TWI750234B - 一種氮化矽化學機械研磨液 - Google Patents

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    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

Abstract

本發明公開一種氮化矽化學機械研磨液，包括研磨顆粒、含一個或多個羧基基團的化合物、含有長烷基鏈的陰離子表面活性劑。本發明氮化矽化學機械研磨液在提高SiN的研磨速度的同時可以TEOS研磨速度，具有較高的SiN/TEOS的選擇比，減少研磨後基材表面地缺陷，具有良好的市場適用性。

Description

一種氮化矽化學機械研磨液
本揭露係關於一種化學機械研磨液，尤其涉及一種具備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，每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。 目前，市場上隔離半導體裝置各元件的方法，大多採用淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)製程，該技術包括在矽基板上形成氮化矽層，經由蝕刻或光學微影製程形成淺溝槽，且沉積介電層以填充這些溝槽。由於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。然後通常通過化學機械平坦化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。隨後，需要研磨除去該氮化矽以獲得高度平坦且均勻的表面。 通常，以往的實踐一直強調氧化物研磨優先於氮化矽研磨的選擇性。因此，氮化矽層在化學機械平坦化製程期間常用作終止層，這是因為在氮化矽層暴露後整體研磨速率會降低。然而，隨著蝕刻技術的進步，氧化物線寬變得更小。隨著氧化物線寬的減小，通常期望所利用的研磨系統具有對氮化矽的研磨優先於對氧化物的研磨的選擇性，這使得形成於基板表面上的氧化物線路中的缺陷減至最少。 目前，現有技術中也存在對化學機械研磨液的SiN/二氧化矽（TEOS）選擇的研究，如CN102604541提出利用二氧化矽顆粒，芳基二羧酸、苯乙酸類化合物，來提高氮化矽（SiN）與氧化物（oxide）的選擇比；CN102046743提出利用二氧化鈰研磨劑，4,4-三亞甲基二吡啶，陽離子聚合物及聚乙二醇聚合物，提高SiN的研磨速度。但其存在oxide研磨速度較高，SiN/TEOS選擇比低或對表面會帶來劃傷等缺陷。
為解決上述問題，本發明提出一種具備高選擇性的氮化矽化學研磨液，所述化學機械研磨液能夠提高SiN的研磨速度，同時抑制TEOS研磨速度，具有較高的SiN/TEOS的選擇比。 具體地，本發明提供一種氮化矽化學機械研磨液，包括研磨顆粒、含一個或多個羧基基團的化合物、含有長烷基鏈的陰離子表面活性劑。 優選地，所述研磨顆粒為二氧化矽顆粒。 其中，所述研磨顆粒的質量百分比濃度較佳為0.5~8wt%；優選為1%~5wt%。 優選地，所述含一個或多個羧基基團的化合物包括吡啶化合物、呱啶化合物、吡咯烷化合物及吡咯化合物及其衍生物中的一種或多種。非限定性地，所述含一個或多個羧基基團的化合物包括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，3,4-二羧基吡啶中的一種或多種。 其中，所述含一種或多個羧基基團的化合物的質量百分比濃度較佳為0.01~0.5%；優選地為0.01~0.3%。 優選地，所述含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑為烷基鏈為C12~C18的陰離子表面活性劑。非限定性地，包括十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磷酸酯、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨中的一種或多種。 其中，所述含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑的質量百分比濃度較佳為0.01~0.5%；優選地為0.01~0.2%。 優選地，所述氮化矽化學機械研磨液還包括pH調節劑及殺菌劑。 優選地，所述pH調節劑包括HNO3 、KOH、K2 HPO4 或KH2 PO4 中的一種或多種。 優選地，所述殺菌劑包括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)， 1,3-二羥甲基-5,5-甲基海因(DMDMH)中的一種或多種。 優選地，所述殺菌劑的質量百分比濃度為0.02%-0.2%。 優選地，所述氮化矽化學機械研磨液的pH值大於上述含羧基基團的化合物的pKa1的1.5個單位且小於6.5。 與現有技術相比較，發明中的優異性在於： 1）本發明中含一個或多個羧基基團的化合物，及含有長烷基鏈的陰離子表面活性劑。 2）本發明中研磨液pH大於上述組分Pka1的1.5個單位，且小於6。 3）研磨液同時提高SiN的研磨速度和抑制TEOS研磨速度，具有較高的SiN/TEOS的選擇比。
本實施例中所選用原料皆市售可得，且將所有組分溶解混合均勻，用水補足質量百分比至100%。用pH調節劑調節至期望pH值，得到具體實施例如下。 表1對比例及實施例配比及具體實施結果
Figure 106133718-A0304-0001
 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：Mirra機台，IC1010pad，轉速93/87rpm，研磨壓力：1.5psi。研磨流量150ml/min。在Mirra機台中輸入上述參數，對8寸氮化矽、二氧化矽進行1min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SiO2 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。從實施例與對比例2和對比例3的結果看到，本發明的氮化矽速度地提升比其他羧酸以及其他雜環酸提升的幅度大，並且降低了二氧化矽的研磨速度，具有很高的氮化矽與二氧化矽的選擇比。從實施例與對比例4的結果，pH在大於2-羧基吡啶的Pka1(0.99) 1.5單位的情況下的，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。本專利中羧基化合物在分子結構中同時帶有羧基以及含氮結構，在pH大於1.5Pka1時，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，這樣大大增加了研磨顆粒和氮化矽表面的相互作用，同時降低了研磨顆粒與二氧化矽晶片表面的相互作用，增加了氮化矽晶片的研磨速度，同時降低了二氧化矽的研磨速度。從實施例與對比例4比較，陰離子表面活性劑的加入進一步降低了TEOS的研磨速度，從而得到更高的SiN/TEOS的選擇比。含有長鏈的陰離子表面活性劑，會附著在二氧化矽的表面，降低的研磨顆粒與二氧化矽表面的相互作用，從而降低了二氧化矽的研磨速度。 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 (13)

  1. 一種氮化矽化學機械研磨液，由研磨顆粒、含一個或多個羧基基團的化合物、含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑、pH調節劑、殺菌劑和水組成；所述含一個或多個羧基基團的化合物包括吡啶化合物、呱啶化合物、吡咯烷化合物及吡咯化合物及其衍生物中的一種或多種；所述含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑為烷基鏈為C12~C18的陰離子表面活性劑；所述氮化矽化學機械研磨液的pH值大於上述含羧基基團的化合物的pKa1的1.5個單位且小於6.5。
  2. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述研磨顆粒為二氧化矽顆粒。
  3. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述研磨顆粒的質量百分比濃度為0.5~8wt%。
  4. 如請求項3所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述研磨顆粒的質量百分比濃度為1%~5wt%。
  5. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述含一個 或多個羧基基團的化合物包括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，3,4-二羧基吡啶中的一種或多種。
  6. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述含一種或多個羧基基團的化合物的質量百分比濃度為0.01~0.5%。
  7. 如請求項6所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述含一種或多個羧基基團的化合物的質量百分比濃度為0.01~0.3%。
  8. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑包括十二烷基苯磺酸、十二烷基硫酸銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磷酸酯、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨中的一種或多種。
  9. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑的質量百分比濃度為0.01~0.5%。
  10. 如請求項9所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述含有長鏈烷基的陰離子表面活性劑的質量百分比濃度為0.01~0.2%。
  11. 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pH調節劑包括HNO3、KOH、K2HPO4或KH2PO4中的一種或多種。
  12. 如請求項11所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述殺菌劑包括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)，1,3-二羥甲基-5,5-甲基海因(DMDMH)中的一種或多種。
  13. 如請求項1所述的氮化矽化學機械研磨液，其特徵在於，所述殺菌劑的質量百分比濃度為0.02%-0.2%。
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