案解决了上述问题：本专利技术的CMP组合物包含二氧化铈磨粒，其中所述二氧化铈磨粒具有立方形态，在组合物中pH1
‑
pH6下的zeta电位至少为10mV，陡度因子(steepness factor)至少为34。
[0006]CMP组合物(本文称为“组合物”)包含分散在水性载体中的磨粒，所述磨粒有助于在抛光过程中从基材表面去除材料。优选地，所述磨粒是选自铈氧化物(二氧化铈)、铝氧化物(氧化铝)、硅氧化物(二氧化硅)、锆氧化物(氧化锆)、钛氧化物(二氧化钛)、锗氧化物(氧化锗)、镁氧化物(氧化镁)、镍氧化物、镓氧化物(氧化镓)、钇氧化物(氧化钇)及其组合的金属氧化物磨粒。优选所述磨粒包含至少72wt(重量)％、更优选至少83wt％、更优选至少91wt％、更优选至少96wt％、最优选至少98wt％的二氧化铈。在特别优选的实施方案中，所述磨粒是二氧化铈磨粒。如本领域技术人员所知，二氧化铈是指稀土金属铈的氧化物，也称为氧化铈、铈氧化物或二氧化铈。
[0007]在一些实施方案中，所述二氧化铈磨粒是掺杂二氧化铈磨粒。合适的掺杂剂例如是金属离子(如Ca、Mg、Zn、Zr、Sc、Y)或镧系元素(如镧、镨、钕、钷或钐)。然而，发现本专利技术的磨粒即使在没有掺杂剂的情况下也可以表现出高去除率。因此，所述二氧化铈磨粒优选基本上不含掺杂剂。掺杂剂可作为杂质存在于磨粒中，杂质可源自用于制备磨粒的原料或起
始材料。
[0008]本文所用术语“基本上不含组分X”是指组合物，其实质上不包含所述组分X，即该组分至多可以作为杂质或污染物存在于所述组合物中，但不是作为单个组分添加到所述组合物中的。这意味着所述组分X没有以实质量添加。本专利技术的非实质量是小于30ppm，更优选小于20ppm，更优选小于10ppm，最优选小于1ppm的量。本文所用ppm是指重量ppm。
[0009]在使用时，所述组合物优选包含至少0.001wt％、更优选至少0.03wt％、更优选至少0.06wt％、更优选至少0.09wt％、最优选至少0.14wt％的磨粒。本文所用术语“使用时”是指在CMP过程中将所述组合物应用到基材表面的时候。如果磨粒的浓度太高，则颗粒会聚集，这会缩短组合物的保质期并在CMP处理过程中导致基材出现不希望的表面缺陷。因此，在使用时，所述组合物优选包含至多21.7wt％、更优选至多18.9wt％、更优选至多16.8wt％、更优选至多13.3wt％，最优选至多10.8wt％的磨粒。在优选的实施方案中，所述组合物包含0.03wt％至18.9wt％，更优选0.06wt％至16.8wt％，更优选0.09wt％至13.3wt％的磨粒。
[0010]所述磨粒可以作为单个颗粒、聚集体、附聚物及其混合物存在于所述组合物中。单个颗粒可以例如通过范德华力彼此附着，从而形成超过一个的单个颗粒的聚集体。聚集体自身可以例如通过物理相互作用进一步彼此附着，形成一个以上聚集体的附聚物。聚集体和附聚物的形成是可逆的。本文所用的术语磨粒是指单个颗粒、聚集体和附聚物。
[0011]已发现在CMP处理过程中，单个颗粒的大量聚集和附聚会导致基材表面上出现更多缺陷，如划痕和凹坑。单个颗粒以及聚集体和附聚物的数目可以由本领域技术人员通过透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)图像确定。分析应基于统计学上有意义的大量随机选择的颗粒，例如至少300个。优选所述磨粒的聚集体和附聚物的总和至多为磨粒的68.9wt％，更优选至多56.7wt％，更优选至多45.4wt％，更优选至多32.3wt％，最优选至多22.1wt％。较少的聚集体和附聚物可以例如通过解聚如过滤、研磨和本领域技术人员已知的其他过程来实现。
[0012]本专利技术的磨粒应具有合适的形态。颗粒的形态会影响颗粒的表面反应性并且影响材料去除率。所述形态可由本领域技术人员例如使用透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)图像确定。已发现具有球形形态的颗粒表现出较低的材料去除率。术语球形形态不限于完美的球体，是指没有实质性边缘和顶点(角)的任何圆形形态，例如球状、椭圆状、葡萄状结构等。优选所述磨粒具有球形形态的量至多为磨粒的34.6wt％，更优选至多为24.9wt％，更优选至多为13.8wt％，更优选最多为6.8wt％，最优选至多为3.1wt％。
[0013]已发现具有至少一个顶点的磨粒可表现出较高的材料去除率。优选所述磨粒具有选自立方体、四角锥、三棱柱、十二面体、二十面体、八面体、六角锥、六角棱柱、五角棱柱、圆锥、四面体、长方体、菱形、六角菱形及其混合物的形态。
[0014]在特别优选的实施方案中，所述磨粒具有立方体形态。已发现具有立方体形态的磨粒可以表现出更高的材料去除率。术语立方体形态是指任何类似立方体的形态，并不限于完美的立方体。例如，磨粒的一个或多个边缘可以稍微圆化，磨粒的一个或多个顶点可以稍微圆化，磨粒的一个或多个对棱可以稍微倾斜(不完全平行)，磨粒的一个或多个二面角可以略大于或小于90
°
，以及与完美立方体的其他差异。略微可指与完美立方体的偏差至多30％，更优选至多20％，最优选至多10％。优选所述磨粒具有立方体形态的量为磨粒的至少
31.3wt％，更优选至少49.2wt％，更优选至少68.4wt％，更优选至少76.3wt％，更优选至少86.7wt％，更优选至少93.8wt％，最优选至少98wt％。
[0015]所述磨粒的平均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含二氧化铈磨粒的化学机械抛光组合物，其中所述二氧化铈磨粒具有：立方形态，在所述组合物中在1
‑
6的pH下至少为10mV的zeta电位，和至少为34的陡度因子。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磨粒具有至多1.8的粒径分布因子。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磨粒具有至多18.6的斜率因子。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磨粒具有F
2g
峰，其通过拉曼光谱在532nm波长下测量的FWHM为至多26.97cm
‑1。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磨粒具有F
2g
峰，其通过拉曼光谱在532nm波长下测量的FWTM为最多35.78cm
‑1。6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磨粒具有至少4.51的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马庭轩，贾仁合，
申请(专利权)人：昂士特科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：