CN108117838B - 一种氮化硅化学机械抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氮化硅化学机械抛光液，包括研磨颗粒、含一个或多个羧基基团的化合物、含有长烷基链的阴离子表面活性剂。本发明氮化硅化学机械抛光液在提高SiN的抛光速度的同时可以Teos抛光速度，具有较高的SiN/Teos的选择比，减少抛光后基材表面地缺陷，具有良好的市场适用性。

Description

一种氮化硅化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种具备高选择性的氮化硅化学机械抛光液。
背景技术
在半导体装置的生产中，每个阶段都要进行去除氮化硅层的步骤，例如在形成元素分离结构的步骤中，要除去作为阻挡层的氮化硅层。
目前，市场上隔离半导体器件各元件的方法，大多采用浅沟槽隔离(STI)工艺，该技术包括在硅基板上形成氮化硅层，经由蚀刻或光刻法形成浅沟槽，且沉积介电层以填充这些沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路深度的变化，通常需要将过量的介电材料沉积在基板顶部上以确保所有沟槽完全填满。然后通常通过化学机械平坦化工艺来移除过量的介电材料(例如氧化物)以暴露出氮化硅层。随后，需要抛光除去该氮化硅以获得高度平坦且均匀的表面。
通常，以往的实践一直强调氧化物抛光优先于氮化硅抛光的选择性。因此，氮化硅层在化学机械平坦化工艺期间常用作终止层，这是因为在氮化硅层暴露后整体抛光速率会降低。然而，随着蚀刻技术的进步，氧化物线宽变得更小。随着氧化物线宽的减小，通常期望所利用的抛光系统具有对氮化硅的抛光优先于对氧化物的抛光的选择性，这使得形成于基板表面上的氧化物线路中的缺陷减至最少。
目前，现有技术中也存在对化学机械抛光液的SiN/二氧化硅(Teos)选择的研究，如CN102604541提出利用二氧化硅颗粒，芳基二羧酸、苯乙酸类化合物，来提高SiN与oxide的选择比；CN102046743提出利用二氧化铈研磨剂，4,4-三亚甲基二吡啶，阳离子聚合物及聚乙二醇聚合物，提高SiN的抛光速度。但其存在Oxide抛光速度较高，SiN/Teos选择比低或对表面会带来划伤等缺陷。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种具备高选择性的氮化硅化学抛光液，所述化学机械抛光液能够提高SiN的抛光速度，同时抑制Teos抛光速度，具有较高的SiN/Teos的选择比。
具体地，本发明提供一种氮化硅化学机械抛光液，包括研磨颗粒、含一个或多个羧基基团的化合物、含有长烷基链的阴离子表面活性剂。
优选地，所述研磨颗粒为二氧化硅颗粒。
其中，所述研磨颗粒的质量百分比浓度较佳为0.5～8wt％；优选为1％～5wt％。
优选地，所述含一个或多个羧基基团的化合物包括吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物及吡咯化合物及其衍生物中的一种或多种。非限定性地，所述含一个或多个羧基基团的化合物包括2-羧基吡啶、3-羧基吡啶、4-羧基吡啶、2,3-二羧基吡啶、2,4-二羧基吡啶、2,6-二羧基吡啶，3,5-二羧基吡啶、2-羧基哌啶，3-羧基哌啶，4-羧基哌啶，2,3-二羧基哌啶，2,4-二羧基哌啶，2,6-二羧基哌啶，3,5-二羧基哌啶，2-羧基吡咯烷，3-羧基吡咯烷，2,4-二羧基吡咯烷，2,5-二羧基吡咯烷，2-羧基吡咯，3-羧基吡咯，2,5-二羧基吡咯，3,4-二羧基吡啶中的一种或多种。
其中，所述含一种或多个羧基基团的化合物的质量百分比浓度较佳为
0.01～0.5％；优选地为0.01～0.3％。
优选地，所述含有长链烷基的阴离子表面活性剂为烷基链为C12～C18的阴离子表面活性剂。非限定性地，包括十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸酯、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
其中，所述含有长链烷基的阴离子表面活性剂的质量百分比浓度较佳为0.01～0.5％；优选地为0.01～0.2％。
优选地，所述氮化硅化学机械抛光液还包括pH调节剂及杀菌剂。
优选地，所述pH调节剂包括HNO3、KOH、K2HPO4或KH2PO4中的一种或多种。
优选地，所述杀菌剂包括5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CIT)，2-甲基-4-异噻唑啉酮(MIT)，1,2-苯丙异噻唑啉酮(BIT)，碘代丙炔基氨基甲酸酯(IPBC)，1,3-二羟甲基-5,5-甲基海因(DMDMH)中的一种或多种。
优选地，所述杀菌剂的质量百分比浓度为0.02％-0.2％。
优选地，所述氮化硅化学机械抛光液的pH值大于上述含羧基基团的化合物的pKa1的1.5个单位且小于6.5。
与现有技术相比较，发明中的优异性在于：
1)本发明中含一个或多个羧基基团的化合物，及含有长烷基链的阴离子表面活性剂。
2)本发明中抛光液pH大于上述组分Pka1的1.5个单位，且小于6。
3)抛光液同时提高SiN的抛光速度和抑制Teos抛光速度，具有较高的SiN/Teos的选择比。
具体实施方式
本实施例中所选用原料皆市售可得，且将所有组分溶解混合均匀，用水补足质量百分比至100％。用pH调节剂调节至期望pH值，得到具体实施例如下。
表1对比例及实施例配比及具体实施结果
Figure BDA0001165059720000031
Figure BDA0001165059720000041
Figure 1
按表1配方的抛光液根据下述实验条件进行实验。
具体抛光条件：Mirra机台，IC1010pad，转速93/87，抛光压力：1.5psi。抛光流量150ml/min。在Mirra机台中输入上述参数，对8寸氮化硅、二氧化硅进行1min抛光，清洗、干燥、检测并得到抛光结果。
从对比例1的结果可以看出，用单纯的SiO2进行抛光，氮化硅的抛光速度很低，二氧化硅的抛光速度却比较高，氮化硅与二氧化硅的选择性是反向的。从实施例与对比例2和对比例3的结果看到，本发明的氮化硅速度地提升比其他羧酸以及其他杂环酸提升的幅度大，并且降低了二氧化硅的抛光速度，具有很高的氮化硅与二氧化硅的选择比。从实施例与对比例4的结果，pH在大于2-羧基吡啶的Pka1(0.99)1.5单位的情况下的，氮化硅的抛光速度较高，二氧化硅的速度较低，氮化硅与二氧化硅的选择比高。本专利中羧基化合物在分子结构中同时带有羧基以及含氮结构，在pH大于1.5Pka1时，含氮结构与二氧化硅研磨颗粒相吸引，使得羧基结构暴露在外，遇到氮化硅表面后，由于异性电荷相吸，这样大大增加了研磨颗粒和氮化硅表面的相互作用，同时降低了研磨颗粒与二氧化硅晶片表面的相互作用，增加了氮化硅晶片的抛光速度，同时降低了二氧化硅的抛光速度。从实施例与对比例4比较，阴离子表面活性剂的加入进一步降低了Teos的抛光速度，从而得到更高的SiN/Teos的选择比。含有长链的阴离子表面活性剂，会附着在二氧化硅的表面，降低的研磨颗粒与二氧化硅表面的相互作用，从而降低了二氧化硅的抛光速度。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种氮化硅化学机械抛光液，由二氧化硅颗粒、含一个或多个羧基基团的化合物、含有长烷基链的阴离子表面活性剂、pH调节剂、杀菌剂和水组成；所述含有长链烷基的阴离子表面活性剂的质量百分比含量为0.2-0.5％；所述含一个或多个羧基基团的化合物选自2-羧基吡咯烷，3-羧基吡咯烷，2,4-二羧基吡咯烷，2,5-二羧基吡咯烷，2-羧基吡咯，3-羧基吡咯，2,5-二羧基吡咯；所述氮化硅化学机械抛光液的pH值大于上述含羧基基团的化合物的pKa1的1.5个单位且小于6.5。
2.如权利要求1所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的质量百分比含量为0.5～8wt％。
3.如权利要求2所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的质量百分比含量为1％～5wt％。
4.如权利要求1所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述含一种或多个羧基基团的化合物的质量百分比含量为0.01～0.5％。
5.如权利要求4所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述含一种或多个羧基基团的化合物的质量百分比含量为0.01～0.3％。
6.如权利要求1所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述含有长链烷基的阴离子表面活性剂为烷基链为C12～C18的阴离子表面活性剂。
7.如权利要求6所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述含有长链烷基的阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸酯、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述pH调节剂包括HNO3、KOH、K2HPO4或KH2PO4中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述杀菌剂包括5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CIT)，2-甲基-4-异噻唑啉酮(MIT)，1,2-苯丙异噻唑啉酮(BIT)，碘代丙炔基氨基甲酸酯(IPBC)，1,3-二羟甲基-5,5-甲基海因(DMDMH)中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的氮化硅化学机械抛光液，其特征在于，所述杀菌剂的质量百分比含量为0.02％-0.2％。
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