化学机械抛光组合物以及方法技术

酸性化学机械抛光组合物以及方法具有增强的缺陷抑制并且在酸性环境中优先于二氧化硅选择性地抛光氮化硅。所述酸性化学机械抛光组合物包括聚(2‑乙基‑2‑噁唑啉)聚合物、阴离子官能胶体二氧化硅颗粒、胺羧酸并且具有5或更小的pH。

【技术实现步骤摘要】
化学机械抛光组合物以及方法
本专利技术涉及具有增强的缺陷抑制并且在酸性环境中优先于二氧化硅选择性地抛光氮化硅的化学机械抛光组合物以及方法。更具体地，本专利技术涉及具有增强的缺陷抑制并且在酸性环境中优先于二氧化硅选择性地抛光氮化硅的化学机械抛光组合物以及方法，其中所述化学机械抛光组合物包括聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物、阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒和胺羧酸，并且所述化学机械抛光组合物的pH为5或更小。
技术介绍
化学机械平坦化、或化学机械抛光(CMP)是用于将衬底(诸如半导体晶片)平坦化的常见技术。在常规的CMP中，晶片被安装在托架组件上并且被定位成与CMP设备中的抛光垫接触。托架组件向晶片提供可控的压力，从而将晶片压靠在抛光垫上。所述垫通过外部驱动力相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光组合物(“浆料”)或其他抛光液。因此，通过垫表面和浆料的化学和机械作用将晶片表面抛光并且使其成为平面。某些先进装置设计要求在较低的使用点(POU)磨料重量百分比下提供二氧化硅移除效率以及减少的划痕缺陷以改进整个抛光方法和产物产率％的抛光组合物。随着半导体装置上结构大小不断缩小，曾经可接受用于平坦化和减少抛光介电材料的缺陷的性能标准变得越来越难以接受。曾经被认为是可接受的划痕和颤痕现今成为产率限制。随着用于集成电路器件的技术的进步，传统材料(如氮化硅、二氧化硅和多晶硅)以各种组合使用，以实现并且使得能够获得所需的构造配置和器件性能。常规的抛光浆料已经被设计用于“停止在氮化硅上”的应用，如在浅沟槽隔离(STI)中。最近，集成电路的密度持续增加，导致得益于化学机械抛光(CMP)的新前段制程(FEOL)结构，包括替代金属栅极、接触插塞、和经导电金属化处理的衬底。在此类结构中，氮化硅用作蚀刻停止层、覆盖材料、和硬掩膜。另外，氮化硅越来越多地用作扩散或钝化层、间隔材料、和衬里。在所有此类方案中，氮化硅与其他介电膜(如氧化硅或四乙氧基硅烷(TEOS))组合使用。因此，目前大多数图案化的晶片含有不同密度的氮化硅和二氧化硅介电膜二者。此外，涉及此类集成方案的特征尺寸步骤需要选择性CMP抛光或去除氮化硅膜，而不去除二氧化硅介电材料。其他方法需要氮化硅：二氧化硅选择性的CMP抛光组合物的方法是“反向STI方法”，其中在介电二氧化硅中蚀刻沟槽并用介电氮化硅盖填充；以及常规的“回蚀方法”的替代方案，其中CMP抛光是除了蚀刻之外或代替蚀刻使用。所述替代性蚀刻方法的一个此种实例是自对准接触(SAC)覆盖。在SAC覆盖中，替代金属栅极(RMG)已经由过量的金属(如钨)形成，所述金属通过CMP抛光去除，并且然后通过反应离子蚀刻(RIE)蚀刻下来，在晶片中形成窄间隙。然后用氮化硅(SiN或Si3N4)填充这些间隙。然后CMP抛光去除过量的氮化硅并停止在二氧化硅表面上。在每种情况中，新FEOL构造(像SAC)在CMP抛光中需要反向选择性(即高的氮化硅去除速率和低的二氧化硅去除速率)以去除过量的电介质。在SAC中，优先于存在的二氧化硅层完全清除氮化硅层对于避免在连续步骤中阻塞二氧化硅蚀刻是至关重要的。然而，过度抛光氮化硅使氮化硅SAC盖变薄，冒着电短路的风险。因此，具有高选择性CMP抛光的CMP是至关重要的。新FEOL构造均导致其中介电氮化硅的预定图案嵌入硅晶片中的结构。此CMP抛光需要去除和平坦化过载的氮化硅，从而产生与填充有氮化硅的沟槽、插塞、或间隙共面的表面。可接受的氮化硅：二氧化硅去除速率比是必要的，以防止损伤下面的硅有源区并且提供过度抛光边缘以确保所有图案密度均清除氮化硅。因此，需要一种防止对下面的二氧化硅的损伤并且优先于二氧化硅选择性地抛光氮化硅的化学机械抛光组合物以及方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种酸性化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物；胺羧酸；任选地，阴离子表面活性剂；任选地，杀生物剂；并且，其中，所述酸性化学机械抛光组合物的pH为5或更小。本专利技术进一步涉及一种用于对衬底进行化学机械抛光的方法，所述方法包括：提供衬底，其中所述衬底包含氮化硅和二氧化硅；提供酸性化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：水；阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物；胺羧酸；任选地，阴离子表面活性剂；任选地，杀生物剂；并且，其中，所述酸性化学机械抛光组合物的pH为5或更小；并且，提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；用20.7kPa的下压力在所述化学机械抛光垫的抛光表面与所述衬底之间的界面处产生动态接触；以及在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近将所述酸性化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；其中所述衬底被抛光；并且其中缺陷被抑制，并且氮化硅优先于二氧化硅被选择性地从所述衬底去除。本专利技术的酸性化学机械抛光组合物以及方法抑制了对二氧化硅的损伤，并且同时能够在酸性环境中优先于二氧化硅选择性的去除氮化硅。具体实施方式如本说明书通篇所使用的，除非上下文另外指示，否则以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；L＝升；mL＝毫升；μ＝μm＝微米；kPa＝千帕；mm＝毫米；nm＝纳米；s＝秒；min＝分钟；rpm＝每分钟转数；mV＝毫伏；lbs＝磅；kg＝千克；Mw＝重均分子量；psi＝磅力/平方英寸；lbf＝磅力；1kPa＝0.145038psi；wt％＝重量百分比；e.g.＝例如；LPCVD＝低压化学气相沉积；PECVD＝等离子体增强的化学气相沉积；RR＝移除速率；pI＝等电点；PS＝本专利技术的抛光浆料；CS＝对比抛光浆料；PEO＝聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物；PVP＝聚乙烯吡咯烷酮；PAAm＝聚丙烯酰胺；HF＝氟化氢；以及SiN或Si3N4＝氮化硅。术语“化学机械抛光”或“CMP”是指单独地凭借化学和机械力来抛光衬底的工艺，并且其区别于其中向衬底施加电偏压的电化学-机械抛光(ECMP)。术语“TEOS”意指由原硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)分解而形成的氧化硅。术语“等电点”意指有机酸在电场或电泳介质中不迁移时的pH。在通篇说明书中，术语“组合物”和“浆料”可互换使用。术语“一个/种(a/an)”是指单数和复数二者。除非另外指出，否则所有百分比均为按重量计的。所有数值范围都是包含端值的，并且可按任何顺序组合，除了此数值范围被限制为加起来最高达100％是合乎逻辑的情况之外。本专利技术的化学机械抛光组合物和方法用于抛光包含氮化硅(SiN或Si3N4)和二氧化硅(TEOS)的衬底，并且其中缺陷(如划痕)(对表面造成的长损伤线)和颤痕(磨料辊轧损伤)被抑制，并且在酸性环境中相比于二氧化硅去除速率，氮化硅去除速率具有选择性。在本专利技术的方法中使用的化学机械抛光组合物含有以下项(优选地由以下项组成)：水；阴离子官能胶体二氧化硅磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酸性化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：/n水；/n阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；/n聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物；/n胺羧酸；/n任选地阴离子表面活性剂；/n任选地杀生物剂；并且，/n其中，所述酸性化学机械抛光组合物的pH为5或更小。/n

【技术特征摘要】
20190516 US 16/4139541.一种酸性化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：
水；
阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；
聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物；
胺羧酸；
任选地阴离子表面活性剂；
任选地杀生物剂；并且，
其中，所述酸性化学机械抛光组合物的pH为5或更小。


2.如权利要求1所述的酸性化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包含以下项作为初始组分：
所述水；
所述阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；
所述聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物，其中所述聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物具有1000或更大的重均分子量；
所述胺羧酸；
任选地所述阴离子表面活性剂；
杀生物剂；并且
其中，所述化学机械抛光组合物的pH为2-5。


3.如权利要求2所述的酸性化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包含以下项作为初始组分：
所述水；
0.1wt％至10wt％的所述阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；
0.001wt％或更多的所述聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物，其中所述聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物具有1000至1000,000的重均分子量；
所述胺羧酸，其中所述胺羧酸具有小于5的等电点；
所述阴离子表面活性剂；
所述杀生物剂；并且
其中，所述化学机械抛光组合物的pH为3-5。


4.如权利要求3所述的酸性化学机械抛光组合物，其中，所述化学机械抛光组合物包含以下项作为初始组分：
所述水；
0.5wt％至5wt％的所述阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；
0.005wt％至0.25wt％的所述聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物，其中所述聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物具有10,000至500,000的重均分子量；
0.01wt％或更多的所述胺羧酸，其中所述胺羧酸具有小于5的等电点；
0.001wt％或更多的所述阴离子表面活性剂；
0.001wt％至0.1wt％的所述杀生物剂；并且
其中，所述化学机械抛光组合物的pH为3-4。


5.一种用于对衬底进行化学机械抛光的方法，所述方法包括：
提供衬底，其中所述衬底包含氮化硅和二氧化硅；
提供酸性化学机械抛光组合物，其包含以下项作为初始组分：
水；
阴离子官能胶体二氧化硅磨料颗粒；
聚(2-乙基-2-噁唑啉)聚合物；
胺羧酸；
任选地，阴离子表面活性剂；
任选地，杀生物剂；并且，
其中，所述酸性化学机械抛光组合物的pH为5或更小；并且
提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；
用20.7kPa的下压力在所述化学机械抛光垫的抛光表面与所述衬底之间的界面处产生动态接触；以及
在所述化学机械抛光垫与所述衬底之间的界面处或界面附近将所述酸性化学机械抛光组合物分配到所述化学机械抛光垫上；
其中所述衬底被抛光；并且其中缺陷被抑制，并且氮化硅优...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·K·彭塔，K·E·特泰，M·范汉尼赫姆，
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