[发明专利]包含含氧化铈磨料粒子的CMP组合物

说明书

本发明描述一种包含含氧化铈磨料粒子的化学机械抛光(CMP)组合物。

本发明涉及一种包含含氧化铈磨料粒子的化学机械研磨(CMP)组合物；用于制备根据本发明的CMP组合物的方法；用于制造半导体装置的方法，其包含在根据本发明的化学机械抛光(CMP)组合物存在下对基板进行化学机械抛光；涉及特定聚合物用于抑制分散于含水介质中的含氧化铈粒子凝聚和/或调整所述粒子的ζ电位的用途；还涉及抑制分散于含水介质中的含氧化铈粒子凝聚和/或调整所述粒子的ζ电位的方法。

在半导体工业中，化学机械抛光(缩写为CMP)为应用于制造先进的光子、微机电及微电子材料及装置(如半导体晶圆)中的熟知技术。

在制造用于半导体工业中的材料及装置期间，采用CMP以使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学作用与机械作用的相互作用以使表面平坦化。通过化学组合物(亦称为CMP浆体或CMP组合物)提供化学作用。通常通过经典型地按压于待抛光表面上且安装于移动压板上的抛光垫及通过分散于CMP组合物中的磨料粒子进行机械作用。压板移动通常为直线的、旋转的或轨道的。在典型CMP制程步骤中，旋转晶圆固持器使待抛光基板与抛光垫接触。CMP组合物通常施用于基板待抛光的表面与抛光垫之间。

尤其在制造集成电路及微机电装置中，在多层次结构的每一层次下进行的CMP制程步骤必须满足极高要求。描述这些要求的一个重要参数为材料移除速率(MRR)，即待抛光材料的移除速率。

CMP组合物典型地用于此含有充当磨料的无机材料的粒子及各种其他组分的领域。对于某些CMP应用，将胶状含氧化铈粒子用作研磨剂。基于氧化铈的CMP组合物已在浅沟槽隔离(STI)应用中得到了广泛关注，这是因为由于氧化铈对于二氧化硅的高化学亲和力(亦在此项技术中称为氧化铈的化学齿作用)其能够实现相对较高氧化物对氮化物的选择性。

通过胶体粒子的ζ电位判定分散胶体的稳定性。粒子的ζ电位为假定相对于本体溶液出现剪切力的平面处的电位。此平面(名为剪切面)位于双电层的扩散部分中且解释为流体动力可动流体与固定流体之间的尖锐边界(参见A.V.Delgado等人的Measurement andInterpretation of Electrokinetic Phenomena,Journal of Colloid and InterfaceScience309(2007),第194-224页)。ζ电位作为分散液的胶体稳定性的指标，可将其视为粒子的表面电荷的估值且视液体中的组成及pH值、温度、离子强度及离子种类而定。

在仅包含一种粒子(例如氧化铈粒子)的胶体中，在既定一组条件(液体中的pH值、温度、离子强度及离子种类)下所有粒子的ζ电位具有相同迹象。因此当粒子带有大量电荷时，静电斥力防止其凝结(絮凝)。

对于胶状氧化物，ζ电位强有力地视液体的pH值而定。在酸性区域的pH值下，胶状氧化物的粒子通常具有吸附于其表面上的H⁺离子。当pH值增加时，中和所吸附的H⁺离子，从而导致表面电荷降低直至达到等电点，此时各胶体氧化物粒子的总电荷为零。因此，粒子之间的静电斥力停止，以致由于凡得瓦尔力(Van der Waals force)的作用使得所述粒子可凝结成较大粒子(凝聚粒子)。对于胶状氧化铈，在不存在稳定添加剂的情况下，在5.5或低于5.5的pH值下ζ电位明显高于30mV，而当pH值上升高于6时明显降低，从而导致粒子凝结。

另一问题为在介电质基板的情况下，待通过CMP组合物抛光的基板表面亦带电。若待抛光的基板的电荷与研磨粒子的电荷相反，则磨料粒子由于静电引力吸附在带相反电荷的表面上且在抛光之后几乎不可移除。另一方面，若待抛光的材料的电荷符号与研磨粒子相同，则由于静电斥力抛光受阻。因此，材料移除速率及选择性强有力地视研磨剂的ζ电位与待抛光的材料的电荷之间的相互作用而定。出于此原因，磨料粒子优选不带有大量电荷。不幸的是，由于上述原因，降低磨料粒子的表面电荷的绝对值促进所述粒子凝结。

为了至少部分解决以上所说明的问题，已提出CMP组合物的若干添加剂，其将使磨料粒子的凝聚降至最低和/或改善各CMP组合物的材料移除速率及选择性。