用于介电质化学机械研磨的包含高分子量聚合物的基于二氧化硅的浆料组合物的制作方法

背景技术：

1、在集成电路和其它电子装置的制造中，多个导电、半导电和介电材料沉积于衬底表面上或从衬底表面去除。随着若干层材料依序地沉积于衬底上并且从所述衬底去除，衬底的最上部表面可能变为非平面的并且需要平坦化。平坦化表面或“研磨”表面为材料从衬底表面去除以形成大体上均匀平坦的表面的工艺。平坦化适用于去除不当的表面构形和表面缺陷，例如，粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮痕和被污染的层或材料。平坦化还适用于通过去除用于填充特征以及向后续层级的金属化和处理提供均匀表面的盈余的经沉积的材料，而在衬底上形成特征。

2、在所属领域中已熟知用于平坦化或研磨衬底表面的组合物和方法。化学机械平坦化或化学机械研磨(cmp)为用于平坦化衬底的常用技术。cmp利用已知为cmp组合物或更简单为研磨组合物(也称作研磨浆料)的化学组合物以供从衬底选择性地去除材料。通常通过使衬底表面与饱含研磨组合物的研磨垫(例如，研磨布或研磨盘)接触而将研磨组合物施加至衬底。通常通过研磨组合物的化学活动和/或悬浮于研磨组合物中或并入研磨垫(例如，固定的研磨剂研磨垫)中的研磨剂的机械活动而进一步辅助衬底的研磨。

3、随着集成电路的尺寸减小并且芯片上的集成电路的数目增加，构成所述电路的组件必须更近地安置在一起以便符合典型的芯片上可用的有限空间。电路之间的有效隔离对于确保最优选半导体性能来说为重要的。为此，将浅沟槽蚀刻至半导体衬底中并且用绝缘材料填充以分离所述集成电路的主动区域。举例来说，浅沟槽隔离(sti)为一种工艺，其中氮化硅层形成于硅衬底上，通过蚀刻或光刻形成浅沟槽，并且沉积介电层以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽的深度变化，通常需要于衬底的顶部上沉积过量介电材料以确保所有沟槽的完全填充。介电材料(例如氧化硅)与衬底的下方构形相符。

4、因此，在已放置介电材料之后，所沉积介电材料的表面特征为通过介电材料中的槽隔离的介电材料的凸起区域的不均匀组合，介电材料的凸起区域和槽与底层表面的对应的凸起区域和槽对准。包括凸起介电材料和沟槽的衬底表面的区域被称为衬底的图案化场，例如，被称为“图案化材料”、“图案化氧化物”或“图案化介电质”。所述图案化场的特征为“梯级高度”，其为介电材料的凸起面的高度相对于沟槽高度的差值。

5、通常通过cmp工艺去除过量介电材料，其另外提供平坦表面以便进一步处理。在去除凸起区域材料期间，也将去除一定量的来自沟槽的材料。此从沟槽的材料去除被称为“沟槽消蚀”或“沟槽损耗”。沟槽损耗为在通过消除初始梯级高度来实现图案化介电材料的平坦化时从沟槽去除的材料的量(例如以埃为单位的厚度)。沟槽损耗经计算为初始沟槽厚度减最终沟槽厚度。理想地，从沟槽去除材料的速率远低于从凸起区域去除的速率。因此，随着(以相较于从沟槽去除材料更快的速率)去除凸起区域的材料，图案化介电质变为可称为处理衬底表面的“毯覆式”区域，例如“毯覆式介电质”或“毯覆式氧化物”的高度平坦化表面。

6、研磨组合物的特征可为其研磨速率(即，去除速率)及其平坦化效率。研磨速率是指从衬底表面去除材料的速率并且通常依据每时间单位(例如，每分钟)的长度单位(例如以埃为单位的厚度)表示。与衬底的不同区域或与研磨步骤的不同层相关的不同去除比率在评定工艺性能中可为重要的。“图案化去除速率”或“主动去除速率”为在衬底展现显著梯级高度的工艺阶段时，从图案化介电层的凸起区域去除介电材料的速率。“毯覆式去除速率”是指在研磨步骤结束时从图案化介电层的平坦化(即，“毯覆式”)区域去除介电材料的速率，此时梯级高度显著地(例如，基本完全)减小。平坦化效率涉及梯级高度减小与从衬底去除的材料的量(即，梯级高度减小除以沟槽损耗)。特定来说，研磨表面(例如研磨垫)首先接触表面的“较高点”并且必须去除材料以形成平坦表面。在少量去除材料的情况下获得平坦表面的工艺被认为比需要去除更多材料以实现平坦度的工艺更有效。

7、对于sti工艺中的介电质研磨步骤，图案化材料的去除速率通常可为限速的，并且因此需要高去除速率以提高装置产出量。然而，通常高研磨剂(例如胶态二氧化硅)负载为达成高去除速率所必需的。因此，常规使用的含有高研磨剂(例如胶态二氧化硅)负载的研磨组合物成本过高。

8、因此，仍需要用于可展现图案化材料的较高去除速率而无需高研磨剂(例如胶态二氧化硅)负载的化学机械研磨的自停止cmp组合物和方法。

9、本发明提供此类研磨组合物和方法。本发明的这些和其它优势以及本发明的额外特征将从本文中所提供的本发明的描述显而易见。

技术实现思路

1、本发明提供一种化学机械研磨组合物，其包含：(a)约0.001重量％至约10重量％的二氧化硅研磨剂；(b)具有约400kda至约7,000kda的重均分子量的阴离子聚合物；和(c)水，其中所述研磨组合物的粘度为至少约1cps，粘度(cps)与二氧化硅研磨剂重量％的比率为约0.2cps/重量％至约1.5cps/重量％，并且ph为约9至约12。

2、本发明还提供一种化学机械研磨组合物，其包含：(a)约0.001重量％至约10重量％的二氧化硅研磨剂；(b)具有约300kda至约7,000kda的重均分子量的非离子聚合物；和(c)水，其中所述研磨组合物的粘度为至少约1.2cps，并且ph为约9至约12。

3、本发明进一步提供化学机械研磨衬底的方法，其包含：(i)提供衬底，(ii)提供研磨垫，(iii)提供化学机械研磨组合物，其包含：(a)约0.001重量％至约10重量％的二氧化硅研磨剂；(b)具有约400kda至约7,000kda的重均分子量的阴离子聚合物；和(c)水，其中所述研磨组合物的粘度为至少约1cps，粘度(cps)与二氧化硅研磨剂重量％的比率为约0.2cps/重量％至约1.5cps/重量％，并且ph为约9至约12，(iv)使衬底与研磨垫和化学机械研磨组合物接触，以及(v)相对于衬底移动研磨垫和化学机械研磨组合物以打磨衬底的至少一部分，从而研磨衬底。

4、本发明又进一步提供化学机械研磨衬底的方法，其包含：(i)提供衬底，(ii)提供研磨垫，(iii)提供化学机械研磨组合物，其包含：(a)约0.001重量％至约10重量％的二氧化硅研磨剂；(b)具有约300kda至约7,000kda的重均分子量的非离子聚合物；和(c)水，其中所述研磨组合物的粘度为至少约1.2cps，并且ph为约9至约12，(iv)使衬底与研磨垫和化学机械研磨组合物接触，以及(v)相对于衬底移动研磨垫和化学机械研磨组合物以打磨衬底的至少一部分，从而研磨衬底。

技术特征：

1.一种化学机械研磨组合物，其包含：

2.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述研磨组合物包含约3.5重量％至约8重量％的二氧化硅研磨剂。

3.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述研磨组合物包含约3.5重量％至约5重量％的二氧化硅研磨剂。

4.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述研磨组合物的ph为约10至约12。

5.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述研磨组合物的粘度为至少约2cps。

6.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述研磨组合物的粘度(cps)与二氧化硅研磨剂重量％的比率为约0.4cps/重量％至约1.5cps/重量％。

7.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述聚合物具有约1000kda至约7000kda的重均分子量。

8.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述聚合物具有约2000kda至约4000kda的重均分子量。

9.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述聚合物包含阴离子聚合物，所述阴离子聚合物包含阴离子单体，所述阴离子单体包含羧酸基、膦酸基、磺酸基或其组合。

10.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述聚合物包含阴离子聚合物，所述阴离子聚合物包含选自以下的阴离子单体：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、苯乙烯磺酸盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丁烷磺酸、[2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]丙基]-膦酸、马来酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、其盐及其组合。

11.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述聚合物包含选自以下的阴离子聚合物：羧甲基纤维素、疏水改性聚丙烯酸酯共聚物、聚-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、聚苯乙烯磺酸盐、其盐及其组合。

12.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述研磨组合物包含约100ppm至约2000ppm的所述聚合物。

13.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述二氧化硅研磨剂的平均透射电子显微镜(tem)等效直径为约60nm至约150nm。

14.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述二氧化硅研磨剂的平均透射电子显微镜(tem)等效直径为约80nm至约120nm。

15.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述二氧化硅研磨剂的平均长宽比为至少1.1。

16.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述二氧化硅研磨剂的平均长宽比为至少1.25。

17.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述二氧化硅研磨剂的平均布厄特(bet)表面积为约20cm2/g至约60cm2/g。

18.根据权利要求1所述的研磨组合物，其中所述二氧化硅研磨剂的平均布厄特(bet)表面积为约30cm2/g至约45cm2/g。

19.一种化学机械研磨组合物，其包含：

20.根据权利要求19所述的研磨组合物，其中所述非离子聚合物选自聚氧化烯、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯酰胺、疏水改性聚丙烯酰胺、纤维素、疏水改性纤维素、硅氧烷聚氧化烯共聚物、疏水改性聚丙烯酸酯聚合物、多糖、疏水改性多糖、聚苯乙烯及其组合。

21.一种化学机械研磨衬底的方法，其包含：

22.一种化学机械研磨衬底的方法，其包含：

技术总结本发明提供一种化学机械研磨组合物，其包含：(a)约3.0重量％至约10重量％的二氧化硅研磨剂；(b)具有约400kDa至约7000kDa的重均分子量的阴离子聚合物；和(c)水，其中所述研磨组合物的粘度为至少约1cPs，粘度(cPs)与二氧化硅研磨剂重量％的比率为约0.2cPs/重量％至约1.5cPs/重量％，并且pH为约9至约12。本发明额外提供一种化学机械研磨组合物，其包含：(a)约3.0重量％至约10重量％的二氧化硅研磨剂；(b)具有约300kDa至约7000kDa的重均分子量的非离子聚合物；和(c)水，其中所述研磨组合物的粘度为至少约2cPs，并且pH为约9至约12。本发明还提供使用所述组合物来化学机械研磨衬底、尤其包含氧化硅、氮化硅、多晶硅或其组合的衬底的方法。技术研发人员：B·赖斯,B·约翰逊,S·奈克,吕龙岱,K·朗,E·纳普顿,D·罗贝洛,S·布鲁斯南受保护的技术使用者：CMC材料有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11