聚合物膜的化學(xué)機(jī)械平坦化的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物及其在化學(xué)機(jī)械拋光基材中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路與其它電子裝置的制造中，導(dǎo)體、半導(dǎo)體、及介電材料的多個(gè)層沉積至 基材表面上或自基材表面上移除。導(dǎo)體、半導(dǎo)體、及介電材料的薄層可通過數(shù)種沉積技術(shù)而 沉積至基材表面上。常見于現(xiàn)代微電子處理的沉積技術(shù)包括物理氣相沉積(PVD)(也稱為瓣 鍛）、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)、及電化學(xué)鍛化CP)。
[0003] 隨著材料的層依序地沉積至基材上W及自基材上移除，基材的最上面的表面可變 成非平面的且需要平坦化。平坦化表面、或"拋光"表面，是其中材料自基材的表面移除W形 成總體上均勻、平坦的表面的處理。平坦化用于移除不需要的表面形貌(topogra地y)與表 面缺陷，如粗糖的表面、聚結(jié)的材料、晶格損傷(damage)、刮痕（scratch)、及污染的層或材 料。平坦化也可用于通過將過量的用于填滿特征(feature)的沉積材料移除而在基材上形 成特征，且為后續(xù)的金屬化與加工的水平面(level)提供平坦的表面。
[0004] 用于平坦化或拋光基材的表面的組合物與方法在此領(lǐng)域中廣為人知。化學(xué)機(jī)械平 坦化(planarization)、或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，是用于平坦化基材的常用技術(shù)。CMP是利用 化學(xué)組合物，也稱為CMP組合物或更簡單地稱為拋光組合物(也稱為拋光漿料），用于自基材 上選擇性移除材料。拋光組合物典型地通過使基材的表面與充滿該拋光組合物的拋光墊 (例如拋光布或拋光圓盤)接觸而施用于基材上?；牡膾伖獾湫偷馗柚趻伖饨M合物的 化學(xué)活性和/或懸浮于拋光組合物中的研磨劑或并入拋光墊中的研磨劑(例如固定研磨劑 拋光墊)的機(jī)械活性。
[0005] 基于二氧化娃的介電層經(jīng)常用于使形成于基材上的含有金屬的電路線絕緣。由于 基于二氧化娃的介電材料的介電常數(shù)相對地高，即，大約3.9或更高(取決于如剩余水分含 量等因素），導(dǎo)電層之間的電容也相對地高，其限制了在其電路可操作的速度(頻率）。相對 于二氧化娃具有較低介電常數(shù)的層間介電（ILD)材料可用于提供電氣絕緣并增加在其電路 可操作的頻率。聚合物膜已被認(rèn)為可作為此ILD材料使用，因?yàn)槠渚哂邢鄬Φ偷慕殡姵?shù)與 低的本征應(yīng)力水平（intrinsic stress level)。聚合物膜在氧化娃通孔（throu曲-silica via)應(yīng)用中也是重要的。
[0006] 拋光聚合物膜的方法是利用研磨劑顆粒的機(jī)械性質(zhì)W拋光聚合物。因此，移除速 率與研磨劑顆粒的硬度、拋光組合物中的固體含量水平、及所采用的特定拋光條件直接相 關(guān)。為了達(dá)成聚合物膜的較高的移除速率，需要硬的研磨劑顆粒、相對高的固體含量、及侵 蝕性(aggressive)拋光條件。然而，在拋光期間研磨劑顆?？赡芤鹨恍┤毕荩ň酆衔?的表面上的刮痕，其限制了性能。
[0007] 因此，高度需求一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物，其利用組合物的化學(xué)性質(zhì)至更顯著的 程度W拋光聚合物膜，由此在提高聚合物膜的移除速率時(shí)避免對高固體含量的需要并且展 現(xiàn)出良好的缺陷性能。仍然需要運(yùn)樣的拋光組合物及拋光方法，其在含有聚合物膜的基材 的拋光與平坦化期間將展現(xiàn)所期望的平坦化效率、均一性、及移除速率，同時(shí)使在拋光與平 坦化期間的缺陷性（detectivity)(例如表面不完全性及對下層結(jié)構(gòu)與形貌的損傷）最小 化。本發(fā)明提供運(yùn)樣的拋光組合物與方法。本發(fā)明的運(yùn)些及其它優(yōu)點(diǎn)、W及額外的發(fā)明特征 將由本文中提供的本發(fā)明的說明而變得明晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物，包含：（a)研磨劑顆粒，其包含氧化姉、氧化 錯(cuò)、氧化娃(silica)、氧化侶(alumina)或其組合，（b)金屬離子，其為路易斯酸，（C)配體，其 為芳族簇酸、芳族橫酸、芳族酸酷胺(芳族酷胺，aromatiC acid amide)、氨基酸、或經(jīng)徑基 取代的N-雜環(huán)，W及(d)水性載體，其中該化學(xué)機(jī)械拋光組合物的抑在語4的范圍內(nèi)。
[0009] 本發(fā)明更提供一種拋光基材的方法，包含：（i)提供基材，例如包含聚合物膜的基 材；（ii)提供拋光墊；（iii)提供化學(xué)機(jī)械拋光組合物，包含：（a)研磨劑顆粒，其包含氧化 姉、氧化錯(cuò)、氧化娃、氧化侶或其組合，（b)金屬離子，其為路易斯酸，（C)配體，其為芳族簇 酸、芳族橫酸、芳族酸酷胺、氨基酸、或經(jīng)徑基取代的N-雜環(huán)，W及(d)水性載體，其中該化學(xué) 機(jī)械拋光組合物的抑在1至4的范圍內(nèi)；（iv)使該基材與該拋光墊及該化學(xué)機(jī)械拋光組合物 接觸；W及(V)相對于該基材(如基材的表面上的聚合物膜），移動(dòng)該拋光墊和該化學(xué)機(jī)械拋 光組合物，從而磨除該基材的至少一部分W拋光該基材。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物，包含：（a)研磨劑顆粒，其包含氧化姉、氧化 錯(cuò)、氧化娃、氧化侶或其組合，（b)金屬離子，其為路易斯酸，（C)配體，其為芳族簇酸、芳族橫 酸、芳族酸酷胺、氨基酸、或經(jīng)徑基取代的N-雜環(huán)，W及(d)水性載體，其中該化學(xué)機(jī)械拋光 組合物的抑在1至4的范圍內(nèi)。
[0011] 研磨劑顆粒可W任何合適的濃度存在于拋光組合物中。期望地，該拋光組合物含 有低含量的研磨劑顆粒（即，低固體含量）。低固體含量期望地允許對將拋光的基材有用的 移除速率，同時(shí)使缺陷性及使用較高研磨劑水平(例如，大于2重量％ )所觀察到的基材的其 它組分的過度的移除速率最小化。例如，研磨劑顆粒可W0.01重量％或更多的濃度存在于 拋光組合物中，例如0.02重量％或更多、0.025重量％或更多、0.03重量％或更多、0.04重 量％或更多、0.05重量％或更多、0.075重量％或更多、0.1重量％或更多、0.25重量％或更 多、0.5重量％或更多、或0.7重量％或更多?？蛇x擇地，或者此外，研磨劑顆?？蒞2重量％ 或更少的濃度存在于拋光組合物中，例如1.75重量％或更少、1.5重量％或更少、1.25重 量％或更少、或1重量％或更少。優(yōu)選地，研磨劑顆粒W〇 .01重量％至1重量％、或0.01重 量％至0.05重量％的濃度存在于拋光組合物中。更優(yōu)選地，研磨劑顆粒W0.05重量％的濃 度存在于拋光組合物中。
[0012] 研磨劑顆?？蔀槿魏魏线m的研磨劑顆粒。優(yōu)選地，研磨劑顆粒為W下的金屬氧化 物研磨劑顆粒:氧化姉(例如姉氧化物(cerium oxide))、氧化錯(cuò)(例如錯(cuò)氧化物(zirconium oxide))、氧化娃(例如二氧化娃）、氧化侶(例如侶氧化物(aluminum oxide))、氧化鐵(例如 二氧化鐵）、氧化錯(cuò)(例如二氧化錯(cuò)、錯(cuò)氧化物(germanium oxide))、氧化儀(例如儀氧化物 (magnesium oxide))、其共形成產(chǎn)物、或其組合。更優(yōu)選地，研磨劑顆粒包含氧化姉、氧化 錯(cuò)、氧化娃、氧化侶、或其組合，研磨劑顆?；旧嫌裳趸瘖?、氧化錯(cuò)、氧化娃、氧化侶、或其 組合組成，或研磨劑顆粒由氧化姉、氧化錯(cuò)、氧化娃、氧化侶、或其組合組成。甚至更優(yōu)選地， 研磨劑顆粒包含氧化姉。最優(yōu)選地，研磨劑顆粒由氧化姉組成，且該化學(xué)機(jī)械拋光組合物不 包含其它研磨劑顆粒。
[0013] 金屬氧化物顆?？蔀槿魏魏线m類型的金屬氧化物顆粒，例如熱解(fumed)金屬氧 化物顆粒、沉淀（precipi1:ated)金屬氧化物顆粒、或縮聚（condensation-polymerized)金 屬氧化物顆粒(例如膠態(tài)金屬氧化物顆粒）。優(yōu)選地，金屬氧化物顆粒，特別是氧化姉顆粒， 為濕法(wet-process)顆粒(例如縮聚或沉淀顆粒），且并非為般燒(calcined)顆粒。
[0014] 金屬氧化物顆粒，特別是氧化姉、氧化錯(cuò)、氧化娃、及氧化侶顆粒，可具有任何合適 的顆粒尺寸。顆粒的顆粒尺寸為包圍該顆粒的最小球體的直徑。金屬氧化物顆粒可具有10 納米或更大的平均顆粒尺寸，例如15納米或更大、20納米或更大、25納米或更大、35納米或 更大、45納米或更大、50納米或更大、55納米或更大、60納米或更大、75納米或更大、或者100 納米或更大?？蛇x擇地，或者此外，金屬氧化物顆粒可具有250納米或更小的平均顆粒尺寸， 例如225納米或更小、200納米或更小、175納米或更小、160納米或更小、150納米或更小、125 納米或更小、115納米或更小、100納米或更小、90納米或更小、或者80納米或更小。例如，氧 化姉、氧化錯(cuò)、氧化娃、及氧化侶顆?？删哂?5納米至250納米的平均顆粒尺寸，例如35納米 至200納米、45納米至150納米、50納米至125納米、55納米至120納米、或60納米至115納米。
[0015] 研磨劑顆粒期望地懸浮于拋光組合物中，更具體地懸浮于拋光組合物的水性載體 中。當(dāng)使研磨劑顆粒懸浮于拋光組合物中時(shí)，其優(yōu)選是膠體穩(wěn)定的。術(shù)語"膠體"是指研磨劑 顆粒在水性載體中的懸浮液。膠體穩(wěn)定性是指該懸浮液隨時(shí)間的保持性。在本發(fā)明的上下 文中，如果當(dāng)將研磨劑顆粒懸浮液置于lOOmL量筒中并使其無攬動(dòng)地靜置2小時(shí)的時(shí)間時(shí)， 量筒底部50mL中的顆粒濃度（[B]，Wg/mL表示)與量筒頂部50mL中的顆粒濃度（[T]，Wg/mL 表示）之間的差除W研磨劑組合物中顆粒的初始濃度（[C]，Wg/mL表示）小于或等于0.5 (即，{[B]-[T]}/[C]含0.5)，則認(rèn)為研磨劑顆粒懸浮液是膠體穩(wěn)定的。[B]-[T]/[C]的值合 乎需要地小于或等于0.3，且優(yōu)選小于或等于0.1。
[0016] 拋光組合物包括金屬離子，其為路易斯酸。特定而言，拋光組合物包括一種或多種 其為路易斯酸的金屬離子。"其為路易斯酸的金屬離子"是指該金屬離子具有接受電子并進(jìn) 入還原態(tài)(reduced state)的能力。換句話說，其為路