化学机械抛光组合物以及用于抑制多晶硅移除速率的方法
【专利说明】
[0001] 本申请是中国发明申请（发明名称：化学机械抛光组合物以及用于抑制多晶硅移 除速率的方法，申请日：2010年6月18日；【申请号】201080037234. 3)的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及化学机械抛光（CMP)组合物及方法。更具体地说，本发明涉及用于抛 光半导体基材同时抑制多晶硅从该基材移除的方法。
【背景技术】
[0003] 用于对基材表面进行化学机械抛光的组合物及方法是本领域公知的。用于半导体 基材（例如集成电路）的表面的CMP的抛光组合物（也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组 合物）典型地包含研磨剂、各种添加剂化合物等。
[0004] 通常，CMP涉及表面的同时发生的化学研磨和机械研磨，例如，上覆第一层的研 磨以暴露该第一层形成于其上的不在同一平面上（non-planar)的第二层的表面。一种 这样的方法描述于Beyer等人的美国专利No. 4, 789, 648中。简言之，Beyer等人公开了 使用抛光垫和浆料以比第二层快的速率移除第一层直到材料的上覆第一层的表面变成与 被覆盖的第二层的上表面共面的CMP方法。化学机械抛光的更详细的说明参见美国专利 No. 4, 671，851、No. 4, 910, 155 和 No. 4, 944, 836。
[0005] 在常规的CMP技术中，基材载体或抛光头安装在载体组件上且定位成与CMP装置 中的抛光垫接触。载体组件向基材提供可控制的压力，迫使基材抵靠着抛光垫。该垫与载体 及其附着的基材相对于彼此移动。该垫与基材的相对移动起到研磨基材的表面以从基材表 面移除材料的一部分由此抛光基材的作用。基材表面的抛光典型地进一步借助于抛光组合 物（例如，存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂）的化学活性和/或悬浮于 抛光组合物中的研磨剂的机械活性。典型的研磨剂材料包括二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、 氧化锆和氧化锡。
[0006] 例如，Neville等人的美国专利No. 5, 527, 423描述了通过使金属层的表面与包含 悬浮于含水介质中的高纯度金属氧化物细粒的抛光浆料接触来化学机械抛光金属层的方 法。或者，可将研磨剂材料引入到抛光垫中。Cook等人的美国专利No. 5, 489, 233公开了具 有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利No. 5, 958, 794公开了固 定研磨剂抛光垫。
[0007] 半导体晶片典型地包括其上已形成多个晶体管的基材例如硅或砷化镓。通过将基 材中的区域和基材上的层图案化，晶体管化学地和物理地连接至基材。晶体管和层通过主 要由某形式的硅氧化物（Si0 2)组成的层间电介质（ILD)分隔。晶体管通过使用公知的多级 互连而互相连接。典型的多级互连由堆叠的薄膜组成，所述薄膜由以下材料中的一种或多 种构成：钛（Ti)、氮化钛（TiN)、钽（Ta)、铝-铜（Al-Cu)、铝-硅（Al-Si)、铜（Cu)、钨（W)、 掺杂多晶硅（poly-Si)、以及它们的各种组合。此外，晶体管或晶体管组常常通过使用填充 有绝缘材料例如二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅的沟槽而彼此隔离。
[0008] 通过Chow等人的美国专利No. 4789648中所公开的方法，已经对用于形成互连的 常规技术进行了改进，该专利涉及用于生产在基底上的共平面的多层金属/绝缘体膜的方 法。这一已经获得广泛关注并产生多层互连的技术使用化学机械抛光，以在器件制造的各 阶段期间使金属层或薄膜的表面平坦化。
[0009] 虽然许多已知的CMP浆料组合物适合用于有限的用途，但是，常规的CMP浆料组合 物往往表现出不能接受的抛光速率和相应的对晶片制造中所用的绝缘体材料的选择性水 平。此外，已知的抛光浆料往往产生对在下面的膜的差的膜移除特性或者产生有害的膜腐 蚀，这导致了差的生产率。
[0010] Chen等人共同拥有的美国专利申请第11/374, 238号描述了用于抛光氮化硅基材 的具有1至6的pH值的新型抛光组合物，其包含研磨剂和某些酸性组分（例如，丙二酸及 氨基羧酸的组合；锡酸盐；尿酸；苯乙酸；或丙二酸、氨基羧酸及硫酸盐的组合）。
[0011] Dysard等人共同拥有的美国专利申请第11/448, 205号描述了用于抛光氮化硅基 材的具有酸性pH值且包含至少一种具有1-4. 5的pKa值的添加剂的新型抛光组合物。
[0012] 随着用于集成电路器件的技术的发展，传统材料正以新的且不同的方式使用以达 到先进集成电路所需的性能水平。具体地说，以不同组合形式使用氮化硅、氧化硅及多晶硅 以实现新的且甚至更复杂的器件构造。通常，结构复杂性及性能特征随不同应用而变化。在 一些情况下，适用于有效移除基材的一种组分（如氮化硅）的条件能够非所期望地导致另 一种组分（如多晶硅）的过度移除。
[0013] 因此，仍需要这样的CMP组合物及方法，其用以实现对用于许多1C器件应用的氮 化硅、氧化硅或钨的可接受的移除速率，并同时抑制多晶硅的移除。本发明提供这样的经改 善的抛光方法及组合物。本发明的这些和其它优点以及额外的发明特征将从本文中所提供 的本发明的描述明晰。
【发明内容】
[0014] 本发明提供了可用于对半导体基材进行选择性抛光以从该基材表面移除组分 (例如氮化硅、氧化硅或钨）同时抑制多晶硅移除的CMP组合物。本发明的CMP组合物包含 悬浮于含有包含炔二醇和/或炔二醇乙氧基化物（优选炔二醇）的表面活性剂的酸性含水 载体中的研磨剂颗粒。在优选的实施方案中，本发明的CMP组合物包含0. 01至15重量％ 的悬浮于含有10至lOOOOppm表面活性剂的酸性含水载体中的研磨剂颗粒。在一些优选的 实施方案中，研磨剂颗粒包括胶态二氧化硅。优选地，酸性含水载体具有不超过6(例如1 至4、或2至3)的pH值。表面活性剂优选以20-1000ppm的量存在。如果需要的话，本发明 组合物可包含其它添加剂材料，例如，羧酸材料（如丙二酸和/或甘氨酸）和/或有机或无 机盐（如硫酸钾）。例如，该组合物可包含10至l(KKKK)ppm(0. 001至10重量％ )的至少一 种羧酸材料。该CMP组合物还可包含用于CMP组合物的其它常见的添加剂材料，例如杀生 物剂、粘度调节剂、腐蚀抑制剂、螯合剂、有机聚合物、其它表面活性剂、氧化剂、电子转移剂 等，它们的许多实例是CMP领域中公知的。
[0015] 在另一方面中，本发明提供了抛光基材以优先于多晶硅移除诸如氮化硅、氧化硅 或钨的组分的方法。该方法包括用本发明的CMP组合物研磨基材表面，优选地，在过氧化氢 的存在下。例如，该研磨可通过如下进行：使基材表面接触抛光垫及CMP组合物，和使抛光 垫与基材之间发生相对运动，同时保持CMP组合物的一部分与在垫和基材之间的表面接触 一段足以从表面磨除氮化硅的时间。
[0016] 相比于使用不含炔二醇或炔二醇乙氧基化物表面活性剂的基本上相同的配制物 得到的结果，本发明的CMP组合物提供了氮化硅、氧化硅或钨的有效的移除速率同时出人 意料地抑制了多晶硅的移除。
[0017] 本发明涉及以下内容：
[0018] 1.适用于抛光含氮化硅的基材同时抑制多晶硅从该基材移除的化学机械抛光组 合物，该组合物包含0. 01至15重量％的悬浮于含有10至lOOOOppm表面活性剂的含水载 体中的研磨剂颗粒，所述表面活性剂包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它们的组合。
[0019] 2?条目1的组合物，其中，该含水载体具有最高达10的pH〇
[0020] 3?条目1的组合物，其中，该含水载体具有1-4的pH〇
[0021] 4.条目1的组合物，其中，该研磨剂颗粒包括胶态二氧化硅。
[0022] 5.条目1的组合物，进一步包含10至lOOOOOppm的至少一种含羧酸的添加剂。
[0023] 6.条目5的组合物，其中，该至少一种含羧酸的添加剂包括丙二酸、甘氨酸、或它 们的组合。
[0024] 7?条目1的组合物，其中，该表面活性齐IJ以20-1000ppm的浓度存在。
[0025] 8.条目1的组合物，其中，该表面活性剂包括式（I)的炔二醇化合物和/或每摩尔 炔二醇化合物包含1-40摩尔的亚乙基氧单元的式（I)炔二醇化合物的乙氧基化物，
[0026] 式⑴：
【主权项】
1. 用于抛光含氮化娃的基材同时抑制多晶娃从该基材移除的化学机械抛光组合物，该 组合物包含0. 01至15重量％的悬浮于含有10至100(K)ppm表面活性剂的含水载体中的研 磨剂颗粒、W及有机或无机盐添加剂，所述表面活性剂包括诀二醇、诀二醇己氧基化物、或 它们的组合，其中该含水载体具有1-4的抑。
2. 权利要求1的组合物，其中，该研磨剂颗粒包括胶态二氧化娃。
3. 权利要求1的组合物，进一步包含10至lOOOOOppm的至少一种含駿酸的添加剂。
4. 权利要求3的组合物，其中，该至少一种含駿酸的添加剂包括丙二酸、甘氨酸、或它 们的组合。
5. 权利要求1的组合物，其中，该表面活性剂W20-10(K)ppm的浓度存在。
6. 权利要求1的组合物，其中，该表面活性剂包括式（I)的诀二醇化合物和/或每摩尔 诀二醇化合物包含1-40摩尔的亚己基氧单元的式（I)诀二醇化合物的己氧基化物， 式（I);
其中 Ri及R2各自独立地为H或甲基；且R3及R4各自独立地为C1至C22烷基。
7. 权利要求1的组合物，其中，该盐添加剂包括硫酸钟。
【专利摘要】本发明提供了适用于抛光含氮化硅的基材同时抑制多晶硅从该基材移除的化学机械抛光(CMP)组合物。该组合物包含悬浮于含表面活性剂的酸性含水载体中的研磨剂颗粒，所述表面活性剂包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它们的组合。本发明还公开以该化学机械抛光组合物抛光半导体基材的方法。
【IPC分类】C09G1-02, C09K3-14
【公开号】CN104845532
【申请号】CN201510160634
【发明人】K.摩根伯格, W.沃德, M.S.蔡, F.德里格塞萨索罗
【申请人】嘉柏微电子材料股份公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2010年6月18日
【公告号】CN102482555A, CN102482555B, US8691695, US20120094489, WO2011005456A2, WO2011005456A3