CN100341966C - 用于半导体晶片的抛光组合物 - Google Patents

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Abstract

适用于抛光半导体晶片的水性组合物。该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，且该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基。该疏水基具有大于3的碳链长度。如使用13.8kPa的垂直于晶片的微孔聚氨酯抛光垫板压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟。

Description

用于半导体晶片的抛光组合物
技术领域
本发明涉及半导体晶片的抛光，且更具体地涉及当存在碳氮化硅下层时用于去除晶片层，例如阻挡层材料，封盖材料，电介质层，抗反射层和硬质掩模的组合物和方法。
背景技术
典型地，半导体衬底具有硅底和包含多个沟槽的电介质层，该沟道在电介质层内排列形成电路互连图案。这些沟槽图案具有金属镶嵌(damascene)结构或双重金属镶嵌结构。另外，典型利用一至三个或更多封盖层覆盖这个由沟槽图案化的电介质层，并用阻挡层覆盖该一个或多个封盖层。最后，利用金属层覆盖该阻挡层并填充图案沟槽。该金属层构成连接电介质区域并形成集成电路的电路互连。
该封盖层可用于不同的用途。例如，包覆电介质的封盖层如碳氮化硅可以起抛光停止的作用从而在抛光期间保护下面的电介质不被除去。该碳氮化硅中氮的浓度随厂家而不同；且其最高可包含约50原子百分比的氮—如果氮化物含量为零，这时该停止层具有碳化硅的化学性质。另外，二氧化硅层，氮化硅层或这两种层的组合可改善该停止层上的形貌。典型地，利用阻挡层如钽阻挡层包覆该封盖层并利用金属导电层覆盖该阻挡层从而形成互连金属。
化学机械平坦化或CMP工艺通常包括多个抛光步骤。例如，最初的平坦化步骤从下面的阻挡电介质层上除去金属层以便使晶片平坦化。这个第一步的抛光可去除金属层，并在晶片上留下具有填充金属的沟槽的光滑平坦表面，该沟槽可提供与该抛光表面平齐的电路互连。第一步抛光步骤倾向于以相对高的速率去除过剩的互连金属例如铜。第一步抛光之后，第二步抛光过程可典型去除残留在半导体晶片上的阻挡层。这个第二步抛光可从其下面的电介质层上除去该阻挡层以便在该电介质层上提供平坦的抛光表面。该第二步抛光可以在封盖层上停止，可以除去全部封盖层或除去下面电介质层的一部分。
遗憾的是，CMP工艺通常会导致多余金属从电路互连上的过度去除或“凹陷”。这种凹陷既可以由第一步抛光产生也可以由第二步抛光产生。超过允许水平的凹陷会在电路互连中引起尺度(dimensional)损失。电路互连中的这些薄区域会减弱电信号并损害后续的双重金属镶嵌结构的加工。除凹陷以外，该CMP工艺通常可以在已知的“侵蚀”作用下除去过量的电介质层。发生在该互连金属附近的侵蚀会在电路互连中引入尺度缺陷。以类似于凹陷的方式，这些缺陷会引起电信号的减弱并损害随后的双重金属镶嵌结构的加工。
除去阻挡层以及任何不需要的封盖层之后，第一封盖停止层，例如碳氮化硅停止层，通常可以防止CMP工艺损害电介质。通过控制去除速率，这个停止层可典型地保护下面的电介质从而避免或减轻电介质的侵蚀。该阻挡层和其它封盖层(例如氮化硅和二氧化硅)的去除速率与停止层去除速率的比值是选择比的实例。对于这个用途，选择比是指所测以埃每分钟的去除速率的比值。
Minamihaba等人在美国专利公开2003/0124850中公开了用于去除碳化硅系化合物如SiCO，SiCH和SiCN的抛光浆料。这种抛光浆料提出使用具有苯环的氨基酸或具有杂环的有机酸可促进碳化硅系化合物的去除。与这个去除碳化硅系化合物的工艺不同，一些具有碳氮化硅停止层的集成方案需要不会去除该保护覆层的抛光。
对可以选择性去除阻挡层材料和封盖材料(例如氮化硅和二氧化硅)而不会除去过量碳氮化硅停止层的组合物存在尚未满足的需求。此外，存在对可以如下进行抛光半导体晶片抛光的浆料的需求：1)去除阻挡层或封盖材料；2)减小互连凹陷，电介质侵蚀并避免电介质的剥落；和3)对碳氮化硅停止层进行操作。
发明内容
本发明提供了用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度而且如使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟。
本发明的另一个方面是提供了用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含0至30重量百分比的研磨剂，0至15重量百分比的非铁金属抑制剂，0至25重量百分比的氧化剂，0至10重量百分比的钽去除剂，该去除剂选自包括甲脒，甲脒盐，甲脒衍生物，胍衍生物，胍盐和它们的混合物的组，以及0.001至5重量百分比的非离子表面活性剂，该表面活性剂可抑制碳氮化硅的去除速率且具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度而且如使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅的去除速率抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟，而且该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷(glucoside)，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酰胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。
本发明的另一个方面是提供了用于从半导体衬底上去除至少一个覆层的抛光方法，该方法包括：使该半导体衬底与抛光组合物接触，该半导体衬底在至少一个覆层下具有碳氮化硅，该抛光组合物包含非离子表面活性剂，来抑制碳氮化硅的去除且该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度；使用抛光垫对该半导体衬底进行抛光以便以一定去除速率除去至少一个覆层，该以埃每分种表示的去除速率大于碳氮化硅的去除速率；和在除去全部碳氮化硅层之前停止抛光。
具体实施方式
对于去除阻挡层材料或封盖材料例如氮化硅和氧化硅，该浆料和方法提供了意想不到的选择性，并在碳氮化硅层上停止。该浆料依靠非离子表面活性剂来选择性去除至少一个层，例如含钽层或氮化硅层，而在碳氮化硅层上停止。这种选择性可减少互连金属的凹陷和电介质层的侵蚀。此外，该浆料可以除去阻挡层材料和封盖层例如氮化硅，有机封盖材料和电介质而在碳氮化硅层上停止而且不会使脆弱的低-k电介质层从半导体晶片上剥落或分离。这些浆料的另一个优点使该组合物能够在硅碳掺杂的氧化物(CDO)层上停止。
在本说明书中所使用的表面活性试剂或表面活性剂是指当其存在时，能够吸附到晶片衬底的表面或界面或者改变该晶片衬底表面或界面的表面自由能的物质。术语“界面”是介于任两个不混溶相之间的边界。术语“表面”代表其中一相是气体，且通常为空气的界面。表面活性剂通常起减小界面自由能的作用。
非离子表面活性剂具有独特的分子结构，该结构由被称为疏水基的对水没有吸引的结构基团，以及被称为亲水基的对水具有强烈吸引的基团组成。该非离子表面活性剂不表现出明显的离子电荷，但它典型地具有包含氧，硫或氮原子的亲水基。该疏水基通常是具有适合溶解于水的长度的长链烃，氟代烃或硅氧烷链。特别地，该疏水基具有大于3的碳链长度。最优选地，该疏水基具有至少6的碳链长度。
该非离子表面活性剂典型具有不同的亲水基和疏水基特性。例如，HLB值(亲水-亲油平衡)定义表面活性剂亲水和疏水的程度。对于表面活性剂较大的HLB值表示该表面活性剂比具有小HLB值的表面活性剂更亲水。可以在许多专著资料中找到表面活性剂HLB的定义和计算，例如Milton J.Rosen为作者的专著“Surtactants andInterfacial Phenomena”，由Wiley Interscience(1979)出版。该非离子表面活性剂典型具有2至30的HLB。优选地，该非离子表面活性剂具有2.5至25的HLB。最优选地，该非离子表面活性剂具有介于3和20之间的HLB；且特别地，非离子表面活性剂的值等于或大于10从而可以进一步减小碳氮化硅的去除速率。
优选的非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酰胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。最优选的非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷和它们的混合物的目。一些包含链烷醇酰胺的组合物会在几天后发生粘度的增加。如果该组合物经历了这个粘度增加，这时在使用时或接近使用时加入这些表面活性剂是较为有利的。
优选地，该非离子表面活性剂是链烷醇酰胺且该链烷醇酰胺是由选自包括单链烷醇胺(MAA)，双链烷醇胺(DAA)，三链烷醇胺和它们的混合物的链烷醇胺的酰化产物。最优选地，链烷醇胺选自包括二乙醇胺，单乙醇胺，三乙醇胺，二异丙醇胺，单异丙醇胺，乙醇异丙醇胺和它们的混合物的组。对于高的去除速率选择性，特别有效的非离子活性剂包括椰油酰胺(cocamide)二乙醇胺(DEA)，月桂酰胺DEA，亚油酰胺DEA和蓖麻油酰胺DEA——椰油酰胺是DEA与椰油酸的酰化产物；月桂酰胺是DEA与月桂酸的酰化产物；亚油酰胺是DEA与亚油酸的酰化产物；且蓖麻油酰胺是DEA与蓖麻油酸的酰化产物。其它有效的非离子表面活性剂包括烷基和烷基酚聚环氧乙烷。
典型地，可以通过添加0.001至5wt％的该表面活性剂来获得高的选择性。本说明书提到的所有浓度均为重量百分比，除非另外明确说明。此外，公开的范围包括组合和部分组合范围内的范围以及边界。优选地，该表面活性剂为0.01至1wt％；且最优选的表面活性剂为0.03至0.3wt％。
该非离子表面活性剂以比抑制氮化硅更大的差别速率对所测以埃每分钟计的碳氮化硅的去除速率进行抑制。具体地，如使用13.8kPa(2psi)的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力和实施例的条件所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减少大至少100埃每分钟。例如，当使用包含无表面活性剂的组合物的IC1010TM抛光垫，以13.8kPa的压力进行抛光时，对碳氮化硅和碳化硅分别可提供500埃每分钟和500埃每分钟的控制抛光速率。然后添加该非离子表面活性剂，在相同的条件下碳氮化硅和氮化硅的抛光速率分别减小至300埃每分钟和400埃每分钟，从而分别产生200埃每分钟和100埃每分钟的去除速率降低。这相当于碳氮化硅去除速率的降低比氮化硅大100埃每分钟。优选地，对于碳氮化硅该浆料可提供比氮化硅大至少200埃每分钟的去除速率的降低。最优选地，对于碳氮化硅该浆料可提供比氮化硅大至少500埃每分钟的去除速率降低。
可以在酸性，中性和碱性pH水平使用含有表面活性剂的该浆料以获得TaN/SiCN，SiN/SiCN和TEOS/SiCN的选择性。优选地，适合于该选择性的pH至少为7；且最优选地，该pH为7至10。
可选地，该组合物可包含用于去除阻挡层的试剂，阻挡层例如钽，氮化钽，钽-氮化硅，钛，氮化钛，钛-氮化硅，钛-氮化钛，钛-钨，钨，氮化钨和钨-氮化硅阻挡层。
可选地，该组合物包含0到10重量百分比的钽去除剂，该试剂可进一步提高含钽材料的去除速率或提高氮化钽相对于碳氮化硅的选择性。该溶液依靠钽阻挡层去除剂来选择性去除钽阻挡层材料，该试剂选自包括甲脒，甲脒盐，甲脒衍生物，例如胍，胍衍生物，胍盐和它们的混合物的组。特别有效的胍衍生物和盐包括盐酸胍，硫酸胍，盐酸氨基胍，乙酸胍，碳酸胍，硝酸胍，甲脒，甲脒亚磺酸，甲脒乙酸盐和它们的混合物。对于钽和氮化钽的选择性去除，该组合物最优选包含0.2至6重量百分比的钽去除剂。
可选地，该组合物可包含0至25重量百分比的氧化剂。该氧化剂对提高互连金属例如铜的去除速率特别有效。该氧化剂可以是许多氧化性化合物中的至少一种，例如过氧化氢(H2O2)，单过硫酸盐，碘酸盐，过邻苯二甲酸镁，过乙酸和其它过酸，过硫酸盐，溴酸盐、高碘酸盐，硝酸盐，铁盐，铈盐，Mn(III)，Mn(IV)和Mn(VI)盐，银盐，Cu盐，铬盐，钴盐，卤素，次氯酸盐和它们的混合物。此外，通常优选使用氧化剂化合物的混合物。最优选的氧化剂是过氧化氢和碘酸盐。当该抛光浆料包含不稳定氧化剂例如过氧化氢时，通常最优选在使用时将该氧化剂混入浆料。因为该组合物在不含氧化剂时起作用，最优选地，该组合物不含氧化剂以便限制对金属互连例如铜的不需要的静态侵蚀。
典型的碳氮化硅集成方案要求在去除阻挡层或封盖层时以一定受控的速率同时去除金属互连。适合用作该互连的非铁金属包括，例如铜，铜合金，金，金合金，镍，镍合金，铂族金属，铂族金属合金，银，银合金，钨，钨合金和包含这些金属中至少一种的混合物。优选地，该互连金属是铜，铜基合金，银或银基合金。最优选地，该互连金属是铜。
可选地，该溶液可包含0至15重量百分比的抑制剂以便控制更过静态侵蚀或其它去除机制对互连的去除速率。典型地，调节抑制剂的浓度，通过保护金属不受静态侵蚀来调整该互连金属的去除速率。优选地，该溶液可选包含0至10重量百分比的抑制剂。该抑制剂可以由抑制剂的混合物组成。唑类抑制剂对铜和银互连特别有效。典型的唑类抑制剂包括苯并三唑(BTA)，甲苯三唑，咪唑和其它唑类化合物。最优选地，该浆料包含0.001至5重量百分比的全部的唑以便抑制铜或银互连的静态侵蚀。对于铜和银，BTA是特别有效的抑制剂。
除抑制剂以外，该溶液可选包含0至20重量百分比的非铁金属的配位剂。当其存在时，该配位剂可通过溶解该非铁金属互连来阻止形成的金属离子的沉淀。最优选地，该溶液包含0至10重量百分比的非铁互连金属的配位剂。配位剂的实例包括乙酸，柠檬酸，乙酰乙酸乙酯，羟基乙酸，乳酸，苹果酸，草酸，水扬酸，二乙基二硫代氨基甲酸钠，丁二酸，酒石酸，巯基乙酸，甘氨酸，丙氨酸，天冬氨酸，乙二胺，三甲基二胺，丙二酸，谷氨酸(gluteric acid)，3-羟基丁酸，丙酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸，3-羟基水杨酸，3，5-二羟基水杨酸，棓酸，葡萄糖酸，邻苯二酚，连苯三酚，丹宁酸，它们的盐和混合物。优选的，该配位剂选自乙酸，柠檬酸，乙酰乙酸乙酯，羟基乙酸，乳酸，苹果酸，草酸及其混合物。最优选地，该配位剂是柠檬酸。
该抛光组合物可选包含0至30重量百分比的研磨剂，以便促进阻挡层的去除或促进阻挡层和封盖层组合的去除——取决于该集成方案，该抛光组合物可用来去除上面的封盖层，或者首先去除阻挡层然后去除封盖层。该抛光组合物可选包含用于“机械”去除阻挡层的研磨剂。该研磨剂优选为胶态研磨剂。研磨剂的实例包括无机氧化物，金属硼化物，金属碳化物，金属氮化物，聚合物颗粒和包含前述研磨剂其中至少一种的混合物。适合的无机氧化物包括，例如二氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3)，氧化锆(ZrO2)，氧化铈(CeO2)，氧化锰(MnO2)，或包含前述氧化物其中至少一种的组合。如果需要，也可以使用这些无机氧化物的改变的形式，例如聚合物包覆无机氧化物颗粒和无机包覆颗粒。适合的金属碳化物，硼化物和氮化物包括，例如碳化硅，氮化硅，碳氮化硅(SiCN)，碳化硼，碳化钨，碳化锆，硼化铝，碳化钽，碳化钛，或包含前述金属碳化物，硼化物，氮化物其中至少一种的组合。如果需要，也可以使用金刚石作为研磨剂。可选的研磨剂还包括聚合物颗粒和包覆的聚合物颗粒。优选的研磨剂是二氧化硅。
优选地，该研磨剂的存在量是抛光组合物总重量的0.05至15wt％。在这个范围内，希望使研磨剂的存在量大于或等于0.1wt％，且优选大于或等于0.5wt％。在这个范围内小于或等于10wt％，且优选小于或等于5wt％的数量同样是理想的。
该研磨剂具有小于或等于150纳米(nm)的平均颗粒尺寸，以便防止过度的金属凹陷和电介质侵蚀。对本说明书来说，颗粒尺寸是指该研磨剂的平均颗粒尺寸。使用具有小于或等于100nm的平均颗粒尺寸的胶态研磨剂是理想的。当使用具有小于或等于100nm平均颗粒尺寸的胶态氧化硅时，电介质的侵蚀和金属凹陷最小。将该胶态研磨剂的尺寸减小到小于或等于100nm时，趋向于提高该抛光组合物的的选择性；但其也趋向于降低阻挡层的去除速率。此外，优选的胶态研磨剂可以包含添加剂，例如分散剂，表面活性剂和缓冲剂以便在酸性pH范围内提高该胶态研磨剂的稳定性。一种这样的胶态研磨剂是来自法国Puteaux，Clariant S.A.的胶态二氧化硅。该化学机械平坦化组合物还可选包含配位剂，螯合剂，pH缓冲剂，抗微生物剂和消泡剂。
如果该抛光组合物不包含研磨剂，这时对于化学机械平坦化(CMP)工艺，垫的选择和调整变得更为重要。例如，对于一些无研磨剂组合物，固定研磨剂垫可改善抛光的性能。
该抛光溶液此外可选包含均平剂例如氯化铵以便控制互连金属的表面光洁度，以及抗微生物剂以便限制该组合物中的生物活性。
如使用小于13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力，该浆料可以提供至少2比1的TaN/SiCN，TEOS/SiCN，和SiN/SiCN选择性。适合于测定选择性的特别抛光垫是微孔聚氨酯抛光垫，例如Rodel所售的IC1000TM抛光垫。优选地，该浆料可提供至少2比1的选择性，如使用小于13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力；且最优选地，对于SiN/SiCN该范围为至少5比1。而且该浆料可以提供超过30比1的氮化钽相对于碳氮化硅的选择性。调节该表面活性剂的浓度，浆料pH，氧化剂浓度和钽去除剂的浓度可调整该选择性。调整抑制剂，氧化剂，配位剂可以调整互连金属的去除速率。
实施例
所有的测试样测均包含0.1wt％的苯并三唑(benzentriazole)作为抑制剂，12wt％具有50nm的平均颗粒尺寸的二氧化硅，和0.95wt％的盐酸胍，且pH为9。该试验测定TaN阻挡层，Ta阻挡层，二氧化硅(TEOS)，氮化硅(SiN)，碳氮化硅(SiCN)，碳掺杂的氧化物(CDO)和铜(CU)的去除速率。此外，浆料A和B代表对照浆料，而以数字表示的浆料1至12代表本发明的实施例。
实施例1
在这个测试中，将添加几种链烷醇酰胺的去除速率与对照浆料A进行对比。该测试使用Strausbaugh抛光机利用IC1010抛光垫(Rodel，Inc.)在约2psi(13.8kPa)的下压力和200cc/min的抛光浆料流速，120RPM的工作台转速和114RPM的托架转速的条件下对该试样晶片(200mm)进行抛光。使用KOH或HNO3将该抛光浆料的pH调节至9，且所有的浆料均使用余量的去离子水配置而成。
下表显示链烷醇酰胺表面活性剂能够抑制SiCN晶片的去除速率，而几乎不影响包括SiN的阻挡层和封盖层的去除速率。
表1
  浆料   添加剂   浓度(wt％)   TaNRR   TEOSRR   CDORR   SiNRR   TaRR   SiCNRR   CuRR   ΔSiCN-ΔSiN   SiN/SiCN比
  A   无   1564   855   2428   480   662   1304   63   0   0.37
  1   椰油酰胺DEA   0.13   1466   732   139   399   620   87   108   1136   4.58
  2   月桂酰胺DEA   0.13   1476   741   116   401   618   76   107   1149   5.26
  3   亚油酰胺DEA   0.13   1476   735   114   434   626   67   87   1191   6.48
  4   蓖麻油酰胺DEA   0.13   1217   736   194   403   511   199   159   1028   2.02
  5   Incromide CA   0.13   1626   679   103   370   65   61   1129   5.69
RR＝以埃每分钟表示的去除速率
ΔSiCN-ΔSiN＝[SiCN(无添加剂)-SiCN(有添加剂)]-[SiN(无添加剂)-SiN(有添加剂)]
Incromide CA是衍生自椰油脂肪酸的C12椰油酰胺并由CrodaCo.提供。
表1的数据显示通过添加0.13wt％的链烷醇酰胺表面活性剂，碳氮化硅的去除速率从1300/min降低到65/min。此外，该链烷醇酰胺表面活性剂不会显著降低TaN，TEOS或SiN的去除速率。SiN/SiCN的选择性从0.37提高到6.5。此外，TaN对SiCN(或Ta/SiCN)去除速率的选择性和TEOS对SiCN的去除选择性远高于SiN/SiCN的选择性。
实施例2
在这个测试中，使用实施例1的条件，将添加几种聚环氧乙烷型表面活性剂的去除速率与对照试样进行对比。
下表显示所使用的聚环氧乙烷表面活性剂也能够有效地只抑制SiCN晶片的去除速率而几乎不影响阻挡层和封盖层的去除速率。
表2
  浆料 添加剂   浓度(wt％)   TaNRR   TEOSRR   CDORR   SiCNRR   CuRR   SiNRR   TaRR   SiN/SiCN比   TaN/CDO比   ΔSiCN-ΔSiN   HLB
  B 无   1665   721   2175   1213   78   487   668   0.40   0.8   0
  6 C18(EO)20OH   0.03％   1683   462   26   117   30   326   582   2.80   64.2   936   15.3
  7 C12(EO)4OH   0.03％   1507   764   110   127   9   431   539   3.41   13.7   1031   9.1
  8 C16(EO)10OH   0.03％   1681   515   22   108   0   353   616   3.27   78.0   971   12.9
  9 C18(EO)10OH   0.03％   1557   629   28   64   52   355   526   5.54   55.2   1017   12.4
  10 C18(EO)10OH   0.10％   1456   464   27   47   33   265   496   5.60   54.1   944   12.4
  11 C8(C6H4)(EO)10OH   0.10％   1640   528   42   125   84   340   610   2.72   38.7   941   10.4
  12 C8(C6H4)(EO)35OH   0.10％   1672   547   32   73   94   359   697   4.88   52.3   1011   17.9
RR＝以埃每分钟表示的去除速率
ΔSiCN-ΔSiN＝[SiCN(无添加剂)-SiCN(有添加剂)]-[SiN(无添加剂)-SiN(有添加剂)]
对于Cm(EO)nOH，m等于碳原子数而n等于聚合的(环氧乙烷)基团的数目。
对于C8(C6H4)(EO)nOH，该疏水基包含辛基苯酚且n等于聚合的(环氧乙烷)基团的数目。
C18(EO)20OH是由Aldrich Corp.提供的Brij-98。
C12(EO)4OH是由Aldrich Corp.提供的Brij-30。
C16(EO)10OH是由Aldrich Corp.提供的Brij-56。
C18(EO)10OH是由Aldrich Corp.提供的Brij-97。
C8(C6H4)(EO)10OH是由Aldrich Corp.提供的Triton X 100。
C8(C6H4)(EO)35OH是由Aldrich Corp.提供的Triton X 405。
该聚环氧乙烷表面活性剂可将碳氮化硅的去除速率从约1200/min抑制到64，而TaN，TEOS和SiN的去除速率仅有微小变化。SiN/SiCN的去除速率比(选择性)从0.4提高到5.5。此外，TaN相对SiCN(或Ta/SiCN)和TEOS相对SiCN的去除速率选择性比SiN/SiCN的选择性高得多。
非离子表面活性剂的添加几乎不影响钽材料，氮化硅和二氧化硅的去除速率。但是该非离子表面活性剂能够有效地将碳氮化硅的去除速率从两千埃每分钟以上降低到可接受的水平，以便在碳氮化硅层上停止。此外，对于去除钽阻挡层材料例如钽，氮化钽和氧化钽和封盖层例如氮化硅和氧化硅，该溶液和方法可选提供优异的选择性，并在该碳氮化硅层上停止。另外，该溶液可选择性去除阻挡层，封盖层，电介质层，抗反射层和硬质掩模而在该碳氮化硅层上停止以便保护下面的电介质并减少或消除电介质的侵蚀。另外，该组合物包括可在碳氮化硅层或CDO层上停止的优点。这允许一种浆料在一个集成方案内起到多种作用。

Claims (13)

1.适用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度，而且使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的抑制至少大100埃每分钟。
2.权利要求1的组合物，其中该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酸胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。
3.适用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含0至30重量百分比的研磨剂，0至15重量百分比的非铁金属抑制剂，0至25重量百分比的氧化剂，0至10重量百分比的钽去除剂，该钽去除剂选自包括甲脒，甲脒衍生物，胍衍生物和它们的混合物的组，以及0.001至5重量百分比的非离子表面活性剂，该表面活性剂可抑制碳氮化硅的去除速率且具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度，而且使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的抑制至少大100埃每分钟，而且该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酰胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。
4.权利要求3的组合物，其中该钽去除剂选自甲脒盐或胍盐。
5.权利要求3或4的组合物，其中该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷和它们的混合物的组。
6.权利要求3或4的组合物，其中该非离子表面活性剂是链烷醇酰胺，且该链烷醇酰胺是由来自包括单链烷醇胺，双链烷醇胺，三链烷醇胺和它们的混合物的组的链烷醇胺的酰化产物。
7.权利要求6的组合物，其中该链烷醇胺选自包括二乙醇胺，单乙醇胺，三乙醇胺，二异丙醇胺，单异丙醇胺，乙醇异丙醇胺和它们的混合物的组。
8.权利要求3的组合物，其中该组合物含有0.2至6重量百分比的钽去除剂，该钽去除剂选自包括盐酸胍，硫酸胍，盐酸氨基胍，乙酸胍，碳酸胍，硝酸胍，甲脒，甲脒亚磺酸和它们的混合物的组。
9.权利要求4的组合物，其中该组合物含有0.2至6重量百分比的所述钽去除剂。
10.用于从半导体衬底上去除至少一种覆层的抛光方法，该方法包括：
使该半导体衬底与抛光组合物接触，该半导体衬底在至少一个覆层下具有碳氮化硅，该抛光组合物包含非离子表面活性剂来抑制碳氮化硅的去除且该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度；
使用抛光垫对该半导体衬底进行抛光以便以一定去除速率除去至少一个覆层，该去除速率大于以埃每分钟表示的碳氮化硅的去除速率；
在除去全部碳氮化硅层之前停止抛光。
11.权利要求10的方法，其中至少一个覆层包含氮化硅层且抛光可去除该氮化硅层。
12.权利要求11的方法，其中至少一个覆层包含含钽层且该抛光组合物包含0至30重量百分比的研磨剂，0至15重量百分比的非铁金属抑制剂，0至25重量百分比的氧化剂，0至10重量百分比的钽去除剂，该钽去除剂选自包括甲脒，甲脒衍生物，胍衍生物和它们的混合物的组，以及0.001至5重量百分比的非离子表面活性剂以便抑制碳氮化硅的去除速率，而且使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的抑制至少大100埃每分钟，并且该抛光可去除该含钽层。
13.权利要求12的方法，其中该钽去除剂选自甲脒盐和胍盐。
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