用于移除硅氮化物的化学机械抛光组合物制造技术

本发明专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)胶态硅石颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且其中所述胶态硅石颗粒的表面羟基密度为每平方纳米所述颗粒的表面积约1.5个羟基至约8个羟基；(b)阴离子型表面活性剂；(c)缓冲剂；以及(d)水，其中，该抛光组合物的pH为约2至约7，且其中，该抛光组合物基本上不含氧化金属的氧化剂。本发明专利技术进一步提供使用本发明专利技术化学机械抛光组合物对基板进行化学机械抛光的方法。典型地，该基板含有硅氮化物、硅氧化物和/或多晶硅。

Chemical mechanical polishing composition for removing silicon nitride

The invention provides a chemical mechanical polishing composition, comprising: (a) colloidal silica particles, which was selected from Mg, Ca, Al, B, Be and their combination of metal ions was modified, and the density of surface hydroxyl of the colloidal silica particles per square nanometer particle surface area about the 1.5 - to about 8 hydroxyl groups (b); anionic surfactant; (c) buffer; and (d) water, wherein the polishing composition of pH is about 2 to about 7, and the oxidant in the polishing composition basically does not contain metal oxide. The invention further provides a method for chemical mechanical polishing of a substrate using the chemical mechanical polishing composition of the present invention. Typically, the substrate contains silicon nitride, silicon oxide, and / or polycrystalline silicon.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于移除硅氮化物的化学机械抛光组合物
技术介绍
作为赋能技术(enablingtechnology)，已将高K金属栅极模块引入新式(modern)逻辑器件(45nm技术节点及以上(beyond))以供效能改善。替换金属栅极(后栅极)的方法已成为先进器件制造中用于高k金属栅极模块的主流技术，尤其针对20nm及以上(beyond)。对于替换金属栅极模块，若干关键CMP制程(包括选择性的氧化物/氮化物抛光、多晶硅开口抛光(polyopenpolishing；POP)及自对准接触(selfalignedcontact；SAC))必须经过最佳化以满足严格的平面度及缺陷要求。虽然所述器件存在多种制造方法，但常常使用硅氮化物作为罩盖(capping)层及作为蚀刻停止层。关于POP及SAC步骤，选择性地移除硅氮化物罩盖层且很好地停止于多晶硅栅极或氧化物层以供精确控制栅极高度、且将栅极周围的氧化物损耗或侵蚀降至最低是极具挑战性的。同时，关于POP步骤的侵蚀可在金属层沉积及后续金属抛光以形成栅极之后产生诸如铝的金属残留物。在替换金属栅极(RMG)制程中典型地存在两个CMP抛光步骤：(i)移除大量氧化物，使表面形貌平坦化，且选择性地停止于氮化物应力及罩盖层处，及(ii)经氮化物对氧化物的可调选择比(选择性，selectivity)进行较高速率的抛光。典型地，用于第一步的基于硅石(氧化硅，silica)或基于铈土(二氧化铈，ceria)的浆料应具有较高的氧化物对氮化物的选择比。在实践中，会存在氮化物损耗的不均匀性及围绕氧化物的凹陷。将该表面形貌减至最小对于POP抛光至关重要，否则其可能导致差的栅极高度控制且导致后续金属化步骤中的缺陷度。一般而言，POP抛光需要灵活的氮化物对氧化物的选择比来满足RMG制程中的严格要求。SAC中的挑战同样需要较高的氮化物对氧化物的选择比，其提供优异的平坦化效率及表面形貌。因此，在本领域中仍需要可提供硅氮化物、硅氧化物及多晶硅的合乎需要的可调选择比(选择性，selectivity)且具有适合移除速率的抛光组合物及方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)胶态硅石(氧化硅，silica)颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且其中胶态硅石颗粒的表面羟基密度为每平方纳米颗粒表面积约1.5个羟基至约8个羟基，(b)阴离子型表面活性剂，(c)缓冲剂及(d)水，其中抛光组合物的pH为约2至约7，且其中抛光组合物不含或基本上不含氧化金属的氧化剂。本专利技术还提供一种化学机械抛光基板的方法，其包括：(i)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：(a)胶态硅石颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且其中胶态硅石颗粒的表面羟基密度为每平方纳米颗粒表面积约1.5个羟基至约8个羟基，(b)阴离子型表面活性剂，(c)缓冲剂及(d)水，其中抛光组合物的pH为约2至约7，且其中抛光组合物不含或基本上不含氧化金属的氧化剂，(ii)使抛光垫及化学机械抛光组合物相对于基板移动，及(iii)研磨基板的至少一部分以抛光基板。具体实施方式本专利技术提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：(a)胶态硅石颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且其中胶态硅石颗粒的表面羟基密度为每平方纳米颗粒表面积约1.5个羟基至约8个羟基，(b)阴离子型表面活性剂，(c)缓冲剂及(d)水，其中抛光组合物的pH为约2至约7，且其中抛光组合物不含或基本上不含氧化金属的氧化剂。抛光组合物包含由经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子表面改性的胶态硅石颗粒所组成的研磨剂。在优选实施方式中，金属离子为铝离子(即，Al(III))。胶态硅石颗粒可为任何适合的胶态硅石颗粒且典型地为“湿法”胶态硅石颗粒。如本文所用，“湿法”硅石是指通过沉淀、缩合-聚合或类似制程所制备的硅石(例如与热解或火成的硅石相对)。在不存在金属离子的情况下制备胶态硅石颗粒，使得在经选自Mg、Ca、Al、B和/或Be的金属离子进行表面改性之前，胶态硅石颗粒不含或基本上不含金属离子。优选地，通过Si(OH)4的缩合-聚合来制备胶态硅石颗粒。例如，可通过诸如原硅酸四乙酯(TEOS)的高纯度烷氧基硅烷的水解获得前体Si(OH)4。这样的胶态硅石可以各种市售产品形式获得，诸如FusoPL-1、PL-1H、PL-1SL、PL-2、PL-2L、PL-3、PL-3H、PL-3L、PL-5、PL-6L、PL-7、PL-7H、PL-10H、PL-SH3及PL-20产品，及Nalco1050、2327及2329产品，以及可购自DuPont、Bayer、AppliedResearch、NissanChemical及Clariant的其它类似产品。胶态硅石颗粒的表面羟基密度可为每平方纳米颗粒表面积约1.5个羟基或更高，例如，约1.6个羟基/nm2或更高、约1.7个羟基/nm2或更高、约1.8个羟基/nm2或更高、约1.9个羟基/nm2或更高、约2.0个羟基/nm2或更高、约2.2个羟基/nm2或更高、约2.4个羟基/nm2或更高、约2.6个羟基/nm2或更高、约2.8个羟基/nm2或更高、约3个羟基/nm2或更高、约4个羟基/nm2或更高、或约5个羟基/nm2或更高。可选择地，或者此外，胶态硅石颗粒的表面羟基密度可为每平方纳米颗粒表面积约8个羟基或更低，例如，约7.5个羟基/nm2或更低、约7个羟基/nm2或更低、约6.5个羟基/nm2或更低、约6个羟基/nm2或更低、约5.5个羟基/nm2或更低、或约5个羟基/nm2或更低。因此，胶态硅石颗粒可具有以前述端点中的任意两者为界的表面羟基密度。例如，胶态硅石颗粒的表面羟基密度可为每平方纳米颗粒表面积约1.5个羟基至约8个羟基，例如，约1.6个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约1.7个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约1.8个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约1.9个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约2.0个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约2.2个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约2.4个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约2.6个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约2.8个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约3个羟基/nm2至约8个羟基/nm2、约3个羟基/nm2至约7.5个羟基/nm2、约3个羟基/nm2至约7个羟基/nm2、约3个羟基/nm2至约6.5个羟基/nm2、约3个羟基/nm2至约6个羟基/nm2、或约4个羟基/nm2至约6个羟基/nm2。可使用任何适合的方法测定胶态硅石颗粒的表面羟基密度。在实施方式中，胶态硅石颗粒的水性分散体可调整至pH4.0以制备滴定样本。可用具有已知浓度的氢氧化钠水溶液将滴定样本滴定至pH9.0以测定存在于该滴定样本中的羟基数。可使用任何适合的方法(例如，通过BET法)测定胶态硅石颗粒的表面积。可由此确定每平方纳米的羟基数。可使用任何适合的方法对胶态硅石颗粒进行表面改性。在实施方式中，将胶态硅石颗粒分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
化学机械抛光组合物，包含：(a)胶态硅石颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且其中所述胶态硅石颗粒的表面羟基密度为每平方纳米所述颗粒的表面积约1.5个羟基至约8个羟基，(b)阴离子型表面活性剂，(c)缓冲剂，及(d)水，其中所述抛光组合物的pH为约2至约7，且其中所述抛光组合物基本上不含氧化金属的氧化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.03 US 14/612,7361.化学机械抛光组合物，包含：(a)胶态硅石颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且其中所述胶态硅石颗粒的表面羟基密度为每平方纳米所述颗粒的表面积约1.5个羟基至约8个羟基，(b)阴离子型表面活性剂，(c)缓冲剂，及(d)水，其中所述抛光组合物的pH为约2至约7，且其中所述抛光组合物基本上不含氧化金属的氧化剂。2.权利要求1的抛光组合物，其中，所述胶态硅石颗粒以约0.1重量％至约5重量％的量存在。3.权利要求1的抛光组合物，其中，所述胶态硅石颗粒的平均颗粒直径为约20nm至约100nm。4.权利要求1的抛光组合物，其中，所述胶态硅石颗粒于每平方纳米所述颗粒的表面积包含约0.1至约0.2个金属离子，其中所述金属离子为铝离子。5.权利要求1的抛光组合物，其中，所述阴离子型表面活性剂为包含选自羧酸、磺酸、磷酸以及它们的组合的官能团的单体的聚合物或共聚物，其中所述阴离子型表面活性剂的平均分子量为约100,000道尔顿或更低，且其中所述阴离子型表面活性剂以约5ppm至约200ppm的量存在。6.权利要求5的抛光组合物，其中，所述阴离子型表面活性剂为聚(丙烯酸-共-顺丁烯二酸)共聚物。7.权利要求1的抛光组合物，其中，所述阴离子型表面活性剂为包含至少一个磺酸基的单体型表面活性剂。8.权利要求1的抛光组合物，其中，所述抛光组合物进一步包含非离子型表面活性剂。9.权利要求1的抛光组合物，其中，所述缓冲剂包含有机羧酸。10.权利要求1的抛光组合物，其中，所述抛光组合物基本上不含过氧化氢、硝酸铁、碘酸钾、过氧乙酸及高锰酸钾。11.化学机械抛光基板的方法，包括：(i)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触，所述化学机械抛光组合物包含：(a)胶态硅石颗粒，其经选自Mg、Ca、Al、B、Be以及它们的组合的金属离子进行表面改性，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏聪，叶铭智，蔡智斌，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：发明
国别省市：美国,US