本发明专利技术提供水性CMP抛光组合物，所述组合物按所述组合物的总重量计包含0.5到30重量％的多个含有阳离子氮原子的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体，以及0.001到0.5重量％、优选10到500ppm的二烯丙基二甲基铵盐，如二烯丙基二甲基卤化铵的阳离子共聚物，其中所述组合物的pH为1到4.5。优选地，二烯丙基二甲基铵盐的所述阳离子共聚物包含二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)和二氧化硫的共聚物。所述浆料组合物在具有氮化物和硅图案的图案晶片的CMP抛光中表现出良好的氧化物选择性。
Composition and use method of water-borne silica slurry for shallow groove isolation
The present invention provides a waterborne CMP polishing composition comprising a plurality of slender, curved or spherical colloidal silica particles containing cationic nitrogen atoms at a total weight of 0.5 to 30 wt%, and diallyl dimethyl ammonium salts with a weight of 0.001 to 0.5 wt%, preferably 10 to 500 ppm, such as cationic copolymers of diallyl dimethyl ammonium halide. The pH of the composition is 1 to 4.5. Preferably, the cationic copolymer of diallyl dimethyl ammonium salt comprises a copolymer of diallyl dimethyl ammonium chloride (DADMAC) and sulfur dioxide. The slurry composition exhibits good oxide selectivity in CMP polishing of patterned wafers with nitride and silicon patterns.
【技术实现步骤摘要】
用于浅沟槽隔离的水性二氧化硅浆料组合物和其使用方法本专利技术涉及水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，所述组合物包含多个球形胶态二氧化硅颗粒或含有阳离子氮原子的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒或其混合物的一种或多种分散体，以及二烯丙基二甲基铵盐(如二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC))和二氧化硫的共聚物，其中组合物的pH为1到4.5。在前端(FEOL)半导体工艺中，浅沟槽隔离(STI)对集成电路制造中的栅极形成至关重要，如形成晶体管之前。在STI中，如原硅酸四乙酯(TEOS)或二氧化硅的电介质被过量地沉积在硅晶片中形成的开口中，例如通过氮化硅(SiN)屏障与集成电路的其余部分隔离的沟槽或隔离区。然后使用CMP工艺去除多余的电介质，产生其中电介质的预定图案镶嵌在硅晶片中的结构。用于STI的CMP需要从隔离区去除和平坦化二氧化硅覆盖层，从而产生与二氧化硅填充的沟槽共面的表面。在STI中，氮化硅膜表面必须清除二氧化硅或氧化硅，以使随后在后续处理中去除氮化物硬掩模。可接受的氧化物:氮化物去除速率比是必要的，以防止损伤下面的Si活性区并且提供过度抛光间距从而确保所有图案密度都清除氧化物。此外，必须避免任何沟槽中的氧化物凹陷，以防止成品栅极中的低阈值电压泄漏。目前，与CMP抛光垫一起使用以抛光衬底的水性化学机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物的使用者希望避免使用包含二氧化铈的CMP抛光组合物。二氧化铈浆料对二氧化硅表现出高于氮化硅的选择性并且避免氮化硅暴露时去除沟槽区中的氧化物，但成本高，存在去除速率(RR)和工艺稳定性问题，并且易于在抛光期间引起缺陷。二氧化硅浆料配方提供成本较低、无缺陷的解决方案，但迄今为止，氧化物凹陷控制不令人满意，并且氧化物:氮化物选择性不足以用于STI应用。Grumbine等人的美国专利第9,303,188B2号公开一种用于抛光具有钨层的衬底的化学机械抛光组合物，所述组合物在液体载体中包含水基液体载剂、含带阳离子电荷的胶态二氧化硅研磨剂和聚阳离子胺化合物的溶液。所述组合物可包括选自多胺和含有胺官能团的聚合物(如二烯丙基二甲基氯化铵)的胺基聚合物。所述组合物不呈现出可接受的氧化物凹陷控制以及用于STI应用的氧化物:氮化物选择性不足。本专利技术人致力于解决提供水性二氧化硅浆料的问题以及使用浆料的方法，所述水性二氧化硅浆料实现可接受的氧化物凹陷控制和氧化物:氮化物选择性以用于STI应用。
技术实现思路
1.根据本专利技术，水性化学机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物包含多个含有阳离子氮原子的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体，例如，对于平均颗粒的颗粒最长尺寸与垂直于最长尺寸的其直径的纵横比为1.8:1到3:1的那些，或其与球形胶态二氧化硅颗粒的混合物，以及0.001到0.5重量％或优选10到500ppm的二烯丙基二甲基铵盐(优选为卤盐)的阳离子共聚物，如二烯丙基二甲基卤化铵(DADMAC)和二氧化硫的共聚物，其中组合物的pH为1到4.5或优选2.5到4.3，并且另外其中按组合物的总重量计，呈固体的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体的量在0.5到30重量％、或优选1到25重量％、或更优选1到20重量％的范围内。2.根据以上第1项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中按组合物中胶态二氧化硅颗粒的总固体重量计，细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体的量在80到99.9重量％范围内，或优选95到99.9重量％范围内。3.根据以上第1项或第2项中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中胶态二氧化硅颗粒分散体中胶态二氧化硅颗粒的重均粒径(CPS)或其混合物中的这类粒径的加权平均值在10nm到200nm范围内，或优选在25nm到80nm范围内。4.根据以上第1、2或3项中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中二烯丙基二甲基铵盐(优选为卤盐)和二氧化硫的阳离子共聚物包含45到55摩尔％、或优选48到52摩尔％的二烯丙基二甲基铵盐和45到55摩尔％、或优选48到52摩尔％的二氧化硫。5.根据以上第1、2、3或4项中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中二烯丙基二甲基铵盐(优选为卤盐)和二氧化硫的阳离子共聚物的重均分子量为1,000到15,000，或优选为2,000到12,000。6.根据本专利技术的另一方面，使用水性CMP抛光组合物的方法包含用以上第1项到第5项中任一项所阐述的CMP抛光垫和水性CMP抛光组合物抛光衬底。7.根据以上第6项所阐述的本专利技术方法，其中衬底包含二氧化硅或原硅酸四乙酯(TEOS)和氮化硅，如SiN或Si3N4或其混合物，并且抛光导致氧化物:氮化物去除速率比为至少3:1，例如3:1到25:1，或优选8:1到18:1，例如至少8:1。8.根据以上第6项或第7项中任一项所阐述的用于抛光衬底的本专利技术方法，其中抛光下压力在6.9kPa(1psi)到41.5kPa(6psi)或优选12kPa(1.8psi)到36kPa(5.2psi)范围内。9.根据以上第6、7或8项中任一项所阐述的用于抛光衬底的本专利技术方法，其中CMP抛光组合物包含总计0.5到5重量％、或优选1到3重量％的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体的总固体含量。CMP抛光组合物可作为浓缩物存储和运输，然后在抛光衬底时用水稀释。除非另有指示，否则温度和压力的条件是环境温度和标准压力。所述的所有范围都具有包括性和可组合性。除非另有指示，否则任何含有圆括号的术语都可选地指整个术语，即如同不存在圆括号并且没有圆括号的术语以及其组合都是可选的。所有范围都具有包括性和可组合性。举例来说，术语“50到3000cPs或100或大于100cPs的范围”将包括50到100cPs、50到3000cPs和100到3000cPs中的每一个。如本文所用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯的ASTM国际标准组织(ASTMInternational,WestConshohocken,PA)的出版物。如本文所用，术语“胶态稳定”意思是给定组合物不凝胶或沉淀，并且在给定时间和给定温度之后，在可见检测时保持透明。如本文所用，术语“硬碱”是指金属氢氧化物，包括碱(碱土)金属氢氧化物，如NaOH、KOH或Ca(OH)2。如本文所用，术语“ISO”是指瑞士日内瓦的国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization,Geneva,CH)的出版物。如本文所用，术语“粒径(CPS)”意思是如通过CPS仪器(荷兰(TheNetherlands))盘式离心机系统测定的组合物的重均粒径。使用离心力在溶剂中将颗粒大小分离并且使用光学光散射进行定量。如本文所用，术语“肖氏D硬度(ShoreDhardness)”是如根据ASTMD2240-15(2015)，“《橡胶性能、硬度计硬度的标准测试方法(StandardTestMethodforRubberProperty,DurometerHardness)》”所测量的给定材料的2种第二硬度。在装备有D探针的雷克斯混合硬度测试仪(RexHybridhardnesstester)(伊利诺伊州比弗洛格罗夫的雷克斯仪表公司(RexGaugeCompany，Inc.，BuffaloGrove，I本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水性化学机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物，所述组合物包含多个含有阳离子氮原子的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体和0.001到0.5重量％的二烯丙基二甲基铵盐的阳离子共聚物，其中所述组合物的pH为1到4.5，并且另外，其中所述细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的所述分散体的量在0.5到30重量％的范围内，所有重量均按所述组合物的总重量计。
【技术特征摘要】
2017.06.16 US 15/625075;2017.08.18 US 15/6807301.一种水性化学机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物，所述组合物包含多个含有阳离子氮原子的细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体和0.001到0.5重量％的二烯丙基二甲基铵盐的阳离子共聚物，其中所述组合物的pH为1到4.5，并且另外，其中所述细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的所述分散体的量在0.5到30重量％的范围内，所有重量均按所述组合物的总重量计。2.根据权利要求1所述的水性CMP抛光组合物，其中所述细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体对于平均颗粒的最长尺寸与垂直于所述最长尺寸的直径的纵横比为1.8:1到3:1。3.根据权利要求1所述的水性CMP抛光组合物，其中按所述组合物中所述胶态二氧化硅颗粒的总固体重量计，所述细长、弯曲或球状胶态二氧化硅颗粒的分散体的量在80到99.9重量％的范围内。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·考兹休克，D·莫斯利，N·K·彭塔，M·万哈尼赫姆，KA·K·雷迪，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。