化學機械拋光組合物以及用于抑制多晶硅移除速率的方法
【專利說明】
[0001] 本申請是中國發(fā)明申請（發(fā)明名稱：化學機械拋光組合物以及用于抑制多晶硅移 除速率的方法，申請日：2010年6月18日；【申請?zhí)枴?01080037234. 3)的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及化學機械拋光（CMP)組合物及方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用于拋 光半導體基材同時抑制多晶硅從該基材移除的方法。
【背景技術】
[0003] 用于對基材表面進行化學機械拋光的組合物及方法是本領域公知的。用于半導體 基材（例如集成電路）的表面的CMP的拋光組合物（也稱為拋光漿料、CMP漿料及CMP組 合物）典型地包含研磨劑、各種添加劑化合物等。
[0004] 通常，CMP涉及表面的同時發(fā)生的化學研磨和機械研磨，例如，上覆第一層的研 磨以暴露該第一層形成于其上的不在同一平面上（non-planar)的第二層的表面。一種 這樣的方法描述于Beyer等人的美國專利No. 4, 789, 648中。簡言之，Beyer等人公開了 使用拋光墊和漿料以比第二層快的速率移除第一層直到材料的上覆第一層的表面變成與 被覆蓋的第二層的上表面共面的CMP方法。化學機械拋光的更詳細的說明參見美國專利 No. 4, 671，851、No. 4, 910, 155 和 No. 4, 944, 836。
[0005] 在常規(guī)的CMP技術中，基材載體或拋光頭安裝在載體組件上且定位成與CMP裝置 中的拋光墊接觸。載體組件向基材提供可控制的壓力，迫使基材抵靠著拋光墊。該墊與載體 及其附著的基材相對于彼此移動。該墊與基材的相對移動起到研磨基材的表面以從基材表 面移除材料的一部分由此拋光基材的作用?；谋砻娴膾伖獾湫偷剡M一步借助于拋光組合 物（例如，存在于CMP組合物中的氧化劑、酸、堿或其它添加劑）的化學活性和/或懸浮于 拋光組合物中的研磨劑的機械活性。典型的研磨劑材料包括二氧化硅、二氧化鈰、氧化鋁、 氧化鋯和氧化錫。
[0006] 例如，Neville等人的美國專利No. 5, 527, 423描述了通過使金屬層的表面與包含 懸浮于含水介質(zhì)中的高純度金屬氧化物細粒的拋光漿料接觸來化學機械拋光金屬層的方 法?；蛘?，可將研磨劑材料引入到拋光墊中。Cook等人的美國專利No. 5, 489, 233公開了具 有表面紋理或圖案的拋光墊的用途，且Bruxvoort等人的美國專利No. 5, 958, 794公開了固 定研磨劑拋光墊。
[0007] 半導體晶片典型地包括其上已形成多個晶體管的基材例如硅或砷化鎵。通過將基 材中的區(qū)域和基材上的層圖案化，晶體管化學地和物理地連接至基材。晶體管和層通過主 要由某形式的硅氧化物（Si0 2)組成的層間電介質(zhì)（ILD)分隔。晶體管通過使用公知的多級 互連而互相連接。典型的多級互連由堆疊的薄膜組成，所述薄膜由以下材料中的一種或多 種構(gòu)成：鈦（Ti)、氮化鈦（TiN)、鉭（Ta)、鋁-銅（Al-Cu)、鋁-硅（Al-Si)、銅（Cu)、鎢（W)、 摻雜多晶硅（poly-Si)、以及它們的各種組合。此外，晶體管或晶體管組常常通過使用填充 有絕緣材料例如二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅的溝槽而彼此隔離。
[0008] 通過Chow等人的美國專利No. 4789648中所公開的方法，已經(jīng)對用于形成互連的 常規(guī)技術進行了改進，該專利涉及用于生產(chǎn)在基底上的共平面的多層金屬/絕緣體膜的方 法。這一已經(jīng)獲得廣泛關注并產(chǎn)生多層互連的技術使用化學機械拋光，以在器件制造的各 階段期間使金屬層或薄膜的表面平坦化。
[0009] 雖然許多已知的CMP漿料組合物適合用于有限的用途，但是，常規(guī)的CMP漿料組合 物往往表現(xiàn)出不能接受的拋光速率和相應的對晶片制造中所用的絕緣體材料的選擇性水 平。此外，已知的拋光漿料往往產(chǎn)生對在下面的膜的差的膜移除特性或者產(chǎn)生有害的膜腐 蝕，這導致了差的生產(chǎn)率。
[0010] Chen等人共同擁有的美國專利申請第11/374, 238號描述了用于拋光氮化硅基材 的具有1至6的pH值的新型拋光組合物，其包含研磨劑和某些酸性組分（例如，丙二酸及 氨基羧酸的組合；錫酸鹽；尿酸；苯乙酸；或丙二酸、氨基羧酸及硫酸鹽的組合）。
[0011] Dysard等人共同擁有的美國專利申請第11/448, 205號描述了用于拋光氮化硅基 材的具有酸性pH值且包含至少一種具有1-4. 5的pKa值的添加劑的新型拋光組合物。
[0012] 隨著用于集成電路器件的技術的發(fā)展，傳統(tǒng)材料正以新的且不同的方式使用以達 到先進集成電路所需的性能水平。具體地說，以不同組合形式使用氮化硅、氧化硅及多晶硅 以實現(xiàn)新的且甚至更復雜的器件構(gòu)造。通常，結(jié)構(gòu)復雜性及性能特征隨不同應用而變化。在 一些情況下，適用于有效移除基材的一種組分（如氮化硅）的條件能夠非所期望地導致另 一種組分（如多晶硅）的過度移除。
[0013] 因此，仍需要這樣的CMP組合物及方法，其用以實現(xiàn)對用于許多1C器件應用的氮 化硅、氧化硅或鎢的可接受的移除速率，并同時抑制多晶硅的移除。本發(fā)明提供這樣的經(jīng)改 善的拋光方法及組合物。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點以及額外的發(fā)明特征將從本文中所提供 的本發(fā)明的描述明晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明提供了可用于對半導體基材進行選擇性拋光以從該基材表面移除組分 (例如氮化硅、氧化硅或鎢）同時抑制多晶硅移除的CMP組合物。本發(fā)明的CMP組合物包含 懸浮于含有包含炔二醇和/或炔二醇乙氧基化物（優(yōu)選炔二醇）的表面活性劑的酸性含水 載體中的研磨劑顆粒。在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的CMP組合物包含0. 01至15重量％ 的懸浮于含有10至lOOOOppm表面活性劑的酸性含水載體中的研磨劑顆粒。在一些優(yōu)選的 實施方案中，研磨劑顆粒包括膠態(tài)二氧化硅。優(yōu)選地，酸性含水載體具有不超過6(例如1 至4、或2至3)的pH值。表面活性劑優(yōu)選以20-1000ppm的量存在。如果需要的話，本發(fā)明 組合物可包含其它添加劑材料，例如，羧酸材料（如丙二酸和/或甘氨酸）和/或有機或無 機鹽（如硫酸鉀）。例如，該組合物可包含10至l(KKKK)ppm(0. 001至10重量％ )的至少一 種羧酸材料。該CMP組合物還可包含用于CMP組合物的其它常見的添加劑材料，例如殺生 物劑、粘度調(diào)節(jié)劑、腐蝕抑制劑、螯合劑、有機聚合物、其它表面活性劑、氧化劑、電子轉(zhuǎn)移劑 等，它們的許多實例是CMP領域中公知的。
[0015] 在另一方面中，本發(fā)明提供了拋光基材以優(yōu)先于多晶硅移除諸如氮化硅、氧化硅 或鎢的組分的方法。該方法包括用本發(fā)明的CMP組合物研磨基材表面，優(yōu)選地，在過氧化氫 的存在下。例如，該研磨可通過如下進行：使基材表面接觸拋光墊及CMP組合物，和使拋光 墊與基材之間發(fā)生相對運動，同時保持CMP組合物的一部分與在墊和基材之間的表面接觸 一段足以從表面磨除氮化硅的時間。
[0016] 相比于使用不含炔二醇或炔二醇乙氧基化物表面活性劑的基本上相同的配制物 得到的結(jié)果，本發(fā)明的CMP組合物提供了氮化硅、氧化硅或鎢的有效的移除速率同時出人 意料地抑制了多晶硅的移除。
[0017] 本發(fā)明涉及以下內(nèi)容：
[0018] 1.適用于拋光含氮化硅的基材同時抑制多晶硅從該基材移除的化學機械拋光組 合物，該組合物包含0. 01至15重量％的懸浮于含有10至lOOOOppm表面活性劑的含水載 體中的研磨劑顆粒，所述表面活性劑包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它們的組合。
[0019] 2?條目1的組合物，其中，該含水載體具有最高達10的pH〇
[0020] 3?條目1的組合物，其中，該含水載體具有1-4的pH〇
[0021] 4.條目1的組合物，其中，該研磨劑顆粒包括膠態(tài)二氧化硅。
[0022] 5.條目1的組合物，進一步包含10至lOOOOOppm的至少一種含羧酸的添加劑。
[0023] 6.條目5的組合物，其中，該至少一種含羧酸的添加劑包括丙二酸、甘氨酸、或它 們的組合。
[0024] 7?條目1的組合物，其中，該表面活性齊IJ以20-1000ppm的濃度存在。
[0025] 8.條目1的組合物，其中，該表面活性劑包括式（I)的炔二醇化合物和/或每摩爾 炔二醇化合物包含1-40摩爾的亞乙基氧單元的式（I)炔二醇化合物的乙氧基化物，
[0026] 式⑴：
【主權(quán)項】
1. 用于拋光含氮化娃的基材同時抑制多晶娃從該基材移除的化學機械拋光組合物，該 組合物包含0. 01至15重量％的懸浮于含有10至100(K)ppm表面活性劑的含水載體中的研 磨劑顆粒、W及有機或無機鹽添加劑，所述表面活性劑包括訣二醇、訣二醇己氧基化物、或 它們的組合，其中該含水載體具有1-4的抑。
2. 權(quán)利要求1的組合物，其中，該研磨劑顆粒包括膠態(tài)二氧化娃。
3. 權(quán)利要求1的組合物，進一步包含10至lOOOOOppm的至少一種含駿酸的添加劑。
4. 權(quán)利要求3的組合物，其中，該至少一種含駿酸的添加劑包括丙二酸、甘氨酸、或它 們的組合。
5. 權(quán)利要求1的組合物，其中，該表面活性劑W20-10(K)ppm的濃度存在。
6. 權(quán)利要求1的組合物，其中，該表面活性劑包括式（I)的訣二醇化合物和/或每摩爾 訣二醇化合物包含1-40摩爾的亞己基氧單元的式（I)訣二醇化合物的己氧基化物， 式（I);
其中 Ri及R2各自獨立地為H或甲基；且R3及R4各自獨立地為C1至C22烷基。
7. 權(quán)利要求1的組合物，其中，該鹽添加劑包括硫酸鐘。
【專利摘要】本發(fā)明提供了適用于拋光含氮化硅的基材同時抑制多晶硅從該基材移除的化學機械拋光(CMP)組合物。該組合物包含懸浮于含表面活性劑的酸性含水載體中的研磨劑顆粒，所述表面活性劑包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它們的組合。本發(fā)明還公開以該化學機械拋光組合物拋光半導體基材的方法。
【IPC分類】C09G1-02, C09K3-14
【公開號】CN104845532
【申請?zhí)枴緾N201510160634
【發(fā)明人】K.摩根伯格, W.沃德, M.S.蔡, F.德里格塞薩索羅
【申請人】嘉柏微電子材料股份公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2010年6月18日
【公告號】CN102482555A, CN102482555B, US8691695, US20120094489, WO2011005456A2, WO2011005456A3