含硅层停止型添加剂制造技术

化学机械抛光(CMP)组合物、方法和系统是用于抛光图案化半导体晶片。包含磨料和水溶性铝化合物添加剂且pH>7的CMP组合物抑制CMP停止层(含硅层，如氮化硅、氧化硅或碳化硅)去除速率。CMP组合物任选地含有表面活性剂以帮助润湿表面；提供对金属管线、通道或沟槽的腐蚀抑制的腐蚀抑制剂；和用于调节CMP抛光组合物的pH的pH调节剂。

Silicon containing layer stop additive

Chemical mechanical polishing (CMP) composition, method and system for polishing patterned semiconductor wafers. The CMP composition containing abrasive and water soluble aluminum compound additives and pH> 7 inhibited the removal rate of CMP stop layer (including silicon layer, such as silicon nitride, silicon oxide or silicon carbide). The CMP composition optionally contains a surfactant to help wet the surface; provides a corrosion inhibitor for inhibiting corrosion of metal lines, channels, or trenches; and a pH modifier for regulating the pH of the CMP polishing composition.

【技术实现步骤摘要】
相关专利申请的交叉引用本申请要求2015年9月25日提交的美国申请第62/233,251号的权益。申请第62/233,251号的公开内容在此通过引用并入。
技术介绍
本专利技术涉及用于图案化衬底表面(例如，图案化半导体晶片)的CMP的化学机械平面化(“CMP”)/平面化抛光制剂(CMP组合物或CMP制剂、CMP浆料或浆料可互换使用)。更具体地，本文还描述的是用于抛光具有多类型膜如屏障(barrier)、低k或超低k、介电质、和金属线或通道或沟槽的图案化晶片的CMP抛光组合物。集成电路(IC)制造工艺中有多个CMP步骤。当采用CMP处理时，可以采用多步骤CMP工艺，包括铜过多负载的初始去除和平面化(称为步骤1铜CMP过程)，接着是屏障层CMP过程。屏障层CMP过程通常称为屏障或步骤2CMP过程。在阶段2采用屏障CMP组合物的CMP处理通常是用于去除和平面化在图案化晶片表面上的过量金属层和其他膜以获得全面的平面化。为了解决重要的介电质和金属问题，如图案化晶片结构的铜损失，可以使用CMP停止层。CMP停止层可以阻止金属CMP(特别是屏障层CMP)去除屏障层下面的介电层。CMP停止层有效保护结构免于过度抛光。CMP停止层可以由含硅材料(如氮化硅(缩写为SiN)、氧化硅(SiO2)或碳化硅(SiC))制成。因此，一些CMP应用需要非常低的SiN和/或SiC去除速率，因为它们可能被用作某种膜堆叠中的停止层。本领域已经进行了一些工作以获得用于浅槽隔离(STI)应用的极低SiN速率。Babu等人(JournalofTheElectrochemicalSociety,156,12,H936-H943,2009)或Carter等人(US7071105；ElectrochemicalandSolid-StateLetters,8,8,G218-G221,2005)报告了增加氧化硅对氮化硅的选择性的添加剂。主要地，某些有机酸的添加在CMP浆料中得以利用，例如吡啶甲酸。然而，所有这些现有技术的实例都使用二氧化铈颗粒作为磨料，其特征在于与二氧化硅颗粒作为磨料完全不同的去除机制，使得与二氧化铈一起发挥作用的添加剂如吡啶甲酸与二氧化硅颗粒一起完全不起作用。而且，STI浆料通常在4-7的pH范围内使用，该pH范围因潜在的金属膜腐蚀问题而不适合于高级屏障应用。另外，二氧化铈浆料不能与通常为获得足够的金属或屏障膜去除速率所需的过氧化氢或其他适合的氧化剂组合使用。因此，对于可以以在停止层(如含硅层)上极低的去除速率进行CMP，同时满足其他要求(如其他层的去除速率、低凹陷化和低缺陷)的CMP浆料、方法和系统存在明显的需要。
技术实现思路
本文描述的是满足该需要的CMP抛光组合物、方法和系统。本专利技术公开了添加剂在CMP浆料中用于在CMP方法过程中抑制含硅膜去除速率的用途，其中所述添加剂是水溶性铝化合物。在一个实施方式中，本文描述的是一种CMP抛光组合物，其包含：0.01重量％至20重量％的磨料，所述磨料选自高纯度胶体二氧化硅颗粒、氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、晶格中掺杂氧化铝的胶体二氧化硅、及其混合物；0.01重量％至约10重量％的水溶性铝化合物；任选地，0.0001重量％至约5重量％的pH调节剂；0.0001重量％至10重量％的表面活性剂，所述表面活性剂选自a)非离子表面润湿剂；b)阴离子表面润湿剂；c)阳离子表面润湿剂；d)两性表面润湿剂；及其混合物；0.0005重量％至约0.5重量％的腐蚀抑制剂；0.01重量％至10重量％的氧化剂，所述氧化剂选自包含至少一个过氧基团(O-O)的过氧化合物、氧化的卤化物、过硼酸、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧酸、高锰酸盐、铬酸盐、铈化合物、铁氰化物、及其混合物；和0.1重量％至5重量％的有机酸；和水；其中所述抛光组合物的pH大于7；优选为约8至12；更优选为约10至12。在进一步的实施方式中，本文描述的是一种用于半导体器件的化学机械平面化的抛光方法，所述半导体器件包含具有第一材料和第二材料的至少一个表面，所述第二材料包含至少一种含硅材料，所述抛光方法包括以下步骤：a)将所述至少一个表面与抛光垫接触；b)将抛光组合物递送到所述至少一个表面，所述抛光组合物包含：0.01重量％至20重量％的磨料，所述磨料选自高纯度胶体二氧化硅颗粒、氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、晶格中掺杂氧化铝的胶体二氧化硅、及其混合物；0.01重量％至约10重量％的水溶性铝化合物；任选地，0.0001重量％至约5重量％的pH调节剂；0.0001重量％至10重量％的表面活性剂，所述表面活性剂选自a)非离子表面润湿剂；b)阴离子表面润湿剂；c)阳离子表面润湿剂；d)两性表面润湿剂；及其混合物；0.0005重量％至约0.5重量％的腐蚀抑制剂；0.01重量％至10重量％的氧化剂，所述氧化剂选自包含至少一个过氧基团(O-O)的过氧化合物、氧化的卤化物、过硼酸、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧酸、高锰酸盐、铬酸盐、铈化合物、铁氰化物、及其混合物；和0.1重量％至5重量％的有机酸；和水；其中所述抛光组合物的pH大于7；优选为约8至12；更优选为约10至12；c)用所述抛光组合物抛光所述至少一个表面以去除所述第一材料并且在所述第二材料上停止(stop-on)。在又一个实施方式中，本文描述的是一种用于化学机械平面化的系统，其包括：包含具有第一材料和第二材料的至少一个表面的图案化衬底，所述第二材料包含至少一种含硅材料；抛光垫；和给到所述至少一个表面的抛光组合物，所述抛光组合物包含：0.01重量％至20重量％的磨料，所述磨料选自高纯度胶体二氧化硅颗粒、氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、晶格中掺杂氧化铝的胶体二氧化硅、及其混合物；0.01重量％至约10重量％的水溶性铝化合物；任选地，0.0001重量％至约5重量％的pH调节剂；0.0001重量％至10重量％的表面活性剂，所述表面活性剂选自a)非离子表面润湿剂；b)阴离子表面润湿剂；c)阳离子表面润湿剂；d)两性表面润湿剂；及其混合物；0.0005重量％至约0.5重量％的腐蚀抑制剂；0.01重量％至10重量％的氧化剂，所述氧化剂选自包含至少一个过氧基团(O-O)的过氧化合物、氧化的卤化物、过硼酸、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧酸、高锰酸盐、铬酸盐、铈化合物、铁氰化物、及其混合物；和0.1重量％至5重量％的有机酸；和水；其中所述抛光组合物的pH大于7；优选为约8至12；更优选为约10至12；和所述至少一个表面与所述抛光垫和所述抛光组合物接触。水溶性铝化合物添加剂包括但不限于：铝酸钠、铝酸钾、乙酸铝、氯化铝、硫酸铝、氢氧化铝、及其组合。期望的是，铝化合物应在加入浓度下可溶于浆料制剂。铝酸盐是铝化合物的优选形式。通过使用铝化合物(如氢氧化铝Al(OH)3)或铝盐(如乙酸铝、氯化铝、硫酸铝等)与适合的氢氧化物碱(如氢氧化钾KOH或氢氧化钠NaOH)，可以在CMP浆料制剂中原位产生铝酸盐。水溶性铝化合物可以以0.01重量％至约10重量％、或优选0.05重量％至约5重量％、或更优选0.1重量％至1重量％范围内的浓度存在。抛光组合物中的pH调节剂选自盐酸、硝酸、硫酸、氯乙酸、酒石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光组合物，其包含：0.01重量％至20重量％的磨料，所述磨料选自高纯度胶体二氧化硅颗粒、氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、晶格中掺杂氧化铝的胶体二氧化硅、及其混合物；0.01重量％至约10重量％的水溶性铝化合物；和水；其中所述抛光组合物的pH大于7。

【技术特征摘要】
2015.09.25 US 62/233,251;2016.09.19 US 15/268,9561.一种抛光组合物，其包含：0.01重量％至20重量％的磨料，所述磨料选自高纯度胶体二氧化硅颗粒、氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、晶格中掺杂氧化铝的胶体二氧化硅、及其混合物；0.01重量％至约10重量％的水溶性铝化合物；和水；其中所述抛光组合物的pH大于7。2.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述水溶性铝化合物选自铝酸钠、铝酸钾、乙酸铝、氯化铝、硫酸铝、氢氧化铝、及其组合。3.根据权利要求1或2所述的抛光组合物，其进一步包含以下至少一种：0.0001重量％至约5重量％的pH调节剂；0.0001重量％至10重量％的表面活性剂，所述表面活性剂选自a)非离子表面润湿剂；b)阴离子表面润湿剂；c)阳离子表面润湿剂；d)两性表面润湿剂；及其混合物；0.0005重量％至约0.5重量％的腐蚀抑制剂；0.01重量％至10重量％的氧化剂，所述氧化剂选自包含至少一个过氧基团(O-O)的过氧化合物、氧化的卤化物、过硼酸、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧酸、高锰酸盐、铬酸盐、铈化合物、铁氰化物、及其混合物；和0.1重量％至5重量％的有机酸。4.根据权利要求3所述的抛光组合物，其中所述腐蚀抑制剂是分子中含有氮原子的化学添加剂，其选自苯并三唑(BTA)及其衍生物、三唑及其衍生物；咪唑及其衍生物、吡唑及其衍生物、苯并咪唑及其衍生物，及其组合；所述pH调节剂选自盐酸、硝酸、硫酸、氯乙酸、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、丙二酸、磺酸、磷酸、脂肪酸、聚羧酸、氯化氢、及其混合物；或者选自氢氧化钾、氢氧化钠、氨、有机氢氧化季铵、乙二胺、哌嗪、聚乙烯亚胺、改性聚乙烯亚胺、及其混合物；和所述有机酸选自芳族有机酸、氨基酸或其盐，及其组合。5.根据权利要求3所述的抛光组合物，其中所述非离子表面润湿剂选自乙氧基化醇、乙氧基化炔属二醇表面活性剂、聚乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、葡萄糖苷烷基醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇烷基苯基醚、甘油烷基酯、聚氧乙烯二醇山梨醇酐烷基酯、山梨醇酐烷基酯、椰油酰胺单乙醇胺、椰油酰胺二乙醇胺、十二烷基二甲基氧化胺、聚乙二醇与聚丙二醇的嵌段共聚物、聚乙氧基化牛脂胺、含氟表面活化剂、及其组合；阴离子表面润湿剂选自烷基羧酸盐、烷基聚丙烯酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·施滕德尔，M·G·格雷汉姆，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US