[发明专利]胶态氧化硅化学-机械抛光浓缩物

说明书

化学机械抛光浓缩物，包含分散在液体载剂中的至少10重量％的胶态氧化硅研磨剂颗粒，所述化学机械抛光浓缩物具有在约1.5至约7范围内的pH值。所述胶态氧化硅研磨剂包含结合到其中的氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物。在使用前，相对于一份所述浓缩物，可使用至少3份水对所述浓缩物进行稀释。

相关申请

本申请要求2014年6月25日提交的名称为Colloidal Silica Abrasive for aChemical Mechanical Polishing Composition的美国临时申请第62/017,100号的优先权。

背景技术

许多化学-机械抛光(CMP)操作用于半导体器件的生产线前段工艺(front-end-of-the-line；FEOL)及生产线后段工艺(back-end-of-the-line；BEOL)加工这两者。举例而言，通常采用以下CMP操作。浅沟槽隔离(STI)是在晶体管形成之前使用的FEOL工艺。电介质(例如，原硅酸四乙酯(TEOS))沉积于形成在硅晶片中的开口中。接着，使用CMP工艺以移除过量TEOS，导致TEOS的预定图案嵌于该硅晶片中的结构。钨插塞与互连以及铜互连与双镶嵌工艺是BEOL工艺，其用于形成连接元件晶体管的金属线的网络。在这些工艺中，钨或铜金属沉积于形成在介电材料(例如，TEOS)中的开口中。CMP工艺用于自该电介质移除过量钨或铜以在其中形成钨或铜的插塞和/或互连。层间电介质(ILD)材料(例如TEOS)沉积于金属互连水平面(层，level)之间以在所述水平面之间提供电绝缘。通常采用ILD CMP步骤以在构建后续互连水平面之前使所沉积的绝缘材料光滑及平坦化。

在常规CMP操作中，待抛光的基板(晶片)安装于载具(抛光头)上，该载具进而安装于载具组件上并且定位成接触CMP装置(抛光工具)中的抛光垫。该载具组件给该基板提供可控的压力，将该基板压靠于该抛光垫上。化学-机械抛光组合物通常施加至该垫的表面，同时该基板及垫相对于彼此移动。基板与垫(及所施加的抛光组合物)的相对运动研磨该基板的表面并自其移除一部分材料，从而抛光该基板。该基板的抛光通常借助于抛光组合物的化学活性(例如，通过化学促进剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。

用于抛光(或平坦化)基板表面的化学-机械抛光组合物及方法已为本领域所熟知。用于抛光电介质的抛光组合物(也称为浆料)通常包括氧化硅(silica)或铈土(ceria)研磨剂。所使用的那些氧化硅研磨剂通常具有高的pH值及高的氧化硅浓度(例如，大于12重量％)。用于抛光金属层(例如钨或铜)的抛光组合物通常包含氧化硅或矾土(alumina)研磨剂以及各种化学促进剂，例如氧化剂、螯合剂、催化剂等。

如本领域中所熟知的，半导体行业经受持续且严重的价格下滑压力。为了维持经济上有利的CMP工艺，需要高的生产量，因此需要所抛光的原材料的高移除速率(例如，ILDCMP工艺可需要TEOS的高移除速率，而钨CMP工艺可需要钨的高移除速率)。该价格下滑压力还延伸至CMP耗材本身(例如，延伸至CMP浆料及垫)。这样的价格压力对浆料配方设计者造成挑战，因为降低成本的压力常常与所需的浆料性能指标相冲突。在该行业中，对于在降低的总成本下提供高生产量的CMP浆料存在实际需要。

发明内容

公开了用于对半导体基板进行抛光的化学-机械抛光浓缩物(经浓缩的抛光组合物)。该基板可包含硅氧(silicon oxygen)材料(例如，半导体晶片上的ILD层)。在一个实施方式中，该浓缩物包含基于水的液体载剂、分散在该液体载剂中的至少10重量％的胶态氧化硅研磨剂颗粒、及氨基硅烷化合物或鏻硅烷(phosphonium silane)化合物，该氨基硅烷化合物或鏻硅烷化合物结合到所述胶态氧化硅研磨剂颗粒的外表面的内部。该实施方式的pH值可在约1.5至约7的范围内。在使用前，相对于一份所述浓缩物，可使用至少3份水对所述浓缩物进行稀释。

附图说明

为了更全面地理解本文所公开的主题及其优点，现在参考结合附图的以下描述，所述附图描绘了具有聚集体分布的示例性胶态氧化硅颗粒的透射电子显微照片(TEM)。