[發明專利]用于拋光氧化物材料的化學機械平面化組合物及其使用方法

在審

• 申請號: 201910735247.0
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110857380A
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 蔡明蒔;李家乾;R-J·楊;A·馬利卡居南;C·K-Y·李;周鴻君;J·D·羅斯;史曉波
• 申請（專利權）人: 弗薩姆材料美國有限責任公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;B24B37/04
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 吳亦華;徐志明

拋光組合物包含二氧化鈰涂覆的二氧化硅顆粒和具有選自磺酸基、膦酸基、吡啶化合物及其組合中的一種的有機酸，pH為5?10，電導率為0.2?10毫西門子/厘米，該拋光組合物提供了用于先進半導體器件制造的非常高的氧化硅去除速率。

相關申請的交叉引用

本申請要求均為2018年8月9日提交的美國臨時專利申請號 62/716,784和美國臨時專利申請號62/716,769的權益，所述臨時專利申請通過引用并入本文如同全文在本文中給出一樣。

技術領域

本申請涉及用于半導體器件生產的化學機械平面化/拋光 (“CMP”)組合物(CMP漿料、CMP組合物或CMP制劑可互換使用)，以及用于進行化學機械平面化的拋光方法。特別是，它涉及包含適用于拋光包含氧化物材料的圖案化半導體晶片的復合磨料顆粒的拋光組合物。

背景技術

氧化硅(二氧化硅)廣泛用作半導體工業中的介電材料。在集成電路(IC)制造工藝中存在多個CMP步驟，例如淺溝槽隔離(STI)、層間電介質(ILD)CMP和柵極多CMP。典型的氧化物CMP漿料包含磨料，有或沒有其他化學品。其他化學品包括用于改善漿料穩定性的分散劑、用于提高去除速率的增效劑及用于在達到阻擋層(例如 STI應用中的SiN)時降低去除速率和停止拋光的抑制劑。

CMP漿料中使用的常用磨料包括但不限于二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦和二氧化鈰。二氧化鈰因其對二氧化硅的高反應性而為人熟知。由于其對二氧化硅的高反應性，二氧化鈰廣泛用于STI CMP漿料中以提供最大的氧化物去除速率(RR)。

Cook等(Lee M.Cook,Journal of Non-Crystalline Solids 120 (1990)152-171)提出了“化學牙齒(chemical tooth)”機制來解釋二氧化鈰的這種非凡特性。根據該機制，當二氧化鈰顆粒被壓到氧化硅膜上時，二氧化鈰使二氧化硅鍵斷裂，形成Ce-O-Si結構，且因此從表面切割二氧化硅。

隨著半導體技術的發展，存在著需要創新的CMP溶液來提供高氧化硅去除速率和高水平的平面性的新應用。一種這樣的應用是制造三維(3D)存儲器結構。3D存儲器結構垂直堆疊存儲器單元，允許每個單元之間較寬的間隙，以克服圖案化限制。例如，3D NAND存儲器結構通常使用厚氧化物和氮化物的交替層，或氧化物和導體層，以形成樓梯形式的垂直NAND結構。在這些應用中，氧化物層通常厚于3微米。為了保持產量要求，必須以非常高的速率拋光氧化物層，如US2017133236中公開的。

因此，對于可以提供高氧化硅去除速率、高平面化效率和優異漿料穩定性的CMP組合物、方法和系統存在著顯著需求。

發明內容

提供本概述是為了以簡化形式介紹概念的選擇，這些概念將在下文的具體實施方式中進一步描述。本概述不旨在確認要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保護的主題的范圍。

如下所述并由所附權利要求限定的所公開的實施方式包括滿足以非常高的去除速率拋光包含氧化硅結構的半導體晶片的需要的用于拋光氧化物材料的CMP拋光組合物，以及相關的方法和系統。

所公開的實施方式通過提供在拋光半導體晶片時允許高氧化硅去除速率、高平面化效率和優異漿料穩定性的組合物、方法和系統而滿足了本領域的需要。例如，一個實施方式滿足了以大于10000埃/ 分鐘的氧化硅去除速率拋光半導體的需要。優選的實施方式滿足在 300mm晶片拋光機上，在4psi下向力和126rpm臺板速度，150 ml/min漿料流速下拋光期間以大于12500埃/分鐘或大于15000埃/分鐘的氧化硅去除速率拋光半導體的需要。本申請中公開的制劑尤其可用于拋光用于3D-NAND存儲器結構應用的半導體晶片。