[发明专利]具有化学添加剂的化学机械抛光组合物及其使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年5月10日提交的序列号为61/645,222以及2012年10月5日提交的序列号为61/710,252的较早提交的美国专利申请的优先权权益。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光组合物和使用所述抛光组合物抛光半导体衬底的方法。

发明背景

用于半导体衬底平面化的化学机械抛光(也称为化学机械平面化，缩写为CMP)和化学机械抛光组合物(也称为抛光浆料、抛光制剂、浆料、浆料组合物或抛光组合物)目前是本领域技术人员普遍已知的。

关于CMP的介绍性参考文献是：G.B.Shinn等的“Chemical-Mechanical Polish”，第15章，415-460页，在Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology中，编辑者：Y.Nishi和R.Doering，Marcel Dekker，New York City(2000)。

半导体衬底例如晶片或集成电路通常具有包含沉积在其表面上的不同材料的一层或多层薄膜。

在典型的CMP方法中，将半导体衬底与附着于台板上的旋转抛光垫接触。在CMP加工期间将CMP组合物(通常是具有磨料的化学组合物)提供给抛光垫。抛光垫、CMP组合物和衬底相对于彼此移动。因此，CMP方法通过与衬底化学和机械地相互作用(即，同时发生的衬底表面的化学和机械磨蚀)而实现抛光(或平面化)。抛光持续直到去除衬底上所需厚度的薄膜。

下一代半导体装置的开发强调利用具有较高硬度和其他独特性质的材料以用于高功率、高温和高频率操作的应用。

氮化硅是高强度硬质材料，其可以有许多应用，例如电绝缘体、化学扩散屏障、电容器中的电介质或蚀刻终止掩模。碳化硅是具有电和热物理性能的独特组合(例如高的实用操作温度、良好的抗蚀性和高热导率)的材料。然而，Si₃N₄和SiC比构成集成电路的其他材料明显更硬且化学上更惰性。

用于抛光半导体Si₃N₄和SiC衬底的CMP已经在专利、专利公开和文献公开中进一步描述。

US 6218305公开了一种抛光由二氧化硅和氮化硅组成的复合材料的方法，其中所使用的抛光组合物包含：水性介质、磨料颗粒、表面活性剂、增加组合物粘度的有机聚合物粘度调节剂及与二氧化硅和氮化硅复合的化合物，其中所述复合剂具有两个或更多个官能团，所述官能团各自具有可离解的质子，所述官能团相同或不同。

US2008/0057713或US7,678,700教导了一种用包含液体载体、磨料和氧化剂的抛光组合物化学机械抛光包含至少一层碳化硅的衬底的方法。

US20100144149公开了一种优先于二氧化硅选择性地从衬底表面去除碳化硅的方法。所述方法包括用包含微粒磨料、至少一种酸性缓冲剂和水性载体的抛光组合物磨蚀衬底表面。

US20100258528教导了浆料组合物和使用这种浆料抛光具有碳化硅表面的衬底的化学活化的CMP方法。在这种方法中，碳化硅表面与CMP浆料组合物接触，所述组合物包含i)液体载体；和ii)具有至少软表面部分的多个颗粒，其中所述软表面部分包括提供＜或＝6的莫氏硬度的过渡金属化合物；及任选的iii)氧化剂。氧化剂可以包括过渡金属。所述浆料相对于包含碳化硅的表面移动，其中去除至少一部分碳化硅表面。

US20120003901公开了一种高度可稀释的化学机械抛光浓缩物，其包含磨料、酸、稳定剂和水，其使用点(point-of-use)pH为2.2-3.5，用于平面化当前和下一代半导体集成电路FEOL/BEOL衬底。

US8,043970公开了相对于氧化硅抛光氮化硅的高度选择性。浆料组合物包括用于降低氧化物抛光速率的试剂。

US6,995,090公开了一种用于SiC系列化合物薄膜的CMP抛光浆料。所述抛光浆料包括胶体二氧化硅磨料和至少一种酸，所述酸选自具有苯环的氨基酸和具有杂环的有机酸。

US8,247,328公开了一种包含至少一层单晶碳化硅的衬底的CMP方法。用于该方法的组合物包含液体载体、磨料、包含过渡金属组合物的催化剂、和氧化剂。

US2007/0209287教导用包含磨料和氮化物加速剂的抛光组合物抛光包含氮化硅的衬底。

US2009/0215268公开了用于SiC的抛光组合物，其由在酸性条件中混合的磨料和氧化剂组成。