[发明专利]用于浅沟槽隔离的水性二氧化硅浆料和胺羧酸组合物及其使用方法

说明书

本发明提供水性化学机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物，例如用于半导体衬底，其包含一种或多种含有阳离子氮原子的细长、弯曲或结节状胶态二氧化硅颗粒分散体的研磨剂，和一种或多种具有低于5的等电点(pI)的胺羧酸，优选酸性胺羧酸或吡啶酸，其中所述组合物具有2到5的pH。所述组合物能够以高氧化物:氮化物去除速率比进行抛光。

本发明涉及水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，所述组合物包含一种或多种细长、弯曲或结节状胶态二氧化硅颗粒分散体或其与一种或多种球形胶态二氧化硅颗粒分散体的混合物的研磨剂和一种或多种具有低于5的等电点(pI)的胺羧酸，所述组合物具有2到5的pH。

在前段工序(front-end-of-line，FEOL)半导体加工中，浅沟槽隔离(STI)对于集成电路制造中栅极的形成是至关重要的，例如在晶体管形成之前。在STI中，电介质如原硅酸四乙酯(TEOS)或二氧化硅过量沉积在形成于硅晶片中的开口中，例如，通过氮化硅(SiN)阻挡层与集成电路的其余部分相隔离的沟槽或隔离区。然后使用CMP工艺以移除过量的电介质，产生在硅晶片上镶嵌有预定图案的电介质的结构。用于STI的 CMP需要从隔离区移除和平坦化二氧化硅覆盖层，从而产生具有经二氧化硅填充的沟槽的共面表面。在STI中，必须清除氮化硅膜表面的二氧化硅或氧化硅，以允许随后在下游加工中去除氮化物硬掩模。可接受的氧化物:氮化物去除速率比是必要的，以防止对下伏硅Si有源区造成损坏并提供过度抛光余量以确保清除所有图案密度的氧化物。此外，必须避免任何沟槽中氧化物的凹陷，以防止完成的栅极中的低阈值电压泄漏。

目前，与用以抛光衬底的CMP抛光垫一起使用的水性化学、机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物的使用者希望避免使用含二氧化铈的CMP抛光组合物。二氧化铈浆料对二氧化硅的选择性高于氮化硅，并且在暴露氮化硅时避免去除沟槽区中的氧化物，但是成本高，具有RR和工艺稳定性的问题，并且在抛光期间易于产生缺陷。二氧化硅浆料调配物提供了更低成本、无缺陷的解决方案，但迄今为止，对于在STI应用中使用来说，有着无法令人满意的氧化物凹陷控制和不充分的氧化物:氮化物选择性问题。

Grumbine等人的美国专利第US9,499,721B2号公开了一种用于抛光衬底的化学机械抛光组合物，所述组合物包含胶态二氧化硅分散体，所述分散体可具有带永久正电荷的颗粒和一种或多种并入所述颗粒中的化学物种。二氧化硅颗粒中的化学物种可以是含氮化合物，优选氨基硅烷，或含磷化合物。在数百种此类化学物种中，含氮化合物可以是胺羧酸；然而，Grumbine没有公开任何这样的组合物：其中任何胺羧酸增加介电氧化物: 介电氮化物去除速率的选择性。此外，Grumbine似乎需要二氧化硅颗粒中的化学物种和并非胺羧酸的单独的硅氮抛光抑制剂添加剂两者。

本发明人致力于解决提供水性二氧化硅浆料的问题，所述水性二氧化硅浆料能够实现用于STI应用中的可接受的氧化物凹陷控制和氧化物:氮化物去除速率选择性，以及使用所述浆料的方法。

发明内容

1.根据本发明，水性化学机械平坦化抛光(CMP抛光)组合物包含一种或多种含有阳离子氮原子的细长、弯曲或结节状胶态二氧化硅颗粒分散体，优选例如所述颗粒最长维度与其垂直于所述最长维度的直径的平均颗粒纵横比为1.8:1到3:1的分散体，或其与球形胶态二氧化硅颗粒分散体的混合物的研磨剂，和一种或多种具有低于5的等电点 (pI)的胺羧酸，优选酸性胺羧酸或吡啶酸，或优选pI为2.0-4.5的胺羧酸，其中所述组合物具有2到5或优选地3到4的pH，并且，进一步其中，作为固体的所述研磨剂颗粒的量按所述组合物的总重量计在0.01重量％到20重量％的范围内，或优选在0.1重量％到15重量％的范围内，或更优选在0.5重量％到2.5重量％的范围内。

2.根据如上第1项所述的水性CMP抛光组合物，其中所述研磨剂包含含有阳离子氮原子的细长、弯曲或结节状胶态二氧化硅颗粒分散体与球形胶态二氧化硅颗粒分散体的混合物，其中所述细长、弯曲或结节状胶态二氧化硅颗粒分散体的量按所述研磨剂的总固体重量计在80重量％到99.9重量％的范围内，或优选在95重量％到99.9重量％的范围内。