專利名稱：用于化學(xué)機(jī)械拋光的磨料組合物及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨料組合物及其在拋光應(yīng)用中的使用方法，更具體而言，涉及磨料組合物及其在襯底的化學(xué)機(jī)械拋光工藝中的使用方法。
背景技術(shù)：
CMP(“化學(xué)機(jī)械平坦化”或“化學(xué)機(jī)械拋光”)工藝是本領(lǐng)域中已知的。CMP工藝一般涉及從襯底表面(通常為涉及半導(dǎo)體的襯底)的不平形貌中去除材料，直到形成平坦化 (即平坦的)表面。CMP工藝的使用與拋光組合物(或者稱為溶膠或漿料)和拋光墊有關(guān)。 拋光組合物通常含有分散在堿性溶液或其它液態(tài)載體中的磨料顆粒。利用通常被拋光組合物浸透的拋光墊將拋光組合物施加于襯底表面上。旋轉(zhuǎn)頭將旋轉(zhuǎn)的襯底壓在拋光墊上，以平坦化或拋光襯底表面。CMP工藝將通過(guò)磨料顆粒進(jìn)行平整的“機(jī)械”作用與利用酸性或堿性的流體溶液進(jìn)行蝕刻的“化學(xué)”作用相結(jié)合。這在例如光刻中提供了更高的精確度，從而允許以最小的和 /或可接受的高度變化來(lái)添加多個(gè)層。在傳統(tǒng)的CMP工藝中，期望得到高的二氧化硅去除速率和低的氮化硅去除速率， 以使得氮化物膜的損失最小化。二氧化硅去除速率與氮化硅去除速率的比值被定義為“選擇性”或“選擇性比率”。與此相對(duì)照的是，現(xiàn)在某些應(yīng)用中期望得到相反的情況，即高的氮化物去除速率和低的氧化物去除速率。然而，這種相反的應(yīng)用尚難以實(shí)現(xiàn)。(氮化硅去除速率與二氧化硅去除速率的比值被定義為“逆選擇性”或“逆選擇性比率”。)包含分散在液體介質(zhì)中的磨料顆粒的拋光組合物還可以隨著pH值的不同而呈現(xiàn)出不同程度的穩(wěn)定性，這能夠通過(guò)測(cè)量分散液的ζ電位來(lái)確定。ζ電位表示在分散液中帶相同電荷的顆粒相互接近時(shí)的排斥力程度。具有高的ζ電位的膠態(tài)分散液，不管是正的還是負(fù)的，都具有穩(wěn)定性，即能夠抗聚集。較低的ζ電位一般使膠態(tài)分散液具有不穩(wěn)定性，其吸引力超過(guò)排斥力，這意味著該分散液傾向于破壞和絮凝。因此，具有高的ζ電位(負(fù)的或正的)的膠體一般傾向于是電穩(wěn)定的，而具有低的ζ電位的膠體傾向于聚集或絮凝。因此，需要提供改善的電穩(wěn)定的拋光組合物及其方法，所述拋光組合物以高的逆選擇性用于CMP工藝。發(fā)明概述已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在不大量制備磨料顆粒和使用昂貴添加劑的情況下，難以在CMP工藝中實(shí)現(xiàn)高的逆選擇性。不受理論的約束，據(jù)信氮化物的去除為兩步過(guò)程，第一步是將氮化物水解為SiO2 (下文中稱為二氧化硅，或者更通常稱為氧化硅)，然后去除該氧化物，一般認(rèn)為水解是速率控制步驟。通過(guò)下列描述和實(shí)例將使本發(fā)明變得明顯，在一個(gè)方面，其包含用于化學(xué)機(jī)械拋光的膠態(tài)分散液，該膠態(tài)分散液包含(a)磨料組分；和(b)為磨料組分的約0.05重量％至約10重量％的水溶性兩性聚合物，該水溶性兩性聚合物包含至少一個(gè)B部分和至少一個(gè)A 部分，其中B部分為陽(yáng)離子型的，A部分為陰離子型的；其中該分散液的PH在約1. 5至約6 之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，B部分為由一種或多種具有季銨基團(tuán)或錙(inium)基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體衍生的大分子鏈，A部分(i)鍵合到至少一個(gè)大分子鏈B的一端，并且(ii) 為包含至少一個(gè)陰離子基團(tuán)的聚合或非聚合的基團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，分散液能夠以至少約27、更通常為至少約30、最通常為至少約50的逆選擇性比率拋光包含氮化硅和氧化硅的襯底，其中逆選擇性比率為氮化硅去除速率和氧化硅去除速率的比值。在一個(gè)實(shí)施方案中，烯鍵式不飽和單體可包括氯化三甲銨丙基甲基丙烯酸酯 (trimethylammoniopropyl methacrylate chloride)、氯化三甲銨乙基丙烯酉先胺、-甲基丙烯酰胺、溴化三甲銨乙基丙烯酰胺、-甲基丙烯酰胺、甲基硫酸三甲銨丁基丙烯酰胺、-甲基丙烯酰胺、甲基硫酸三甲銨丙基甲基丙烯酰胺(MAPTA MeS), (3-甲基丙烯酰氨丙基)三甲基氯化銨(MAPTAC)、(3-丙烯酰氨丙基)三甲基氯化銨(APTAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基硫酸甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基銨鹽(ADAMQUAT)、 1-乙基-2-乙烯基溴化吡啶錯(cuò)、1-乙基-4-乙烯基溴化吡啶錯(cuò)、1-乙基-2-乙烯基氯化吡啶鐠、1-乙基-4-乙烯基氯化吡啶錯(cuò)、1-乙基-2-乙烯基甲基硫酸吡啶錨、1-乙基-4-乙烯基甲基硫酸吡啶錨、N, N-二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)、二甲基氨基丙基甲基丙烯
酰胺、N-(3-氯-2-羥丙基)三甲基氯化銨(DIQUAT)、具有下式的單體
權(quán)利要求
1.一種用于化學(xué)機(jī)械拋光的穩(wěn)定的膠態(tài)分散液，包含(a)磨料組分；以及(b)為所述磨料組分的約0.05重量％至約10重量％的水溶性聚合物，所述水溶性聚合物包含(i)至少一個(gè)B部分，其包含一種或多種陽(yáng)離子單體單元，以及( )至少一個(gè)A部分，其包含一種或多種陰離子單體單元；其中所述分散液的pH在約 1. 5和約6之間。
2.如權(quán)利要求1所述的分散液，其中所述至少一個(gè)B部分包含至少一個(gè)大分子鏈B，其中所述至少一個(gè)A部分鍵合到所述至少一個(gè)大分子鏈B的一端，其中所述大分子鏈B衍生自一種或多種具有季銨基團(tuán)或錫基團(tuán)的烯鍵式不飽和單體，并且其中所述A部分為包含至少一個(gè)陰離子基團(tuán)的聚合或非聚合的基團(tuán)。
3.如權(quán)利要求1所述的分散液，其中所述分散液能夠以至少約50的逆選擇性比率拋光包含氮化硅和氧化硅的襯底。
4.如權(quán)利要求1所述的分散液，其中所述分散液能夠以介于約30和約120之間的逆選擇性比率拋光包含氮化硅和氧化硅的襯底，該逆選擇性比率為氮化硅去除速率與氧化硅去除速率的比值。
5.如權(quán)利要求2所述的分散液，其中所述的一種或多種烯鍵式不飽和單體包括氯化三甲銨丙基甲基丙烯酸酯、氯化三甲銨乙基丙烯酰胺、-甲基丙烯酰胺、溴化三甲銨乙基丙烯酰胺、-甲基丙烯酰胺、甲基硫酸三甲銨丁基丙烯酰胺、-甲基丙烯酰胺、甲基硫酸三甲銨丙基甲基丙烯酰胺(MAPTA MeS)、(3-甲基丙烯酰氨丙基)三甲基氯化銨(MAPTAC)、(3-丙烯酰氨丙基)三甲基氯化銨(APTAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基硫酸甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基銨鹽(ADAMQUAT)、1-乙基-2-乙烯基溴化吡啶錫、1-乙基-4-乙烯基溴化吡啶錫、1-乙基-2-乙烯基氯化吡啶錨、1-乙基-4-乙烯基氯化吡啶鐓、I-乙基-2-乙烯基甲基硫酸吡啶鐓、1-乙基-4-乙烯基甲基硫酸吡啶镎、N， N- 二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、N- (3-氯-2-羥丙基) 三甲基氯化銨(DIQUAT)、具有下式的單體
6.如權(quán)利要求1所述的分散液，其中所述磨料組分包含選自下組的顆粒(a)鈰、鈦、硅、鋯、錳、鋁或鐵的氧化物、氫氧化物或羥基氧化物；(b)鈰的氧化物、氫氧化物或羥基氧化物與至少一種選自稀土金屬或錫的其它元素的混合物；以及(c)鋯的氧化物、氫氧化物或羥基氧化物和三價(jià)稀土金屬的混合物。
7.一種用于對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，包括(a)使包含氮化硅層和氧化硅層的襯底與膠態(tài)分散液接觸，所述分散液包含(i)磨料組分；和(ii)為所述磨料組分的約0.3重量％至約5重量％的水溶性兩性聚合物，所述水溶性兩性聚合物包含(aa)至少一個(gè)B部分，其包含一種或多種陽(yáng)離子單體單元，和(bb)至少一個(gè)A部分，其包含一種或多種陰離子單體單元；其中所述分散液的PH在約1. 5和約6之間；以及(b)在所述襯底上進(jìn)行CMP過(guò)程。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中以至少約27的逆選擇性比率拋光所述襯底，該逆選擇性比率為氮化硅層去除速率與氧化硅層去除速率的比值。
9.一種對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，包括(a)使包含氮化硅層和氧化硅層的襯底與膠態(tài)分散液接觸，該分散液能夠?qū)⑺龅鑼铀?，從而使水解的氮化硅層易于機(jī)械去除，由此以至少約27的逆選擇性比率拋光該襯底，該逆選擇性比率為氮化硅層去除速率與氧化硅層去除速率的比值；以及(b)在所述襯底上進(jìn)行CMP過(guò)程。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述分散液包含(a)磨料組分；以及(b)為所述磨料組分的約0.3重量％至約5重量％的水溶性兩性聚合物，所述水溶性兩性聚合物包含(i)至少一個(gè)B部分，其包含一種或多種陽(yáng)離子單體單元，以及( )至少一個(gè)A部分，其包含一種或多種陰離子單體單元；其中所述分散液的pH在約 1. 5和約6之間。
全文摘要
一種用于化學(xué)機(jī)械拋光的膠態(tài)分散液。該膠態(tài)分散液能夠以至少約27、通常為至少50的逆選擇性比率拋光包含氮化硅和氧化硅的襯底，其中逆選擇性比率為氮化硅去除速率與氧化硅去除速率的比值。
文檔編號(hào)H01L21/304GK102165564SQ200980138129
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者萬(wàn)西·K·德瓦拉帕里, 克拉里·皮圖瓦, 普拉迪帕·丹杜, 紀(jì)堯姆·克里內(nèi)爾, 蘇里亞德瓦拉·V·巴比 申請(qǐng)人:克拉克森大學(xué), 羅地亞管理公司