CN113528026B - 包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、制造所述颗粒的方法以及抛光衬底的方法 - Google Patents

包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、制造所述颗粒的方法以及抛光衬底的方法 Download PDF

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Abstract

一种化学机械抛光组合物包含水，具有含有氮物质的二氧化硅芯、包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒，任选地氧化剂，任选地pH调节剂，任选地杀生物剂以及任选地表面活性剂。所述化学机械抛光组合物具有小于7的pH。还描述了一种对含有二氧化硅的衬底进行抛光的方法以及一种制造具有氧化铈、氢氧化铈或其混合物的涂层的复合胶体二氧化硅颗粒的方法。所述化学机械抛光组合物能够用于在酸性环境中提高二氧化硅从衬底的移除速率。

Description

包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、制造所述颗 粒的方法以及抛光衬底的方法
发明领域
本发明涉及一种包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、一种制造所述复合二氧化硅颗粒的方法以及一种抛光衬底的方法。更具体地，本发明涉及一种包含复合二氧化硅颗粒的化学机械抛光组合物、一种制造所述复合二氧化硅颗粒的方法和一种抛光衬底的方法，其中所述复合二氧化硅颗粒包括二氧化硅芯、氮物质、在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层、正ζ电位和酸性pH。
背景技术
在集成电路以及其他电子装置的制造中，将多层导电材料、半导电材料以及介电材料沉积在半导体晶片的表面上或从半导体晶片的表面上移除。可以通过若干种沉积技术来沉积导电材料、半导电材料以及介电材料的薄层。在现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、以及电化学电镀(ECP)。
随着材料层被依次地沉积和移除，晶片的最上表面变成非平面的。因为后续的半导体加工(例如，金属化)要求晶片具有平坦的表面，所以需要对晶片进行平坦化。化学机械平坦化、或化学机械抛光(CMP)是用于将衬底(诸如半导体晶片)平坦化的常见技术。在常规的CMP中，晶片被安装在托架组件上并且被定位成与CMP设备中的抛光垫接触。托架组件向晶片提供可控的压力，从而将晶片压靠在抛光垫上。所述垫通过外部驱动力相对于晶片移动(例如，旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其他抛光液。因此，通过垫表面和浆料的化学和机械作用将晶片表面抛光并且使其成为平面。
磨料是化学机械抛光浆料的主要组分。二氧化硅和二氧化铈纳米颗粒是两种最常见的组合物。二氧化硅颗粒由于其在玻璃抛光中的可用性和悠久历史而广泛用于化学机械抛光。更重要的是，在酸性pH范围内使用带正电荷的二氧化硅已使得能够在低二氧化硅wt％下提高氧化物移除速率。然而，它们的抛光移除速率和选择性在ILD和STI工艺中通常是不足的。因此，需要提供一种改善的二氧化硅，其使得能够在酸性pH下提高二氧化硅的移除速率。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含：
水；
胶体二氧化硅磨料颗粒，其包括包含氮物质的二氧化硅芯，在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层，以及正ζ电位；
任选地氧化剂；
任选地pH调节剂；
任选地杀生物剂；
任选地表面活性剂；以及
小于7的pH。
本发明还包括一种制造复合胶体二氧化硅磨料颗粒的方法，所述方法包括：
提供化学机械抛光组合物，其包含：
水；
包括含氮物质和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒；
0.0001wt％至1wt％的铈离子源；和
氧化剂；
任选地杀生物剂；
任选地表面活性剂；
向化学机械抛光组合物中添加碱性pH调节剂，以提供大于7的pH；
任选地在大于或等于35℃的温度下施加热量；以及
用酸性pH调节剂将所述化学机械抛光组合物的pH调节至小于7，以形成胶体复合二氧化硅颗粒，所述胶体复合二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅芯，涂覆所述二氧化硅芯的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物，以及正ζ电位。
本发明还提供一种用于对衬底进行化学机械抛光的方法，所述方法包括：
提供衬底，其中所述衬底包含二氧化硅；
提供化学机械抛光组合物，其包含：
水；
胶体二氧化硅磨料颗粒，其包括包含氮物质的二氧化硅芯，在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层，以及正ζ电位；
任选地氧化剂；
任选地pH调节剂；
任选地杀生物剂；
任选地表面活性剂；以及
小于7的pH；
提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；
用0.69至34.5kPa的下压力在所述化学机械抛光垫的抛光表面与所述衬底之间的界面处产生动态接触；以及
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或所述界面附近将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；并且其中所述衬底被抛光并且所述二氧化硅的一些被抛光掉。
本发明的化学机械抛光组合物和方法使得能够在酸性pH下提高二氧化硅的移除速率。
具体实施方式
如本说明书通篇所使用的，除非上下文另外指示，否则以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；mL＝毫升；μm＝微米；kPa＝千帕；
Figure BDA0003007346040000031
mm＝毫米；nm＝纳米；min＝分钟；rpm＝每分钟转数；lbs＝磅；kg＝千克；wt％＝重量百分比；RR＝移除速率；ZP＝ζ电位；mv＝毫伏；Si＝硅；Si3N4＝氮化硅；DEAMS＝(N,N-二乙基氨基甲基)三乙氧基硅烷，98％(宾夕法尼亚州莫里斯维尔Gelest公司(Gelest Inc.,Morrisville,PA))；TMOS＝原硅酸四甲酯；TMAH＝氢氧化四甲基铵；TEA＝四乙基铵；以及EDA＝乙二胺；EOPA＝3-乙氧基丙胺；Ti＝钛；TiN＝氮化钛；W＝钨；PS＝本发明的抛光浆料；CS＝对比抛光浆料。
术语“化学机械抛光”或“CMP”是指单独地凭借化学和机械力来抛光衬底的工艺，并且其区别于其中向衬底施加电偏压的电化学-机械抛光(ECMP)。术语“TEOS”意指由原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)分解而形成的氧化硅。在通篇说明书中，术语“组合物”和“浆料”可互换使用。术语“一个/种(a/an)”是指单数和复数二者。除非另外指出，否则所有百分比均为按重量计的。所有数值范围都是包含端值的，并且可按任何顺序组合，除了此数值范围被限制为加起来最高达100％是合乎逻辑的情况之外。
本发明的化学机械抛光组合物和方法可用于抛光包含二氧化硅的衬底。本发明的化学机械抛光组合物包含以下项(优选地由其组成)：水，包括二氧化硅芯、氮物质、在所述二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒、任选地氧化剂、任选地杀生物剂、任选地表面活性剂、任选地pH调节剂以及小于7的pH。优选地，二氧化硅芯上的铈化合物涂层由选自由氧化铈、氢氧化铈及其混合物的铈化合物组成的组的铈化合物组成。更优选地，胶体二氧化硅颗粒的二氧化硅芯上的铈化合物涂层是氢氧化铈。二氧化硅芯包含氮物质并具有净正ζ电位，其中二氧化硅芯被包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂覆，形成本发明的复合胶体二氧化硅颗粒。
本发明的化学机械抛光组合物中包含的水优选地是去离子水和蒸馏水中的至少一种，以限制附带的杂质。
本发明的化学机械抛光组合物包含0.1wt％至40wt％的胶体二氧化硅磨料颗粒，所述胶体二氧化硅磨料颗粒包括二氧化硅芯、氮物质、在二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层和净正ζ电位，优选1wt％至25wt％的胶体二氧化硅磨料颗粒，所述胶体二氧化硅磨料颗粒包括二氧化硅芯、氮物质、在二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层和净正ζ电位，更优选1wt％至20wt％，最优选10wt％至20wt％。包括二氧化硅芯、氮物质和在芯上的铈化合物涂层以及净正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒优选地具有如通过动态光散射技术(DLS)测量的<100nm、更优选50至90nm、最优选60至80nm的平均粒径。
在本发明的化学机械抛光组合物中，所提供的化学机械抛光组合物含有具有正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒，其中所述胶体二氧化硅磨料颗粒包括来自含氮化合物的含氮物质。此类含氮化合物可以掺入胶体二氧化硅磨料颗粒内，或者可以掺入胶体二氧化硅磨料颗粒的表面上，或者本发明的化学机械抛光组合物可以含有具有组合的胶体二氧化硅磨料颗粒作为初始组分，其中含氮化合物掺入具有正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒内，并且其中，含氮化合物掺入胶体二氧化硅磨料颗粒的表面上。
包含含氮化合物的胶体二氧化硅磨料颗粒是可商购的，或者可以如化学和胶体二氧化硅磨料颗粒文献中描述的由本领域普通技术人员制备。可商购的包含含氮化合物的胶体二氧化硅颗粒的实例为FUSOTM BS-3胶体二氧化硅(含有EOPA)(日本大版扶桑化学株式会社(Fuso Chemical Co.,Ltd.,Osaka,Japan))。此类胶体二氧化硅磨料颗粒优选通过本领域普通技术人员众所周知的Stober方法制备。
本发明的具有正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒包括(在胶体二氧化硅磨料颗粒的表面上、在胶体二氧化硅磨料颗粒内、或其组合)含氮化合物，所述含氮化合物包括但不限于具有以下通式的铵化合物：
R1R2R3R4N+(I)
其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C7-C12)芳基烷基和(C6-C10)芳基。此类基团可以被一个或多个羟基取代。可以由本领域或文献中已知的方法制备含有铵化合物的此类胶体二氧化硅磨料。
此类含氮铵化合物的实例是四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、乙基三甲基铵和二乙基二甲基铵。
含氮化合物还可包括但不限于具有氨基的化合物，诸如伯胺、仲胺、叔胺或季胺。此类含氮化合物还可包括具有一至八个碳原子的氨基酸，诸如赖氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、亚氨基二乙酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸和苏氨酸。
在各种实施例中，在本发明的胶体二氧化硅磨料颗粒中化学物质与二氧化硅的重量比优选为0.1wt％至10wt％。
任选地，但优选地，氨基硅烷化合物是掺入本发明的化学机械抛光组合物的胶体二氧化硅磨料颗粒的表面上或胶体二氧化硅磨料颗粒内的氨基硅烷化合物。此类氨基硅烷化合物包括但不限于伯氨基硅烷、仲氨基硅烷、叔氨基硅烷、季氨基硅烷和多足的(例如，二足的)氨基硅烷。氨基硅烷化合物可以包括基本上任何合适的氨基硅烷。可以用于实践本发明的氨基硅烷的实例是双(2-羟乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷)、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基丙基三烷氧基硅烷)、氨基丙基三烷氧基硅烷、(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷)、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苄基-N,N,N-三甲基铵、(双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二烷氧基硅烷、3-氨基丙基三烷氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、(N-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚乙烯亚胺、三烷氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、N-苯基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、4-氨基丁基-三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基氨基甲基)三乙氧基硅烷、以及其混合物。本领域普通技术人员容易理解，氨基硅烷化合物通常在水性介质中水解(或部分水解)。因此，通过列举氨基硅烷化合物，应理解，可以将氨基硅烷或其水解的(或部分水解的)物质或缩合的物质掺入胶体二氧化硅磨料颗粒中。
在各种实施例中，胶体二氧化硅磨料颗粒中氨基硅烷物质与二氧化硅的重量比优选为0.1wt％至10wt％、更优选0.25wt％至9wt％、甚至更优选0.5wt％至5wt％。
包括掺入胶体二氧化硅磨料颗粒内的含氮化合物的胶体二氧化硅磨料颗粒优选通过Stober方法制备，其中有机烷氧基硅烷诸如TMOS和TEOS用作二氧化硅合成的前体，并且含氮化合物用作催化剂。TMOS和TEOS作为前体在水性碱性环境中经受水解和缩合。用于维持碱性pH的催化剂是含氮物质，诸如但不限于氨、TMAH、TEA、EOPA和EDA。作为抗衡离子，这些含氮化合物在颗粒生长期间不可避免地被捕获在胶体二氧化硅磨料颗粒内部，因此导致包括内部掺入到胶体二氧化硅磨料颗粒内的含氮化合物的胶体二氧化硅磨料颗粒。包括掺入颗粒内的含氮化合物的可商购的胶体二氧化硅磨料颗粒的实例是从FUSOTM可获得的颗粒，诸如FUSO BS-3TM胶体二氧化硅磨料颗粒。
包含氮物质和正ζ电位的本发明的胶体二氧化硅颗粒包括在复合胶体二氧化硅颗粒的芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层。优选地，铈化合物选自由以下组成的组：氧化铈、氢氧化铈及其混合物。最优选地，复合二氧化硅颗粒的二氧化硅芯上的铈涂层是氢氧化铈。提供用于在二氧化硅颗粒的芯上形成铈化合物涂层的铈离子(铈(III)和铈(IV))的铈源包括但不限于乙酸铈、硝酸铈、硫酸铈、氯化铈、氟化铈、溴化铈、碘化铈、氧化铈、硝酸铈铵、硫酸铈铵、水合铈或其混合物。
铈离子源以0.0001wt％至1wt％、优选0.001wt％至0.5wt％、更优选0.01wt％至0.005wt％、最优选0.01wt％至0.002wt％的量包含在化学机械抛光组合物中。
任选地，所提供的化学机械抛光组合物含有pH调节剂。此类pH调节剂包括无机酸和羧酸。无机酸包括但不限于硝酸、硫酸、磷酸或其混合物。羧酸包括单羧酸和二羧酸。单羧酸包括但不限于乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸或其混合物。二羧酸包括但不限于丙二酸、草酸、琥珀酸、己二酸、马来酸、苹果酸、戊二酸、酒石酸、其盐或其混合物。更优选地，所提供的酸性化学机械抛光组合物含有二羧酸，其中所述二羧酸选自由以下组成的组：丙二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、其盐以及其混合物。还更优选地，所提供的酸性化学机械抛光组合物含有二羧酸，其中所述二羧酸选自由以下组成的组：丙二酸、草酸、琥珀酸、其盐以及其混合物。最优选地，所提供的酸性化学机械抛光组合物含有二羧酸琥珀酸或其盐。此类二羧酸包含在化学机械抛光组合物中以维持所希望的酸性pH。
可用于调节化学机械抛光组合物的pH的碱性化合物包括但不限于氨、氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化钠或其混合物。此类碱性化合物以维持所希望的pH的量包含在本发明的化学机械抛光组合物中。通常，此类碱性化合物用于在复合胶体二氧化硅颗粒的制备期间维持初始碱性pH，如下所述。
用于本发明的化学机械抛光方法中的化学机械抛光组合物具有小于7、优选2至6.5、更优选3至6、最优选4至5的最终pH。将化学机械抛光组合物维持在所希望的酸性pH范围下的最优选的pH调节剂是琥珀酸。
任选地，但优选地，本发明的化学机械抛光组合物包含氧化剂。氧化剂包括但不限于过氧化氢、单过硫酸盐、碘酸盐、过邻苯二甲酸镁、过乙酸和其他过酸、过硫酸盐、溴酸盐、过溴酸盐、过乙酸、高碘酸盐、硝酸盐、次氯酸盐及其混合物。优选地，氧化剂选自由以下组成的组：过氧化氢、高氯酸盐、过溴酸盐、高碘酸盐、过硫酸盐和过乙酸。更优选地，氧化剂是过氧化氢。
优选地，所提供的化学机械抛光组合物包含0.0001wt％至0.1wt％、更优选0.001wt％至0.05wt％、甚至更优选0.0025wt％至0.01wt％的氧化剂。
任选地，化学机械抛光组合物可以含有杀生物剂，诸如KORDEXTM MLX(9.5％-9.9％的甲基-4-异噻唑啉-3-酮、89.1％-89.5％的水以及≤1.0％的相关反应产物)或含有活性成分2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的KATHONTM ICP III，每个均由陶氏化学公司(KATHONTM和KORDEXTM是陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的商标)制造。此类杀生物剂可以以如本领域普通技术人员已知的常规量包含在本发明的酸性化学机械抛光组合物中。
任选地，本发明的化学机械抛光组合物包含表面活性剂。此类表面活性剂包括但不限于非离子表面活性剂，诸如酯、环氧乙烷、醇、乙氧基化物、硅化合物、氟化合物、醚、糖苷及其衍生物。表面活性剂还可以包括常规的阳离子表面活性剂。
表面活性剂可以以常规量，诸如但不限于0.001wt％至0.1wt％、优选0.001wt％至0.05wt％、更优选0.01wt％至0.05wt％、还更优选0.01wt％至0.025wt％被包含在化学机械抛光组合物中。
本发明进一步包括一种通过以下方式制造胶体复合二氧化硅颗粒的方法：提供一种化学机械抛光组合物，所述组合物包含水、包含氮物质并具有正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒、0.0001wt％至1wt％的铈离子源及其抗衡离子、氧化剂、任选地杀生物剂、任选地表面活性剂和pH调节剂(优选地由其组成)，以在初始提供大于7的碱性pH；然后接着提供pH调节剂以提供最终的酸性pH。
优选地，碱性pH为7.5或更大，更优选地碱性pH为8至12，甚至更优选地，碱性pH为8至11，最优选地，碱性pH为8至9。最终的酸性pH为小于7、优选2至6.5、更优选3至6、最优选4至5。
pH调节剂如上所述。最优选的碱性pH调节剂是氨。将化学机械抛光组合物维持在所希望的酸性pH范围下的最优选的pH调节剂是琥珀酸。
优选地，包含氮物质的本发明的胶体二氧化硅颗粒通过一锅湿法制备。铈化合物涂层是在水性介质中通过成核、缩聚或类似方法制备的。这与任何干法技术形成对比，在干法技术中，煅烧工艺典型地用于尝试和退火来自含二氧化铈的前体的氧化铈，以获得期望的结晶度，例如气相二氧化铈或热解二氧化铈。一锅法意味着湿法二氧化铈与二氧化硅芯颗粒均匀形成，而不形成沉淀或相分离，并且不需要后续的颗粒分离和再分散步骤。
优选地，制造本发明的胶体二氧化硅磨料颗粒的方法是依据通过添加氧化剂(优选过氧化氢)和铈离子源的一锅湿法。混合物是均匀的，并且观察颜色为红褐色。之后，在高温下老化所希望的时间量之前，用pH调节剂(诸如氨、氢氧化铵)或上述另一种碱性pH调节剂将pH调节至碱性范围，如下所述。冷却至室温后，浆料看起来是淡黄色的。然后将所述浆料滴定至化学机械应用的目标酸性pH。任选地，在施加氧化剂之前，本发明的二氧化硅颗粒可以使用本领域众所周知的常规方法用氨基硅烷化合物处理。所述方法提供了本发明的稳定的胶体二氧化硅磨料颗粒的形成。
在本发明的化学机械抛光组合物中包含氧化剂以及如上公开的铈离子源使得能够形成本发明的胶体二氧化硅颗粒，其中包含氮物质和正ζ电位的二氧化硅颗粒具有二氧化硅芯，所述二氧化硅芯具有包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的涂层。以上公开了本发明的氧化剂。最优选地，本发明的用于形成包含氮物质和正ζ电位的铈化合物涂覆的二氧化硅颗粒的氧化剂是过氧化氢。
任选地，但优选地，包含本发明的胶体二氧化硅磨料颗粒的化学机械抛光组合物可以通过在35℃或更高、优选35℃至80℃、更优选40℃至60℃、甚至更优选45℃至55℃的温度下加热化学机械抛光组合物来制备，所述胶体二氧化硅磨料颗粒包括具有氮物质的二氧化硅芯、正ζ电位和铈化合物涂层。
优选地，当化学机械抛光组合物被加热时，加热或老化进行6小时至336小时、更优选6小时至168小时、甚至更优选6小时至24小时、最优选6小时至12小时。
制造本发明的化学机械抛光组合物的方法还包括：提供化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物包含以下项(优选地由其组成)：水，包含氮物质、正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒，0.001wt％至1wt％的铈离子源及其抗衡离子，氧化剂，任选地杀生物剂，任选地表面活性剂和pH调节剂；提供碱性pH调节剂以添加到所述化学机械抛光组合物中，以提供大于7的pH；然后在35℃或更高、优选35℃至80℃、更优选40℃至60℃、甚至更优选45℃至55℃的温度下加热所述化学机械抛光组合物；以及向所述化学机械抛光组合物中添加pH调节剂以将pH降低至低于7，以提供胶体二氧化硅磨料颗粒，所述胶体二氧化硅磨料颗粒包括包含氮物质的二氧化硅芯，在二氧化硅芯上的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物涂层以及净正ζ电位。
在本发明的化学机械抛光方法中被抛光的衬底包括二氧化硅。衬底中的二氧化硅包括但不限于原硅酸四乙酯(TEOS)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、等离子体蚀刻的原硅酸四乙酯(PETEOS)、热氧化物、未掺杂的硅酸盐玻璃、高密度等离子体(HDP)氧化物。
任选地，在本发明的化学机械抛光方法中被抛光的衬底进一步包括氮化硅。如果存在的话，衬底中的氮化硅包括但不限于氮化硅材料，诸如Si3N4。
任选地，在本发明的化学机械抛光方法中被抛光的衬底还包括Ti、TiN、W或其组合。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫可以是本领域已知的任何合适的抛光垫。本领域普通技术人员知道选择用于本发明的方法中的适当的化学机械抛光垫。更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫选自织造抛光垫和非织造抛光垫。还更优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫包括聚氨酯抛光层。最优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，所提供的化学机械抛光垫包括含有聚合物中空芯微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。优选地，所提供的化学机械抛光垫在抛光表面上具有至少一个凹槽。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，在化学机械抛光垫与衬底之间的界面处或界面附近将所提供的化学机械抛光组合物分配到所提供的化学机械抛光垫的抛光表面上。
优选地，在本发明的抛光衬底的方法中，使用0.69至34.5kPa的垂直于被抛光衬底的表面的下压力，在所提供的化学机械抛光垫与衬底之间的界面处产生动态接触。
在抛光包括二氧化硅、氮化硅、Ti、TiN、W或其组合的衬底的方法中，在200mm的抛光机上在93-113转/分钟的压板速度、87-111转/分钟的托架速度、125-300mL/min的酸性化学机械抛光组合物流速、21.4kPa(3psi)的标称下压力下进行抛光；并且，其中所述化学机械抛光垫包括含有聚合物中空芯微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
以下实例旨在说明本发明，但是并不旨在限制其范围。
在以下实例中，除非另外指示，否则温度和压力条件是环境温度和标准压力。
在八英寸的毯覆式晶片上进行抛光移除速率实验。Applied Materials
Figure BDA0003007346040000112
抛光机用于所有实例。所有抛光实验均使用带有K7+R32凹槽的IC1000聚氨酯抛光垫，或VisionPad 6000TM聚氨酯抛光垫(从罗门哈斯电子材料CMP公司(Rohm and HaasElectronic Materials CMP Inc.)可商购)，用21kPa(3psi)的下压力、200-300mL/min的酸性化学机械抛光组合物流速、93rpm的台旋转速度以及87rpm的托架旋转速度进行。通过使用KLA-Tencor FX200度量工具测量抛光之前和之后的膜厚度来确定移除速率。
实例1
化学机械抛光组合物
以下化学机械抛光组合物为抛光浆料，并且通过包括下表1中公开的组分和量制备。将组分与余量去离子水组合。如下表2所示，用氨水将中间pH调节至8的pH，接着用琥珀酸将所述pH调节至5。
表1
Figure BDA0003007346040000111
1具有净正ζ电位的FUSO BS-3TM含氮胶体二氧化硅磨料颗粒(可从日本扶桑化学株式会社(Fuso Chemical Company,Ltd.,Japan)获得)。
表2
浆料 中间pH pH滴定剂 最终pH pH滴定剂
CS-1 8 氨水 5 琥珀酸
PS-1 8 氨水 5 琥珀酸
PS-2 8 氨水 5 琥珀酸
PS-3 8 氨水 5 琥珀酸
PS-4 8 氨水 5 琥珀酸
氧化铈和氢氧化铈化合物被涂覆在本发明的二氧化硅颗粒上，并且在5的最终酸性pH下形成本发明的化学机械抛光组合物的稳定的均匀分散体。最终的胶体二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅颗粒的芯、、DEAMS、正ζ电位和涂覆二氧化硅芯的氢氧化铈和氧化铈化合物。
表3
浆料 ZP(mv) 外观
CS-1 N/A 胶凝化
PS-1 14 部分沉淀物
PS-2 16 稳定的分散体
PS-3 20 稳定的分散体
PS-4 22 稳定的分散体
实例2
制备了以下水性化学机械抛光浆料。化学机械抛光组合物的余量是去离子水。每个浆料中的初始pH滴定剂是氨水，以提供8的碱性pH。在将pH升至8后，用琥珀酸将PS-5、CS-2、CS-3和CS-4的pH降至5。将浆料PS-6在55℃下老化6小时，并且在加热期间将化学机械抛光组合物的pH降低至最终pH为5的pH。
表4
Figure BDA0003007346040000121
氧化铈和氢氧化铈被涂覆在PS-5和PS-6的二氧化硅颗粒上，并且在5的最终酸性pH下形成化学机械抛光组合物的稳定的均匀分散体。最终的胶体二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅颗粒的芯、、DEAMS、正ζ电位和涂覆二氧化硅芯的氢氧化铈和氧化铈化合物。
表5
Figure BDA0003007346040000131
本发明的化学机械抛光组合物(PS-5和PS-6)示出比SiN和多晶硅移除速率提高的TEOS移除速率。
实例3
具有下表6中公开的组分和量，制备了以下化学机械抛光组合物。化学机械抛光组合物的余量是去离子水。用氨水将每种组合物的pH升至8的pH。将PS-7在55℃下热处理12小时。PS-7和CS-5的pH滴定剂是琥珀酸。将每种组合物的pH降至4.5。氧化铈和氢氧化铈被涂覆在PS-7的二氧化硅颗粒上，在4.5的最终酸性pH下形成化学机械抛光组合物的稳定的均匀分散体。最终的胶体二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅颗粒的芯、、DEAMS、正ζ电位和涂覆二氧化硅芯的氢氧化铈和氧化铈化合物。
表6
Figure BDA0003007346040000132
表7
浆料 TEOS RR SiN RR W RR Ti RR TiN RR
CS-5 3191 148 55 145 265
PS-7 3126 210 20 36 24

Claims (6)

1.一种制造化学机械抛光组合物的方法，所述方法包括：
提供一种组合物，其包含：
水；
包含氮物质和正ζ电位的胶体二氧化硅磨料颗粒；
氨基硅烷化合物；
0.0001-1wt％的铈离子源；
氧化剂；
任选地杀生物剂；
任选地表面活性剂；
向所述组合物中添加碱性pH调节剂，以提供大于7的pH；
任选地在大于或等于35℃的温度下施加热量；以及
用酸性pH调节剂将所述组合物的pH调节至小于7，以形成胶体复合二氧化硅颗粒，所述胶体复合二氧化硅颗粒包括包含氮物质的二氧化硅芯，氨基硅烷化合物，涂覆所述二氧化硅芯的包含氧化铈、氢氧化铈或其混合物的铈化合物，以及正ζ电位。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述铈离子源选自以下中的一种或多种：乙酸铈、硝酸铈、硫酸铈、氯化铈、溴化铈、氟化铈、碘化铈、氧化铈、水合铈、硝酸铈铵和硫酸铈铵。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述氧化剂是过氧化氢。
4.一种根据权利要求1所述的方法制造的化学机械抛光组合物。
5.一种用于对衬底进行化学机械抛光的方法，所述方法包括：
提供衬底，其中所述衬底包括氧化硅、氮化硅或其组合的介电材料；
提供如权利要求4所述的化学机械抛光组合物；
提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；
用0.69至34.5kPa的下压力在所述化学机械抛光垫的抛光表面与所述衬底之间的界面处产生动态接触；以及
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或所述界面附近将所述化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；
其中所述衬底被抛光；并且其中将至少一些二氧化硅从所述衬底上移除。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在200mm的抛光机上在93-113转/分钟的压板速度、87-111转/分钟的托架速度、125-300mL/min的化学机械抛光组合物流速、21.4kPa的标称下压力下进行抛光；并且其中，所述化学机械抛光垫包括含有聚合物中空芯微粒的聚氨酯抛光层以及聚氨酯浸渍的非织造子垫。
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TWI564380B (zh) * 2014-06-25 2017-01-01 卡博特微電子公司 銅障壁層化學機械拋光組合物
US9293339B1 (en) * 2015-09-24 2016-03-22 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of polishing semiconductor substrate
JP7062360B2 (ja) * 2016-12-28 2022-05-06 キヤノン株式会社 情報処理装置、情報処理装置の作動方法およびプログラム
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