專利名稱：具有高的氮化硅對氧化硅移除速率比的拋光組合物及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光組合物及使用其拋光基板的方法。
背景技術(shù)：
對于用于隔離半導(dǎo)體器件各元件的方法，大量注意力放在淺溝槽隔離(STI)工藝 上，其中在硅基板上形成氮化硅層，經(jīng)由蝕刻或光刻法形成淺溝槽，且沉積介電層以填充這 些溝槽。由于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。然后通常通過化學(xué)機(jī)械平坦化工藝來移除過量的介電材料(例如氧化物)以暴露 出氮化硅層。當(dāng)?shù)鑼颖┞冻鰜頃r(shí)，面臨化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)的基板的最大面積包含氮化 硅，氮化硅必須隨后進(jìn)行拋光以獲得高度平坦且均勻的表面。通常，以往的實(shí)踐一直強(qiáng)調(diào) 氧化物拋光優(yōu)先于氮化硅拋光的選擇性。因此，氮化硅層已在化學(xué)機(jī)械平坦化工藝期間用 作終止層，這是因?yàn)樵诘鑼颖┞逗笳w拋光速率會降低。隨著蝕刻技術(shù)的進(jìn)步，氧化物 線寬變得更小。隨著氧化物線寬的減小，通常期望所利用的拋光系統(tǒng)具有對氮化硅的拋光 優(yōu)先于對氧化物的拋光的選擇性，這使得形成于基板表面上的氧化物線路中的缺陷減至最 少。在本領(lǐng)域中熟知用于平坦化或拋光基板表面的組合物及方法。拋光組合物(也稱 作拋光漿料)通常含有在液體載體中的研磨材料，并通過使表面與用拋光組合物飽和的拋 光墊接觸來將該拋光組合物施用于該表面。典型的研磨材料包括二氧化硅、二氧化鈰、氧化 鋁、氧化鋯及氧化錫。例如，美國專利5，527，423描述了一種通過使表面與包含在含水介質(zhì) 中的高純度金屬氧化物細(xì)顆粒的拋光漿料接觸來對金屬層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法。拋 光組合物通常連同拋光墊(例如，拋光布或盤)一起使用。合適的拋光墊描述于美國專利 6，062，968,6, 117，000及6，126，532 (這些專利公開了具有開孔型多孔網(wǎng)絡(luò)的燒結(jié)聚氨酯 拋光墊的用途)及美國專利5，489，233 (該專利公開了具有表面紋理或圖案的實(shí)心拋光墊 的用途)中。研磨材料可以并入到拋光墊中，而不是懸浮于拋光組合物中，或者，研磨材料 除了懸浮于拋光組合物中之外，還可以并入到拋光墊中。美國專利5，958，794公開了一種 固定研磨劑拋光墊。已知若干種用于拋光含有低介電常數(shù)的材料(例如氧化物)的基板的化學(xué)機(jī)械拋 光(CMP)組合物。例如，美國專利6，043，155公開了一種用于無機(jī)及有機(jī)絕緣膜的基于二氧 化鈰的漿料，其具有二氧化硅對氮化硅拋光的選擇性。美國專利申請公布2002/0168857A1 公開了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將二氧化硅沉積于用溝槽圖案化的氮化硅膜 上，然后實(shí)施兩步驟的化學(xué)機(jī)械拋光工藝以選擇性地移除上面的二氧化硅，從而使溝槽填 滿有二氧化硅。因此，本領(lǐng)域中仍需要具有相反選擇性(即優(yōu)先于下面的介電組分選擇性 地移除氮化硅)的拋光組合物及方法。本發(fā)明提供這樣的組合物及方法。從本文所提供的對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的這 些和其它優(yōu)點(diǎn)及其它發(fā)明特征將變得明晰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的CMP拋光組合物，其提供氮化硅相對于二氧化硅及多晶硅 移除的高選擇性。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物具有7或更小的pH(例如，4至7的 PH)，并包含陽離子研磨劑、陽離子聚合物、無機(jī)鹵化物鹽及含水載體。優(yōu)選的陽離子研磨劑包括氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰及摻雜二氧化硅。 任選地，該組合物可包括氨基羧酸。優(yōu)選的陽離子聚合物包括陽離子均聚物、含有至少一種陽離子單體及至少一種非 離子單體的陽離子共聚物、及其組合。特別優(yōu)選的陽離子聚合物為聚鹵化二烯丙基二甲銨?？捎糜诒景l(fā)明的組合物中的無機(jī)鹵化物鹽包括堿金屬鹵化物、鹵化銨等。特別優(yōu) 選的無機(jī)鹵化物鹽為氯化銨。優(yōu)選地，該組合物包含0.01重量％至5重量％的陽離子研磨劑。該陽離子聚合物 優(yōu)選以0. 1至500ppm的量存于該組合物中。該無機(jī)鹵化物鹽以100至IOOOppm的量存于 該組合物中。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法包括使基板表面與拋光墊及CMP組合物接觸， 并使該拋光墊與該基板之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)(其間具有一部分該CMP組合物)以磨除該表面 的至少一部分。該CMP組合物具有7或更小的pH，并包含陽離子研磨劑、陽離子聚合物、無 機(jī)鹵化物鹽及含水載體。當(dāng)本發(fā)明的組合物及方法用于拋光包含氮化硅、二氧化硅及多晶硅的表面時(shí)，相 對于二氧化硅及多晶硅，其從該表面選擇性地磨除氮化硅。例如，可以從該表面磨除二氧化 硅的速率的6至60倍的移除速率，且以顯著超過從該表面移除多晶硅的速率的速率從該表 面磨除氮化硅。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物，該組合物具有7或更小的pH，并包含(a) 陽離子研磨劑，例如二氧化鈰；(b)陽離子聚合物，其可為均聚物或共聚物；(c)無機(jī)鹵化物 鹽，例如鹵化銨；及(d)含水載體，例如水。合意的是在平坦化包含氮化硅、二氧化硅及多晶 硅的基板期間，該拋光組合物容許優(yōu)先于二氧化硅和/或多晶硅選擇性地移除氮化硅。本發(fā)明上下文中的術(shù)語“陽離子研磨劑”是指在該拋光組合物的pH下具有正表面 電荷的研磨顆粒。研磨顆粒的表面電荷可隨PH而改變。合意的陽離子研磨劑為陽離子金 屬氧化物研磨劑。優(yōu)選地，該陽離子金屬氧化物研磨劑選自二氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、二氧 化鈦、摻雜二氧化硅、及其混合物。更優(yōu)選地，該研磨劑為二氧化鈰或氧化鋯。最優(yōu)選地，該 研磨劑為二氧化鈰?？赏ㄟ^任何合適的方法制備該陽離子金屬氧化物研磨劑。合適的用于制備可用于 本發(fā)明上下文中的陽離子金屬氧化物研磨顆粒的方法包括熱解法及水熱法?？蓮膿]發(fā)性前 體(例如金屬鹵化物)在熱解方法中通過所述前體在高溫火焰(H2/空氣或H2/CH4/空氣) 中的水解和/或氧化以產(chǎn)生相關(guān)金屬氧化物來制備熱解金屬氧化物?？蓮姆菗]發(fā)性前體通 過將所述前體溶解或分散于合適的溶劑(例如，基于水、醇或酸的溶劑)中來制備熱解金屬 氧化物?？墒褂靡旱萎a(chǎn)生器將含有前體的溶液噴灑到高溫火焰中，然后可收集該金屬氧化物。典型的液滴產(chǎn)生器包括雙流體噴霧器(bi-fluid atomizer)、高壓噴嘴及超聲波噴霧ο該陽離子金屬氧化物研磨劑可為摻雜二氧化硅，例如氧化鋁摻雜二氧化硅。氧化 鋁摻雜二氧化硅通常通過共熱解法制備，其中使四氯化硅與氯化鋁的混合物進(jìn)行氣相水 解，從而形成包含氧化鋁及二氧化硅的復(fù)合顆粒。通常，二氧化硅顆粒在二氧化硅顆粒等電 點(diǎn)以上的PH下(例如，pH為3.5或更高)具有負(fù)表面電荷或陰離子表面電荷。合適的第 二金屬氧化物(例如氧化鋁)的存在使摻雜二氧化硅顆粒具有陽離子性。合意的是，0.01 重量％或更多(例如0.2重量％或更多、或0.3重量％或更多)的第二金屬氧化物存在于 摻雜二氧化硅顆粒中。優(yōu)選地，2重量％或更少(例如1. 5重量％或更少、或1重量％或更 少)的第二金屬氧化物存在于摻雜二氧化硅顆粒中。氧化鋁摻雜二氧化硅的實(shí)例為可得自 Degussa的MOX 80及MOX 170產(chǎn)品(皆含有1 %的氧化鋁)。如上所述，可通過水熱法制備該陽離子金屬氧化物研磨劑。在水熱法中，將具有與 所需金屬氧化物相同的氧化水平的金屬鹽(例如硝酸鹽)溶于水中，用堿(例如氫氧化銨) 處理，并使其經(jīng)受提高的溫度及壓力條件。該水熱方法使金屬鹽轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的金屬氧化物?；蛘撸谒疅岱ㄖ校瑢⑵溲趸奖人杞饘傺趸锏偷慕饘冫}連同氧化劑一起 使用。例如，美國專利5，389，352公開了一種用于制備二氧化鈰的方法，該方法包括形成包 含水溶性三價(jià)鈰鹽及氧化劑的水溶液，然后使作為液相的溶液老化一段時(shí)間，在此期間三 價(jià)鈰鹽被氧化成二氧化鈰顆粒。在水熱法過程中可將包含第二金屬鹽的摻雜劑添加至第一金屬鹽中以制備含有 第二金屬化合物的摻雜金屬氧化物。優(yōu)選的摻雜劑選自鎳、鈷、錳、鐵、鋁、鉻及鋅。在實(shí)施 水熱法期間，可將任何合適的量的第二金屬鹽添加至第一金屬鹽中。若需要摻雜劑，則通常 可在水熱法過程中將Ippm或更多(例如IOppm或更多、或50ppm或更多、或甚至IOOppm或 更多)的摻雜劑添加至第一金屬鹽中。優(yōu)選地，在水熱法過程中可將IOOOOppm或更少(例 如5000ppm或更少、或IOOOppm或更少、或500ppm或更少)的摻雜劑添加至第一金屬鹽中。該陽離子研磨顆粒合意地具有至少為10納米或更大(例如10至1000納米)的 平均粒徑(通常為包括所述顆粒的最小球的平均粒徑)。優(yōu)選地，所述研磨顆粒具有50納 米或更大(例如50至500納米、或甚至50至300納米)的平均粒徑。更優(yōu)選地，這些研磨 顆粒具有1000納米或更小(例如800納米或更小、或500納米或更小、或甚至300納米或 更小)的平均粒徑。該陽離子研磨劑可以任何合適的量存在于該拋光組合物中。存在于該拋光組合物 中的陽離子研磨劑的量通常為0. 001重量％或更多(例如0. 005重量％或更多、或0. 01重 量％或更多)，基于液體載體及任何溶解于或懸浮于其中的組分的重量。存于該拋光組合 物中的陽離子研磨劑的量優(yōu)選為5重量％或更少(例如2重量％或更少、或1重量％或更 少)，基于液體載體及任何溶解于或懸浮于其中的組分的重量。更優(yōu)選地，存于該拋光組合 物中的陽離子研磨劑的量為0.01重量％至1重量％。該研磨劑合意地懸浮于該拋光組合物中，更具體而言，懸浮于該拋光組合物的水 組分中。當(dāng)該研磨劑懸浮于該拋光組合物中時(shí)，該研磨劑優(yōu)選是膠態(tài)穩(wěn)定的。術(shù)語“膠體” 是指研磨顆粒在液體載體中的懸浮液。膠態(tài)穩(wěn)定性是指該懸浮液隨時(shí)間的保持性。在本發(fā) 明的上下文中，如果當(dāng)將研磨劑置于100毫升量筒內(nèi)并且沒有攪拌地靜置2小時(shí)后，量筒底部50毫升顆粒的濃度([B]，單位為克/毫升)與量筒頂部50毫升顆粒的濃度([T]，單位 為克/毫升)之差除以研磨劑組合物中顆粒的初始濃度([C]，單位為克/毫升)所得到的 值小于或等于0.5(即，{[B]_[T]}/[C] <0.5)，則認(rèn)為該研磨劑是膠態(tài)穩(wěn)定的。合意的是 [B]-[T]/[C]的值小于或等于0. 3，且優(yōu)選小于或等于0. 1。適合用于本發(fā)明的組合物及方法中的陽離子聚合物可為陽離子均聚物或陽離子 共聚物。不希望受到任何特定理論的束縛，據(jù)信該陽離子聚合物優(yōu)先吸附于二氧化硅表面 上。據(jù)信該陽離子聚合物可在二氧化硅表面形成保護(hù)膜以抑制該拋光組合物與二氧化硅表 面接觸，由此降低二氧化硅的移除速率，同時(shí)有利的是不會顯著影響氮化硅的移除速率。該陽離子均聚物可為任何合適的基本上由陽離子單體重復(fù)單元組成的陽離子均 聚物。例如，該陽離子聚合物可為任何合適的基本上由含氮的陽離子重復(fù)單元組成的陽離 子聚合物，這些重復(fù)單元包括(但不限于)含有堿性胺基及季銨化的胺基的單體。所述堿 性胺基或季銨化的胺基可以是無環(huán)的或被并入到環(huán)結(jié)構(gòu)中。該陽離子聚合物還適合于通 過烷基化、酰化、乙氧基化或其它化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步改性以改變該陽離子聚合物的溶解度、粘 度或其它物理參數(shù)。優(yōu)選地，該陽離子聚合物選自聚乙烯亞胺、乙氧基化的聚乙烯亞胺、聚 鹵化二烯丙基二甲銨、聚(酰胺-胺)(polyfemidoamine))、聚氯化(甲基丙烯酰氧乙基三 甲銨)、聚氯化(甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基銨)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基咪 唑)、聚(乙烯基吡啶)及聚(乙烯基胺)。更優(yōu)選地，該陽離子聚合物為聚乙烯亞胺。在一些實(shí)施方式中，該陽離子聚合物可為基本上由含有锍基的單體組成的陽離子 均聚物。锍基包含被三個(gè)碳原子取代的硫原子，其中該硫原子帶有正電荷。含有锍基的陽 離子聚合物及陽離子單體的非限制性實(shí)例公開于美國專利4，528，384中。在另外的實(shí)施方式中，該陽離子聚合物可為基本上由包含鱗基(phosphonium group)的單體組成的陽離子均聚物。鱗基包含被四個(gè)碳原子取代的磷原子，其中該磷原 子帶有正電荷。包含鱗基的陽離子聚合物及陽離子單體的非限制性實(shí)例公開于美國專利 5，439，617 中。在又一些另外的實(shí)施方式中，該陽離子均聚物可為帶有凈的正電荷的過渡金屬 寡聚物。例如，鋁化合物可形成陽離子寡聚物類物質(zhì)，例如“聚-氯化鋁(poly-aluminum chloride)”，其指的是一類可溶性鋁產(chǎn)品，其中氯化鋁已部分與堿反應(yīng)，且其含有一些鋁的 高度陽離子性的寡聚物。過渡金屬寡聚物的其它非限制性實(shí)例可在，例如，“Comprehensive Organometallic ChemistryII" Ε. W. Abelm, F. G. A. Stone 及 G. Wilkinson 編輯，Pergamon Press (1995)中找到?；蛘?，在一些實(shí)施方式中，該陽離子聚合物可為含有至少一種陽離子單體及至少 一種非離子單體的共聚物，其中該至少一種陽離子單體以摩爾計(jì)占該共聚物的超過50%或 以摩爾計(jì)占該共聚物的50%或更少。這些陽離子及非離子單體可為任何合適的陽離子及非 離子單體。例如，該陽離子單體可為任何合適的包含氮的陽離子單體，包括(但不限于)含有 堿性胺基及季銨化的胺基的單體。所述堿性胺基或季銨化的胺基可以是無環(huán)的或者可被并 入到環(huán)結(jié)構(gòu)中。可用于本發(fā)明上下文中的陽離子單體的實(shí)例包括(但不限于)乙烯亞胺、鹵 化二烯丙基二甲銨、氯化甲基丙烯酰氧乙基三甲銨、氯化甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基銨、 甲基丙烯酸2-氨基乙酯、N- (3-氨基丙基)甲基丙烯酸酯、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基胺及酰胺-胺。該陽離子單體可包括锍基及鱗基。適于引入到所述共聚物中的锍基及鱗 基可如上所述。優(yōu)選地，該陽離子單體為乙烯亞胺。例如，該非離子單體可為任何合適的非離子單體，包括(但不限于)乙烯、丙烯、環(huán) 氧乙烷、環(huán)氧丙烷、苯乙烯、環(huán)氧氯丙烷、丙烯酰胺、及其混合物?？赏ㄟ^任何合適的技術(shù)制備該陽離子共聚物。例如，可通過自由基、陽離子、陰離 子或縮合聚合來制備該共聚物。該共聚物可為無規(guī)共聚物、交替共聚物、周期共聚物、嵌段 共聚物(例如，AB、ABA、ABC等)、接枝共聚物或梳型共聚物。該陽離子共聚物可通過烷基 化、?；⒁已趸蚱渌瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)一步改性以改變該共聚物的溶解度、粘度或其它物理 參數(shù)。該陽離子聚合物(即，陽離子均聚物或共聚物)可具有任何合適的平均分子量。優(yōu) 選地，該陽離子聚合物應(yīng)具有1，000道爾頓或更大(例如，5，000道爾頓或更大、或10，000 道爾頓或更大、或50，000道爾頓或更大、或甚至100，000道爾頓或更大)的平均分子量。該拋光組合物中陽離子聚合物的量取決于該陽離子聚合物的性質(zhì)。當(dāng)該陽離子聚 合物為陽離子均聚物或含有至少一種陽離子單體及至少一種非離子單體的陽離子共聚物， 其中該陽離子單體以摩爾計(jì)占該陽離子共聚物的超過50%時(shí)，則該拋光組合物中該陽離子 聚合物的量以該拋光組合物的總重量計(jì)為0. Ippm至50ppm。通常，該陽離子聚合物的量應(yīng) 為0. 5ppm或更多(例如Ippm或更多)。因此，該拋光組合物中該陽離子聚合物的量可為 0. 5ppm 至 45ppm(例如 Ippm 至 40ppm)、或 2ppm 至!35ppm(例如 3ppm 至 30ppm)。當(dāng)該陽離 子聚合物為含有至少一種陽離子單體及至少一種非離子單體的陽離子共聚物，其中該陽離 子單體以摩爾計(jì)占該陽離子共聚物的50摩爾％或更少時(shí)，則以該拋光組合物的總重量計(jì) 該拋光組合物中該陽離子聚合物的量可為0. Ippm至200ppm。在這樣的實(shí)施方式中，通常陽 離子聚合物的量應(yīng)為0. Ippm至200ppm(例如5ppm to 200ppm)、或IOppm至150ppm(例如 20ppm至IOOppm)。若該拋光組合物中該陽離子聚合物的量太低，則未觀察到由添加該陽離 子聚合物所導(dǎo)致的效果。若該拋光組合物中該陽離子聚合物的量太高，則發(fā)生抑制氮化硅 的移除，因而使氮化硅移除對二氧化硅移除的比例降低，并使基板的整體拋光速率降低，低 于有用的水平。本發(fā)明的陽離子均聚物及陽離子共聚物在對包含氮化硅及氧化硅的基板的化學(xué) 機(jī)械拋光中提供相對于二氧化硅優(yōu)先移除氮化硅的相似選擇性。通常，在拋光組合物中需 要使用較高濃度的陽離子共聚物以達(dá)到與包含陽離子均聚物的拋光組合物相似的拋光性 能。盡管在拋光組合物中需要使用比陽離子均聚物更大量的陽離子共聚物可能會造成諸如 成本及供應(yīng)需求方面的缺陷，但在制造工藝期間在具有較高濃度的陽離子共聚物的拋光組 合物的配方中可達(dá)到更大精度在某些情形下可以是有利的。該拋光組合物的pH為7或更小(例如6或更小)。優(yōu)選地，該拋光組合物的pH為 1或更大(例如2或更大、或3或更大)。甚至更優(yōu)選地，該拋光組合物的pH為4至7 (例 如4至6)。該拋光組合物任選地含有pH調(diào)節(jié)劑，例如，氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化烷基銨 和/或硝酸。該拋光組合物可任選地含有PH緩沖體系，例如乙酸銨或檸檬酸二鈉。本領(lǐng)域 中熟知許多這樣的PH緩沖體系。本發(fā)明的拋光組合物還含有無機(jī)商化物鹽。優(yōu)選的無機(jī)商化物鹽包括堿金屬鹵化 物(例如鹵化鈉和/或鹵化鉀)及鹵化銨。優(yōu)選地，該鹵化物為氯化物、溴化物和/或碘化物。特別優(yōu)選的鹵化物鹽為氯化銨。通常，該無機(jī)鹵化物鹽以100至IOOOppm的量存在于該組合物中。在一些實(shí)施方 式中，該無機(jī)鹵化物的存在量為200至600ppm。該拋光組合物還可任選地包括羧酸，優(yōu)選氨基羧酸。可用于該拋光組合物中的羧 酸包括一元羧酸及二羧酸、及它們的鹽。該羧酸可進(jìn)一步包含選自羥基、羰基、商素、胺及含 氮芳族雜環(huán)的官能團(tuán)。合適的羧酸的實(shí)例包括乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸、甲酸、丙二酸、琥 珀酸、酒石酸、乳酸、苯二甲酸、水楊酸、鄰氨基苯甲酸、檸檬酸、乙醇酸、富馬酸、月桂酸、丙 酮酸、硬脂酸、氯乙酸、二氯乙酸、2-吡啶羧酸、2-哌啶羧酸、甘氨酸、丙氨酸、3-氨基丙酸、 4-氨基丁酸、其衍生物、其鹽、及其組合。該拋光組合物可含有任何合適的量的羧酸，且當(dāng)該羧酸存在時(shí)通常含IOppm或 更多(例如10至IOOOppm)的該羧酸。優(yōu)選地，存在于該拋光組合物中的羧酸的量應(yīng)為 IOOOppm或更少(例如，800ppm或更少、或600ppm或更少)。應(yīng)理解，上述羧酸可以鹽(例如，金屬鹽、銨鹽等)、酸、或作為其部分鹽的形式存 在。例如，酒石酸鹽包括酒石酸以及其單鹽及二鹽。而且，包含堿性官能團(tuán)的羧酸可以該堿 性官能團(tuán)的酸式鹽的形式存在。例如，甘氨酸包括甘氨酸及其一酸價(jià)鹽。此外，一些羧酸可 起到作為酸及鰲合劑兩者的作用(例如某些氨基酸等)。該羧酸可在該拋光組合物中起到一種或多種不同的作用。該羧酸與該陽離子聚合 物一起可通過抑制二氧化硅移除而提高使用本發(fā)明的拋光組合物觀察到的氮化硅移除優(yōu) 先于二氧化硅移除的選擇性。該羧酸可進(jìn)一步緩沖該系統(tǒng)的PH并提高該拋光組合物的膠 態(tài)穩(wěn)定性。該拋光組合物可任選地進(jìn)一步包含一種或多種其它添加劑。這樣的添加劑包括任 何合適的表面活性劑和/或流變調(diào)節(jié)劑，包括增粘劑及促凝劑(例如，聚合物流變調(diào)節(jié)劑， 例如氨基甲酸酯聚合物)、含有一種或多種丙烯酸亞單元的丙烯酸酯(例如，乙烯基丙烯酸 酯類及苯乙烯丙烯酸酯類)、及其聚合物、共聚物及寡聚物、及其鹽。合適的表面活性劑包 括，例如，陽離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、陰離子聚電解質(zhì)、非離子型表面活性 齊U、兩性表面活性劑、氟化表面活性劑、其混合物等。該拋光組合物可任選地進(jìn)一步包含殺生物劑。該殺生物劑可為任何合適的殺生 物劑，例如，異噻唑啉酮?dú)⑸飫?。用在該拋光組合物中的殺生物劑的量通常為Ippm至 500ppm,并且優(yōu)選為 IOppm 至 200ppm。該拋光組合物可通過任何合適的技術(shù)制備，其中的許多是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的。可以用間歇或連續(xù)工藝制備該拋光組合物。通常，該拋光組合物可通過以任何次序組 合其組分來制備。本文所用術(shù)語“組分”包括單獨(dú)的成分(例如酸、堿等)以及各成分(例 如酸、堿、表面活性劑等)的任何組合。例如，可將該陽離子研磨劑分散于水中。然后可通過任何能將以下組分引入到該 拋光組合物中的方法添加并混合陽離子均聚物或共聚物、無機(jī)鹵化物鹽及任選的羧酸。該 拋光組合物可在使用前制備，其中一種或多種組分(例如陽離子均聚物或共聚物)在使用 前不久(例如，在使用前1分鐘內(nèi)、或在使用前1小時(shí)內(nèi)、或在使用前7天內(nèi))添加至該拋 光組合物中?？稍谌魏魏线m的時(shí)間調(diào)節(jié)PH。該拋光組合物還可通過在拋光操作期間在基板 表面混合各組分來制備。
該拋光組合物還可作為濃縮物提供，該濃縮物意圖在使用前用適量的水稀釋。在 這樣的實(shí)施方式中，該拋光組合物濃縮物可含有陽離子研磨劑、陽離子均聚物或共聚物、羧 酸及水，它們的量使得在用適量的水稀釋該濃縮物后，該拋光組合物的各組分將以在上文 對各組分所列舉的適當(dāng)范圍內(nèi)的量存在于該拋光組合物中。例如，陽離子研磨劑、陽離子均 聚物或共聚物及羧酸可各自以在上文對各組分所列舉的濃度的2倍(例如，3倍、4倍或5 倍)的量存在于該濃縮物中，使得當(dāng)用等體積的水(例如，分別為2倍等體積的水、3倍等體 積的水或4倍等體積的水)稀釋該濃縮物時(shí)，各組分將以在上文對各組分所列舉的范圍內(nèi) 的量存在于該拋光組合物中。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，該濃縮物可含有適當(dāng)分?jǐn)?shù)的存 于最終拋光組合物中的水以確保陽離子均聚物或共聚物、任選的羧酸及其它合適的添加劑 至少部分或全部溶解于該濃縮物中。本發(fā)明還提供一種對基板進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法，該方法包括(i)使基板與 拋光墊及本文所述的拋光組合物接觸，及(ii)使該拋光墊與該基板之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)以 磨除該基板的至少一部分基板以拋光該基板，其中在該拋光墊與該基板之間具有一部分該 CMP組合物。本發(fā)明的方法可用于拋光任何合適的基板，且尤其可用于拋光包含氮化硅及二氧 化硅的基板。合適的基板包括用在半導(dǎo)體工業(yè)中的晶片。該拋光組合物尤其適用于平坦化 或拋光已進(jìn)行過淺溝槽隔離(STI)處理的基板。STI處理通常包括提供其上沉積有氮化硅 層的硅基板。在光刻后，將溝槽蝕刻到含有氮化硅上層的基板上，并將過量的二氧化硅沉積 于其上。然后對該基板進(jìn)行平坦化直至基本上移除氮化硅表面層，使得殘留在溝槽內(nèi)的氧 化硅與溝槽邊緣基本平齊。合意的是，用本發(fā)明的拋光組合物在STI處理中實(shí)施平坦化或 拋光，優(yōu)選使得基本上移除氮化硅并將二氧化硅充分平坦化而不過度侵蝕在溝槽內(nèi)的二氧 化硅。本發(fā)明的拋光方法尤其適于連同化學(xué)機(jī)械拋光裝置一起使用。通常，該CMP裝置 包括壓板(platen)，當(dāng)使用時(shí)該壓板處于運(yùn)動(dòng)中且具有由軌道、線性或圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的 速度；與該壓板接觸且當(dāng)處于運(yùn)動(dòng)時(shí)隨該壓板一起移動(dòng)的拋光墊；及載片器(carrier)，其 固定待通過與該拋光墊表面接觸并相對于該拋光墊表面移動(dòng)而進(jìn)行拋光的基板。基板的拋 光是這樣發(fā)生的將基板放置成與拋光墊及本發(fā)明的拋光組合物接觸，然后使拋光墊相對 于基板移動(dòng)以磨除基板的至少一部分從而拋光基板?？捎盟龌瘜W(xué)機(jī)械拋光組合物以任何合適的拋光墊(例如拋光表面)來平坦化或 拋光基板。合適的拋光墊包括，例如，編織及非編織拋光墊。此外，合適的拋光墊可包含任何 合適的具有不同的密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮后的回彈能力及壓縮模量的聚合物。合適 的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、 聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共成形產(chǎn)物(coformed product)、及其 混合物。合意的是，該CMP裝置還包含原位拋光終點(diǎn)檢測系統(tǒng)，其中的許多在本領(lǐng)域中是 已知的。通過分析從工件表面反射的光線或其它輻射來檢查及監(jiān)控拋光工藝的技術(shù)在本 領(lǐng)域中是已知的。這些方法描述于，例如，美國專利5，196，353、美國專禾Ij 5，433，651、美國 專利5，609，511、美國專利5，643，046、美國專利5,658, 183、美國專利5，730，642、美國專 利5，838，447、美國專利5，872，633、美國專利5，893，796、美國專利5，949，927及美國專利5，964，643中。合意的是，對正在拋光的工件的拋光工藝進(jìn)度的檢查或監(jiān)控使得能夠確定拋 光終點(diǎn)，即，確定何時(shí)結(jié)束對特定工件的拋光工藝。以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是，當(dāng)然不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的 范圍。在以下實(shí)施例中，除非另外指出，否則拋光作業(yè)皆使用直徑為50. 8厘米(20英寸) 的拋光工具，基板對拋光墊的下壓力為27. 6kPa(4psi)，壓板轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，載片器轉(zhuǎn) 速為56轉(zhuǎn)/分鐘，拋光組合物流速為200毫升/分鐘，并且使用具有同心槽的CMP墊的原 位修整(in-situ conditioning)。實(shí)施例1該實(shí)施例表明用本發(fā)明的拋光組合物所觀察到的增加平均分子量為2000道爾頓 的聚乙烯亞胺的量對氮化硅及二氧化硅層的移除速率的影響。用六種不同的拋光組合物(組合物IA至1F)分別拋光相似的氮化硅層及二氧化 硅層。各組合物均包含在水中的pH為4. 9的0. 4重量％的二氧化鈰及400ppm的4-氨基 丁酸。組合物IA(對照)不含其它成分(例如，不含聚乙烯亞胺)。組合物IB至IF(本發(fā) 明)還含有不同量的聚乙烯亞胺，如表1所示。使用各拋光組合物后，測定氮化硅(“氮化 物”)及二氧化硅(“氧化物”)移除速率，并計(jì)算選擇性，選擇性定義為氮化硅對二氧化硅 的移除速率之比。結(jié)果列于表1中。表1 提高聚乙烯亞胺的含量對氮化硅及二氧化硅移除速率的影響
權(quán)利要求
1.一種適合用于拋光包含硅、氮化硅及二氧化硅的基板的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合 物，該組合物包含(a)陽離子研磨劑；(b)陽離子聚合物；(c)無機(jī)鹵化物鹽；及(d)含水載體；該組合物的PH為7或更小。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽離子研磨劑選自氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化 鈰及摻雜二氧化硅。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽離子研磨劑為二氧化鈰。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽離子聚合物選自陽離子均聚物、包含至少一種陽離 子單體及至少一種非離子單體的陽離子共聚物、及其組合。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽離子聚合物為聚鹵化二烯丙基二甲銨。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中該無機(jī)鹵化物鹽為氯化銨。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽離子研磨劑以0.01重量％至5重量％的量存在于 該組合物中。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中該陽離子聚合物以0.1至500ppm的量存在于該組合物中。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中該無機(jī)鹵化物鹽以100至IOOOppm的量存在于該組合物中。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物具有4至7的pH。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物還包含氨基羧酸。
12.一種適合用于拋光包含硅、氮化硅及二氧化硅的基板的化學(xué)機(jī)械拋光組合物，該 組合物包含(a)0. 01重量％至1重量％的二氧化鈰；(b)1至20ppm的聚鹵化二烯丙基二甲銨；(c)100至IOOOppm的氯化銨；及(d)含水載體；該組合物具有4至7的pH。
13.權(quán)利要求12的組合物，其中該組合物還包含氨基羧酸。
14.一種用于拋光基板的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，該方法包括以下步驟(a)使基板的表面與拋光墊及pH為7或更小的CMP組合物接觸，該CMP組合物包含陽 離子研磨劑、陽離子聚合物、無機(jī)鹵化物鹽、含水載體；(b)使該拋光墊與該基板之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)以磨除該表面的至少一部分，其中該拋光 墊與該基板之間具有一部分該CMP組合物。
15.權(quán)利要求14的方法，其中該陽離子研磨劑選自氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化 鈰及摻雜二氧化硅。
16.權(quán)利要求14的方法，其中該陽離子聚合物選自陽離子均聚物、包含至少一種陽離 子單體及至少一種非離子單體的陽離子共聚物、及其組合。
17.權(quán)利要求14的方法，其中該陽離子研磨劑以0.01重量％至5重量％的量存在于 該組合物中。
18.權(quán)利要求14的方法，其中該陽離子聚合物以0.1至500ppm的量存在于該組合物中。
19.權(quán)利要求14的方法，其中該無機(jī)鹵化物鹽以100至IOOOppm的量存在于該組合物中。
20.權(quán)利要求14的方法，其中該CMP組合物還包含氨基羧酸。
21.一種用于在存在二氧化硅時(shí)選擇性地磨除氮化硅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，該 方法包括以下步驟(a)使包含氮化硅及二氧化硅的基板的表面與拋光墊及pH為7或更小的CMP組合物接 觸，該CMP組合物包含陽離子研磨劑、陽離子聚合物、無機(jī)鹵化物鹽、含水載體；(b)使該拋光墊與該基板之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而以從該表面磨除二氧化硅的速率的6至 60倍的移除速率從該表面磨除氮化硅，其中該拋光墊與該基板之間具有一部分該CMP組合 物。
22.權(quán)利要求21的方法，其中該組合物還包含氨基羧酸。
23.一種用于在存在多晶硅時(shí)選擇性地磨除氮化硅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，該方 法包括以下步驟(a)使包含氮化硅及多晶硅的基板的表面與拋光墊及pH為7或更小的CMP組合物接 觸，該CMP組合物包含陽離子研磨劑、陽離子聚合物、無機(jī)鹵化物鹽、含水載體；(b)使該拋光墊與該基板之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而以超過從該表面磨除多晶硅的速率的移 除速率從該表面磨除氮化硅，其中該拋光墊與該基板之間具有一部分該CMP組合物。
24.權(quán)利要求23的方法，其中該組合物還包含氨基羧酸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含有陽離子研磨劑、陽離子聚合物、無機(jī)鹵化物鹽及含水載體的化學(xué)機(jī)械拋光組合物。本發(fā)明還提供一種用上述拋光組合物對基板進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法。該拋光組合物顯示出對氮化硅的移除優(yōu)先于對氧化硅及多晶硅的移除的選擇性。
文檔編號C09G1/02GK102046743SQ200680046051
公開日2011年5月4日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者杰弗里·戴薩德, 蒂莫西·約翰斯 申請人:卡伯特微電子公司