[发明专利]用于氮化硅材料的选择性抛光的组合物及方法

说明书

本发明涉及用于氮化硅材料的选择性抛光的组合物及方法。本发明提供一种酸性含水抛光组合物，其适用于在化学机械抛光(CMP)过程中抛光含有氮化硅的基材。该组合物在使用点处优选包含0.01至2重量％的至少一种粒状二氧化铈研磨剂、10至1000ppm的至少一种非聚合物型的不饱和氮杂环化合物、0至1000ppm的至少一种阳离子型聚合物、任选地0至2000ppm的至少一种聚氧化烯聚合物、以及为此的含水载体。该阳离子型聚合物优选选自聚(乙烯基吡啶)聚合物、经季铵取代的丙烯酸酯聚合物、经季铵取代的甲基丙烯酸酯聚合物、或其组合。还提供了使用该组合物的抛光基材的方法以及从基材优先于多晶硅的移除而选择性地移除氮化硅的方法。

本申请是申请号为201380037110.9、申请日为2013年07月09日、发明名称为“用于氮化硅材料的选择性抛光的组合物及方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及抛光组合物及方法。更具体地，本发明涉及用于抛光含有氮化硅的基材的方法以及为此的组合物。

背景技术

用于集成电路的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些形式的硅氧化物(SiO₂)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)、掺杂的多晶硅(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。在半导体制造期间，必须移除各种前述材料的层，以便在晶片上形成电路的各种组件，这典型地通过化学机械抛光(CMP)实现。

用于基材表面的CMP的组合物和方法是本领域中公知的。用于半导体基材表面的CMP(例如，用于集成电路制造)的抛光组合物(也称作抛光浆料、CMP浆料和CMP组合物)典型地含有研磨剂、各种添加剂化合物等。

在常规的CMP技术中，在CMP装置中，将基材夹持器(carrier)或抛光头安装在夹持器组件上，且将其定位成与抛光垫接触。该夹持器组件提供对基材的可控制的压力，迫使基材抵靠着抛光垫。使该垫与具有附着的基材的夹持器相对彼此移动。该垫与基材的相对移动用于研磨该基材的表面以从该基材表面移除一部分材料，由此抛光该基材。典型地进一步通过抛光组合物的化学活性(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂)和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性来协助基材表面的抛光。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。

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其上形成有该第一层的不在同一平面上的第二层的表面。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。

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。

尽管已知的CMP浆料组合物典型地适用于有限的目的，但是许多常规组合物对于晶片制造中所用的绝缘体材料的移除呈现出不可接受的抛光速率和相应的不可接受的选择性。此外，许多已知的抛光浆料产生对下伏膜的差的膜移除特性，或者产生有害的膜腐蚀，其导致差的制造成品率(yield)。