一种组合物、平整层及平整化方法与流程

本技术涉及表面处理，尤其涉及一种表面处理用浆料组合物、使用该组合物的平整化方法以及平整层。

背景技术：

1、纳米级全局平整化是一种精密加工技术，也是半导体制程中的关键技术之一。这类技术主要是用于移除半导体表面不合乎期望的表面形貌(如过量的沉积材料、粗糙的表面、团聚的材料和受污染的材料等)以及改善表面缺陷(晶格损伤或划痕)。

2、目前常用的平整化浆料组合物主要用于高速移除氧化硅，而氮化硅的去除率非常低。但是，伴随着半导体器件制备工艺的进步，也需要能够做到高速去除化学反应活性比较低且硬度比较高的氮化硅。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决以上问题的至少之一，本技术实施例提供了一种应用于表面处理技术的组合物，该组合物可高效去除含有氮-硅键和氧-硅键的基材中的氮化硅，并使氮化硅的去除率相对于氧化硅的去除率可调节，进而提高基材表面的平整化质量。

2、另，本技术实施例还提供了一种使用前述组合物的平整化方法以及平整层。

3、本技术实施例第一方面提供了一种组合物，所述组合物包括胶态二氧化硅和ph调节剂，所述胶态二氧化硅的zeta电位值为负，所述组合物为酸性，且所述组合物的ph值与所述ph调节剂的pkb值满足关系式：ph<pkb+1。

4、通过添加ph调节剂，且使组合物的ph值与ph调节剂的pkb值满足关系式：ph<pkb+1，可以在胶态二氧化硅(即硅溶胶，是平整化浆料组合物中的纳米颗粒)低固含条件下，高效去除基材中的氮化硅，并使氮化硅的去除率/氧化硅的去除率(即氮化硅/氧化硅的选择比)较小且可调节，以实现氮化硅去除率和氧化硅去除率的可调控性，进而提高基材表面的平整化质量。若不满足关系式：ph<pkb+1，氮化硅去除率将大幅度下降，基材表面的平整化质量降低较多，无法做到低胶态二氧化硅固含量条件下的高氮化硅去除率，难以满足平整化需求。进一步，所述pkb的范围为1～14，示例性的，所述pkb可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14等。

5、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述组合物的ph值与所述ph调节剂的pkb值进一步满足关系式：ph<最小pkb+1，当满足ph<最小pkb+1时，可以进一步提高氮化硅的去除率，以进一步降低胶态二氧化硅的添加量，从而使基材的平整化质量更高。进一步，所述最小pkb的范围为1～12，示例性的，所述最小pkb可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12等。

6、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述胶态二氧化硅的zeta电位值为-20mv至-5mv，进一步为-15mv至-8mv，示例性的，胶态二氧化硅的zeta电位值可以但非限制地为-20mv、-19mv、-18mv、-17mv、-16mv、-15mv、-14mv、-13mv、-12mv、-11mv、-10mv、-9mv、-8mv、-7mv、-6mv或-5mv。

7、当胶态二氧化硅的zeta电位值小于-20mv时，胶态二氧化硅与氮化硅的静电吸引力过强，而胶态二氧化硅与氧化硅的静电排斥力过大，会导致氮化硅的去除速率过高，氧化硅去除率过低，氮化硅去除率远远大于氧化硅的去除率，使氮化硅/氧化硅的选择比过大，容易造成氮化硅过度去除，降低了基材表面的平整化质量；另外，当胶态二氧化硅的zeta电位值小于-20mv时，由于静电吸引的作用，胶态二氧化硅容易吸附在氮化硅的表面，导致胶态二氧化硅清洗困难，进一步增加了基材表面的缺陷。当胶态二氧化硅的zeta电位值大于-5mv时，胶态二氧化硅与氮化硅的静电吸引力不足，氮化硅的去除速率较低，使氮化硅/氧化硅的选择比过小，无法达到基材表面均匀平整化的目的。因此，本技术实施例将胶态二氧化硅的zeta电位值控制在-20mv至-5mv范围内，可以将氮化硅的去除率与氧化硅的去除率控制在合适的范围内，使氮化硅/氧化硅的选择比较小(本技术实施例为0.5至4)。进一步，所述组合物的电导率为1ms/cm至30ms/cm。胶态二氧化硅纳米颗粒表面zeta电位与组合物的电导率有关，在此电导率范围内，组合物中胶态二氧化硅表面的zeta电位可控制在-20mv至-5mv范围内。

8、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述组合物中所述胶态二氧化硅的含量为0.1wt％至15wt％，进一步为0.1wt％至10wt％，进一步为0.1wt％至8wt％，示例性的，胶态二氧化硅的含量可以但非限制地为0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.7wt％、0.9wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％。

9、随着胶态二氧化硅的含量增多，有利于提高组合物对氮化硅的去除速率，但当胶态二氧化硅的含量超过15wt％时，胶态二氧化硅很容易发生聚集并吸附在基材表面，产生较多的划痕和缺陷。而且胶态二氧化硅含量过多，更进一步会导致胶态二氧化硅清洗困难，过多的胶态二氧化硅吸附在基材表面，使基材表面更粗糙，降低基材表面的平整化质量。本技术实施例通过控制组合物的ph值与ph促进剂的pkb值满足以上关系，可有效将组合物中胶态二氧化硅的含量降低至15wt％以下，以进一步提高基材表面的平整化质量。尤其是当降低胶态二氧化硅的含量至8wt％以下后，在不影响氮化硅去除速率的前提下，基材表面的划痕和缺陷更少，胶态二氧化硅的聚集现象几乎不存在，以使基材表面的平整化质量更高。

10、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述ph调节剂的添加量为10ppm至105ppm。

11、ph调节剂的含量在10ppm至105ppm范围内，可以确保组合物的ph值<ph调节剂的最小pkb+1，以使氮化硅/氧化硅的选择比在0.5至4的范围内可调控。

12、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述ph调节剂包括酸性化合物和碱性化合物。示例性的，所述酸性化合物选自无机酸、无机酸的盐、羧酸、羧酸盐、有机膦酸、有机磷酸盐、酸性杂环化合物以及酸性杂环化合物的盐等中的至少一种。示例性的，所述碱性化合物选自氢氧化铵、三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、咪唑、三唑、氨基三唑、四唑、苯并三唑、甲苯三唑、吡唑、异噻唑、甜菜碱、哌嗪等季铵盐或含氮杂环化合物等中的至少一种。

13、ph调节剂中包含酸和碱，通过调节酸与碱的含量可以使组合物的ph值与所述ph调节剂的最小pkb值满足以上关系式。由于碱的引入，可以使胶态二氧化硅的zeta电位发生改变，进而与氮化硅和氧化硅的接触概率发生变化，有利于在不明显降低氮化硅的去除速率的前提下，使氧化硅的去除率提高，进而保证氮化硅/氧化硅的选择比在0.5至4的范围内可调控。

14、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述ph值为1至6，进一步为1.5至3.5。示例性的，所述ph值可以但非限制地为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5或6。

15、当ph超过6时，胶态二氧化硅对氮化硅的去除速率较低，无法实现氮化硅的高速去除；从进一步提高组合物对氮化硅的去除速率的角度来看，组合物的ph值进一步在3.5以下，进而可以控制氮化硅的去除速率在较高的范围内。

16、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述胶态二氧化硅的平均粒径为30nm至120nm，进一步为30nm至100nm，进一步为30nm至70nm，进一步为30nm至50nm。当胶态二氧化硅的平均粒径过大，大于120nm后，胶态二氧化硅很容易在基材的表面产生划痕；当胶态二氧化硅的平均粒径过小，小于30nm后，会导致胶态二氧化硅对氮化硅的去除速率降低，因此，本实施例通过控制胶态二氧化硅的平均粒径在以上范围内，有利于降低胶态二氧化硅对基材的表面产生划痕，同时提高氮化硅的去除速率。

17、本技术实施例第二方面提供了一种平整层，所述平整层中含有氮-硅键和氧-硅键，所述平整层中氮化硅的去除率与氧化硅的去除率之比为0.5至4。

18、本技术实施例第三方面提供了一种平整化方法，该平整化方法包括以下步骤：

19、采用组合物至少去除含有氮-硅键和氧-硅键的基材中的氮化硅，得到平整层，所述组合物为如本技术实施例第一方面所述的组合物。

20、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述氮化硅相对于所述氧化硅的去除率选择比为0.5至4。

21、通过在组合物中添加ph调节剂，并控制组合物的ph值与所述ph调节剂的pkb值必须满足关系式：ph<pkb+1，从而使氮化硅的去除速率基本不受影响的前提下，适当提高氧化硅的去除速率，从而实现氮化硅与氧化硅去除速率在的可调控性，使氮化硅/氧化硅的选择比在0.5至4这一较小的范围内可调节，以根据实际需求，实现最佳的平整化效果，提高基材表面的平整化质量。