[发明专利]用于抛光由二氧化硅制成的表面的组合物

说明书

本发明涉及一种用于抛光半导体元件如二氧化硅的表面的稳定组合 物，一种抛光方法以及半导体材料的化学机械平坦化。

元件和装置尺寸的不断减小以及微电子电路集成密度的不断增加也导 致隔离/绝缘结构尺寸的减小。然而，这种减小导致对于再造形成提供有效 隔离/绝缘同时最小比例覆盖基材表面的平坦表面和结构的高要求。

抛光、清洁、研磨和平坦化经常利用包含悬浮形式固体颗粒的含水磨 料浆。在许多情况下，这些颗粒具有比周围液体介质高的密度并因此易于 沉积。例如，无机磨料的水悬浮液使用非常广泛。

无机磨料水悬浮液中颗粒的密度通常为水的多倍。通常值范围为例如 从接近2.2-2.7g/cm³(二氧化硅)至约3.4g/cm³(氮化硅)且至多15g/cm³(碳化 钨)。除了磨料颗粒的密度，其尺寸和形状对抛光操作的成功也有影响。

为了有效后处理用这种浆料处理的材料，浆料组合物必须具有高的且 优选材料特定的去除率并且基本上避免了划痕；在另一方面，它们应可以 快速且充分地从材料表面去除，这就是为什么低粘度是所用浆料的基本要 求之一。

例如，用于计算机芯片生产中的重要加工步骤化学机械平坦化(CMP) 的磨料浆的粘度通常不超过5mPas。

因为所用悬浮液中的分离可导致粘度变化，所以需要稳定这些组合物 并控制浆料颗粒的分离和/或沉积而不明显提高粘度。但这正是使用高密度 磨料的困难之处。现有技术中描述了各种聚合物添加剂。

US 6,971,945公开了一种用于抛光半导体表面的制剂，其中使用了包 含磨料、氧化剂、无机盐和络合剂(例如邻苯二甲酸)的酸性悬浮液。

DE-A 10 2005 058 272提出了一种用于表面多步化学机械平坦化的方 法，其中将金属氧化物磨料在水中的各种分散体(与助剂一起)连续施用至 二氧化硅表面上。

EP-A 0 373 501公开了水溶性聚合物在抛光混合物中的用途，这些聚 合物例如具有100000或更大的分子量且包含聚乙烯吡咯烷酮或例如瓜尔 胶与乙烯基单体的接枝共聚物。胶态硅酸盐作为EP-A 0 373 501中所述抛 光混合物中的磨料使用；即具有较低密度的磨料。

本发明的目的是提供耐用且经济稳定的抛光表面用含水组合物。

惊奇的是，我们发现该目的通过在含水组合物中掺入少量特定胶凝剂 或增稠剂实现。

各种胶凝剂由食品技术已知在某些情况下对溶液粘度具有显著影响。 这种凝胶剂的实例包括琼脂-琼脂、果胶、多糖、藻酸盐、淀粉、糊精、明 胶和酪蛋白。

通常认为本发明要用的特定胶凝剂(G)在浓度低于引起粘度急剧增加 的那些浓度时形成弱网络。这些网络能够使颗粒保持悬浮在静止液体中， 但另一方面被移动液体中的剪切力作用破坏并因此不会明显削弱流动性。

在第一方面，本发明提供了一种例如在半导体元件情况下用于抛光表 面的组合物。使表面平坦化可利用一种包含至少一种胶凝剂(G)以及磨料组 分(S)的含水组合物(Z)。

本发明还提供了一种抛光半导体元件表面(O)的方法，其中首先将含水 组合物(Z)施用至待抛光的表面(O)上，这种组合物(Z)尤其包含如下组分：

a)至少一种包含镧系元素氧化物的无机磨料组分(S)，

b)至少一种基于聚合物的有机分散剂组分(P)，

c)至少一种基于多糖的有机胶凝剂(G)，

d)作为溶解或分散介质的水，以及

e)合适的话其它助剂和添加剂材料，

其中在抛光操作过程中形成的磨蚀产物在达到所需平坦化(P)后通过简单 冲洗操作(V)与组合物(Z)的组分一起从抛光后的表面(O)除去。

待抛光的表面(O)可由不同材料形成，尤其是半导体元件的常用材料。

它优选例如由能以高效和高准确度除去的二氧化硅形成。

本发明的一个实施方案利用一种包含无机镧系元素氧化物，尤其是氧 化铈，优选二氧化铈作为无机磨料组分(S)的组合物(Z)。有用的镧系元素原 则上包括镧及后续元素(58-70)，合适氧化物组合的密度优选为3.5-9g/cm³， 尤其为5.0-8.0g/cm³。