本发明专利技术提供了一种可用来对半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅进行抛光的水性组合物，该组合物包含０．０１－５重量％的羧酸聚合物、０．０２－６重量％的磨料、０．０１－１０重量％的聚乙烯基吡咯烷酮、０．００５－５重量％的阳离子化合物、０．００５－５重量％的两性离子化合物和余量的水，所述聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为１００－１００００００克／摩尔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体晶片材料的化学机械平面化(CMP)，更具体来说，本专利技术涉及用来在浅沟槽隔离(shallow trench isolation)(STI)法中从半导体晶片上抛光除去二氧化硅和氮化硅的CMP组合物。
技术介绍
随着微电子电路中器件尺寸的减小以及集成密度的增大，需要隔离结构的尺寸相应减小。这种减小促使人们致力于可重复地形成能够提供有效隔离的结构，同时最小程度地占据基片的表面。STI技术是一种广泛采用的半导体制造方法，用来形成隔离结构，使集成电路中形成的各种有源部件电绝缘。使用STI技术优于常规的LOCOS(局部硅氧化)的一个主要优点是，在亚微米级别集成制造的时候，对CMOS(互补金属氧化物半导体)IC器件具有高可量测性。另一优点是STI技术能够防止产生所谓的鸟喙侵蚀(bird’s beak encroachment)，这种鸟喙侵蚀是用LOCOS技术形成隔离结构时的特征。在STI技术中，第一步是(通常使用各向异性蚀刻)在基片中预定的部分形成多个沟槽。然后将二氧化硅沉积在各个沟槽中。然后用CMP抛光二氧化硅，向下抛光至氮化硅(停止层)以形成STI结构。目前有许多种可用于STI应用的浆液。第一代浆液(“I代”)通常由氧化铈磨料和分散剂组成。I代浆液是廉价而简单的体系，又能得到高去除速率和高产量。但是由于I代浆液对氮化物腐蚀性过大，而且使沟槽凹陷程度过大，不适于等于和小于130纳米的技术结点。第二代浆液(“II代”)通常除了像I代一样包含氧化铈和分散剂以外，还包含化学添加剂。化学添加剂用来提高氧化硅与氮化硅的去除选择性，提供极佳的清除能力，同时减缓氮化物腐蚀和抑制沟槽凹陷。II代浆液是目前最广泛用于130纳米和130纳米以下结点(node)的STI浆液。然而，当趋近更高级的技术结点(例如小于90纳米)的时候，由于图案对浆液的去除性能的依赖性，会造成凹陷和氮化物腐蚀，从而又产生了问题。第三代浆液(“III代”)是所谓的“止于平面”或“反Prestonian”浆液。III代浆液通常包含在水性环境下对氧化硅表面具有强亲和力，而且具有“动态”吸附性能的化学添加剂。III代浆液可具有明显的氧化物去除阈(非Prestonian)，或者其氧化物去除速率可以随时间减小。III代浆液设计用于高级的STI应用，通过首先选择性地去除形貌，以解决在抛光过程中的图案依赖性的问题。但是这种设计方法在实施过程中也产生了自身的问题。例如，由于III代浆液不能清除活性结构，因此无法广泛适用。因此，III代浆液通常需要与另外的用于清除的浆液(例如II代浆液)一起使用。Kido等人在美国专利申请公开第2002/0045350号中揭示了一种用来抛光半导体器件的已知磨料组合物，该组合物包含氧化铈和水溶性有机化合物。尽管并未指出，但是所述组合物可任选包含粘度调节剂、缓冲剂、表面活性剂和螯合剂。尽管Kido的组合物提供了足够的抛光性能，但是微电子电路中不断增长的集成密度需要改进的组合物和方法。因此人们需要一种组合物，用来在浅凹槽隔离法中对二氧化硅(“氧化硅”)和氮化硅进行化学机械抛光，该组合物不但能够在抛光过程中提供改进的选择性和可控性，而且具有改进的清除性能。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术提供了可用来对半导体晶片上的氧化硅和氮化硅进行抛光的水性组合物，该组合物包含0.01-5重量％的羧酸聚合物、0.02-6重量％的磨料、0.01-10重量％的聚乙烯基吡咯烷酮、0.005-5重量％的阳离子化合物、0.005-5重量％的两性离子化合物和余量的水，所述聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为100-1000000克/摩尔。在第二方面，本专利技术提供一种可用来对半导体晶片上的氧化硅和氮化硅进行抛光的水性组合物，该组合物包含0.01-5重量％的羧酸聚合物、0.02-6重量％的二氧化铈、0.01-10重量％的聚乙烯基吡咯烷酮、0.005-5重量％的乙醇胺、0.005-5重量％的甜菜碱和余量的水，所述聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为100-1000000克/摩尔。附图说明图1A、1B、1C显示了本专利技术浆液的清除性能；图2显示了本专利技术的浆液的止于平面性能； 图3显示了本专利技术浆液的阶跃高度(step-height)减小性能；图4A、4B、4C显示了本专利技术浆液的直接STI性能；图5进一步显示了本专利技术浆液的阶跃高度减小性能。具体实施例方式本专利技术的组合物和方法不但能够出人意料地抑制对用于浅沟槽隔离法的半导体晶片上的活性层的去除，还能够对这些活性层进行清除。该组合物宜包含用来在抛光过程中提高选择性和可控性的磨料、分散剂、平面化助剂和性能增强剂。具体来说，本专利技术提供了一种可用来对半导体晶片上的氧化硅和氮化硅进行抛光的水性组合物，该组合物包含氧化铈、羧酸聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮和余量的水。本专利技术的化合物还包含阳离子性化合物，以促进平面化、调节晶片清除时间和氧化硅去除。所述组合物还包含两性离子化合物，以促进平面化，以及作为氮化物去除的抑制剂。较佳的是，所述新颖的抛光组合物包含约0.01-10重量％的聚乙烯基吡咯烷酮，以便在氧化物去除过程中提供压力阈值响应(threshold pressure response)。较佳的是，所述聚乙烯基吡咯烷酮的含量为0.015-5重量％。更佳的是，所述聚乙烯基吡咯烷酮的含量为0.02-0.5％重量。另外，可使用具有更高或更低数均分子量的聚乙烯基吡咯烷酮的混合物。另外，通过凝胶渗透色谱法(GPC)测得，所述聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量为100-1000000克/摩尔。较佳的是，所述聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量为500-500000克/摩尔。更佳的是，所述聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量约为1500-10000克/摩尔。除了聚乙烯基吡咯烷酮以外，所述组合物优选包含0.01-5重量％的羧酸聚合物，作为磨料颗粒(将在下文中讨论)的分散剂。较佳的是，所述组合物包含0.05-1.5重量％的羧酸聚合物。另外，所述聚合物的数均分子量优选为4000-1500000。另外，可使用具有更高和更低数均分子量的羧酸聚合物的混合物。这些羧酸聚合物通常呈溶液形式，但是也可呈水分散体形式。所述羧酸聚合物可优选作为磨料颗粒(将在下文中讨论)的分散剂。上述聚合物的数均分子量通过GPC测定。所述羧酸聚合物优选由不饱和单羧酸和不饱和二羧酸形成。常规的不饱和单羧酸单体包含3-6个碳原子，包括丙烯酸、低聚丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸和乙烯基乙酸。常规的不饱和二羧酸包含4-8个碳原子，包括其酸酐，其包括例如马来酸、马来酸酐、富马酸、戊二酸、衣康酸、衣康酸酐和环己烯二羧酸。另外还可使用上述酸的水溶性盐。数均分子量约为1000-1500000，优选3000-250000，更优选20000-200000的“聚(甲基)丙烯酸”是特别有用的。在本文中，术语“聚(甲基)丙烯酸”表示丙烯酸的聚合物、甲基丙烯酸的聚合物或丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物。特别优选不同数均分子量的聚(甲基)丙烯酸的掺合物。在这些聚(甲基)丙烯酸的掺合物或混合物中，将数均分子量为1000-100000，优选4000-40000的较低数均分子量的聚(甲基)丙烯酸与数均分子量为150000-1500000，优选200000-3000本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可用来对半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅进行抛光的水性组合物，该组合物包含０．０１－５重量％的羧酸聚合物、０．０２－６重量％的磨料、０．０１－１０重量％的聚乙烯基吡咯烷酮、０．００５－５重量％的阳离子化合物、０．００５－５重量％的两性离子化合物和余量的水，所述聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为１００－１００００００克／摩尔。
【技术特征摘要】
US 2006-3-8 11/372,3211.一种可用来对半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅进行抛光的水性组合物，该组合物包含0.01-5重量％的羧酸聚合物、0.02-6重量％的磨料、0.01-10重量％的聚乙烯基吡咯烷酮、0.005-5重量％的阳离子化合物、0.005-5重量％的两性离子化合物和余量的水，所述聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为100-1000000克/摩尔。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物包含0.02-1重量％的聚乙烯基吡咯烷酮。3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为1500-10000克/摩尔。4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述两性离子化合物具有以下结构 式中n是整数，Y包括氢或烷基，Z包括羧基、硫酸根或氧，M包括氮、磷或硫原子，...
【专利技术属性】
技术研发人员：SJ兰，C余，
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：US[美国]
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