[发明专利]复合颗粒、其精制方法及其用途

说明书

本文描述的是包含复合颗粒例如二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒的CMP制剂，其提供改善的平面化。本发明的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒具有较宽的尺寸分布和较小的核心颗粒尺寸的特征。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月27日提交的美国临时申请序列号62/577,978的优先权，该临时申请通过引用其全文并入本文。

背景技术

化学机械平面化(“CMP”)抛光组合物(CMP浆料、CMP组合物或CMP制剂可互换使用)用于制造半导体器件。本发明涉及包含精制的复合颗粒(用作磨料颗粒)的抛光组合物，其特别适用于抛光包含氧化硅材料的图案化半导体晶片。

氧化硅广泛用作半导体工业中的介电材料。集成电路(IC)制造工艺中存在若干CMP步骤，例如浅槽隔离(STI)、层间介电质(ILD)CMP和门电路poly-CMP等。典型的氧化物CMP浆料包含：磨料，含有或不含其它化学品。其他化学品可以是改善浆料稳定性的分散剂、提高去除速率的增效剂或降低去除速率并停止在另一个膜上的抑制剂，例如用于STI应用的SiN。

在先进的半导体技术节点，CMP浆料的期望特性是减少的缺陷、高去除速率、极低的晶片内去除速率不均匀性(WWNU)和低表面形态。对于去除速率具有极低WWNU是特别重要的。较高的不均匀性会导致晶片上区域中的过度抛光(在那里去除速率过高)以及抛光不足(在那里很少的材料被去除)。这会在晶片表面上产生不均匀的表面形态，这在半导体制造中是不期望的。因此，在垫、调理(conditioning)、抛光区压力调整方面需要相当程度的CMP工艺进步，以产生期望的均匀去除速率分布。

在CMP浆料中使用的常用磨料如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛等等中，二氧化铈以其对硅氧化物的高反应性而闻名，并且因为二氧化铈对二氧化硅的高反应性所产生的最高氧化物去除速率(RR)而广泛用于STI CMP浆料。

Cook等人(Lee M.Cook,Journal of Non-Crystalline Solids 120(1990)152-171)提出了“化学牙齿”机理以解释二氧化铈的这种非凡性质。根据该机理，当将二氧化铈颗粒压到氧化硅膜上时，二氧化铈断开二氧化硅键、形成Ce-O-Si结构并因此从表面切割二氧化硅。

CMP行业中使用的大多数二氧化铈是从煅烧-湿磨工艺制造的。所得二氧化铈具有锋利的边缘和非常宽的尺寸分布。它也具有非常大的“大颗粒计数(large particlecount)”(LPC)。所有这些据信都是缺陷和低产率的原因，特别是在晶片抛光后的划痕。也考虑了不同形式的含二氧化铈颗粒，例如胶体二氧化铈或二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒，以解决这些挑战性问题。

已经发现二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒特别可用于实现具有较低缺陷率的氧化硅膜的高去除速率(PCT/US16/12993、US2016358790、US2017133236、US201783673)。然而，仍然需要进一步改善去除速率、控制晶片内去除速率不均匀性(WWNU)并减少抛光缺陷。

本发明涉及可以实现所述性能要求的、抛光应用中的二氧化铈涂覆的复合颗粒。

因此，对于可以提供优异的晶片内去除速率不均匀性、更高的去除速率和低缺陷的CMP组合物、方法和系统存在明显的需要。

发明内容

本文描述了具有某些粒度分布的复合颗粒，其可用于制造CMP抛光组合物、浆料或用于抛光半导体晶片的制剂，其提供改善的平面化。

在一个方面，本发明是一种化学机械平面化(CMP)抛光组合物，所述组合物包含：

0.01重量％至20重量％的复合颗粒，所述复合颗粒包含二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒，其中粒度分布宽度的特征在于D50/(D99-D50)≤1.85，优选≤1.50，且更优选≤1.30，且最优选小于1.25；