聚合物膜的化学机械平坦化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种化学机械抛光组合物及其在化学机械抛光基材中的用途。
【背景技术】
[0002] 在集成电路与其它电子装置的制造中，导体、半导体、及介电材料的多个层沉积至 基材表面上或自基材表面上移除。导体、半导体、及介电材料的薄层可通过数种沉积技术而 沉积至基材表面上。常见于现代微电子处理的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为瓣 锻）、化学气相沉积(CVD)、等离子体加强的化学气相沉积(PECVD)、及电化学锻化CP)。
[0003] 随着材料的层依序地沉积至基材上W及自基材上移除，基材的最上面的表面可变 成非平面的且需要平坦化。平坦化表面、或"抛光"表面，是其中材料自基材的表面移除W形 成总体上均匀、平坦的表面的处理。平坦化用于移除不需要的表面形貌(topogra地y)与表 面缺陷，如粗糖的表面、聚结的材料、晶格损伤(damage)、刮痕（scratch)、及污染的层或材 料。平坦化也可用于通过将过量的用于填满特征(feature)的沉积材料移除而在基材上形 成特征，且为后续的金属化与加工的水平面(level)提供平坦的表面。
[0004] 用于平坦化或抛光基材的表面的组合物与方法在此领域中广为人知。化学机械平 坦化(planarization)、或化学机械抛光(CMP)，是用于平坦化基材的常用技术。CMP是利用 化学组合物，也称为CMP组合物或更简单地称为抛光组合物(也称为抛光浆料），用于自基材 上选择性移除材料。抛光组合物典型地通过使基材的表面与充满该抛光组合物的抛光垫 (例如抛光布或抛光圆盘)接触而施用于基材上。基材的抛光典型地更借助于抛光组合物的 化学活性和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂或并入抛光垫中的研磨剂(例如固定研磨剂 抛光垫)的机械活性。
[0005] 基于二氧化娃的介电层经常用于使形成于基材上的含有金属的电路线绝缘。由于 基于二氧化娃的介电材料的介电常数相对地高，即，大约3.9或更高(取决于如剩余水分含 量等因素），导电层之间的电容也相对地高，其限制了在其电路可操作的速度(频率）。相对 于二氧化娃具有较低介电常数的层间介电（ILD)材料可用于提供电气绝缘并增加在其电路 可操作的频率。聚合物膜已被认为可作为此ILD材料使用，因为其具有相对低的介电常数与 低的本征应力水平（intrinsic stress level)。聚合物膜在氧化娃通孔（throu曲-silica via)应用中也是重要的。
[0006] 抛光聚合物膜的方法是利用研磨剂颗粒的机械性质W抛光聚合物。因此，移除速 率与研磨剂颗粒的硬度、抛光组合物中的固体含量水平、及所采用的特定抛光条件直接相 关。为了达成聚合物膜的较高的移除速率，需要硬的研磨剂颗粒、相对高的固体含量、及侵 蚀性(aggressive)抛光条件。然而，在抛光期间研磨剂颗粒可能引起一些缺陷，包括聚合物 的表面上的刮痕，其限制了性能。
[0007] 因此，高度需求一种化学机械抛光组合物，其利用组合物的化学性质至更显著的 程度W抛光聚合物膜，由此在提高聚合物膜的移除速率时避免对高固体含量的需要并且展 现出良好的缺陷性能。仍然需要运样的抛光组合物及抛光方法，其在含有聚合物膜的基材 的抛光与平坦化期间将展现所期望的平坦化效率、均一性、及移除速率，同时使在抛光与平 坦化期间的缺陷性（detectivity)(例如表面不完全性及对下层结构与形貌的损伤）最小 化。本发明提供运样的抛光组合物与方法。本发明的运些及其它优点、W及额外的发明特征 将由本文中提供的本发明的说明而变得明晰。
【发明内容】
[0008] 本发明提供一种化学机械抛光组合物，包含：（a)研磨剂颗粒，其包含氧化姉、氧化 错、氧化娃(silica)、氧化侣(alumina)或其组合，（b)金属离子，其为路易斯酸，（C)配体，其 为芳族簇酸、芳族横酸、芳族酸酷胺(芳族酷胺，aromatiC acid amide)、氨基酸、或经径基 取代的N-杂环，W及(d)水性载体，其中该化学机械抛光组合物的抑在语4的范围内。
[0009] 本发明更提供一种抛光基材的方法，包含：（i)提供基材，例如包含聚合物膜的基 材；（ii)提供抛光垫；（iii)提供化学机械抛光组合物，包含：（a)研磨剂颗粒，其包含氧化 姉、氧化错、氧化娃、氧化侣或其组合，（b)金属离子，其为路易斯酸，（C)配体，其为芳族簇 酸、芳族横酸、芳族酸酷胺、氨基酸、或经径基取代的N-杂环，W及(d)水性载体，其中该化学 机械抛光组合物的抑在1至4的范围内；（iv)使该基材与该抛光垫及该化学机械抛光组合物 接触；W及(V)相对于该基材(如基材的表面上的聚合物膜），移动该抛光垫和该化学机械抛 光组合物，从而磨除该基材的至少一部分W抛光该基材。
【具体实施方式】
[0010] 本发明提供一种化学机械抛光组合物，包含：（a)研磨剂颗粒，其包含氧化姉、氧化 错、氧化娃、氧化侣或其组合，（b)金属离子，其为路易斯酸，（C)配体，其为芳族簇酸、芳族横 酸、芳族酸酷胺、氨基酸、或经径基取代的N-杂环，W及(d)水性载体，其中该化学机械抛光 组合物的抑在1至4的范围内。
[0011] 研磨剂颗粒可W任何合适的浓度存在于抛光组合物中。期望地，该抛光组合物含 有低含量的研磨剂颗粒（即，低固体含量）。低固体含量期望地允许对将抛光的基材有用的 移除速率，同时使缺陷性及使用较高研磨剂水平(例如，大于2重量％ )所观察到的基材的其 它组分的过度的移除速率最小化。例如，研磨剂颗粒可W0.01重量％或更多的浓度存在于 抛光组合物中，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。可选择地，或者此外，研磨剂颗粒可W2重量％ 或更少的浓度存在于抛光组合物中，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。优选地，研磨剂颗粒W〇 .01重量％至1重量％、或0.01重 量％至0.05重量％的浓度存在于抛光组合物中。更优选地，研磨剂颗粒W0.05重量％的浓 度存在于抛光组合物中。
[0012] 研磨剂颗粒可为任何合适的研磨剂颗粒。优选地，研磨剂颗粒为W下的金属氧化 物研磨剂颗粒:氧化姉(例如姉氧化物(cerium oxide))、氧化错(例如错氧化物(zirconium oxide))、氧化娃(例如二氧化娃）、氧化侣(例如侣氧化物(aluminum oxide))、氧化铁(例如 二氧化铁）、氧化错(例如二氧化错、错氧化物(germanium oxide))、氧化儀(例如儀氧化物 (magnesium oxide))、其共形成产物、或其组合。更优选地，研磨剂颗粒包含氧化姉、氧化 错、氧化娃、氧化侣、或其组合，研磨剂颗粒基本上由氧化姉、氧化错、氧化娃、氧化侣、或其 组合组成，或研磨剂颗粒由氧化姉、氧化错、氧化娃、氧化侣、或其组合组成。甚至更优选地， 研磨剂颗粒包含氧化姉。最优选地，研磨剂颗粒由氧化姉组成，且该化学机械抛光组合物不 包含其它研磨剂颗粒。
[0013] 金属氧化物颗粒可为任何合适类型的金属氧化物颗粒，例如热解(fumed)金属氧 化物颗粒、沉淀（precipi1:ated)金属氧化物颗粒、或缩聚（condensation-polymerized)金 属氧化物颗粒(例如胶态金属氧化物颗粒）。优选地，金属氧化物颗粒，特别是氧化姉颗粒， 为湿法(wet-process)颗粒(例如缩聚或沉淀颗粒），且并非为般烧(calcined)颗粒。
[0014] 金属氧化物颗粒，特别是氧化姉、氧化错、氧化娃、及氧化侣颗粒，可具有任何合适 的颗粒尺寸。颗粒的颗粒尺寸为包围该颗粒的最小球体的直径。金属氧化物颗粒可具有10 纳米或更大的平均颗粒尺寸，例如15纳米或更大、20纳米或更大、25纳米或更大、35纳米或 更大、45纳米或更大、50纳米或更大、55纳米或更大、60纳米或更大、75纳米或更大、或者100 纳米或更大。可选择地，或者此外，金属氧化物颗粒可具有250纳米或更小的平均颗粒尺寸， 例如225纳米或更小、200纳米或更小、175纳米或更小、160纳米或更小、150纳米或更小、125 纳米或更小、115纳米或更小、100纳米或更小、90纳米或更小、或者80纳米或更小。例如，氧 化姉、氧化错、氧化娃、及氧化侣颗粒可具有25纳米至250纳米的平均颗粒尺寸，例如35纳米 至200纳米、45纳米至150纳米、50纳米至125纳米、55纳米至120纳米、或60纳米至115纳米。
[0015] 研磨剂颗粒期望地悬浮于抛光组合物中，更具体地悬浮于抛光组合物的水性载体 中。当使研磨剂颗粒悬浮于抛光组合物中时，其优选是胶体稳定的。术语"胶体"是指研磨剂 颗粒在水性载体中的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下 文中，如果当将研磨剂颗粒悬浮液置于lOOmL量筒中并使其无揽动地静置2小时的时间时， 量筒底部50mL中的颗粒浓度（[B]，Wg/mL表示)与量筒顶部50mL中的颗粒浓度（[T]，Wg/mL 表示）之间的差除W研磨剂组合物中颗粒的初始浓度（[C]，Wg/mL表示）小于或等于0.5 (即，{[B]-[T]}/[C]含0.5)，则认为研磨剂颗粒悬浮液是胶体稳定的。[B]-[T]/[C]的值合 乎需要地小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
[0016] 抛光组合物包括金属离子，其为路易斯酸。特定而言，抛光组合物包括一种或多种 其为路易斯酸的金属离子。"其为路易斯酸的金属离子"是指该金属离子具有接受电子并进 入还原态(reduced state)的能力。换句话说，其为路