專利名稱：用于高的氮化硅對氧化硅去除速率比率的拋光組合物及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及拋光組合物和使用該組合物拋光基底的方法。
背景技術：
作為隔離半導體器件的各元件的方法，大量關注集中在淺槽隔離(shallow trench isolation)(STI)工藝，其中在硅基底上形成氮化硅層，通過蝕刻或光刻法形成淺槽，并沉積介電層以填充該槽。由于以這種方式形成的槽或線的深度的變化，一般必須在基底頂部上沉積過量的介電材料以確保完全填充所有槽。
然后一般地通過化學-機械平面化工藝除去過量的介電材料(例如，氧化物)以暴露氮化硅層。當?shù)鑼颖┞稌r，暴露于化學-機械拋光系統(tǒng)的最大面積的基底包含氮化硅，其然后必須被拋光以獲得高度平坦且均勻的表面。通常，過去的實踐著重于對氧化物拋光優(yōu)先于氮化硅拋光的選擇性。因此，由于在氮化硅層暴露時總拋光速率已下降，在化學-機械平面化工藝的過程中氮化硅層用作停止層。然而，由于在下一代器件中氧化物線寬度變得越來越小，在一些情況下，期望使用具有氮化硅對氧化物拋光的選擇性的拋光系統(tǒng)，以最小化在基底表面上形成的氧化物線的缺陷。
用于平面化或拋光基底表面的組合物和方法是本領域公知的。拋光組合物(也稱為拋光漿料)一般地包含在液體載體中的磨料并通過將表面與充滿著拋光組合物的拋光墊接觸而施用于表面。一般的磨料包括二氧化硅、氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯和氧化錫。例如，美國專利5,527,423描述了一種通過將表面與拋光漿料接觸而化學-機械拋光金屬層的方法，所述拋光漿料包含在水性介質中的高純度細金屬氧化物顆粒。拋光組合物一般與拋光墊(例如，拋光布或盤)一起使用。合適的拋光墊描述在美國專利6,062,968、6,117,000和6,126,532中，其公開了具有開孔多孔網(wǎng)絡的燒結聚氨酯拋光墊的使用，和在美國專利5,489,233中，其公開了具有表面結構或圖案的固體拋光墊的使用。代替懸浮于拋光組合物中或除了懸浮于拋光組合物中之外，磨料可以引入拋光墊中。美國專利5,958,794公開了固定磨料的拋光墊。
已知若干種用于包含低介電常數(shù)材料(例如，氧化物)的基底的化學-機械拋光組合物。例如，美國專利6,043,155公開了用于無機和有機絕緣膜的基于氧化鈰的漿料，具有二氧化硅相對氮化硅拋光的選擇性。美國專利申請公開2002/0168857A1公開了一種制造半導體器件的方法，其中二氧化硅沉積在用槽圖案化的氮化硅膜上，且然后進行兩段式化學-機械拋光工藝以選擇地去除覆蓋的二氧化硅，從而留下填滿二氧化硅的槽。由此，本領域仍需要對氮化硅相對下伏介電成分的拋光具有相反選擇性的拋光組合物和方法。
本發(fā)明提供這樣的組合物和方法。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點以及另外的發(fā)現(xiàn)特征將由這里提供的發(fā)明描述變得明晰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種化學-機械拋光組合物，包括(a)陽離子磨料，(b)選自由以下構成的組的陽離子聚合物(1)0.1ppm至50ppm陽離子均聚物，(2)0.1ppm至50ppm陽離子共聚物，該陽離子共聚物包含至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中至少一種陽離子單體以摩爾計占陽離子共聚物的超過50％，和(3)0.1ppm至200ppm陽離子共聚物，該陽離子共聚物包含至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中至少一種陽離子單體以摩爾計占共聚物的50％或更少，以及(c)水，其中拋光組合物的pH值為7或更少。本發(fā)明進一步提供一種化學-機械拋光基底的方法，包括(i)將基底與拋光墊和化學-機械拋光組合物接觸，該化學-機械拋光組合物包括(a)陽離子磨料，(b)選自由以下構成的組的陽離子聚合物(1)0.1ppm-50ppm的陽離子均聚物，(2)0.1ppm-50ppm的陽離子共聚物，該陽離子共聚物包括至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中所述至少一種陽離子單體以摩爾計占陽離子共聚物的超過50％，和(3)0.1ppm-200ppm的陽離子共聚物，該陽離子共聚物包括至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中所述至少一種陽離子單體以摩爾計占共聚物的50％或更少，以及(c)水；(ii)相對于基底移動拋光墊，在其之間具有所述化學-機械拋光組合物，以及(iii)研磨基底的至少一部分來拋光基底。
具體實施例方式
本發(fā)明提供化學-機械拋光組合物，其包括(a)陽離子磨料，(b)陽離子聚合物(例如，均聚物或共聚物)，和(c)水。該拋光組合物期望地容許在平面化包含氮化硅和二氧化硅的基底的過程中選擇性去除氮化硅優(yōu)先于二氧化硅。
該拋光組合物包含陽離子磨料。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，陽離子磨料包括在拋光組合物的pH下具有正表面電荷的磨料顆粒。磨料顆粒的表面電荷可隨pH變化。期望的陽離子磨料為陽離子金屬氧化物磨料。優(yōu)選，陽離子金屬氧化物磨料選自二氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、摻雜的硅石、及其混合物。更優(yōu)選，磨料為二氧化鈰或氧化鋯。最優(yōu)選，磨料為二氧化鈰。
陽離子金屬氧化物磨料可以通過任意適宜的方法制備。用于制備在本發(fā)明的范圍內(nèi)有用的陽離子金屬氧化物磨料顆粒的適宜方法包括火成法和水熱法。在火成法中可由揮發(fā)性前體(例如，金屬鹵化物)通過在高溫火焰(H2/空氣或H2/CH4/空氣)中前體的水解和/或氧化制造熱解金屬氧化物以制備所關心的金屬氧化物。熱解金屬氧化物可由非揮發(fā)性前體通過將該前體溶解或分散在適宜的溶劑例如水、醇或基于酸的溶劑中來制備?？墒褂梦⒌萎a(chǎn)生器將包含前體的溶液噴射到高溫火焰中，并隨后可收集金屬氧化物。一般的微滴產(chǎn)生器包括雙流體霧化器、高壓噴霧噴嘴和超聲霧化器。
陽離子金屬氧化物磨料可以是摻雜的硅石，例如，氧化鋁-摻雜的硅石。通常地，通過共發(fā)煙(co-fuming)法制備氧化鋁-摻雜的硅石，其中將四氯化硅和氯化鋁的混合物進行氣相水解，由此形成包含氧化鋁和二氧化硅的復合顆粒。通常地，在硅石顆粒的等電點之上的pH(例如，pH 3.5或更高)時，硅石顆粒具有負的或陰離子的表面電荷。合適的第二種金屬氧化物(例如，氧化鋁)的存在使摻雜的硅石顆粒變?yōu)殛栯x子性。期望地，0.01重量％或更多(例如，0.2重量％或更多，或0.3重量％或更多)的第二種金屬氧化物存在于摻雜的硅石顆粒中。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)的第二種金屬氧化物存在于摻雜的硅石顆粒中。氧化鋁-摻雜的硅石的實例為可以從Degussa獲得的MOX 80和MOX 170產(chǎn)品(兩者皆包含1％氧化鋁)。
如上所述，陽離子金屬氧化物磨料可以通過水熱法制備。在水熱法中，具有與期望的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，并經(jīng)歷高溫和高壓狀態(tài)。水熱法將金屬鹽轉化為相應的金屬氧化物。
或者，在水熱法中，具有比期望的金屬氧化物低的氧化水平的金屬鹽可與氧化劑一起使用。例如，美國專利5,389,352公開了制備氧化鈰的方法，該方法包括形成由水溶性的三價鈰鹽和氧化劑組成的水溶液，然后將該溶液作為液相老化一段時間，在該過程中三價鈰鹽氧化為氧化鈰顆粒。
在水熱法過程中，包含第二種金屬鹽的摻雜劑可以加入到第一金屬鹽中，以制備包含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、鉻和鋅。在水熱法進行過程中，任意適宜量的第二金屬鹽可以加入到第一金屬鹽中。如果需要摻雜劑，在水熱法過程中，一般1ppm或更多(例如，10ppm或更多，或50ppm或更多，或甚至100ppm或更多)的摻雜劑可加入到第一金屬鹽中。優(yōu)選地，在水熱法過程中，10000ppm或更少(例如，5000ppm或更少1000ppm或更少，或500ppm或更少)的摻雜劑可以加入到第一金屬鹽中。
陽離子磨料顆粒的期望的平均粒度(典型地，圍繞顆粒的最小球體的平均粒徑)為至少10nm或更大(例如，10-1000nm)。優(yōu)選地，磨料顆粒的平均粒度為50nm或更大(例如，50至500nm，或甚至50至300nm)。更優(yōu)選地，磨料顆粒的平均粒度為1000nm或更少(例如，800nm或更少，或500nm或更少，或甚至300nm或更少)。
陽離子磨料可以任意適宜的量存在于拋光組合物中。陽離子磨料存在于拋光組合物中的量一般為0.001重量％或更多(例如，0.005重量％或更多，或0.01重量％或更多)，基于液體載體和溶解或懸浮其中的任何組分的重量。陽離子磨料存在于拋光組合物中的量優(yōu)選為5重量％或更少(例如，2重量％或更少，或1重量％或更少)，基于液體載體和溶解或懸浮其中的任何組分的重量。更優(yōu)選地，陽離子磨料存在于拋光組合物中的量為0.01重量％-1重量％。
磨料期望地懸浮于拋光組合物中，更具體地，懸浮在拋光組合物的水組分中。當磨料懸浮于拋光組合物中時，磨料優(yōu)選為膠體穩(wěn)定的。術語膠體是指磨料顆粒在液態(tài)載體中的懸浮液。膠體穩(wěn)定是指懸浮液隨時間的保持。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如果當磨料置于100ml量筒并不攪動放置2小時時，量筒底部50ml中的顆粒濃度([B]，單位為g/ml)與量筒上部50ml中的顆粒濃度([T]，單位為g/ml)之間的差除以磨料組合物中顆粒的起始濃度([C]，單位為g/ml)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，則磨料被認為是膠體穩(wěn)定的。[B]-[T]/[C]的值期望小于或等于0.3，且優(yōu)選小于或等于0.1。
所述拋光組合物包含陽離子聚合物。陽離子聚合物可以為任意適宜的陽離子聚合物。陽離子聚合物可以為陽離子均聚物或陽離子共聚物。陽離子聚合物的目的是，對于包括二氧化硅和氮化硅的基底，與氮化硅的去除速率相比降低二氧化硅的去除速率，這是通過本發(fā)明的拋光組合物可實現(xiàn)的。不希望受到任何特別理論的束縛，認為陽離子聚合物優(yōu)先地吸附在二氧化硅表面上。認為陽離子聚合物在二氧化硅表面上形成保護膜來抑制所述拋光組合物與二氧化硅表面的接觸，由此在有利地不顯著影響氮化硅去除速率的同時降低二氧化硅的去除速率。
陽離子均聚物可以是任意適宜的基本上由陽離子單體重復單元組成的陽離子均聚物。例如，陽離子聚合物可以是任意適宜的基本上由包括氮的陽離子重復單元組成的陽離子聚合物，該陽離子包括但不限于包含堿性胺基和季銨化胺基的單體。堿性胺基或季銨化胺基可以是非環(huán)式的或引入環(huán)結構中。為了改變陽離子聚合物的溶解度、粘度或其它物理參數(shù)，對陽離子聚合物通過烷基化、?；?、乙氧基化或其它化學反應進一步改性也是合適的。優(yōu)選地，陽離子聚合物選自聚乙烯亞胺、乙氧基化聚乙烯亞胺、聚二烯丙基二甲基鹵化銨、聚(酰氨基胺)、聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基銨)氯化物、聚(甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基銨)氯化物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基咪唑)、聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基胺)。更優(yōu)選地，陽離子聚合物為聚乙烯亞胺。
陽離子聚合物可以是任意適宜的基本上由包含锍基團的單體組成的陽離子均聚物。锍基團包含用三個碳原子取代的硫原子，硫原子帶有正電荷。包含锍基團的陽離子聚合物和陽離子單體的非限制性實例公開在美國專利4,528,384中。
陽離子聚合物可以是任意適宜的基本上由包含鏻基團的單體組成的陽離子均聚物。鏻基團包含用四個碳原子取代的磷原子，磷原子帶有正電荷。包含鏻基團的陽離子聚合物和陽離子單體的非限制性實例公開在美國專利5,439,617中。
陽離子均聚物可以是任意適宜的具有凈正電荷的過渡金屬低聚物。例如，鋁化合物可以形成陽離子低聚物質例如″聚-氯化鋁″，其是指一類可溶性鋁制品，其中氯化鋁已部分地與堿反應，且其包含一些鋁的高陽離子性低聚物。過渡金屬低聚物的其它非限制性實例可在，例如，“ComprehensiveOrganometallic Chemistry II”，E.W.Abelm，F(xiàn).G.A.Stone，and G.Wilkinson，eds.，Pergamon Press(1995)中找到。
陽離子聚合物可以是包含至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體的共聚物，其中至少一種陽離子單體以摩爾計占共聚物的超過50％或以摩爾計占共聚物的50％或者更少。陽離子和非離子單體可以是任意適宜的陽離子和非離子單體。
例如，陽離子單體可以是任意適宜的含氮的陽離子單體，包括但不限于包含堿性胺基和季銨化胺基的單體。堿性胺基或季銨化胺基可以是非環(huán)式的或引入環(huán)結構中。在本發(fā)明的范圍內(nèi)有用的陽離子單體的實例包括但不限于氮丙環(huán)、二烯丙基二甲基鹵化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、2-氨基乙基甲基丙烯酸酯、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸酯、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基胺和酰氨基胺。陽離子單體可以包含锍和鏻基團。適于引入共聚物的锍基團和鏻基團可以是如上所述的。優(yōu)選地，陽離子單體是氮丙環(huán)(ethyleneimine)。
非離子單體，例如，可以是任意適宜的非離子單體，包括但不限于乙烯、丙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、苯乙烯、表氯醇、丙烯酰胺、和它們的混合物。
陽離子共聚物可以由任何合適的技術制備。例如，可以通過自由基、陽離子、陰離子或縮聚聚合制備共聚物。共聚物可以是無規(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。為了改變共聚物的溶解度、粘度或其它物理參數(shù)，可通過烷基化、?；?、乙氧基化或其它化學反應進一步改性陽離子共聚物。
陽離子聚合物(例如，陽離子均聚物或共聚物)可以具有任意適宜的平均分子量。優(yōu)選地，陽離子聚合物的平均分子量為1,000道爾頓或更多(例如，5,000道爾頓或更多，或10,000道爾頓或更多，或50,000道爾頓或更多，或甚至100,000道爾頓或更多)。
陽離子聚合物在拋光組合物中的量取決于陽離子聚合物的本性。當陽離子聚合物是陽離子均聚物或包含至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體的陽離子共聚物，其中陽離子單體以摩爾計占陽離子共聚物的超過50％時，則陽離子聚合物在拋光組合物中的量基于拋光組合物的總重量為0.1ppm至50ppm。一般地，陽離子聚合物的量為0.5ppm或更多(例如，1ppm或更多)。因此，陽離子聚合物在拋光組合物中的量可以是0.5ppm至45ppm(例如，1ppm至40ppm)，或2ppm至35ppm(例如，3ppm至30ppm)。當陽離子聚合物是包含至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體的陽離子共聚物，其中陽離子單體以摩爾計占陽離子共聚物的50％或更少時，則陽離子聚合物在拋光組合物中的量基于拋光組合物的總重量為0.1ppm至200ppm。在這樣的實施方案中，一般地陽離子聚合物的量為0.1ppm至200ppm(例如，5ppm至200ppm)，或10ppm至150ppm(例如，20ppm至100ppm)。如果陽離子聚合物在拋光組合物中的量太低，則觀察不到由陽離子聚合物的添加產(chǎn)生的效果。如果陽離子聚合物在拋光組合物中的量太高，則發(fā)生抑制氮化硅的去除，由此氮化硅的去除相對二氧化硅去除的比率降低，并且對于基底的總拋光速率降至有用的水平之下。
本發(fā)明的陽離子均聚物和陽離子共聚物實現(xiàn)在包含氮化硅和氧化硅的基底的化學-機械拋光中氮化硅優(yōu)先于氧化硅的去除的類似選擇性。通常地，與包含陽離子均聚物的拋光組合物相比，需要使用在拋光組合物中較高濃度的陽離子共聚物以實現(xiàn)類似的拋光性能。盡管在拋光組合物中與陽離子均聚物相比較大量陽離子共聚物的使用的需要可能存在缺點，例如成本和供應要求，但在制造過程中具有較高的陽離子共聚物濃度的拋光組合物的配料中可實現(xiàn)的較高的精確度在一些情況下可是有利的。
拋光組合物的pH值為7或更少(例如，6或更少)。優(yōu)選地，拋光組合物的pH為1或更多(例如，2或更多，3或更多)。更優(yōu)選地，拋光組合物的pH值為4至7(例如，4至6)。拋光組合物任選地包含pH調(diào)節(jié)劑，例如，氫氧化鉀、氫氧化銨、烷基氫氧化銨和/或硝酸。拋光組合物可任選地包含pH緩沖系統(tǒng)，例如，乙酸銨或檸檬酸二鈉。許多這樣的pH緩沖系統(tǒng)是本領域公知的。
拋光組合物任選地進一步包括羧酸。在拋光組合物中有用的羧酸包括單羧酸和二羧酸及其鹽。羧酸可以進一步包含選自以下的官能團羥基、羰基、鹵素、胺和含氮的芳族雜環(huán)。優(yōu)選地，羧酸選自乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸、甲酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、乳酸、鄰苯二甲酸、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。
拋光組合物可以包含任意適宜量的羧酸，且當存在時一般地包括10ppm或更多(例如，10-1000ppm)。優(yōu)選地，羧酸存在于拋光組合物中的量為1000ppm或更少(例如，800ppm或更少，或600ppm或更少)。
應能理解，上述羧酸可以鹽(例如，金屬鹽、銨鹽等)、酸或其部分鹽的形式存在。例如，酒石酸鹽包括酒石酸、及其單鹽和雙鹽。此外，包括堿性官能團的羧酸可以堿性官能團的酸式鹽形式存在。例如，甘氨酸包括甘氨酸及其一酸價鹽。此外，一些羧酸可以同時作為酸和螯合劑(例如，某些氨基酸等)。
羧酸在拋光組合物中起到若干作用。羧酸與陽離子聚合物的聯(lián)合通過乙酯二氧化硅去除賦予使用本發(fā)明拋光組合物觀察到的對于氮化硅去除優(yōu)先于二氧化硅去除的選擇性。羧酸進一步起到緩沖系統(tǒng)的pH以及改善拋光組合物的膠體穩(wěn)定性的作用。
拋光組合物任選地進一步包括一種或多種其它添加劑。這些添加劑包括任意適宜的表面活性劑和/或流變控制劑，包括粘度增強劑和凝結劑(例如，聚合物流變控制劑，如，舉例來說，氨基甲酸酯聚合物)，包含一個或多個丙烯酸類子單元(subunit)的丙烯酸酯(例如，乙烯基丙烯酸酯和苯乙烯丙烯酸酯)、和其聚合物、共聚物、和低聚物、及其鹽。適宜的表面活性劑包括，例如，陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陰離子聚電解質、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑、氟化表面活性劑、其混合物等。
拋光組合物任選地進一步包括殺生物劑。殺生物劑可以是任意適宜的殺生物劑，例如，異噻唑啉酮殺生物劑。殺生物劑在拋光組合物中的量一般為1ppm至500ppm，且優(yōu)選地為10ppm至200ppm。
可以通過任意合適技術制備所述拋光組合物，許多合適技術為本領域技術人員公知?？梢酝ㄟ^間歇式或連續(xù)式工藝制備所述拋光組合物。通常地，可以通過任意的順序將其組分組合制備所述拋光組合物。這里所用的術語“組分”包括單獨的成分(例如，酸、堿等)和各成分(例如，酸、堿、表面活性劑等)的任意組合。
例如，陽離子磨料可以分散在水中。然后可加入陽離子均聚物或共聚物和任選的羧酸，并通過能夠將組分引入拋光組合物中的任意方法混合。拋光組合物可以在使用前制備，剛好在使用之前(例如使用前1分鐘內(nèi)，或使用前1小時內(nèi)，或使用前7天內(nèi))，一種或多種組分如陽離子均聚物或共聚物加入到拋光組合物中。pH可以在任意適宜的時候調(diào)節(jié)。拋光組合物還可在拋光操作過程中在基底的表面上通過將組分混合而制備。
此外拋光組合物可以作為濃縮物提供，濃縮物在使用前用適量的水稀釋。在該實施方案中，拋光組合物濃縮物可以包含陽離子磨料、陽離子均聚物或共聚物、羧酸和水，其量使得在用適量的水稀釋濃縮物時，拋光組合物的每一組分存在于拋光組合物中的量處于上述的每一組分的適宜范圍之內(nèi)。例如，陽離子磨料、陽離子均聚物或共聚物、和羧酸可各自以2倍(例如，3倍、4倍或5倍)于上述各個組分濃度的量存在于濃縮物中，使得當用等量的水(例如，分別以2等份水、3等份水或4等份水)稀釋時，每一組分存在于拋光組合物中的量處于上述各組分的范圍之內(nèi)。此外，本領域技術人員應明白，濃縮物可以包含存在于最終拋光組合物中的適當分數(shù)的水以確保陽離子均聚物或共聚物、任選的羧酸和其它適宜的添加劑至少部分地或完全地溶于濃縮物中。
本發(fā)明還提供化學-機械拋光基底的方法，包括(i)將基底與拋光墊和本文所述的化學-機械拋光組合物接觸，(ii)相對于基底移動拋光墊片，在其中間有化學-機械拋光組合物，以及(iii)研磨基底的至少一部分以拋光基底。
本發(fā)明的方法可用于拋光任意適宜的基底，且尤其適用于拋光包含氮化硅和二氧化硅的基底。適宜的基底包括用于半導體工業(yè)的晶片。拋光組合物特別地適合于平面化或拋光已經(jīng)過淺槽隔離(STI)處理的基底。STI處理一般地包括提供硅家底，其上沉積有氮化硅層。在光刻法后將槽蝕刻在包含氮化硅覆蓋層的基底上，并且過量的二氧化硅沉積其上。然后將基底進行平面化直到氮化硅表面層被基本上去除，使得保留在槽中的二氧化硅與槽的邊緣大致水平。期望地，在STI處理中使用本發(fā)明的拋光組合物進行平面化或拋光，優(yōu)選地使得基本上去除氮化硅且將二氧化硅適當?shù)仄矫婊鴽]有過度侵蝕槽內(nèi)的二氧化硅。
本發(fā)明的拋光方法特別地適于與化學-機械拋光(CMP)設備結合使用。一般地，所述設備包括壓板，其在使用時移動且具有由于軌道、線性或圓周運動產(chǎn)生的速度；拋光墊，其與壓板接觸，且隨壓板移動而移動；以及載體，其通過接觸拋光墊表面并相對其移動而保持待拋光的基底。通過將基底與拋光墊和本發(fā)明的拋光組合物接觸，然后相對于基底移動拋光墊片來進行基底的拋光，以研磨基底的至少一部分從而將基底拋光。
可用所述化學-機械拋光組合物與任意適宜的拋光墊(例如，拋光表面)來平面化或拋光基底。適宜的拋光墊包括，例如，紡織物和無紡織物拋光墊。此外，適宜的拋光墊可以包含任意適宜的不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、對壓縮的回彈性和壓縮模量的聚合物。適宜的聚合物包括，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、其共形成產(chǎn)物、以及其混合物。
期望地，CMP設備進一步包括原位拋光終點檢測系統(tǒng)，其許多是本領域已知的。在本領域已知有通過分析自工件表面反射的光或其它輻射來檢查和監(jiān)測拋光過程的技術。這種方法描述在例如美國專利5,196,353、美國專利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和美國專利5,964,643中。期望地，對待拋光工件的拋光過程進度的檢查或監(jiān)測使得能夠確定拋光終點，即，確定什么時候終止對具體工件的拋光過程。
下列實施例進一步闡述本發(fā)明但是，當然，不應該認為是以任何方式限制它的范圍。
在下面的實施例中，拋光實驗通常地包括使用50.8cm(20英寸)直徑的拋光工具，基底對拋光墊的向下壓力27.6kPa(4psi)，60rpm的壓板速度，56rpm的載體速度，200mL/分鐘的拋光組合物流速，以及使用同心槽形CMP墊的原位調(diào)節(jié)。
實施例1該實施例表明用本發(fā)明平拋光組合物觀測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和二氧化硅層的去除速率的影響。
分別地用六種不同的拋光組合物(組合物1A-1F)將類似的氮化硅層和二氧化硅層拋光。組合物各自包含在pH 4.9下在水中的0.4重量％的二氧化鈰和400ppm的4-氨基丁酸。組合物1A(對照)不包含另外的成分(例如，不含聚乙烯亞胺)。組合物1B-1F(本發(fā)明)進一步包含如表1給出的不同量的聚乙烯亞胺。在使用所述拋光組合物后，測定氮化硅(“氮化物”)和二氧化硅(“氧化物”)的去除速率，并計算選擇性，定義為氮化硅對二氧化硅去除速率的比率。結果在表1中列出。
表1增加聚乙烯亞胺的量對氮化硅和氧化硅去除速率的影響

從表1中所列數(shù)據(jù)顯而易見的是，聚乙烯亞胺的量從無增加到4ppm導致的氮化硅去除速率可以忽略，而二氧化硅的去除速率降低約86％。定義為氮化硅對氧化硅去除速率比率的選擇性從沒有聚乙烯亞胺存在于拋光組合物中的1.5提高到4ppm聚乙烯亞胺存在于拋光組合物中的10.2。增加聚乙烯亞胺在拋光組合物中的量至10ppm導致對于兩層的去除速率的明顯降低。因此，該實施例的結果表明氮化硅和二氧化硅的去除速率與陽離子聚合物在本發(fā)明的拋光組合物中的量的相關性。
實施例2該實施例表明用本發(fā)明的拋光組合物觀測到的不同的陽離子聚合物對氮化硅和二氧化硅層的去除速率的影響。
六種不同的拋光組合物分別地用于化學-機械拋光類似的氮化硅層和二氧化硅層(組合物2A-2F)。組合物各自包含在pH 4.9下在水中的0.4重量％的二氧化鈰和400ppm的4-氨基丁酸。組合物2A(對照)不包含另外的成分(例如，不含陽離子聚合物)。組合物2B(本發(fā)明)另外包含8.5ppm的聚乙烯亞胺(平均分子量為25,000道爾頓)。組合物2C(本發(fā)明)另外包含15ppm的聚二烯丙基二甲基氯化銨(平均分子量為60,000道爾頓)。組合物2D(本發(fā)明)另外包含10ppm的80％乙氧基化聚乙烯亞胺(平均分子量為50,000道爾頓)。組合物2E(發(fā)明)另外包含25ppm的聚酰氨基胺(平均分子量為1,000,000道爾頓)。在使用所述拋光組合物后，測定氮化硅(“氮化物”)和二氧化硅(“氧化物”)的去除速率，并計算選擇性，定義為氮化硅對二氧化硅去除速率之比。結果在表2中列出。
表2不同陽離子聚合物對氮化硅和二氧化硅去除速率的影響

從表2所列結果顯而易見的是，同對照拋光組合物相比，所有本發(fā)明拋光組合物降低與氮化硅去除速率相比的氧化硅的去除速率，同時保持氮化硅的高去除速率。同對照拋光組合物相比，使用平均分子量為25,000道爾頓的聚乙烯亞胺(拋光組合物2B)顯著地降低二氧化硅去除速率約17倍，同時降低氮化硅去除速率僅僅約15％。因此，該實施例的結果表明通過本發(fā)明的拋光組合物可實現(xiàn)的對氮化硅層和二氧化硅層的去除速率的影響。
實施例3該實施例表明用本發(fā)明拋光組合物觀測到的包含不同比例的陽離子單體和非離子單體的陽離子聚合物對氮化硅和二氧化硅層的去除速率的影響。
分別地用五種不同的拋光組合物(組合物3A、3B、3C、3D和3E)將類似的氮化硅層和二氧化硅層化學-機械拋光。組合物各自包含在水中的二氧化鈰和丙烯酰胺與二烯丙基-二甲基氯化銨(“DADMAC”)的共聚物，其中DADMAC單元在共聚物中的摩爾分數(shù)不同。組合物3A包含20ppm的與丙烯酰胺的5摩爾％DADMAC共聚物。組合物3B包含20ppm的與丙烯酰胺的15摩爾％DADMAC共聚物。組合物3C包含20ppm的與丙烯酰胺的30摩爾％DADMAC共聚物。組合物3D包含20ppm的與丙烯酰胺的100摩爾％DADMAC共聚物(即，DADMAC均聚物)。組合物3E包含100ppm的與丙烯酰胺的30摩爾％DADMAC共聚物。在使用所述拋光組合物后，測定氮化硅(“氮化物”)和二氧化硅(“氧化物”)的去除速率，并計算選擇性，定義為氮化硅對二氧化硅去除速率的比值。結果在表3中列出。
表3陽離子聚合物對于氮化硅和二氧化硅去除速率的影響

從表3所列結果顯而易見的是，在共聚物中將陽離子單體的摩爾分數(shù)從5摩爾％提高到30摩爾％(拋光組合物3A-3C)導致氧化物去除速率約2.4倍的降低，同時對氮化物速率的影響可以忽略。同使用包括陽離子共聚物的組合物相比，使用相同量的相應陽離子均聚物(拋光組合物3D)降低氮化物的去除速率約2倍，但是將選擇性提高至8.9。使用更大量(即，100ppm)的30摩爾％DADMAC-丙烯酰胺共聚物(拋光組合物3E)將選擇比提高至16.4，而對氮化物速率的影響可以忽略。因此，該實施例的結果表明通過本發(fā)明的拋光組合物可實現(xiàn)的對氮化硅層和二氧化硅層的去除速率的影響。
權利要求
1.一種拋光包含氮化硅和氧化硅的基底的化學-機械拋光組合物，包括(a)陽離子磨料，(b)選自以下的陽離子聚合物(1)0.1ppm-50ppm的陽離子均聚物，(2)0.1ppm-50ppm的陽離子共聚物，該陽離子共聚物包含至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中所述至少一種陽離子單體以摩爾計占陽離子共聚物的超過50％，和(3)0.1ppm-200ppm的陽離子共聚物，該陽離子共聚物包括至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中所述至少一種陽離子單體以摩爾計占共聚物的50％或更少，以及(c)水，其中所述拋光組合物的pH值為7或更少。
2.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子磨料選自氧化鋁、二氧化鈦和摻雜的硅石。
3.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子磨料為二氧化鈰。
4.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子磨料為氧化鋯。
5.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子磨料的存在量為0.01重量％-1重量％。
6.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子聚合物為陽離子均聚物。
7.權利要求6所述的拋光組合物，其中所述陽離子均聚物選自乙氧基化聚乙烯亞胺、聚二烯丙基二甲基鹵化銨、聚(酰氨基胺)、聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基銨)氯化物、聚(甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基銨)氯化物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基咪唑)、聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基胺)。
8.權利要求6所述的拋光組合物，其中該陽離子均聚物為聚乙烯亞胺。
9.權利要求8所述的拋光組合物，其中聚乙烯亞胺在該拋光組合物中的存在量為0.1ppm-20ppm。
10.權利要求6所述的拋光組合物，其中該陽離子均聚物為陽離子過渡金屬低聚物。
11.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子聚合物為陽離子共聚物。
12.權利要求11所述的拋光組合物，其中該陽離子聚合物包含選自以下的至少一種單體二烯丙基二甲基鹵化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、2-氨基乙基甲基丙烯酸酯、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸酯、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基胺和酰氨基胺。
13.權利要求11所述的拋光組合物，其中該陽離子單體為氮丙環(huán)。
14.權利要求1所述的拋光組合物，其中該陽離子聚合物具有的平均分子量為5000道爾頓或更多。
15.權利要求14所述的拋光組合物，其中該陽離子聚合物包括氮、锍基團、鏻基團、或其組合。
16.權利要求1所述的拋光組合物，其中所述pH為4至7。
17.權利要求1所述的拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包括羧酸。
18.權利要求17所述的拋光組合物，其中該羧酸為氨基羧酸。
19.一種化學-機械拋光基底的方法，該方法包括(i)將基底與拋光墊和化學-機械拋光組合物接觸，該化學-機械拋光組合物包括(a)陽離子磨料，(b)選自以下的陽離子聚合物(1)0.1ppm-50ppm的陽離子均聚物，(2)0.1ppm-50ppm的陽離子共聚物，該陽離子共聚物包括至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中所述至少一種陽離子單體以摩爾計占陽離子共聚物的超過50％，和(3)0.1ppm-200ppm的陽離子共聚物，該陽離子共聚物包括至少一種陽離子單體和至少一種非離子單體，其中所述至少一種陽離子單體以摩爾計占共聚物的50％或更少，以及(c)水，其中所述拋光組合物的pH值為7或更少，(ii)相對于該基底移動該拋光墊，在其之間有所述化學-機械拋光組合物，以及(iii)研磨該基底的至少一部分以拋光該基底。
20.權利要求19所述的方法，其中該陽離子磨料選自氧化鋁、二氧化鈦和摻雜的硅石。
21.權利要求19所述的方法，其中該陽離子磨料為二氧化鈰。
22.權利要求19所述的方法，其中該陽離子磨料為氧化鋯。
23.權利要求19所述的方法，其中該陽離子磨料的存在量為0.01重量％-1重量％。
24.權利要求19所述的方法，其中該陽離子聚合物為陽離子均聚物。
25.權利要求24所述的方法，其中所述陽離子均聚物選自乙氧基化聚乙烯亞胺、聚二烯丙基二甲基鹵化銨、聚(酰氨基胺)、聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基銨)氯化物、聚(甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基銨)氯化物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基咪唑)、聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基胺)。
26.權利要求24所述的方法，其中該陽離子均聚物為聚乙烯亞胺。
27.權利要求26所述的方法，其中聚乙烯亞胺在該拋光組合物中的存在量為0.1ppm-20ppm。
28.權利要求24所述的方法，其中該陽離子均聚物為陽離子過渡金屬低聚物。
29.權利要求19所述的方法，其中該陽離子聚合物為陽離子共聚物。
30.權利要求29所述的方法，其中該陽離子聚合物包含選自以下的至少一種單體二烯丙基二甲基鹵化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、2-氨基乙基甲基丙烯酸酯、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸酯、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基胺和酰氨基胺。
31.權利要求29所述的方法，其中該陽離子單體為氮丙環(huán)。
32.權利要求19所述的方法，其中該陽離子聚合物具有的平均分子量為5000道爾頓或更多。
33.權利要求32所述的方法，其中該陽離子聚合物包括氮、锍基團、鏻基團、或其組合。
34.權利要求19所述的方法，其中所述的pH為4至7。
35.權利要求19所述的方法，其中該拋光組合物進一步包括羧酸。
36.權利要求35所述的方法，其中該羧酸為氨基羧酸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學－機械拋光組合物，包括陽離子磨料、陽離子聚合物、羧酸和水。本發(fā)明還提供使用上述拋光組合物化學－機械拋光基底的方法。所述拋光組合物顯示出氮化硅去除對氧化硅去除的選擇性。
文檔編號H01L21/304GK101065458SQ200580040887
公開日2007年10月31日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權日2004年11月5日
發(fā)明者菲利普·卡特, 蒂莫西·約翰斯 申請人:卡伯特微電子公司