用于浅沟槽隔离（sti）应用的化学机械抛光（cmp）组合物及其制备方法
【专利摘要】本发明应用了从氧化铈颗粒、氧化铈浆料或用于浅沟槽隔离（STI）工艺的化学机械抛光（CMP）组合物除去、减少或处理痕量金属污染物和较小的细氧化铈颗粒的方法。使用处理的化学机械抛光（CMP）组合物、或通过使用处理的氧化铈颗粒或处理的氧化铈浆料制备的CMP抛光组合物来抛光含至少含有二氧化硅薄膜的表面的基底以用于STI（浅沟槽隔离）加工或应用。由于在浅沟槽隔离（STI）CMP抛光中减少了痕量金属离子污染物和减少非常小的细氧化铈颗粒，已经观察到与纳米尺寸的颗粒相关的缺陷的减少。
【专利说明】用于浅沟槽隔离(STI)应用的化学机械抛光(CMP)组合物及其制备方法
[0001]相关文献的交叉引用
[0002]本申请要求2012年10月19日提交的美国临时申请号为61/716，471的权益。该临时申请的公开内容在此通过引用并入。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation, STI)工艺的化学机械平坦化(CMP)。更具体地，本发明涉及减少(处理)氧化铈颗粒或氧化铈浆料中和STI抛光组合物中的痕量金属污染物和较小或细尺寸的氧化铈颗粒。
[0004]发明背景
[0005]用于浅沟槽隔离(STI)的化学机械抛光(CMP)组合物一般含有磨料，例如氧化铈颗粒或胶体氧化铈颗粒，和适当的分散剂。
[0006]例如，美国专利5876490公开了含磨料颗粒且显示正常应力效应的抛光组合物。该浆液还含有非抛光颗粒(其导致凹陷处的抛光速率下降)，而磨料颗粒在凸起处保持高的抛光速率。这导致改善的平面化。更具体地，所述浆料包含氧化铈颗粒和聚合物电解质，并可用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用。
[0007]作为另一个例子，美国专利6964923教导了用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用的含氧化铈颗粒和聚合物电解质的抛光组合物。使用的聚合物电解质包括聚丙烯酸的盐，与美国专利5876490中的那些类似。二氧化铈、氧化铝、氧化硅及氧化锆用作磨料。上述列出的聚电解质的分子量为300至20000，但总体来看，< 100000。
`[0008]然而，那些浅沟槽隔离(STI)抛光组合物通常含有痕量金属污染物，其已知在STICMP工艺中导致缺陷。所述痕量金属污染物包括，但不限于，Al、Zr、Fe、N1、Mg等。
[0009]此外，还已知STI抛光组合物中的非常小和细的氧化铈或胶体氧化铈颗粒在STICMP工艺中导致缺陷。
[0010]因此，仍然存在对提供减少的痕量金属污染物和减少的非常小和细的氧化铈颗粒的浅沟槽隔离(STI)抛光组合物的需求，从而获得在STI化学和机械抛光(CMP)工艺中减少缺陷的效果。
[0011]发明概述
[0012]本文描述的是用于浅沟槽隔离(STI)工艺的CMP抛光组合物。由于减少的痕量金属污染物和减少的较小或细的氧化铈颗粒，所述CMP抛光组合物提供减少的抛光缺陷。本文还描述了从氧化铈浆料或浅沟槽隔离(STI) CMP抛光组合物减少痕量金属污染物和较小尺寸的氧化铈颗粒的方法。
[0013]在一个方面，提供了用于具有减少的缺陷的浅沟槽隔离(STI)的具有减少的痕量金属污染物的化学机械抛光(CMP)组合物，所述组合物包含:
[0014]具有痕量金属污染物的氧化铈浆料；
[0015]聚合物电解质；[0016]生物杀灭剂；
[0017]化学螯合剂；
[0018]和作为去离子水的溶剂；
[0019]其中
[0020]所述化学螯合剂是具有选自以下的化学结构的羟基喹啉或其衍生物及其组合:
[0021]
【权利要求】
1.一种具有减少的缺陷的化学机械抛光(CMP)组合物，所述组合物包含: 具有痕量金属污染物的氧化铈浆料； 聚合物电解质； 生物杀灭剂； 化学螯合剂； 和作为去离子水的溶剂； 其中 所述化学螯合剂是具有选自以下的化学结构的羟基喹啉或其衍生物及其组合:
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所述聚合物电解质选自聚丙烯酸的铵盐、聚乙烯基磺酸的铵盐、聚(4-苯乙烯磺酸)的铵盐及其组合，优选地所述聚合物电解质是聚丙烯酸的铵盐。
3.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所述化学螯合剂选自8-羟基喹啉、8-羟基喹啉-5-磺酸及其组合。
4.在浅沟槽隔离(STI)工艺中化学机械抛光(CMP)具有至少一个含二氧化硅的表面的基底的方法，所述方法包括使用权利要求1-3中任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物。
5.一种减少氧化铈浆料中痕量金属污染物和较小尺寸的氧化铈颗粒的方法，所述方法包括选自以下的步骤: (1)(a)向氧化铈浆料加入离子交换树脂；和6)通过过滤从氧化铈浆料除去离子交换树脂以得到处理的氧化铈浆料；其中所述离子交换树脂是阳离子型离子交换树脂或阴离子型离子交换树脂； (2)用至少一个超滤膜使具有受控体积的去离子水流过所述氧化铈浆料以得到作为渗余物的处理的氧化铈浆料； (3)(a)以不同的离心时间并以不同的速度旋转来离心所述氧化铈浆料；(b)从离心沉淀收集氧化铈颗粒；(C)混合去离子水和收集的氧化铈颗粒以形成新的氧化铈浆料；和(d)重复步骤(a)至(c)至少两次以得到用来自最后一次离心沉淀的氧化铈颗粒制得的处理的氧化铈浆料； (4)(a)将化学添加剂加入至氧化铈浆料以形成混合物，其中所述化学添加剂与痕量金属污染物中的痕量金属离子反应以在混合物中形成水溶性的化学添加剂-金属离子复合物；(b)离心所述混合物；(C)从离心沉淀收集氧化铈颗粒；并且(d)混合去离子水和所收集的氧化铈颗粒以得到处理的氧化铈浆料； (5)将化学螯合剂加入氧化铈浆料中以得到处理的氧化铈浆料； 其中 所述化学螯合剂是具有选自以下的化学结构的羟基喹啉或其衍生物及其组合:
6.根据权利要求5所述的方法，其中(I)中的所述阳离子型离子交换树脂具有质子或钾离子；并且所述阴离子型离子交换树脂具有羟基。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中(I)中的所述离子交换树脂是具有钾离子的阳离子型离子交换树脂，并且(I)中的方法还包括(C)将具有羟基的阴离子型离子交换树脂在步骤(b)后加入到处理的氧化铈浆料中； (d)通过过滤从(C)中的氧化铈浆料中除去所述阴离子型离子交换树脂；以及 重复步骤(a)至(d)至少两次以形成最终处理的氧化铈浆料。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中(4)中的所述化学添加剂选自以下:(a)有机酸，其选自草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、马来酸、衣康酸、葡糖酸、乳酸、ETDA及其组合；(b)氨基酸，其选自甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、脯氨酸及其组合；(c)含至少一个羧酸基团的有机化合物；(d)含至少一个氨基酸部分的氨基酸衍生物或亚氨基二乙酸；(e)有机胺化合物，其选自乙二胺、丙二胺、乙烯亚胺、含伯氨或仲氨基的有机化合物及其组合；(f)含至少一个硫酸基团的有机硫酸；(g)含有至少一个磷酸基团的有机磷酸；(h)吡啶及其衍生物，其选自吡唆、2-甲基吡啶、分别在2、3、4、5或6位上取代的吡啶及其组合；(i)联吡啶及其衍生物，其选自2，2’ -联吡啶、4，4’ - 二甲基联吡啶、4，4’ -联吡啶和所有其他取代的.2，2’ -联吡啶或4，4’ -联吡啶衍生物，及其组合；(j)三联吡啶及其衍生物；(k)喹啉及其衍生物；(I)羟基喹啉及其衍生物和(m)氢氧化铵，及其组合；优选地(4)中的所述化学添加剂为草酸，其浓度为0.01M至0.1M0
9.在浅沟槽隔离(STI)工艺中化学机械抛光(CMP)具有至少一个含二氧化硅的表面的基底的方法，所述方法包括使用包含权利要求5-8中任一项的处理的氧化铈浆料或最终处理的氧化铈浆料的化学机械抛光(CMP )组合物。
10.一种形成用于浅沟槽隔离(STI)的化学机械抛光(CMP)组合物的方法，所述方法包括: (a)减少氧化铈浆料中的痕量金属污染物和较小尺寸的氧化铈颗粒以形成处理的氧化铈浆料； (b)将聚合物电解质加入到所述处理的氧化铈浆料中，以及 (c)将生物杀灭剂加入到所述处理的氧化铈浆料中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述减少步骤(a)包括 (i)将离子交换树脂加入所述氧化铈浆料中；和 (ii)通过过滤从氧化铈浆料除去离子交换树脂以形成处理的氧化铈浆料；其中所述离子交换树脂是具有质子或钾离子的阳离子型离子交换树脂或具有羟基的阴离子型离子交换树脂。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述离子交换树脂是具有钾离子的阳离子型离子交换树脂，并且所述方法还包括 (c)将具有羟基的阴离子型离子交换树脂加入到所述处理的氧化铈浆料中； 和 Cd)通过过滤从(C)中的处理的氧化铈浆料中除去阴离子型离子交换树脂以形成最终处理的氧化铈浆料。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其中所述减少步骤(a)包括用至少一个超滤膜使具有受控体积的去离子水流过氧化铈浆料以形成处理的氧化铈浆料。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其中所述减少步骤(a)包括 (i)以不同的离心时间并以不同的速度旋转来离心所述氧化铈浆料； (ii)从离心沉淀收集氧化铺颗粒；和 (iii)混合去离子水和收集的氧化铺颗粒以形成新的氧化铺衆料； 重复步骤(i )至(iii )至少两次以形成用来自最后一次离心沉淀的氧化铈颗粒制得的处理的氧化铈浆料。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其中所述减少步骤(a)包括 (i)将化学添加剂加入氧化铈浆料以形成混合物，其中所述化学添加剂与痕量金属污染中的痕量金属离子反应以在混合物中形成水溶性的化学添加剂-金属离子复合物； (ii)离心所述混合物； (iii)从离心沉淀中收集氧化铺颗粒；和 (iv)混合去离子水和所收集的氧化铈颗粒以形成处理的氧化铈浆料。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的方法，其中所述化学添加剂选自以下:(a)有机酸，其选自草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、马来酸、衣康酸、葡糖酸、乳酸、ETDA及其组合；(b)氨基酸，其选自甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、脯氨酸及其组合；(c)含至少一个羧酸基团的有机化合物；(d)含至少一个氨基酸部分的氨基酸衍生物或亚氨基二乙酸；(e)有机胺化合物，其选自乙二胺、丙二胺、乙烯亚胺、含有伯氨或仲氨基的有机化合物及其组合；(f)含至少一个硫酸基团的有机硫酸；(g)含有至少一个磷酸基团的有机磷酸；(h)吡啶及其衍生物，其选自吡唆、2-甲基吡啶、分别在2、3、4、5或6位上取代的吡啶及其组合；(i)联吡`啶及其衍生物，其选自2，2’ -联吡啶、4，4’ -二甲基联吡啶、4，4’ -联吡啶和所有其他取代的`2，2’ -联吡啶或4，4’ -联吡啶衍生物，及其组合；(j)三联吡啶及其衍生物；(k)喹啉及其衍生物；(I)羟基喹啉及其衍生物；和(!11)氢氧化铵，及其组合；优选地所述化学添加剂为草酸，其浓度为0.01M至0.1M0
17.根据权利要求10-16中任一项所述的方法，其中所述减少步骤(a)包括将化学螯合剂加入到氧化铈浆料中以形成处理的氧化铈浆料； 其中 所述化学螯合剂是具有选自以下的化学结构的羟基喹啉或其衍生物及其组合:
18.根据权利要求10-17中任一项所述的方法，其中所述聚合物电解质选自聚丙烯酸的铵盐、聚乙烯基磺酸的铵盐、聚(4-苯乙烯磺酸)的铵盐及其组合；所述化学螯合剂选自8-羟基喹啉、8-羟基喹啉-5-磺酸及其组合。
【文档编号】C09K3/14GK103773247SQ201310495424
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】史晓波, J·E·Q·休斯, 周鸿君, D·H·卡斯蒂略二世, 秋在昱, J·A·施吕特, J-A·T·施瓦茨, L·L·恩巴赫, S·C·温切斯特, S·尤斯马尼, J·A·马西拉 申请人:气体产品与化学公司