一种化学机械抛光组合物制造技术

本发明专利技术提供一种化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散于所述液体载剂中的第一研磨颗粒，所述第一研磨颗粒具有至少10mV的永久性正电荷；以及，分散于所述液体载剂中的第二研磨颗粒，所述第二研磨颗粒具有大于0mV且小于10mV的永久性正电荷；其中，所述化学机械抛光组合物的ZETA电位大于0mV且小于10mV。本发明专利技术所述的化学机械抛光组合物具有非常高的钨移除速率，可以实现钨的高效抛光。可以实现钨的高效抛光。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光组合物


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光组合物。

技术介绍

[0002]现代半导体技术使器件高度微小化成为现实。集成电路硅基板上可以集成数以亿计的元件。这些元件通过导线和多层互连件形成互连结构。物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷(ECP)等技术被运用于这些材料薄层的制备。随着多层材料的沉积和去除，晶片的最上表面变得不平坦。这些不平坦可能导致产品的各种缺陷，因此导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得至关重要。
[0003]二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。化学机械抛光由化学作用、机械作用以及两种作用结合而成。通常，晶片被固定于研磨头上，并将其正面与CMP设备中的抛光垫接触。在一定压力下，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，在晶片和抛光垫之间以一定流量注入抛光组合物(“浆料”)，浆料因离心作用平铺在抛光垫上。于是，在化学和机械的双重作用下，晶片表面被抛光并实现全局平坦化。CMP可用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、吸附的杂质、晶格损伤、划痕等。
[0004]如今，半导体行业竞争激烈，面临着持续的价格下行压力。为了节约成本，提高产出率是一种常常被使用的手段。典型的提高产出率的方法有提高各介质的移除速率。借助可观的钨移除速率，能大大减小每次化学机械抛光完成时间，进而提高生产效率。提高钨移除速率可以通过提高催化剂，氧化剂等手段达到，但过高的催化剂含量会导致体系不稳定，过高的氧化剂会稀释其它有效成分或者造成严重腐蚀。
[0005]为了提高钨的移除速率，美国专利US7427305B2披露了一种将催化剂涂布或负载在磨料上的特殊手段，然改中技术方案存在工艺复杂、成本高的问题。此外，美国专利US9567491B2披露了一种对磨料进行修饰的技术方案，在二氧化硅磨料上修饰含N硅烷偶联剂，进而提高钨的移除速率。然而，该技术方案的钨移除速率提高幅度依然有限。
[0006]因此，亟需一种新的化学机械抛光组合物，能够大幅提高钨的移除速率，以提高半导体产品的生产效率。

技术实现思路

[0007]为了克服上述技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种化学机械抛光组合物，利用特定选择的所述第一研磨颗粒及所述第二研磨颗粒，同时配合所述第一研磨颗粒与所述第二研磨颗粒的质量之比，获得了一种具有非常高的钨移除速率的化学机械抛光组合物，从而可以实现钨的高效抛光。
[0008]为了实现上述目的，根据本专利技术的一方面提供一种化学机械抛光组合物，包含：基于水的液体载剂；分散于所述液体载剂中的第一研磨颗粒，所述第一研磨颗粒具有至少10mV的永久性正电荷；以及，分散于所述液体载剂中的第二研磨颗粒，所述第二研磨颗粒具
有大于0mV且小于10mV的永久性正电荷；其中，所述化学机械抛光组合物的ZETA电位大于0mV且小于10mV。
[0009]在一些实施例中，所述化学机械抛光组合物的ZETA电位大于或等于5mV且小于或等于10mV。
[0010]在一些实施例中，所述第二研磨颗粒具有大于或等于3mV且小于8mV的永久性正电荷。
[0011]本领域技术人员可以理解的是，所述永久性正电荷是指所述第一研磨颗粒的粒子及所述第二研磨颗粒的粒子上的正电荷不可例如经由冲洗、稀释、过滤及其类似方法容易地逆转。
[0012]所述第一研磨颗粒具有至少10mV的永久性正电荷的含义为分散于所述液体载剂中的所述第一研磨颗粒的粒子的ZETA电位(ζ电位)为至少10mV，表示围绕所述第一研磨颗粒的粒子的离子的电荷与所述化学机械抛光组合物溶液(例如，所述基于水的液体载剂及溶解于所述液体载剂中的任何其他组分)的电荷之间的电位差为至少10mV。
[0013]相似地，所述第二研磨颗粒具有大于0mV且小于10mV的永久性正电荷地含义为分散于所述液体载剂中的所述第二研磨颗粒的粒子的ZETA电位(ζ电位)为大于0mV且小于10mV。
[0014]此外，本领域技术人员可以理解的是，本专利技术中记载的ZETA电位或ζ电位，为胶体化学中的术语，具体指连续相与附着在分散颗粒上的流体稳定层之间的电势差。ZETA电位可使用市售可得的仪器获得，例如购自Malvern Panalytical公司的zetasizer nano
‑
sz90纳米粒度电位仪。
[0015]在一些实施例中，所述第二研磨颗粒与所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度之比大于或等于2。优选地，所述第二研磨颗粒与所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度之比大于或等于2且小于或等于10。
[0016]也就是说，在本专利技术所述的化学机械抛光组合物中，所述第二研磨颗粒与所述第一研磨颗粒的质量之比为大于或等于2的任意数值或任意数值范围，尤其是大于或等于2且小于或等于10的任意数值或任意数值范围，例如但不限于：2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、11、12、14、15、2～5、5～8、8～10等。
[0017]在一些实施例中，在化学机械抛光组合物满足以下条件中的至少一个：所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度范围为0.1％～2％；和/或，所述第二研磨颗粒的质量百分比浓度范围为0.3％～5％。优选地，所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度范围为0.5％～2％。
[0018]也就是说，在本专利技术所述的化学机械抛光组合物中，所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度可以是大于或等于0.1％且小于或等于2％的任意数值或任意数值范围，例如但不限于：0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、0.1％～0.5％、0.5％～1.0％、1.0％～1.5％、1.5％～2％等。在本专利技术所述的化学机械抛光组合物中，所述第二研磨颗粒的质量百分比浓度可以是大于或等于0.3％且小于或等于5％的任意数值或任意数值范围，例如但不限于：0.3％、0.5％、0.7％、0.9％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.7％、3％、3.2％、3.5％、3.7％、4％、4.2％、4.5％、4.7％、5％、0.3％～1.5％、1.5％～2.5％、2.5％～3.5％、3.5％～4.5％、4.5％～5％等。
[0019]在一些实施例中，所述第一研磨颗粒与所述第二研磨颗粒均为胶体二氧化硅。
[0020]在一些实施例中，所述永久性正电荷来源于含氮官能团的硅氧烷化合物。
[0021]在一些实施例中，所述含氮官能团的硅氧烷化合物为3
‑
氨基丙基三烷氧基硅烷、3
‑
[双(2
‑
羟乙基)氨基]丙烷三烷氧基硅烷、二乙基胺基甲基三烷氧基硅烷、N
‑
β(氨乙基)
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γ
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光组合物，其特征在于，所述化学机械抛光组合物包含：基于水的液体载剂；分散于所述液体载剂中的第一研磨颗粒，所述第一研磨颗粒具有至少10 mV的永久性正电荷；以及，分散于所述液体载剂中的第二研磨颗粒，所述第二研磨颗粒具有大于0 mV且小于10mV的永久性正电荷；其中，所述化学机械抛光组合物的ZETA电位大于0mV且小于10 mV。2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述第二研磨颗粒与所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度之比大于或等于2。3.如权利要求2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，化学机械抛光组合物满足以下条件中的至少一个：所述第一研磨颗粒的质量百分比浓度范围为0.1％～2％；所述第二研磨颗粒的质量百分比浓度范围为0.3％～5％。4.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，第一研磨颗粒的平均粒径比第二研磨颗粒的平均粒径至少小30 nm。5.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述化学机械抛光组合物的pH值范围为2.0～4.0。6.如权利要求1至5中任意一项所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述第一研磨颗粒与所述第二研磨颗粒均为胶体二氧化硅。7.如权利要求6所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述永久性正电荷来源于含氮官能团的硅氧烷化合物。8.如权利要求7所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述含氮官能团的硅氧烷化合物为3
‑
氨基丙基三烷氧基硅烷、3
‑
[双(2
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【专利技术属性】
技术研发人员：郁夏盈，王晨，殷天亮，朱峻立，
申请(专利权)人：安集微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：