用于選擇性?huà)伖獾璨牧系慕M合物及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供適合在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法中拋光含氮化硅基材的酸性含水拋光組合物。該組合物在使用時(shí)包含：0.01至2重量%的微粒狀煅燒氧化鈰磨料；10至1000ppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物；任選的10至2000ppm的聚氧化烯聚合物；以及用于該組合物的含水載體。該至少一種陽(yáng)離子聚合物選自聚(乙烯基吡啶)聚合物及聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的聚合物的組合。本發(fā)明還提供使用該組合物以?huà)伖饣呐c優(yōu)先于多晶硅而自基材選擇性去除氮化硅的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于選擇性?huà)伖獾璨牧系慕M合物及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及拋光組合物與方法。更特別地，本發(fā)明涉及拋光含氮化硅基材的方法及所使用的組合物。
【背景技術(shù)】
[0002]用于集成電路的半導(dǎo)體晶片一般包括基材，如硅或砷化鎵，其上已形成有許多晶體管。晶體管通過(guò)圖案化基材中的區(qū)域及基材上的層而化學(xué)或物理方式連接到基材。該晶體管與層通過(guò)主要由一些形式的氧化硅(SiO2)構(gòu)成的層間電介質(zhì)(ILD)分開(kāi)。該晶體管透過(guò)使用已知的多層互連結(jié)構(gòu)而互相連接。典型的多層互連結(jié)構(gòu)由堆疊的薄膜構(gòu)成，其由一或多種以下材料組成:鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鋁-銅(Al-Cu)、鋁-硅(Al-Si)、銅(Cu)、鎢(W)、經(jīng)摻雜的多晶硅(poly-Si)、以及其各種組合。此外，晶體管或晶體管群經(jīng)常通過(guò)使用填有絕緣性材料(如二氧化硅、氮化硅、和/或多晶硅)的溝槽(trench)而彼此隔離。在半導(dǎo)體制作過(guò)程中，必須移除前述材料的各種層以在晶片上形成多種電路組件，這典型地通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)完成。
[0003]用于基材表面的CMP的組合物與方法是該領(lǐng)域所公知的。用于半導(dǎo)體基材表面(如對(duì)于集成電路的制造)的CMP的拋光組合物(又稱(chēng)作拋光淤漿、CMP淤漿、以及CMP組合物)典型地含有磨料、多種添加化合物等。
[0004]在傳統(tǒng)CMP技術(shù)中，基材載具或拋光頭安裝于載具組件上并設(shè)置為與CMP設(shè)備中的拋光墊接觸。該載具組件對(duì)基材提供可控制的壓力，將該基材推向該拋光墊。該墊與載具(以及附著的基材)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該墊與基材的相對(duì)運(yùn)動(dòng)用于磨蝕該基材的表面以從該基材表面去除部分材料,從而拋光該基材?；谋砻娴膾伖獾湫偷剡M(jìn)一步通過(guò)拋光組合物的化學(xué)活性(如通過(guò)存在于CMP組合物中的氧化劑、酸、堿或其它添加劑)和/或懸浮在拋光組合物中的磨料的機(jī)械活性加以輔助。典型的研磨材料包含二氧化硅、氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、以及氧化錫。
[0005]一般而言，CMP涉及表面的同時(shí)化學(xué)與機(jī)械磨蝕，例如磨蝕上覆的第一層以暴露非平面第二層的表面，第一層形成于該第二層上。一種這樣的過(guò)程描述于Beyer等人的美國(guó)專(zhuān)利第4，789，648號(hào)中。簡(jiǎn)而言之，Beyer等人公開(kāi)了 CMP方法，該方法使用拋光墊與淤漿以比第二層更快的速率去除第一層，直到該上覆的第一層的材料的表面變?yōu)榕c被覆蓋的第二層的上表面共平面。化學(xué)機(jī)械拋光的更多詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)于美國(guó)專(zhuān)利第4，671，851,4, 910，155以及4，944，836號(hào)中。
[0006]例如，Neville等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，527，423號(hào)公開(kāi)了化學(xué)機(jī)械拋光金屬層的方法，其通過(guò)使金屬層的表面與拋光於漿接觸，該拋光淤漿包含懸浮于含水介質(zhì)中的高純度微細(xì)金屬氧化物顆粒?；蛘撸撗心ゲ牧峡刹⑷霋伖鈮|中。Cook等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，489，233號(hào)中公開(kāi)了具有表面紋理或圖案的拋光墊的使用，而B(niǎo)ruxvoort等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，958, 794號(hào)公開(kāi)了固定式研磨拋光墊。
[0007]雖然已知的CMP淤漿組合物典型地適用于有限的目的，但是許多傳統(tǒng)組合物表現(xiàn)出難以接受的拋光速率，及因此難以接受的去除晶片制造中所用絕緣材料的選擇性。此外，許多已知的拋光淤漿對(duì)下面的膜產(chǎn)生差的膜去除品質(zhì)或產(chǎn)生有害的膜腐蝕，這導(dǎo)致差的制
造產(chǎn)率。
[0008]隨著集成電路裝置技術(shù)的進(jìn)展，傳統(tǒng)材料以嶄新且截然不同的方式使用以達(dá)到先進(jìn)集成電路所需的性能水平。具體地，以多種組合方式使用氮化硅、氧化硅與多晶硅以實(shí)現(xiàn)新穎且甚至更加復(fù)雜的裝置構(gòu)造。一般而言，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與性能特性隨不同的應(yīng)用而改變。對(duì)于在CMP過(guò)程中允許調(diào)節(jié)或調(diào)整氮化硅、氧化硅與多晶硅材料的去除速率以滿(mǎn)足特定IC裝置的拋光要求的方法及組合物的需求未曾間斷。
[0009]例如，對(duì)于許多IC裝置應(yīng)用，存在實(shí)現(xiàn)快速氮化硅去除速率的持續(xù)需求。傳統(tǒng)拋光游衆(zhòng)已經(jīng)設(shè)計(jì)用于“停止于氮化娃上”的應(yīng)用，如在淺溝槽隔離(shallow trenchisolation, STI)中。典型的STI淤漿利用高pH和高磨料濃度的二氧化硅磨料以實(shí)現(xiàn)合理的氮化硅去除速率。使用高磨料顆粒濃度與經(jīng)拋光裝置中的大量刮痕缺陷有關(guān)。
[0010]對(duì)于發(fā)展提供氮化硅的相對(duì)高的去除速率以及優(yōu)先于多晶硅、氧化硅或二者的氮化硅的選擇性去除的新拋光方法與組合物的需求未曾間斷。本發(fā)明專(zhuān)注于該持續(xù)的需求。本發(fā)明的這些與其它優(yōu)點(diǎn)，以及另外的發(fā)明特征，將由本文所提供的發(fā)明說(shuō)明而清楚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供適用在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法中從基材表面去除氮化硅的酸性含水拋光組合物(例如具有2至6的pH)。該組合物包含微粒狀煅燒氧化鈰(二氧化鈰)磨料，至少一種陽(yáng)離子聚合物，任選的聚氧化烯聚合物(polyoxyalkylene polymer),以及含水載體。該至少一種陽(yáng)離子化合物選自聚(乙烯基吡啶)聚合物以及聚(乙烯基吡啶)與經(jīng)季銨取代的聚合物(如經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物)的組合。
[0012]該組合物中的磨料濃度為0.01至10重量％,優(yōu)選0.05至5重量％。優(yōu)選地,該組合物中磨料的濃度在本方法中使用時(shí)為0.01至2重量％，更優(yōu)選0.05至0.5重量％。該組合物中至少一種陽(yáng)離子聚合物的濃度10百萬(wàn)分率(ppm)至100，000ppm，優(yōu)選15ppm至
10,OOOppm0使用時(shí)，該組合物優(yōu)選包含IOppm至1000ppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物，更優(yōu)選對(duì)于各存在的陽(yáng)離子聚合物為15ppm至lOOpprn。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該聚氧化烯聚合物以10至200，OOOppm，更優(yōu)選以200至100，OOOppm的濃度存在于組合物中。使用時(shí)，該組合物優(yōu)選包含IOppm至2000ppm，更優(yōu)選200ppm至1000ppm的該聚氧化烯聚合物。
[0013]在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，該聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物(即PEG)，其具有為200至2000的乙二醇單體單元平均數(shù)目，更優(yōu)選300至1500個(gè)單體單元。在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，該聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)_共-聚(丙二醇)嵌段共聚物，如聚(乙二醇)封端的聚(丙二醇)，即PEG-PPG-PEG嵌段共聚物。
[0014]在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，該至少一種陽(yáng)離子聚合物包括聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物的組合，如使用時(shí)，10至約90ppm的聚(乙烯基吡啶)聚合物和15至IOOppm的經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物。
[0015]另一方面，本發(fā)明提供使用上述CMP組合物拋光含氮化硅基材的化學(xué)機(jī)械拋光方法。優(yōu)選的方法包括使含氮化硅基材的表面與拋光墊與含水拋光組合物接觸；和引起該拋光墊與該基材之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)維持部分拋光組合物與該墊和該基材之間的表面接觸足以磨蝕該基材表面的至少部分的時(shí)間。使用時(shí)，該拋光組合物包含0.01至2重量％的微粒狀煅燒氧化鋪磨料，10至1000ppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物，10至2000ppm的聚氧化烯聚合物，以及含水載體，如上所述。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1提供通過(guò)使用本發(fā)明所選的組合物拋光空白晶片所得的氧化硅(氧化物)、多晶硅(多晶硅)及氮化硅(氮化物)的去除速率的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供拋光含氮化娃表面的組合物和方法。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的組合物包含含有0.01至10重量％的微粒狀煅燒氧化鈰磨料，10至100，OOOppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物，以及任選的10至200，OOOppm的聚氧化烯聚合物的酸性含水載體。
[0018]該微粒狀煅燒氧化鈰磨料可以0.01至10重量％的濃度存在于該拋光組合物中。優(yōu)選地，該氧化鈰以0.05至5重量％的濃度存在于該CMP組合物中。使用時(shí)，該氧化鈰磨料優(yōu)選以0.01至2重量％，更優(yōu)選0.05至0.5重量％ (如0.1至0.3重量％)的濃度存在。如通過(guò)本領(lǐng)域公知的激光散射技術(shù)測(cè)定的，該磨料顆粒優(yōu)選具有30nm至200nm,更優(yōu)選75nm至125nm的平均顆粒尺寸(粒度)。
[0019]期望該微粒狀磨料懸浮于拋光組合物中，更具體地，懸浮于拋光組合物的含水載體組分中。當(dāng)該磨料懸浮于拋光組合物中時(shí)，其優(yōu)選是膠態(tài)穩(wěn)定的。該用語(yǔ)“膠態(tài)”指磨料顆粒懸浮于液態(tài)載體中?！澳z態(tài)穩(wěn)定性”指該懸浮隨著時(shí)間的保持。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當(dāng)將氧化鈰懸浮液置于100毫升的量筒中并讓其在無(wú)攪拌下靜置2小時(shí)的時(shí)間時(shí)，如果該量筒底部50毫升中的顆粒濃度([B]，單位為克/毫升)與該量筒頂部50毫升中的顆粒濃度([T]，單位為克/毫升)之間的差除以該磨料組合物中的總顆粒濃度([C]，單位為克/毫升)小于或等于0.5(即([B]-[T])/[C] <0.5)，則認(rèn)為該氧化鈰懸浮液為膠態(tài)穩(wěn)定的。期望([B]_[T])/[C])值小于或等于0.3，且優(yōu)選小于或等于0.1。
[0020]如本文與所附的權(quán)利要求中使用的，術(shù)語(yǔ)“煅燒氧化鈰”指通過(guò)加熱(煅燒)水合氧化鈰或可分解的前體鹽或鹽的混合物(如碳酸鈰、氫氧化鈰等)而形成的氧化鈰(IV)材料。在水合氧化鈰的情況中，以足以從氧化鈰材料中去除水合水的溫度(如600°c或更高的溫度)加熱該材料。在前體鹽的情況中，以高于該前體的分解溫度的溫度(如600°C或更高的溫度)加熱該鹽而形成CeO2 (氧化鈰)，并同時(shí)趕走任何可存在或形成的水。如果需要，該氧化鈰可包含一些穩(wěn)定化摻雜劑材料例如La與釹Nd，如本領(lǐng)域中已知的。一般而言，煅燒氧化鈰顆粒是高度結(jié)晶的。制備煅燒氧化鈰的方法是本領(lǐng)域已知的。
[0021]本發(fā)明的組合物為酸性的，且優(yōu)選具有2至6、更優(yōu)選3至6的pH。該組合物的酸性可通過(guò)包括含有酸性成分(所述酸性成分可為任何無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸)的緩沖材料而實(shí)現(xiàn)和/或維持。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，該酸性成分可為無(wú)機(jī)酸、羧酸、有機(jī)膦酸、酸性雜環(huán)化合物、其鹽、或前述中的二種或更多種的組合。合適無(wú)機(jī)酸的非限制性實(shí)例包括氫氯酸、硫酸、磷酸、亞磷酸、焦磷酸、亞硫酸、以及四硼酸、或其任何酸性鹽。合適羧酸的非限制性實(shí)例包括單羧酸(如醋酸、苯甲酸、苯乙酸、1-萘甲酸、2-萘甲酸、羥基乙酸、甲酸、乳酸、扁桃酸等)，以及多羧酸(如草酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、酒石酸、檸檬酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、天冬氨酸、谷氨酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、1，2，3,4- 丁烷四羧酸、衣康酸等)或其任何酸性鹽。合適有機(jī)膦酸的非限制性實(shí)例包括膦?；宜?、亞氨基二(甲基膦酸)、DEQUEST? 2000LC品牌的氨基三(亞甲基膦酸)、以及DEQUEST? 2010品牌的羥基亞乙基-1，1-二膦酸(該兩個(gè)品牌都可自Solutia獲得)、或其任何酸性鹽。合適酸性雜環(huán)化合物的非限制性實(shí)例包括尿酸、抗壞血酸等、或其任何酸性鹽。
[0022]在一些實(shí)施方式中，該陽(yáng)離子聚合物成分包括聚(乙烯基吡啶)聚合物，如聚(2-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基吡啶)、乙烯基吡啶共聚物等。用于本發(fā)明的組合物與方法中的乙烯基吡啶共聚物包括這樣的共聚物，該共聚物包含至少一種乙烯基吡啶單體(如2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶或二者)以及至少一種選自非離子單體與陽(yáng)離子單體的共聚單體。非離子共聚單體的非限制性實(shí)例包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、以及苯乙烯。陽(yáng)離子共聚單體的非限制性實(shí)例包括二烯丙基胺、二甲基二烯丙基胺、2-乙烯基-N-甲基吡啶鹵化物(如氯化物)、4_乙烯基-N-甲基吡啶鹵化物(如氯化物)、2-( 二乙氨基乙基)苯乙烯、丙烯酸2-(N，N-二乙氨基乙基)酯、甲基丙烯酸2-(N，N-二乙氨基乙基)酯、N-(2-(N，N-二乙氨基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-(N，N-二乙氨基丙基)甲基丙烯酰胺、前述任意的鹽(如鹽酸鹽)、前述任意的N-季銨化衍生物(如N-甲基季銨化衍生物)等。此外，相對(duì)小部分的陰離子單體(如丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPS)等)可包含于該共聚物中，只要陰離子單體對(duì)陽(yáng)離子單體的比例使得該共聚物仍保持整體正電荷。
[0023]在一些其它實(shí)施方式中，該陽(yáng)離子聚合物成分包括如本文所描述的聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的聚合物(如經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物)的組合。這樣的經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物的非限制性實(shí)例包括聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基鹵化銨)聚合物、聚(丙烯?；趸一谆u化銨)聚合物、聚(甲基丙烯?；趸一谆S基鹵化銨)聚合物、及聚(丙烯?；趸一谆S基鹵化銨)聚合物等。優(yōu)選地，該季銨基團(tuán)的鹵素抗衡離子為氯離子。
[0024]該陽(yáng)離子聚合物可具有任何合適的分子量。典型地，該拋光組合物包含重量平均分子量為5kDa或更大(如IOkDa或更大、20kDa或更大、30kDa或更大、40kDa或更大、50kDa或更大、或60kDa或更大)的陽(yáng)離子聚合物。該拋光組合物優(yōu)選包含分子量為IOOkDa或更小(如80kDa或更小、70kDa或更小、60kDa或更小、或50kDa或更小)的陽(yáng)離子聚合物。優(yōu)選地，該拋光組合物包含分子量為5kDa至IOOkDa (如IOkDa至80kDa、IOkDa至70kDa、或15kDa至70kDa)的陽(yáng)離子聚合物。
[0025]該聚氧化烯成分(也稱(chēng)為聚(亞烷基二醇))可為包含多個(gè)氧化烯單體單元(即亞烷基二醇單體單元，如乙二醇、丙二醇、丁二醇等)的均聚物或共聚物(如嵌段或無(wú)規(guī)共聚物)。例如，該聚氧化烯聚合物可為聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)_共-聚(丙二醇)共聚物等。該聚氧化烯聚合物優(yōu)選平均包含20至2000個(gè)單體單元(如乙二醇、丙二醇等)，更優(yōu)選200至2000個(gè)單體單元(如300至1500個(gè)單體單元)。這樣的聚合物在本領(lǐng)域中經(jīng)常以聚合物的類(lèi)型以及單體單元的平均數(shù)目來(lái)表示，如聚(乙二醇)_300、縮寫(xiě)為PEG-300，其代表平均具有300個(gè)乙二醇(CH2CH2O)單元的聚(乙二醇)聚合物且從而具有300X44=13200道爾頓的數(shù)均分子量。
[0026]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該聚氧化烯聚合物是聚氧化乙烯聚合物，即聚(乙二醇)聚合物。在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，該聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)共聚物嵌段共聚物，如PEG-PPG-PEG嵌段共聚物，如BASF的PLURONIC L31，其經(jīng)報(bào)道具有約1100至1200的數(shù)均分子量且包含具有平均16個(gè)丙二醇單元的PPG核，其在各端以平均2
個(gè)乙二醇單體單元封端。
[0027]本發(fā)明的組合物與方法提供有效的氮化硅去除速率，以及高于多晶硅去除的氮化硅去除的選擇性。本發(fā)明的組合物典型地還提供中等的氧化硅去除速率。在一些特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)在如下設(shè)置的桌上式CMP拋光機(jī)上分別拋光氮化硅或多晶硅空白晶片時(shí):3磅/平方英寸(psi)的向下力，100轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)的載盤(pán)轉(zhuǎn)速、IOlrpm的載具轉(zhuǎn)速，和150毫升/分鐘的拋光淤漿的流速并使用DlOO拋光墊，氮化硅去除速率為700埃/分鐘
(A/分鐘)或更大，而多晶硅去除速率則小于100 A/分鐘(典型地小于25 A/分鐘)。氧化硅去除速率在同樣條件下典型地小于400 A,/分鐘。
[0028]本發(fā)明的拋光組合物任選地可包含一種或多種氧化劑(如以氧化半導(dǎo)體表面的成分，例如金屬成分)。適合用于本發(fā)明的拋光組合物與方法的氧化劑包括但不限于:過(guò)氧化氫、過(guò)硫酸鹽(如單過(guò)硫酸銨、二過(guò)硫酸銨、單過(guò)硫酸鉀、以及二過(guò)硫酸鉀)、高碘酸鹽(如高碘酸鉀)、其鹽、以及前述中的二種或多種的組合。優(yōu)選地，氧化劑以足以氧化存在于半導(dǎo)體晶片中的一種或多種所選金屬或半導(dǎo)體材料的量存在于該組合物中，如半導(dǎo)體CMP領(lǐng)域中已知的 。
[0029]本發(fā)明的拋光組合物還可任選地包含適量的一種或多種通常包含于拋光組合物中的其它添加材料，如金屬絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑、粘度調(diào)節(jié)劑、殺生物劑等。
[0030]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該拋光組合物進(jìn)一步包含殺生物量的殺生物劑(如異噻唑啉酮組合物，如可得自Rohm and Haas的KATHON?殺生物劑)。
[0031]該含水載體可為任何含水溶劑，如水、含水甲醇、含水乙醇、以及其組合物等。優(yōu)選地，該含水載體主要包含去離子水。
[0032]本發(fā)明的拋光組合物可通過(guò)任何合適技術(shù)而制備，所述技術(shù)中的許多是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。該拋光組合物可以間歇或連續(xù)方法制備。通常，該拋光組合物可通過(guò)以任何順序組合其成分的方式制備。本文使用的術(shù)語(yǔ)“成分”包括單個(gè)組分(如氧化鈰、酸、聚合物、緩沖劑、氧化劑等)以及組分的任何組合。例如，該氧化鈰磨料可分散于水中，與聚合物成分組合，并通過(guò)能夠?qū)⒃摮煞植⑷霋伖饨M合物中的任何方法混合。典型地，當(dāng)利用氧化劑時(shí)，直到該組合物準(zhǔn)備用于CMP方法時(shí)才將其加入該拋光組合物中，例如該氧化劑可正好在開(kāi)始拋光前加入。當(dāng)需要時(shí)，pH可在任何適當(dāng)時(shí)機(jī)通過(guò)加入酸或堿而進(jìn)一步調(diào)節(jié)。
[0033]本發(fā)明的拋光組合物也可以濃縮物提供，其將在使用前以適量的含水溶劑(如水)進(jìn)行稀釋。在這樣的實(shí)施方式中，該拋光組合物濃縮物可包含以這樣的量分散或溶解于含水溶劑中的各種成分，該量使得當(dāng)使用適量含水溶劑稀釋該濃縮物時(shí)，該拋光組合物的各成分將以在適于使用的范圍內(nèi)的量存在于該拋光組合物中。
[0034]本發(fā)明還提供化學(xué)機(jī)械拋光氮化硅基材的方法，如用于相對(duì)于多晶硅的去除的氮化硅的選擇性去除。該方法包含(i)使含氮化硅基材的表面與拋光墊與如本文所述的本發(fā)明的拋光組合物接觸，以及(ii)使該拋光墊與該基材表面彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)維持至少一部分該拋光組合物在該墊及該表面之間，從而磨蝕至少部分的表面以?huà)伖庠摶?。[0035]本發(fā)明的拋光組合物可用于拋光任何合適基材，且尤其用于拋光包含氮化硅的基材以及含有氮化硅與多晶硅和/或氧化硅的基材。本發(fā)明的組合物在低至足以避免過(guò)多刮痕缺陷的磨料水平下提供相對(duì)高的氮化硅去除速率。具體地，可改變?cè)揅MP組合物的配方與PH以改變氮化硅去除速率。此外，氮化硅的相對(duì)去除速率大于多晶硅與氧化硅的去除速率。該選擇性是用于拋光具有相對(duì)窄的氧化物線(xiàn)寬的現(xiàn)代半導(dǎo)體材料時(shí)的額外優(yōu)點(diǎn)。
[0036]本發(fā)明的拋光組合物特別適合與化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備結(jié)合使用。典型地，該CMP設(shè)備包含載盤(pán)，當(dāng)使用時(shí)，其處于運(yùn)動(dòng)中且具有源自軌道運(yùn)動(dòng)、直線(xiàn)和/或圓周運(yùn)動(dòng)的速度；與該載盤(pán)接觸且與處于運(yùn)動(dòng)時(shí)的該載盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的拋光墊；以及載具，其支承待通過(guò)接觸并相對(duì)于拋光墊的表面運(yùn)動(dòng)而拋光的基材?；牡膾伖馔ㄟ^(guò)以下發(fā)生:將基材放置為與該拋光墊以及本發(fā)明的拋光組合物接觸，之后相對(duì)于該基材移動(dòng)該拋光墊，以磨蝕至少部分基材而拋光該基材。
[0037]可使用任何適合的拋光表面(如拋光墊)以本發(fā)明的拋光組合物平面化或拋光基材。合適的拋光墊包括例如織物與非織物拋光墊、有槽或無(wú)槽墊、多孔或非多孔墊等。此外，合適的拋光墊可包含任何合適的多種密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮回復(fù)性、以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、氟碳化合物、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、其共形成的產(chǎn)物、以及其混合物。
[0038]期望地，該CMP設(shè)備另外包含原位拋光終點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)，其中的許多為本領(lǐng)域已知的。通過(guò)分析從工件表面反射的光或其它輻射而用于檢查與監(jiān)測(cè)拋光過(guò)程的技術(shù)是本領(lǐng)域已知。這樣的方法描述于如Sandhu等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，196，353號(hào)、Lustig等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，433，651號(hào)、Tang的美國(guó)專(zhuān)利第5，949，927號(hào)、以及Birang等人的美國(guó)專(zhuān)利第5，964，643號(hào)中。期望地，對(duì)于正被拋光的工件的拋光過(guò)程的進(jìn)展的檢查與監(jiān)測(cè)使得能夠確定拋光終點(diǎn)，即確定何時(shí)終止對(duì)具體工件的拋光過(guò)程。
[0039]以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的一些方面，但不應(yīng)解釋為任何限制其范圍的形式。如在本文以及隨后的實(shí)施例與 權(quán)利要求中所使用的，以百萬(wàn)分率(ppm)為單位的濃度基于目標(biāo)活性成分的重量除以該組合物的重量(如毫克成分/公斤組合物)。
[0040]實(shí)施例1
[0041]本實(shí)施例說(shuō)明陽(yáng)離子聚合物對(duì)于去除氮化硅、多晶硅、以及氧化硅的效果。
[0042]在Applied Materials REFLEXION? CMP設(shè)備上使用拋光組合物分別對(duì)氮化
硅、氧化硅、以及多晶硅空白晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。各拋光組合物包含PH值為4的0.2重量％的鍛燒氧化鋪(Advanced Nano Products C0., Ltd.,“ANP”,平均顆粒尺寸為IOOnm)在去離子水中的含水淤漿。該CMP組合物的另外的成分列于表1，其中“Quat”指AlcoChemical的聚(甲基丙烯?；趸一谆然@)(Alco4773) ;4_PVP指聚(4-乙烯基吡啶);而2-PVP指聚(2-乙烯基吡啶)。
[0043]表1
[0044]
【權(quán)利要求】
1.適合在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法中拋光含氮化硅基材的酸性含水拋光組合物，該組合物包含: (a)0.01至10重量％的微粒狀煅燒氧化鈰磨料； (b)10至100，OOOppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物，其選自(a)聚(乙烯基吡啶)聚合物及(b)聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的聚合物的組合； (c)任選的10至200，OOOppm的聚氧化烯聚合物；以及 (d)用于該組合物的含水載體。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該磨料以0.05至5重量％的濃度存在于該組合物中。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中該至少一種陽(yáng)離子聚合物以15至10，OOOppm的濃度存在于該組合物中。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中該聚氧化烯聚合物以200至100，OOOppm的濃度存在于該組合物中。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中該聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)_共-聚(丙二醇)嵌段共聚物、或其組合。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中該聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物，其包含平均數(shù)目為300至1500的乙二醇單體單元。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中該經(jīng)季銨取代的聚合物包括經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物。`
8.權(quán)利要求1的組合物，其中該聚(乙烯基吡啶)聚合物包括聚(4-乙烯基吡啶)。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中該聚(乙烯基吡啶)聚合物包括聚(2-乙烯基吡啶)。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中該聚(乙烯基吡啶)聚合物是共聚物，其包含至少一種乙烯基吡啶單體與至少一種選自非離子單體和陽(yáng)離子單體的共聚單體。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中該至少一種陽(yáng)離子聚合物包括聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物的組合。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中該至少一種陽(yáng)離子聚合物包括10至90ppm的聚(乙烯基吡啶)聚合物與15至IOOppm的聚(甲基丙烯?；趸一谆u化銨)聚合物的組八口 ο
13.權(quán)利要求1的組合物,其中該含水載體包括去離子水。
14.權(quán)利要求1的組合物,其中該組合物的pH為3至6。
15.適合在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法中相對(duì)于多晶硅選擇性去除氮化硅的酸性含水拋光組合物，該組合物包含: (a)0.05至5重量％的微粒狀煅燒氧化鈰磨料； (b)15至10，OOOppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物，選自(a)聚(乙烯基吡啶)聚合物以及(b)聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的聚合物的組合； (c)200至100，OOOppm的聚氧化烯聚合物，選自聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)_共-聚(丙二醇)嵌段共聚物、或其組合； (d)用于該組合物的含水載體； 其中該組合物的pH為3至6。
16.權(quán)利要求15的組合物，其中該至少一種陽(yáng)離子聚合物包括10至90ppm的聚(乙烯基吡啶)聚合物與15至IOOppm的聚(甲基丙烯?；趸一谆u化銨)聚合物的組口 。
17.權(quán)利要求15的組合物，其中該聚(乙二醇)聚合物包含平均數(shù)目為200至2000的乙二醇單體單元。
18.用于拋光基材表面的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，該方法包含用權(quán)利要求1的組合物磨蝕該基材表面，其中該組合物在使用時(shí)包含0.01至2重量％的氧化鈰磨料、10至1000ppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物、以及任選的10至2000ppm的聚氧化烯聚合物。
19.權(quán)利要求18的方法,其中該基材表面包含氮化娃、多晶娃、以及二氧化娃。
20.用于拋光基材表面的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法,該方法包含用權(quán)利要求15的組合物磨蝕該基材表面，其中該組合物在使用時(shí)包含0.05至0.5重量％的氧化鈰磨料、10至IOOppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物、以及任選的200至1000ppm的聚氧化烯聚合物。
21.權(quán)利要求20的方法,其中該基材表面包含氮化娃、多晶娃、以及二氧化娃。
22.用于優(yōu)先于多晶娃去除而從基材表面選擇性去除氮化娃的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，該方法包含以下步驟: (a)使含氮化硅與多晶硅的基材的表面與拋光墊和酸性含水CMP組合物接觸；以及 (b)引起該拋光墊與該基材之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)維持部分該CMP組合物與該墊和該基材之間的表面接觸足以從該表面磨蝕氮化硅的時(shí)間， 其中該CMP組合物包含: (i)0.01至2重量％的微粒狀煅燒氧化鈰磨料； (ii)10至1000ppm的至少一種陽(yáng)離子聚合物，其選自(a)聚(乙烯基吡啶)聚合物以及(b)聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的聚合物的組合； (iii)任選的10至2000ppm的聚氧化烯聚合物；以及 (iv)用于該組合物的含水載體。
23.權(quán)利要求22的方法，其中該CMP組合物的該至少一種陽(yáng)離子聚合物包括聚(乙烯基吡啶)聚合物與經(jīng)季銨取代的聚合物的組合。
24.權(quán)利要求22的方法，其中該經(jīng)季銨取代的聚合物包括經(jīng)季銨取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物。
25.權(quán)利要求22的方法，其中該經(jīng)季銨取代的聚合物包括聚(甲基丙烯?；趸一谆u化銨)聚合物。
26.權(quán)利要求22的方法，其中該CMP組合物的該至少一種陽(yáng)離子聚合物包括選自如下的至少一種聚合物--聚(2-乙烯基吡啶)聚合物、聚(4-乙烯基吡啶)聚合物、以及包含至少一種乙烯基吡啶單體和至少一種選自非離子單體與陽(yáng)離子單體的共聚單體的共聚物。
27.權(quán)利要求22的方法，其中該CMP組合物的該聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)_共-聚(丙二醇)嵌段共聚物、或其組合。
28.權(quán)利要求22的方法，其中該CMP組合物的pH為3至6。
29.權(quán)利要求22的方法,其中該基材表面還包含二氧化娃。
【文檔編號(hào)】C09K3/14GK103492519SQ201280018534
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】W.沃德 申請(qǐng)人:嘉柏微電子材料股份公司