化学机械抛光二氧化硅和氮化硅的组合物和方法技术

本发明专利技术提供一种用于抛光半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅的水性组合物，包括０．０１－５ｗｔ％的羧酸类聚合物，０．０２－６ｗｔ％磨料，０．０１－１０ｗｔ％聚乙烯吡咯烷酮，０－５ｗｔ％阳离子化合物，０－５ｗｔ％的两性离子化合物和余量的水，其中聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量在１００ｇ／ｍｏｌ－１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ之间。

【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坦化(CMP)，更具体地，涉及抛光在浅槽绝缘(STI，shallow trench isolation)工艺中半导体晶片上二氧化硅和氮化硅的CMP组合物和方法。
技术介绍
由于器件的尺寸降低以及微电子电路集成度的增加，要求绝缘结构的尺寸也相应缩小。这种缩小还可以额外地提高形成有效绝缘结构的重复性，同时占据最小的基材表面。STI技术是一种应用广泛的半导体摩擦方法，它能形成绝缘结构，以使形成在集成电路中的各种活性元件电绝缘。相对于传统的LOCOS(硅局部氧化)技术，采用STI技术的一个主要优点是对于CMOS(互补金属氧化物半导体)IC器件具有高可缩放性，制造亚微米级集成度。另一个优点是，STI技术有助于防止所谓鸟嘴侵蚀的产生，其是形成绝缘结构的LOCOS技术的特征。在STI技术中，第一步是在基材的预定位置上生成若干槽(trench)，通常采用各向异性蚀刻法。其次，在各个槽中沉积二氧化硅。然后用CMP法抛光二氧化硅，往下抛光到氮化硅层(阻挡层)就形成了STI结构。为了能有效地进行抛光，抛光浆料必需相对于二氧化硅对氮化硅的去除速度具有高选择性(即“选择性”)。Kido等人的美国专利申请公开号2002/0045350公开了用于抛光半导体器件的已知磨料组合物，它包括氧化铈和水溶性有机化合物。可选地，该组合物可包括粘度调节剂、缓冲剂、表面活性剂和螯合剂，但是没有对其进行详细说明。尽管Kido的组合物能提供合适的凹陷(dishing)性能，但是微电子电路中不断增长的集成度要求对组合物和方法进行改进。因此，需要用于二氧化硅(硅土)和氮化硅的化学机械抛光的组合物和方法，以用于对凹陷有所改进的浅槽绝缘工艺。
技术实现思路
第一方面，本专利技术提供了一种用于抛光半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅的水性组合物，包括0.01-5wt％的羧酸聚合物、0.02-6wt％的磨料、0.01-10wt％的聚乙烯基吡咯烷酮、0-5wt％的阳离子化合物、0-5wt％的两性离子化合物和余量的水，其中聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量在100g/mol-1,000,000g/mol之间。第二方面，本专利技术提供一种抛光半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅的方法，它包括使晶片上的二氧化硅和氮化硅与抛光液接触，所述抛光液包括0.01-5wt％的羧酸聚合物、0.02-6wt％的磨料、0.01-10wt％的聚乙烯基吡咯烷酮、0-5wt％的阳离子化合物、0-5wt％的两性离子化合物和余量的水，其中聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量在100g/mol-1,000,000g/mol之间；用抛光垫抛光所述二氧化硅和氮化硅。具体实施例方式该组合物和方法在浅槽绝缘工艺中能意想不到地抑制半导体晶片上的二氧化硅的去除。更好地，该组合物包括在抛光过程中提高选择性和可控性的聚乙烯基吡咯烷酮。特别地，本专利技术提供一种用于抛光半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅的水性组合物，它包括聚乙烯基吡咯烷酮、羧酸聚合物、磨料和余量的水。可选地，本专利技术的混合物(compound)可以包括阳离子化合物，以促进平坦化，调节晶片清理时间和二氧化硅的去除。另外，所述组合物可选地包括两性离子化合物，以促进平坦化以及作为氮化物去除抑制剂。更好地，新的抛光组合物包括约0.01-10wt％的聚乙烯基吡咯烷酮，以在去除氧化物过程中提供压力阀值响应。优选地，所述聚乙烯基吡咯烷酮的量在0.015-5wt％之间。更优选地，所述聚乙烯基吡咯烷酮的量在0.02-0.5wt％之间。除此以外，可采用更高数均分子量和更低数均分子量的聚乙烯基吡咯烷酮的混合物。此外，聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定为100-1,000,000g/mol。优选地，聚乙烯基吡咯烷酮的重均分子量是500-500,000g/mol。更优选地，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量在约1,500-10,000g/mol之间。更好地，除了聚乙烯基吡咯烷酮，所述组合物包括0.01-5wt％的羧酸聚合物，用作磨料颗粒(在后文论及)的分散剂。优选地，该组合物包括0.05-1.5wt％的羧酸聚合物。还有，所述聚合物的数均分子量优选为4,000-1,500,000。此外，还可采用更高数均分子量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以溶液形式存在，但也可以是水性分散体形式。更好地，所述羧酸聚合物可作为磨料颗粒的分散剂(以下论及)。上述聚合物的数均分子量由GPC法测定。所述羧酸聚合物优选由不饱和一元羧酸和不饱和二元羧酸生成。典型的不饱和一元羧酸单体含3-6个碳原子，它包括丙烯酸、低聚丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸和乙烯基乙酸(vinyl acetic acid)。典型的不饱和二元羧酸含4-8个碳原子，它包括其酸酐，例如马来酸、马来酸酐、富马酸、戊二酸、衣康酸、衣康酸酐和环己二酸(cyclohexene dicarboxylic acid)。此外，还可采用上述酸的水溶性盐。特别有用的是数均分子量为1,000-1,500,000、优选3,000-250,000、更优选20,000-200,000的“聚(甲基)丙烯酸”。此处所用的术语“聚(甲基)丙烯酸”定义为丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、或丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物。特别优选的是不同数均分子量的聚(甲基)丙烯酸的混合物。在这些聚(甲基)丙烯酸的混合物和掺合物中，数均分子量为1,000-100,000、优选4,000-40,000的较低数均分子量聚(甲基)丙烯酸与数均分子量为150,000-1,500,000、优选200,000-300,000的较高数均分子量聚(甲基)丙烯酸结合使用。典型地，较低数均分子量聚(甲基)丙烯酸与较高数均分子量聚(甲基)丙烯酸的重量百分比在约10∶1和1∶10之间，优选5∶1到1∶5，更优选3∶1到2∶3。优选的混合物包括数均分子量约20,000的聚(甲基)丙烯酸和数均分子量约200,000的聚(甲基)丙烯酸，其重量比为2∶1。另外，也可以采用含羧酸的共聚物和三元聚合物，其中羧酸组分占所述聚合物重量的5-75wt％。上述聚合物的典型例子是(甲基)丙烯酸和丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的聚合物；(甲基)丙烯酸和苯乙烯以其他乙烯基芳香单体的聚合物；(甲基)丙烯酸烷基酯(丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)和一元羧酸或二元羧酸(例如，丙烯酸或甲基丙烯酸或衣康酸)；具有取代基(例如，卤素(即氯、氟、溴)、硝基、氰基、烷氧基、卤代烷基、羧基、氨基、氨基烷基)的取代乙烯基芳香单体的聚合物和不饱和一元羧酸或不饱和二元羧酸以及(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物；包括氮环的单烯键式(monethylenically)不饱和单体(例如乙烯基吡啶、烷基乙烯基吡啶、乙烯基丁内酰胺、乙烯基己内酰胺)和不饱和一元羧酸或不饱和二元羧酸的聚合物；烯烃(例如丙烯、异丁烯、或含10-20个碳原子的长链烷基烯烃)和不饱和一元羧酸或不饱和二元羧酸的聚合物；乙烯醇酯(vinyl alcohol esters)(例如，乙酸乙烯酯和硬脂酸乙烯酯)或卤代乙烯(例如辐乙烯、氯乙烯、偏二氟乙烯)或乙烯腈(vinyl nitrile)(例如丙烯腈和甲基丙烯腈)和不饱和一元羧酸或不饱和二元羧酸的聚合物；在烷基中含1-24个碳原子的(甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅的水性组合物，它包括０．０１－５ｗｔ％的羧酸聚合物、０．０２－６ｗｔ％的磨料、０．０１－１０ｗｔ％的聚乙烯基吡咯烷酮、０－５ｗｔ％的阳离子化合物、０－５ｗｔ％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在１００ｇ／ｍｏｌ－１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ之间。

【技术特征摘要】
US 2004-7-28 10/900,7031.一种用于抛光半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅的水性组合物，它包括0.01-5wt％的羧酸聚合物、0.02-6wt％的磨料、0.01-10wt％的聚乙烯基吡咯烷酮、0-5wt％的阳离子化合物、0-5wt％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在100g/mol-1,000,000g/mol之间。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述组合物包括0.02-1wt％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在1,500g/mol-10,000g/mol之间。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如下结构 其中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各自包括选自氢、...

【专利技术属性】
技术研发人员：SJ莱恩，BL穆勒，C于，
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]