TWI732952B - 一種氮化矽化學機械研磨液 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種高選擇性氮化矽的化學機械研磨液，包括水和研磨顆粒，同時還包括含一個或多個羧基基團的雜環類化合物、聚胺酸與烷醇胺化合物、pH調節劑和殺菌劑。本發明的研磨液可以提高氮化矽與二氧化矽研磨速度選擇比，以及氮化矽與多晶矽研磨速度選擇比，同時能夠具有顯著提高的氮化矽研磨速度以及減小的二氧化矽和多晶矽研磨速度，就有良好的市場應用前景。
Description
本發明涉及半導體製程中的一種化學機械研磨液。尤其涉及一種具有高選擇性的氮化矽化學機械研磨液。
在半導體裝置的生產中，在各個階段都要進行去除氮化矽層的步驟，例如在形成元素分離結構的步驟中，要除去作為阻擋層的氮化矽層。 其中，對於用於隔離半導體裝置的方法，大量注意力放在淺溝槽隔離（shallow trench isolation，STI）製程上。在矽基板上形成的氮化矽層，經由蝕刻或光學微影製程形成淺溝槽，且使用沉積介電層來填充這些溝槽。以此方式形成的溝槽或線路深度的變化，通常需要將過量的介電材料沉積在基板頂部上以確保所有溝槽完全填滿。然後通常需要通過化學機械研磨製程來移除過量的介電材料（例如氧化物）以暴露出氮化矽層。當氮化矽層暴露出來時，作為化學機械研磨系統基板的最大面積，氮化矽必須隨後進行研磨以獲得高度平坦且均勻的表面。由於氮化矽層暴露後整體研磨速率會降低，因此，在以往的實踐中，一直強調氧化物研磨需優先於氮化矽研磨。並且，在化學機械研磨製程期間，氮化矽層通常被用作終止層。隨著蝕刻技術的進步，氧化物線寬減小，通常期望所採用的研磨系統對氮化矽的研磨能夠優先於對氧化物的研磨的選擇性，使得形成於基板表面上的氧化物線路中的缺陷減至最少。 過去的裝置設計側重於二氧化矽與氮化矽的化學機械平坦化選擇性，即相對於氮化矽的去除速率，二氧化矽的去除速率更高。在這些裝置設計中，氮化矽層作為化學機械平坦化的終止層。 近來，一些裝置設計需要化學機械研磨組合具有氮化矽與多晶矽的選擇性，即相對於多晶矽的去除速率，氮化矽的去除速率更高。在這些裝置設計中，多晶矽層作為化學機械平坦化的終止層。
本發明所要解決的技術問題是提供一種可以提高氮化矽與二氧化矽研磨速度選擇比，以及氮化矽與多晶矽研磨速度選擇比，同時能夠具有顯著提高的氮化矽研磨速度以及低的二氧化矽和多晶矽研磨速度的化學機械研磨液。 本發明提供一種氮化矽化學機械研磨液，其中含有水和研磨顆粒，其同時含有含一個或多個羧基基團的雜環類化合物、聚胺酸與烷醇胺化合物，pH調節劑和殺菌劑。 其中，所述的研磨顆粒為二氧化矽顆粒，其濃度較佳為質量百分比0.5%-8%，優選為1%-5%。 其中，所述的含一個或多個羧基基團的雜環類化合物包括吡啶化合物、呱啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物及其衍生物中的一種或多種，非限制性實例包括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-羧基呱啶、3-羧基呱啶、4-羧基呱啶、2,3-二羧基呱啶、2,4-二羧基呱啶、2,6-二羧基呱啶、3,5-二羧基呱啶、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、3,4-二羧基吡啶等，其濃度較佳為質量百分比0.01%-0.5%，優選為0.01%-0.3%。 其中，所述的聚胺酸與烷醇胺化合物為多元羧酸聚合物的羥烷基銨鹽，例如BYK公司產品ANTI-TERRA-250，DISPERBYK，DISPERBYK-180，DISPERBYK-181， DISPERBYK-187等。其濃度較佳為質量百分比0.001%-0.5%，優選為0.01%-0.1%。 其中，所述殺菌劑可選自5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（CIT）、2-甲基-4-異噻唑啉酮（MIT）、1,2-苯丙異噻唑啉酮（BIT）、碘代丙炔基氨基甲酸酯（IPBC）、1,3-二羥甲基-5,5-甲基海因（DMDMH）等，優選濃度為質量百分比0.02%-0.2%。 其中，所述的pH調節劑包含HNO3
、KOH、K2
HPO4
或KH2
PO4
的一種或多種。 其中，所述研磨液的pH值大於所述含一個或多個羧基基團的雜環類化合物的pKa1的1.5個單元且小於6.5。 與現有技術相比較，本發明的技術優勢在於： 本發明添加了含一個或多個羧基基團的雜環類化合物，且pH值大於上述組分pKa1的1.5個單位且小於6.5。此類化合物在分子結構中同時帶有羧基以及含氮結構，含氮結構與二氧化矽研磨顆粒相吸引，使得羧基結構暴露在外，遇到氮化矽表面後，由於異性電荷相吸，大大增加了研磨顆粒和氮化矽表面的相互作用，顯著提高氮化矽晶片的研磨速度；同時由於電荷相互排斥，降低了研磨顆粒和二氧化矽晶片的相互作用，抑制二氧化矽的研磨速度，進一步顯著提高氮化矽與二氧化矽的研磨速度選擇比。加入聚胺酸與烷醇胺化合物，覆蓋在多晶矽表面，降低了研磨顆粒與多晶矽表面的相互作用，抑制了多晶矽的研磨速度，顯著提高氮化矽與多晶矽的選擇比，從而能夠顯著提高氮化矽的研磨速度並且具有低的二氧化矽和多晶矽的研磨速度。
下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實例範圍之中。 對比例1-3和實施例1-10 表1給出了本發明的研磨液對比例1-3和實施例1-10的組分及其含量，按表中配方，將所有組分溶解混合均勻，用水補足質量百分比至100%，用pH調節劑調節至合適的pH值，靜置，可製得各研磨液。 表1 本發明的研磨液對比例1-3及實施例1-10配方 
按表1配方的研磨液根據下述實驗條件進行實驗。 具體研磨條件為：Mirra機台，IC1010pad，轉速93/87rpm，研磨壓力1.5 psi，研磨流量150 ml/min。在Mirra機台中輸入上述參數，對8寸氮化矽、二氧化矽進行1 min研磨、清洗、乾燥、檢測，並得到研磨結果。 從對比例1的結果可以看出，用單純的二氧化矽進行研磨，氮化矽的研磨速度很低，二氧化矽的研磨速度卻比較高，氮化矽與二氧化矽的選擇性是反向的。從對比例2與對比例3的結果，pH在大於2-羧基吡啶的Pka1（0.99）1.5個單位的情況下，氮化矽的研磨速度較高，二氧化矽的速度較低，氮化矽與二氧化矽的選擇比高。從實施例與對比例2，3聚胺酸與烷醇胺化合物的加入，降低了多晶矽的研磨速度，顯著提高了氮化矽與多晶矽的選擇比。本發明同時提供了高的氮化矽與二氧化矽和氮化矽與多晶矽的選擇比。 應當注意的是，本發明的實施例有較佳的實施性，且並非對本發明作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例。但凡，未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
Claims (14)
- 一種氮化矽化學機械研磨液，由水、研磨顆粒、含一個或多個羧基基團的雜環類化合物、聚胺酸與烷醇胺化合物、pH調節劑和殺菌劑组成，其中，所述的含一個或多個羧基基團的雜環類化合物的濃度為質量百分比0.01%-0.5%。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的研磨顆粒為二氧化矽顆粒。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的研磨顆粒的濃度為質量百分比0.5%-8%。
- 如請求項3所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的研磨顆粒的濃度為質量百分比1%-5%。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的含一個或多個羧基基團的雜環類化合物為吡啶化合物、呱啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物及其衍生物中的一種或多種。
- 如請求項5所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的含一個或多個羧基基團的雜環類化合物包括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-羧基呱啶、3-羧基呱啶、4-羧基呱啶、2,3-二羧基呱啶、2,4-二羧基呱啶、2,6-二羧基呱啶、3,5-二羧基呱啶、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、2,5-二羧基吡咯及3,4-二羧基吡啶中的一種或多種。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的含一個或多個羧基基團的雜環類化合物的優選濃度為質量百分比0.01%-0.3%。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的聚胺酸與烷醇胺化合物為多元羧酸聚合物的羥烷基銨鹽。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的聚胺酸與烷醇胺化合物濃度為質量百分比0.001%-0.5%。
- 如請求項9所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的聚胺酸與烷醇胺化合物的濃度為質量百分比為0.01%-0.1%。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的殺菌劑包括5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(CIT)、2-甲基-4-異噻唑啉酮(MIT)、1,2-苯丙異噻唑啉酮(BIT)、碘代丙炔基氨基甲酸酯(IPBC)及1,3-二羥甲基-5,5-甲基海因(DMDMH)中的一種或多種。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的殺菌劑濃度為質量百分比0.02%-0.2%。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述的pH調節劑包含HNO3、KOH、K2HPO4及KH2PO4中的一種或多種。
- 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述研磨液pH值大於所述含一個或多個羧基基團的雜環類化合物pKa1的1.5個單元且小於6.5。
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