用来化学机械抛光薄膜和介电材料的组合物和方法技术

本发明专利技术提供一种可用来抛光半导体晶片上的导电材料、半导体材料和介电材料的水性组合物，该组合物包含０．０１－５重量％的两性离子化合物、０．０１－５重量％阳离子化合物、０．５－１０重量％磨料、０－５重量％无机酸及其盐和余量水，所述磨料为只处于酸性ｐＨ下处理的热解法二氧化硅。该组合物和方法提供了相对于介电材料选择性去除导电层和半导体层的出乎意料的选择性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对半导体晶片材料的化学机械平面化(CMP)，更具体来说，本专利技术涉及以对层间介电材料高选择性用于对例如氮化硅和各种互连层、以及半导体集成电路制造中所用的薄膜进行抛光的CMP组合物和方法。
技术介绍
半导体晶片通常包括在其上形成了大量电子器件的基片，例如硅晶片或砷化镓晶片。晶体管和电容器之类的电子器件通过基片中形成图案的区域和基片上各层而与基片化学连接以及物理连接。这些器件和层被层间电介质(interleveldielectrics)(ILD)分隔，所述层间介质主要由一些形式的氧化硅(SiO2)材料形成。这些器件通过使用众所周知的多层(multilevel)间互连而互相连接形成功能电路。通常的层间互连由堆叠的导电薄膜和半导体薄膜形成，这些薄膜由一种或多种以下材料组成硅、多晶硅、掺杂的多晶硅(Poly-Si)、非晶硅、氮化硅或其各种组合。另外，经常通过填有绝缘材料的沟槽将器件互相隔离，所述绝缘材料是例如硼和磷掺杂的硅玻璃(BPSG)或原硅酸四乙酯(TEOS)。如上讨论，通过在半导体结构的表面上交替沉积和图案化导电材料、半导体材料和绝缘材料的层，形成半导体结构的半导体器件。通常在沉积连续的层的时候，要求使半导体结构的表面光滑而平整。因此，为了制备用来进行材料沉积操作的半导体结构表面，需要在半导体结构表面进行平面化处理。平面化处理通常是在半导体结构上生长或沉积如氧化物或氮化物的绝缘材料的层间介电层，从而填充粗糙或不连续的区域(例如槽缝)。层间介电层沉积成共形膜(conformal film)的形式，使其具有非平面的表面，该表面的特征是在阵列上方具有向上延伸的高度较高、垂直抬高的凸起结构，在其它区域具有较低高度的开放槽。采用平面化法将垂直凸起结构的高度降至目标高度，该目标高度通常是预先设定的在阵列顶部水平面以上的距离，在此距离下能够理想地形成平面化的表面。目前，CMP是最主要的达到所需平整度或进行平面化的技术。CMP促进了表面材料的去除，在化学组合物(“浆液”)选择性地进攻表面的同时对表面进行机械研磨。目前这一代的器件需要将表面平面化至精确的厚度，或者需要通过在整个表面进行平面化和抛光，从而露出异种材料。化学组合物必须能够以预定的速率或以极低的抛光速率对裸露的异种材料进行抛光。在低速率情况下，需要裸露的膜作为“停止”层，用于提高平整度和改进CMP法的利润。Steckenrider等在美国专利第6533832号中揭示了一种可用来抛光半导体晶片多晶硅层的水性化学机械抛光浆液，该浆液包含至少一种磨料的水溶液和至少一种醇胺。该浆液的pH为9.0-10.5，包含任选的缓冲剂。尽管目前的浆液组合物适用于有限的目的，但是它们对晶片制造中所用半导体材料和绝缘材料的抛光速率以及对这些材料相应的选择性都令人无法接受。另外，已知的抛光浆液对下层膜的膜去除性很差，或者对膜产生有害的腐蚀，导致低的生产率。因此，需要有用来对半导体层、导电层和介电层进行化学机械抛光的组合物和方法，这些组合物和方法对沟槽或互连件的周围的绝缘介质应具有提高的选择性。还需要对半导体膜和导电膜具有高而均一的去除速率、对暴露的绝缘膜具有高选择性的单一浆液。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供一种可用来抛光半导体晶片上的导电材料、半导体材料和介电材料的水性组合物，该组合物包含0.01-5重量％的两性离子化合物、0.01-5重量％阳离子化合物、0.5-10重量％磨料、0-5重量％无机酸及其盐、和余量水，所述磨料为只处于酸性pH下的热解法二氧化硅。在另一方面，本专利技术提供一种可用来抛光半导体晶片上的氮化硅和介电材料的水性组合物，该组合物包含0.01-5重量％的N，N，N-三甲基氨基乙酸盐(N，N，N-trimethylammonioacetate)、0.01-5重量％阳离子化合物、0.5-10重量％磨料、0-5重量％无机酸及其盐、和余量水，所述水性组合物的pH值为2-9，所述磨料为仅处于酸性pH下的表面积大于90平方米/克的热解法二氧化硅。在另一方面，本专利技术提供一种对半导体晶片上的导电材料、半导体材料和介电材料进行抛光的方法，该方法包括使所述晶片上的导电材料、半导体材料和介电材料与抛光组合物接触，该抛光组合物包含0.01-5重量％的两性离子化合物、0.01-5重量％阳离子化合物、0.5-10重量％磨料、0-5重量％无机酸及其盐、和余量水，所述磨料为仅处于酸性pH下的热解法二氧化硅。具体实施例方式所述组合物和方法能以对ILD材料的高选择性，提供对除去导电层和半导体层的出乎意料的选择性。该组合物有益地依赖于酸性磨料以对ILD材料高选择性来对导电层和半导体层进行选择性抛光。具体来说，该组合物包含只在酸性pH条件下处理过的热解法二氧化硅，从而在应用的pH值条件下，选择性抛光导电层和半导体层以及介电材料。在本文中，术语“烷基”表示取代或未取代的，直链、支链或环状的优选包含1-20个碳原子的烃链。烷基包括例如甲基、乙基、丙基、异丙基、环丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、环丁基、戊基、环戊基、己基和环己基。术语“芳基”表示任何取代或未取代的芳香族碳环基团，该基团优选包含6-20个碳原子。芳基可以是单环或多环的。芳基包括例如，苯基、萘基、联苯基、苄基、甲苯基、二甲苯基、苯乙基、苯甲酸酯、烷基苯甲酸酯、苯胺和N-烷基苯胺基。术语“两性离子化合物”表示包含在一化合物中通过物理桥连(例如CH2基团)连接着等比例的阳离子取代基和阴离子取代基，从而该化合物总体净电荷呈中性。本专利技术的两性离子化合物包括以下结构 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，X1、X2和X3独立包括选自氢、烷基和芳基的取代基。优选的两性离子化合物包括例如甜菜碱。本专利技术优选的甜菜碱是N，N，N-三甲基氨基乙酸盐，具有以下结构 该组合物优选包含0.01-5重量％的两性离子化合物，从而相对于氮化硅选择性地除去氧化硅。该组合物优选包含0.05-1.5重量％的两性离子化合物。本专利技术的两性离子化合物能够有益地促进平面化，同时可以抑制氮化物的去除。除两性离子化合物以外，本专利技术的组合物优选包含0.01-5重量％的阳离子化合物。较佳的是，该组合物任选包含0.05-1.5重量％的阳离子化合物。本专利技术的阳离子化合物能够有益地促进平面化，调节晶片清洁时间，抑制氧化物的去除。优选的阳离子化合物包括烷基胺、芳基胺、季铵化合物和醇胺。示例性的阳离子化合物包括甲胺、乙胺、二甲胺、二乙胺、三甲胺、三乙胺、苯胺、氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵、乙醇胺和丙醇胺。优选的阳离子化合物是醇胺。较佳的是，该溶液包含0.5-10重量％的热解法二氧化硅磨料。在本说明书中，除非另外说明，所有的组成均以重量百分数表示。较佳的是，该溶液包含1-6重量％的热解法二氧化硅磨料。最佳的是，该溶液包含2-4重量％的热解法二氧化硅。在本文中，“只在酸性pH下加工过的磨料”、“只在酸性pH下加工过的热解法二氧化硅”、“酸性磨料”和“酸性热解法二氧化硅”表示只在酸性pH下加工成的磨料。换而言之，在任何情况下，该磨料都不会分散或溶解在碱性溶液中。在优选实施方式中，本专利技术的酸性热解法二氧化硅是通过以下步骤制备的首先在混合器内加入预定体积的去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用来抛光半导体晶片上的导电材料、半导体材料和介电材料的水性组合物，该组合物包含０．０１－５重量％的两性离子化合物、０．０１－５重量％阳离子化合物、０．５－１０重量％磨料、０－５重量％无机酸及其盐、和余量水，所述磨料为只处于酸性ｐＨ下的热解法二氧化硅。

【技术特征摘要】
US 2005-3-9 60/659,8231.一种可用来抛光半导体晶片上的导电材料、半导体材料和介电材料的水性组合物，该组合物包含0.01-5重量％的两性离子化合物、0.01-5重量％阳离子化合物、0.5-10重量％磨料、0-5重量％无机酸及其盐、和余量水，所述磨料为只处于酸性pH下的热解法二氧化硅。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述磨料的表面积大于90平方米/克。3.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，X1、X2和X3独立地包括选自氢、烷基和芳基的取代基。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5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述阳离子化合物选自烷基胺、芳基胺、季铵化合物和醇胺。6.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述水性组合物的pH值为2-9。7.一种可用来抛光半导体晶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：BL米勒，
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]