[发明专利]用于化学机械抛光的组合物

说明书

本发明涉及一种能用于半导体工业的抛光组合物。更具体地说，本发明涉及使用Al₂O₃/SiO₂复合体颗粒作为主要研磨料，在不产生微划痕的情况下提高去除速率。

目前，集成电路密度的增加使制造商意识到薄晶片全面平整度的重要性。在这种情况下，作为一种平整化的方法，CMP(化学机械抛光)受到了广泛而深入的注意。

一般地，高集成度半导体器件的制造是通过交替沉积导电材料和绝缘材料并由此形成图形。如果表面不平，很难在表面上形成新的版图。对于高集成度半导体器件来说，需要最大程度地减小其特征尺寸并实现多层间的相互联接。全面平整化是达到上述目的的最重要的前提条件之一。

对于微处理器和DRAM的结构，其层次趋于增加，例如，作为第三代64MDRAM的金属层变为三层结构。如果薄膜沉积在不平的层上，由于加工的复杂性将产生一些问题。特别是对于照相制板工艺，当对一个不平的层进行处理时，入射光将发生漫反射，这将产生不精确的光刻胶图案。这样，就需要层间的结构简单化。为此，通过抛光掉不必在上面沉积的部分，使表面得到平整化，这可以有效地沉积更多的薄膜层。

在已知的平整化方法中，CMP是最有效的。目前其它得到发展的平整化方法有，例如SOG/Etch Back/ECR Depo&Etch，其工艺过程非常复杂，需要2～5个加工步骤，但CMP技术通过抛光和清洗可以简单地完成。

传统的用于半导体的CMP技术的抛光组合物或浆料通常含有金属氧化物。根据被抛光的材料，传统的抛光组合物或浆料可以大体分为三类：用于单晶硅的抛光组合物、用于绝缘层的抛光组合物以及用于金属线和插件的抛光组合物。

在半导体CMP技术中用得最多的是二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化铈(CeO₂)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)，如美国专利4959113、5354490、5516346和WO97/40030中所描述的，上述物质可以用发烟法或溶胶-凝胶法制得。最近还报导了一种组合物或浆，其中含有三氧化二锰(Mn₂O₃)(欧洲专利816457)或者氮化硅(SiN)(欧洲专利786504)。在上述参考专利中，这些金属氧化物是独立使用的，它们确定了抛光浆的性质和性能。例如，当处于酸性条件下的相对不稳定的分散状态时，含有二氧化硅的抛光浆产生的微划痕比含有氧化铝的抛光浆产生的少，但作为金属抛光浆使用时表现出了对阻挡材料去除速率的低。另一方面，含有氧化铝的抛光浆，与含有二氧化硅的抛光浆比，其优点在于在分散状态时更加稳定，并对阻挡材料有高的去除速率，但其严重的缺点是在抛光后会产生大量微划痕。

将上述抛光浆在物理性质和抛光性能上作了一定程度的改进，最近开发的抛光浆含有氧化铈、氧化锆、氧化钛、三氧化二锰或氮化硅，但仍没有在产业规模上稳定地建立起生产工艺，并且它比含有氧化硅或氧化铝的抛光浆价格贵。

并且，还有报导尝试复合使用两种或多种金属氧化物用于改善抛光性能。例如，美国专利5084071描述了氧化铝(Al₂O₃)颗粒的存在可提高以氧化硅为主要研磨料的抛光浆的抛光再现性。另外一种复合抛光浆请参考WO97/13889，其中描述了把氧化铝(α型)和相对软的金属氧化物结合在一起使用。这种复合抛光浆，与含有单一金属氧化物的抛光浆比，在去除速率和选择性上都表现出了好的效果，但仍有许多方面待进一步改进。例如，当抛光浆中同时存在大量的氧化铝(α型)和少量的氧化硅时，氧化物颗粒处于简单的混合状态，使得抛光浆的分散稳定性差，在储存中引起颗粒的聚集。因此，抛光浆产生沉淀。

对于本发明，经过本发明者多次对抛光组合物进行深入而彻底的研究，结果发现，细的Al₂O₃/SiO₂复合体颗粒增大了半导体晶片的去除速率，在抛光选择性上也是非常好的，并且抛光后不会产生微划痕。

因此，本发明的目的在于克服现有技术中遇到的问题，并提供一种在去除速率和抛光选择性方面都优越并不产生微划痕的抛光组合物。

根据本发明，抛光组合物由细Al₂O₃/SiO₂复合体基金属氧化物颗粒、去离子水和添加剂组成。