漿料組合物以及基材拋光方法
【專利說明】漿料組合物以及基材拋光方法
[0001] 本發明涉及半導體基材拋光技術。具體而言，其涉及用于化學機械拋光（CMP)的 漿料組合物或化學機械拋光組合物以及基材拋光方法。
[0002] 在半導體基材的制造中所使用的構成半導體基材的硅晶片經受各種類型的光刻、 沉積加工、拋光加工等，并被利用以提供半導體設備。硅晶片經受很多個步驟以構造半導體 設備，且因為需要改良半導體裝置（device)的產率，所以對表面品質有嚴格的要求。過去 已利用化學機械拋光技術以通過硅晶片的鏡面-表面拋光來確保表面品質。
[0003] 在娃晶片的初次拋光（primarypolishing)中，CMP通常將娃晶片保持在載體上 以固定其于適當之處。然后將硅晶片夾于貼附有含有合成樹脂發泡體與合成皮革（如麂皮 等）的拋光布的上下盤之間。接著，在壓縮與旋轉下同時提供水性組合物而實施拋光，該水 性組合物具有分散的膠體顆粒，例如，氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯等（下文稱作漿料組 合物）。
[0004] 隨著近來半導體裝置的更高效能與更高集成（integration)化密度和需求的增 加，在硅晶片的CMP中增進生產力與表面品質已越來越被需要。在此方面列出的課題包 括增加拋光速率、減少表面粗糙度與霧度（haze)、增進平整度（塌邊（roll-off)、SFQR、 ESFQR)、與減少刮損等。
[0005] 具體地說，近年來硅晶片具有增加的尺寸，且已積極抑制硅晶片外緣的塌邊以 增進來自單一硅晶片的芯片的產率，并已尋求增進表面平整度以及減少邊緣排除（edge exclusion)的寬度。例如可調整娃晶片與載體的間隔（separation)以減少邊緣排除。另 一提案是拋光方法，其中拋光墊從有效工作表面的最外邊緣向外突出。
[0006] 為了改善塌邊，漿料組合物已經被研究。例如，為了改善用于存儲硬盤中 的基材在拋光中的塌邊，一種含有水、聚氧乙稀聚氧丙稀烷基醚（polyoxyethylene polyoxypropylenealkylether)與聚氧乙稀聚氧丙稀嵌段共聚物（polyoxyethylene polyoxypropyleneblockcopolymer)的衆料組合物載于未經審查的日本專利申請第 2002-167575號（專利文件1)。
[0007] -種含有拋光劑、水與有機酸或其鹽、并在25°C下剪切速率為1500S1時具有1. 0 至2.0毫帕.秒（mPa.s)的比粘度以減少基材塌邊的漿料組合物，載于未經審查的日本專 利申請第2004-91674號（專利文件2)。
[0008] 此外，未經審查的專利申請第2009-231486號（專利文件3)提出一種漿料組合 物，其含有具有10至50納米平均初級粒徑的氧化硅顆粒A、氧化硅顆粒B、水溶性聚合物與 堿性化合物，其中前述氧化娃顆粒A的締合程度（degreeof association)為1. 8至2. 5， 前述氧化硅顆粒B的締合程度為1.0至2. 5,且其中前述氧化硅顆粒A對前述氧化硅顆粒 B的粒徑比（前述氧化硅顆粒A的平均初級粒徑/前述氧化硅顆粒B的平均初級粒徑）為 1. 2至 4.5。
[0009] 專利申請第2011-9737號（專利文件4)提出一種拋光墊與拋光方法，以改良邊緣 區域的塌邊。
[0010] 雖然各種漿料組合物與拋光方法已經被提出，然而如前所述，在硅晶片鏡面拋光 技術中，仍尋求通過塌邊的改善而進一步降低產品成本和增加產率。
[0011] 鑒于現有技術的前述問題，本發明提供一種（漿料）組合物和硅晶片拋光的方法， 例如能在諸如硅晶片拋光中改良邊緣附近或邊緣的平整度（塌邊等）。
[0012] 本發明人對用于硅晶片的鏡面拋光的漿料組合物的研究結果顯示，具有特定性 質的水溶性聚合物可使得在邊緣附近選擇性地介入更加容易，而對硅晶片的FQA(Fixed QualityArea，固定品質區域）（通常定義為不包括邊緣排除區域的區域）僅有輕微影響或 無影響。該特征可改善硅晶片的塌邊和/或邊緣附近的平整度。
[0013] 硅晶片在晶片拋光處理過程中通過拋光墊經施加壓力而實施拋光。在此時，由于 硅晶片具有有限的彈性模數，拋光墊的壓縮力可使硅晶片被稍微地向內推擠，且在邊緣附 近的壓力有升高的趨勢。本發明人發現，此時在硅晶片邊緣的應力集中可能是導致塌邊的 一個因素，且此發現成就本發明。
[0014] 本發明（漿料）組合物中可包含水溶性聚合物，該水溶性聚合物例如附著于硅晶 片邊緣附近的表面，可保護硅晶片表面。優選地，水溶性聚合物含有雜元素或雜原子（例如 氮和/或氧），例如在主鏈骨架和/或側鏈中。該聚合物在拋光時可附著于硅的疏水表面且 /或可阻礙拋光，例如通過拋光顆粒（如膠體氧化硅）的拋光。
[0015] 依照本發明的漿料組合物或化學機械拋光組合物可，例如，通過選擇性地降低諸 如在接近硅晶片邊緣的拋光速率至低于該硅晶片的平均整體拋光速率，而改善R0A(塌邊 量或（邊緣）塌邊形態）。本發明中優選的水溶性聚合物具有在9.0至14.0范圍內的 SP(solubilityparameter，溶度參數）值和/或在約200至約3, 000, 000的范圍內的平均 分子量。
[0016] 當（主鏈結構中）使用或含有一個或多個雜原子，且例如水溶性聚合物的SP值低 于9. 5時，例如從改善塌邊的角度而言，該水溶性聚合物的分子量優選為在200至110, 000 的范圍內或更小的平均分子量。
[0017] 從增進穩定性的角度而言，適合的平均分子量可為1000至60,000(的范圍內）。 而例如從改善塌邊穩定性的角度而言，適合的范圍可為1000至40, 000。
[0018]SP值應為12至13.9,例如當在本發明中使用的水溶性聚合物（在主鏈結構中） 缺少雜原子時，為實現良好的R0A(邊緣塌邊形態或區域）改善，該SP值可為合乎期望的。
[0019] 本發明提供一種（漿料或化學機械拋光）組合物，其包括或含有拋光劑與水溶性 聚合物。該水溶性聚合物可具有在9. 0至14. 0的范圍內的溶度參數（SP)。該聚合物含有 (一個或多個）雜原子，且/或其量可足以使所拋光的基材的邊緣附近處的拋光速率降低至 低于所拋光的基材的平均拋光速率。
[0020] 所述水溶性聚合物優選地具有在約200或1，000或2, 000至約10, 000,100, 000或 3, 000, 000的范圍內的（平均）分子量。例如，當所述水溶性聚合物在諸如主鏈結構中含 有雜原子和/或SP值小于9. 5時，該聚合物的平均分子量可在200至110, 000的范圍內。 所述水溶性聚合物可在側鏈中、在主鏈中、和/或在該二種鏈中含有（一個或多個）雜原子 (例如N和/或0)。
[0021] 本發明或組合物中的水溶性聚合物的含量可在lppm至lOOOppm的范圍內，優選 lppm至600ppm，更優選lppm至400ppm，且優選lppm至200ppm。例如，如果所述水溶性聚 合物具有前述12至13. 9的溶度參數，所述水溶性聚合物的量可不多于200ppm。
[0022] 適宜地，所述水溶性聚合物包括聚-N-乙烯基吡咯烷酮、聚-N-乙烯基乙酰胺、 聚-N-甲基乙烯基乙酰胺、PEG和/或ΡΕ0(例如具有200至110,000的平均分子量）、 ΡΕ0-ΡΡ0共聚物、聚-2-乙基，驢i唑啉、或其混合物。待拋光的或者與所述漿料組合物一起使 用的材料或基材包括硅晶片。pH可為7至12。
[0023] 本發明還提供拋光（基材）的方法，該方法包括使用本發明的組合物拋光基材 (例如硅的基材如膜或晶片）。優選地，該方法包括：
[0024] 將含有水溶性聚合物的（漿料）組合物附著（adhesion)至拋光基材，該聚合物具 有在9. 0至14. 0的范圍內的溶度參數且/或含有雜原子，例如該聚合物的量足以使所拋光 的基材的邊緣（定義為離所拋光的基材的外緣不超過1毫米的區域）附近的拋光速率適宜 地降低至低于所拋光的基材的平均拋光速率的水平，；并且
[0025] 以該漿料組合物拋光該（拋光）基材，例如使用拋光墊。
[0026] 所述水溶性聚合物可具有在200至約3, 000, 000的范圍內的平均分子量，且該水 溶性聚合物的含量可在lppm至lOOOppm的范圍內。當雜原子存在于主鏈結構中且SP值小 于9. 5,該水溶性聚合物的平均分子量優選地在200至110, 000的范圍內。所述水溶性聚合 物可在側鏈中含有雜原子。
[0027] 本發明可