[发明专利]复合颗粒、其精制方法及用途

说明书

具有较低平均粒度和较小粒度分布的复合颗粒通过精制处理获得。精制的复合颗粒(例如二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒)用于化学机械平面化(CMP)组合物中以为抛光氧化物膜提供更高的去除速率、极低晶片内的去除速率不均匀性(WWNU)、低凹陷和低缺陷。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月31日提交的美国临时申请序列号62/316,089的优先权权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

化学机械平面化(“CMP”)抛光组合物(CMP浆料、CMP组合物或CMP制剂可互换使用)用于制造半导体器件。本发明涉及包含精制复合颗粒(用作磨料颗粒)的抛光组合物，其特别适用于抛光包含氧化硅材料的图案化半导体晶片。

背景技术

氧化硅被广泛用作半导体工业中的介电材料。集成电路(IC)制造工艺中有几个CMP步骤，例如浅槽隔离(STI)、层间介电质(ILD)CMP和门电路poly-CMP等。典型的氧化物CMP浆料包含：磨料，含有或不含其它化学品。其他化学品可以是改善浆料稳定性的分散剂、提高去除速率的增效剂或降低去除速率并停止在另一个膜上的抑制剂，例如用于STI应用的SiN。

在先进的半导体技术节点，CMP浆料的期望特性是减少的缺陷、高去除速率、极低的晶片内去除速率不均匀性(WWNU)和低表面形态。具有去除速率的极低WWNU是特别重要的。较高的不均匀性会导致晶片上区域中的过度抛光(在那里去除速率过高)以及抛光不足(在那里很少的材料被去除)。这会在晶片表面上产生不均匀的表面形态，其在半导体制造中是不期望的。因此，在垫、调理(conditioning)、抛光区压力调整方面需要相当程度的CMP工艺进步，以产生期望的均匀去除速率分布。

在CMP浆料中使用的常用磨料如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛等等中，二氧化铈以其对二氧化硅氧化物的高反应性而闻名的，并且因为二氧化铈对二氧化硅的高反应性所产生的最高氧化物去除速率(RR)而广泛用于STI CMP浆料。

Cook等人(Lee M.Cook,Journal of Non-Crystalline Solids 120(1990)152-171)提出了“化学牙齿”机理以解释二氧化铈的这种非凡性质。根据该机理，当将二氧化铈颗粒压到氧化硅膜上时，二氧化铈断开二氧化硅键、形成Ce-O-Si结构并因此从表面切割二氧化硅。

CMP工业中使用的二氧化铈中的大多数是从煅烧-湿磨工艺制造的。所得二氧化铈具有锋利的边缘和非常宽的粒度分布。它也具有非常大的“大颗粒计数(large particlecount)”(LPC)。所有这些据信都是缺陷和低产率的原因，特别是在晶片抛光后的划痕。也考虑了不同形式的含二氧化铈颗粒，例如胶体二氧化铈或二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒，以解决这些挑战性问题。

已经发现二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒对于以较低缺陷率实现氧化硅膜的高去除速率特别有用(PCT/US16/12993)。然而仍然需要进一步提高去除速率、控制晶片内去除速率不均匀性(WWNU)并减少抛光缺陷。

本发明涉及精制的聚集复合颗粒、精制方法和在可以达到性能要求的抛光应用中使用精制复合颗粒的方法。

因此，对于可以提供优异的晶片内去除速率不均匀性、更高的去除速率和低缺陷的CMP组合物、方法和系统存在明显的需要。

发明内容

本文描述的是精制复合颗粒、其精制方法和用途。

在一个方面，本发明是复合颗粒，其包含单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒和聚集的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒，其中超过99重量％的所述复合颗粒包含数量在10或更小(≤10)至2或更小(≤2)范围内(例如≤10、≤5、≤4、≤3和≤2)的单一的二氧化铈涂覆二氧化硅颗粒。