[发明专利]包含无机粒子与聚合物粒子的化学机械抛光(CMP)组合物

说明书

本发明基本上涉及化学机械抛光(CMP)组合物及其在抛光半导体工业的基材中的用途。本发明的CMP组合物包含无机粒子及聚合物粒子，且显示改进的抛光性能。

在半导体工业中，化学机械抛光(简写为CMP)为应用于制造先进光子、微机电及微电子材料及装置(例如半导体晶片)的知名技术。

在制造用于半导体工业中的材料及装置期间，CMP用于使金属和/或氧化物表面平坦化。CMP利用化学与机械作用的相互作用实现待抛光表面的平坦化。化学作用由化学组合物(也称作CMP浆液或CMP组合物)提供。机械作用通常由典型地压在待抛光表面上且安放在移动压板上的抛光垫进行。压板的移动通常为线性、旋转或轨道式。

在典型CMP工艺步骤中，旋转晶片夹持具使待抛光晶片与抛光垫接触。CMP浆液或CMP组合物通常是涂覆在待抛光晶片与抛光垫之间。

有两种待抛光表面：未结构化表面，其为在整个表面区域上具有极类似高度的毯覆式(blanket)表面；及图案化表面，其为在整个表面区域上通常显示规则或重复高度差的结构化表面。

尤其在制造集成电路及微机电装置中，对于在多层结构的各层进行的CMP工艺步骤，必须满足极高要求。这些要求可由一系列参数描述，尤其是：材料移除速率(MRR)，其为移除待抛光材料的速度；梯段高度减小(SHR)，其仅适用于图案化表面且为抛光之前与之后规则凸出特征的高度之间的差值。

典型地用于此领域中的CMP组合物含有用作研磨剂的无机粒子(例如二氧化硅及氧化铝)及各种添加剂。若将仅含无机研磨粒子的分散体用于CMP，则在CMP步骤中由于这些粒子的硬度可能在待抛光表面上产生不当刮痕。添加剂如聚合物粒子有助于克服此问题：由于其相比于无机粒子硬度显著更低且弹性更高，故可使用包含聚合物粒子的分散体减少待抛光表面上的刮痕。

在现有技术中，包含无机粒子及聚合物粒子的CMP组合物是众所周知的，其中无机粒子通常与聚合物粒子以两种方式中的至少一种相互作用：(a)经由化学结合相互作用；(b)经由静电结合相互作用。静电结合被认为是在无机粒子与聚合物粒子具有相反电荷时发生。粒子的电荷可以所谓的ζ电位表示，其取决于粒子所分散于其中的介质的pH值。

包含无机粒子及与无机粒子静电结合的聚合物粒子的CMP组合物描述于例如以下参考文献中。

EP 1036836B1公开一种包含聚合物粒子、无机粒子及水的CMP用水分散体，其中所述聚合物粒子的ζ电位与所述无机粒子的ζ电位具有相反符号。所述粒子静电结合以形成复合粒子。此专利也公开所述水分散体的制备方法，其包括以下步骤：(1)向水中添加聚合物粒子及无机粒子，(2)调节pH值使得聚合物粒子的ζ电位与无机粒子的ζ电位具有相反符号，(3)使聚合物粒子与无机粒子聚集以形成复合粒子。

EP 1243611A1中公开一种制备用于CMP的水分散体的类似方法，其包括制备“预分散体”。所述“预分散体”含有具有相同符号的ζ电位的聚合物粒子及无机粒子。该“预分散体”本身并不供CMP使用，而是在另一步骤中转化为即用型CMP分散体，即通过pH值调节逆转ζ电位的符号。

本发明的目的在于提供一种适合于介电基材表面CMP的CMP组合物。寻求一种可产生高材料移除速率(MRR)和/或高梯段高度减小(SHR)，且为即用型组合物的CMP组合物。

此外，将提供各别CMP工艺。

本发明的上述及其他目的通过如下CMP组合物实现，其包含：

(A)至少一种分散于液体介质(C)中的无机粒子，

(B)至少一种分散于液体介质(C)中的聚合物粒子，

(C)液体介质，

其中在液体介质(C)中的无机粒子(A)的ζ电位与在液体介质(C)中的聚合物粒子(B)的ζ电位具有相同符号。

此外，本发明的上述及其他目的由制备CMP组合物的如下方法实现，其包括将至少一种无机粒子(A)及至少一种聚合物粒子(B)分散于液体介质(C)中，其中在液体介质(C)中无机粒子(A)的ζ电位与在液体介质(C)中聚合物粒子(B)的ζ电位具有相同符号。

此外，已发现制造半导体装置的方法，其包括在本发明的CMP组合物存在下对介电基材的表面进行化学机械抛光。

此外，已发现本发明CMP组合物的用途，其用于对半导体工业中所用的基材的表面进行化学机械抛光。

优选实施方案在权利要求书及说明书中说明。应了解优选实施方案的组合属于本发明的范畴。