含氧化锆及金属氧化剂的化学机械抛光组合物的制作方法
【专利说明】含氧化锆及金属氧化剂的化学机械抛光组合物
[0001]【发明背景】
[0002] 用于平坦化或抛光基板表面的组合物及方法是本技术领域中已知。化学机械平坦 化或化学机械抛光（CMP)为一种用于平坦化基板的常用技术。CMP利用一种称作CMP组合 物或更简单言之称作抛光组合物（亦称为抛光浆液）的化学组合物以自基板移除物质。一 般通过使基板表面与饱含抛光组合物的抛光垫（例如，抛光布或抛光盘）接触而将抛光组 合物应用至基板。一般可通过抛光组合物的化学活性及/或悬浮在抛光组合物中或并入抛 光垫（例如，固定研磨剂抛光垫）中的研磨剂的机械活性进一步助于基板的抛光。
[0003] 常规CMP组合物及方法一般不能完全令人满意地平坦化基板。特定言之，当应用 至基板时，CMP抛光组合物及方法可产生较不理想的抛光速率及高表面缺陷率。因为许多 基板的性能直接与其表面的平面度有关，因此使用一种产生高抛光效率、选择性、均一性及 移除速率并获得具有最少表面缺陷的高品质抛光的CMP组合物及方法非常重要。
[0004] 产生用于半导体晶圆的有效的抛光组合物的困难在于半导体晶圆的复杂性。半导 体晶圆一般由其上已经形成数个电晶体的基板组成。通过使基板中的区域及基板上的层图 案化而将集成电路以化学及物理方式连接至基板。为制造可操作的半导体晶圆及为使晶圆 的产率、性能及可靠性最大化，希望抛光晶圆的所选表面而无不利地影响底部结构或形貌。 事实上，若未在晶圆表面上进行充分平坦化处理步骤，则半导体制造中可出现各种问题。
[0005] CMP组合物通常可包含氧化剂，其可与基板表面反应并使得该表面更容易被机械 研磨剂移除。包含过氧化氢的氧化剂已用于此目的，但对某些基板（包括对过氧化物不具 有高度反应性的那些）不能提供令人满意的移除速率。
[0006] 例如，有机聚合物材料具有必须在化学机械抛光期间解决的独特的化学及机械特 性，包括其在机械上柔软及容易刮擦。然而，相比其机械敏感性，有机聚合物通常具有化学 惰性。该化学及机械特性的组合使得有机聚合物介电材料难以利用传统的水基CMP组合物 来抛光。有机聚合物材料一般具有1或更大的介电常数及包括具有相对高有机物含量的聚 合物、具有低及高有机物含量及高水平孔隙率的聚合物、具有相对低有机物含量的聚合物 的基于硅-氧型材料及无机材料的聚合物，或具有该性质的组合的聚合物。
[0007] 相变合金（PCA)为可相对柔软且具有必须在化学机械抛光期间解决的独特特性 的基板材料的另一实例。PRAM(相变存取记忆体）装置（亦称作双向记忆体装置）利用相 变材料（PCM)，其可在绝缘非晶型与传导性结晶态之间电切换以用于电子记忆应用。适合用 于该应用的典型的材料利用元素周期表的各种硫族化物（第VIB族）及第VB族元素（例 如，Te、Po及Sb)，并组合In、Ge、Ga、Sn及Ag中的一种或多种，其组合称为相变合金（PCA)。 尤其有用的PCA为锗（Ge)-锑（Sb)-碲（Te)合金（GST合金），诸如具有式Ge 2Sb2Te5的合 金。该材料可根据加热/冷却状态、温度及时间而可逆地改变物理状态。其他有用的合金 包括锑酸铟（InSb)。许多PCA (包括GST及InSb)的物理性质使其相比其他PCM材料柔软。
[0008] 仍需要一种抛光组合物及抛光方法，其将在诸如有机聚合物材料及PCA的基板的 抛光及平坦化期间展现所需的平坦化效率、均一性及移除速率，同时在抛光及平坦化期间 使诸如表面瑕疵及对底部结构及形貌的损坏的缺陷率最小化。本发明提供该抛光组合物及 方法。本发明的这些优势其他优势以及其他本发明的特征将从文中提供的本发明的描述中 显现。 【
【发明内容】
】
[0009] 本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包括：(a)研磨剂颗粒，其中该研磨剂颗 粒包括氧化锆，（b)至少一种金属离子氧化剂，其中该至少一种金属离子氧化剂包括Co3+、 Au+、Ag+、Pt2+、Hg2+、Cr3+、Fe3+、Ce 4+或Cu 2+金属离子，及（c)水性载体，其中该化学机械抛光 组合物的pH在1至7的范围内，且其中该化学机械抛光组合物不包含过氧型氧化剂。
[0010] 本发明进一步提供一种抛光基板的方法，其包括：（i)提供基板；（ii)提供抛光 垫；（iii)提供一种化学机械抛光组合物，其包括：(a)研磨剂颗粒，其中该研磨剂颗粒包括 氧化锆，（b)至少一种金属离子氧化剂，其中该至少一种金属离子氧化剂包括C〇3+、Au +、Ag+、 Pt2+、Hg2+、Cr3+、Fe3+、Ce 4+或Cu 2+金属离子，及（c)水性载体，其中该化学机械抛光组合物的 pH在1至7的范围内，且其中该化学机械抛光组合物不包含过氧型氧化剂；（iv)使该基板 与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及（V)相对该基板移动该抛光垫及该化学机械 抛光组合物以磨除至少一部分该基板，从而抛光该基板。 【【具体实施方式】】
[0011] 本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包括：(a)研磨剂颗粒，其中该研磨剂颗 粒包括氧化锆，（b)至少一种金属离子氧化剂，其中该至少一种金属离子氧化剂包括Co3+、 Au+、Ag+、Pt2+、Hg2+、Cr3+、Fe3+、Ce 4+或Cu 2+金属离子，及（c)水性载体，其中该化学机械抛光 组合物的pH在1至7的范围内，且其中该化学机械抛光组合物不包含过氧型氧化剂。
[0012] 该研磨剂颗粒可以任何适宜浓度存在于该抛光组合物中。例如，该研磨剂颗粒可 以〇. 01重量％或更大，例如，〇. 025重量％或更大，0. 05重量％或更大，0. 075重量％或更 大，0. 1重量％或更大，0. 25重量％或更大，0. 5重量％或更大，或0. 75重量％或更大的浓 度存在于该抛光组合物中。或者，或另外，该研磨剂颗粒可以20重量％或更小，例如，15重 量％或更小，10重量％或更小，5重量％或更小，3重量％或更小，2重量％或更小，或1重 量％或更小的浓度存在于该抛光组合物中。优选地，该研磨剂颗粒以0.5重量％至3重量％ 的浓度存在于该抛光组合物中。
[0013] 该研磨剂颗粒可为任何适宜的研磨剂颗粒。优选地，该研磨剂颗粒为巩土（例如， 氧化铝）、娃石（例如，二氧化娃）、氧化钛（例如，二氧化钛）、铺土（例如，氧化铺）、氧化 锆（例如，氧化锆）、锗石（例如，二氧化锗、氧化锗）、镁土（例如，氧化镁）、其共同形成的 产物或其组合的金属氧化物研磨剂颗粒。更优选地，该研磨剂颗粒包括氧化锆颗粒。尤其 更优选地，该研磨剂颗粒由氧化锆颗粒组成。
[0014] 该金属氧化物颗粒可为任何适宜类型的金属氧化物颗粒，例如热解（fumed)金属 氧化物颗粒、沉淀金属氧化物颗粒及缩合-聚合金属氧化物颗粒（例如，胶状金属氧化物颗 粒）。该金属氧化物颗粒（尤其氧化锆颗粒）可具有任何适宜的粒度。颗粒的粒度为包含 颗粒的最小球体的直径。该金属氧化物颗粒可具有IOnm或更大，例如，25nm或更大，50nm 或更大，75nm或更大，或IOOnm或更大的平均粒度。或者，或另外，该金属氧化物颗粒可具有 250nm或更小，例如，225nm或更小，200nm或更小，175nm或更小，160nm或更小，或150nm或 更小的平均粒度。例如，该氧化错颗粒可具有25nm至250nm，例如，35nm至200nm，45nm至 150nm，50nm 至 125nm，55nm 至 120nm，或 60nm 至 115nm 的平均粒度。
[0015] 该研磨剂颗粒理想上悬浮于该抛光组合物中，更具体言之悬浮于该抛光组合物的 水性载体中。当该研磨剂颗粒悬浮于该抛光组合物中时，该研磨剂颗粒优选为胶体稳定的。 术语胶体指研磨剂颗粒于水性载体中的悬浮液。胶体稳定性指随时间保持该悬浮液。在本 发明的范围中，若当研磨剂颗粒放置在100mL量筒及容许无搅拌地静置2小时，则颗粒在 量筒的底部50ml中的浓度（[B]，以g/ml计）与颗粒在量筒的顶部50ml中的浓度（[T]， 以g/ml计）的差除以颗粒在该研磨剂组合物中的初始浓度（[C]，以g/ml计）小于或等于 〇.5(即，{[B]-[T]}/[C] <0.5)时，则研磨剂颗粒视为胶体稳定的。[B]-[T]/[C]的数值 理想上小于或等于0. 3,且优选小于或等于0. 1。
[0016] 该抛光组合物包括至少一种金属离子氧化剂。该至少一种金属离子氧化剂可以任 何适宜浓度存在于该抛光组合物中。例如，该至少一种金属离子氧化剂（即，合计的所有金 属离子氧化剂）可以〇. 001重量％或更大，例如，〇. 0025重量％或更大，0. 005重量％或更 大，0. 0075重量％或更大，0. 01重量％或更大，0. 025重量％或更大，0. 05重量％或更大， 〇. 075重量％或更大，或0. 1重量％或更大的浓度存在于该抛光组合物中。或者，或另外，该 至少一种金属离子氧化剂（即，合计的所有金属离子氧化剂）可以5重量％或更小，例如， 4. 5重量％或更小，4. 0重量％或更小，3. 5重量％或更小，3. 0重量％或更小，2. 5重量％或 更小，2. 0重量％或更小，1. 5重量％或更小，