自停止性抛光组合物及用于块状氧化物平坦化的方法技术

本发明专利技术涉及自停止性抛光组合物及用于块状氧化物平坦化的方法。具体地说，本发明专利技术提供了包含研磨剂、自停止剂、水性载剂及任选地阳离子型聚合物的化学机械抛光组合物，而且，提供了适用于抛光基板的方法。供了适用于抛光基板的方法。供了适用于抛光基板的方法。

【技术实现步骤摘要】
自停止性抛光组合物及用于块状氧化物平坦化的方法
[0001]本申请是中国专利技术专利申请(专利技术名称：自停止性抛光组合物及用于块状氧化物平坦化的方法，申请日：2018年3月23日；申请号：201880025600.X)的分案申请。

技术介绍

[0002]在集成电路及其它电子器件的制造中，多层的导电、半导电及介电材料沉积于基板表面上或自基板表面移除。随着若干层的材料顺序地沉积于基板上且自该基板移除，该基板的最上部表面可能变为非平面的且要求平坦化。表面的平坦化或表面的“抛光”为其中材料自基板表面移除以形成大体上均匀平坦的表面的过程。平坦化适用于移除不合乎期望的表面构形及表面缺陷，诸如，粗糙表面、团聚材料、晶格损坏、刮痕及被污染的层或材料。平坦化还适用于藉由移除用于填充特征及向后续层级的金属化及处理提供均匀表面的过量沉积材料而在基板上形成特征。
[0003]在本领域中已公知用于平坦化或抛光基板表面的组合物及方法。化学机械平坦化或化学机械抛光(CMP)为用于平坦化基板的常用技术。CMP利用称为CMP组合物或更简单地称为抛光组合物(也称作抛光浆料)的化学组合物以用于自基板选择性地移除材料。典型地，藉由使基板表面与饱含抛光组合物的抛光垫(例如抛光布或抛光盘)接触而将抛光组合物施加至基板。典型地，藉由抛光组合物的化学活性和/或悬浮于抛光组合物中或结合到抛光垫(例如固定研磨剂抛光垫)中的研磨剂的机械活性而进一步辅助基板的抛光。
[0004]随着集成电路的尺寸减小且芯片上的集成电路的数目增加，构成电路的组件必须更近地安置在一起以便符合典型芯片上可用的有限空间。电路之间的有效隔离对于确保最佳半导体效能而言是重要的。为此，将浅沟槽蚀刻至半导体基板中且用绝缘材料填充以隔离集成电路的有源(作用，active)区域。更具体地说，浅沟槽隔离(STI)是其中在硅基板上形成硅氮化物层、经由蚀刻或光刻形成浅沟槽且沉积介电层以填充沟槽的过程。由于以此方式形成的沟槽的深度改变，典型地，需要在基板顶部上沉积过量的介电材料以确保所有沟槽的完全填充。介电材料(例如硅氧化物)与基板的下伏(underlying)的构形相符。
[0005]因此，在已置放介电材料之后，所沉积的介电材料的表面的特征在于藉由介电材料中的沟槽隔开的介电材料的凸起区域的不均匀组合，介电材料的凸起区域及沟槽与下伏表面的相应的凸起区域及沟槽对准。包括凸起介电材料及沟槽的基板表面区域被称为基板的图案化领域，例如，被称为“图案化材料”、“图案化氧化物”或“图案化介电质(dielectric)”。该图案化领域的特征在于“台阶高度”，其为介电材料的凸起区域的高度相对于沟槽高度的差值。
[0006]典型地，藉由CMP方法移除过量的介电材料，这另外地提供了平坦表面以供进一步处理。在移除凸起区域的材料的过程中，还将自沟槽移除一定量的材料。该自沟槽的材料移除被称为“沟槽侵蚀”或“沟槽损耗”。沟槽损耗为在藉由消除初始台阶高度来实现图案化介电材料的平坦化时自沟槽移除的材料的量(厚度，例如，以埃为单位)。沟槽损耗按初始沟槽厚度减去最终沟槽厚度来计算。合乎期望地，自沟槽移除材料的速率远低于自凸起区域移除的速率。因此，随着(以相较于自沟槽移除材料更快的速率)移除凸起区域的材料，图
案化介电质变为可称为处理基板表面的“毯覆式”区域，例如“毯覆式介电质”或“毯覆式氧化物”的高度平坦化表面。
[0007]抛光组合物可根据其抛光速率(即，移除速率)及其平坦化效率表征。抛光速率是指自基板表面移除材料的速率且通常表述为每时间单位(例如每分钟)的长度单位(厚度，例如，以埃为单位)。与基板的不同区域或与抛光步骤的不同阶段相关的不同移除速率在评定方法效能中可为重要的。“图案移除速率”是在基板呈现实质台阶高度的方法步骤期间自图案介电层的凸起区域移除介电材料的速率。“毯覆物移除速率”是指在抛光步骤结束时自图案介电层的平坦化(即，“毯覆式”)区域移除介电材料的速率，此时台阶高度已经被显著地(例如，基本完全地)减小。平坦化效率涉及与自基板移除的材料量相比的台阶高度减小(即，台阶高度减小除以沟槽损耗)。特定而言，抛光表面(例如抛光垫)首先接触该表面的“高点”且必须移除材料以便形成平坦表面。在较少移除材料的情况下导致获得平坦表面的方法被认为比需要移除更多材料以实现平坦度的方法更有效。
[0008]通常，对于STI方法中的介电质抛光步骤，硅氧化物图案材料的移除速率可限速，且因此期望硅氧化物图案的高移除速率以提高器件产量。然而，若毯覆物移除速率过快，则位于暴露的沟槽中的氧化物的过度抛光导致沟槽侵蚀及增加的器件缺陷。若降低毯覆物移除速率，则可避免过度抛光及相关的沟槽损耗。
[0009]合乎期望的是，在CMP组合物的某些抛光应用中呈现“自停止”行为，以使得在已移除表面的大部分“高点”(即凸起区域)时，移除速率降低。在自停止性抛光应用中，当显著的台阶高度存在于基板表面时，移除速率有效地高，且然后，随着表面有效地变为平面的，移除速率降低。在(例如STI方法的)多个介电质抛光步骤中，图案化介电材料(例如介电层)的移除速率典型地为整个过程的限速因素。因此，期望图案化介电材料的高移除速率以提高产量。此外，期望呈相对低的沟槽损耗形式的良好效率。另外，若在实现平坦化之后的介电质移除速率仍高，则发生过度抛光，导致额外的沟槽损耗。
[0010]自停止性浆料的优点由经减小的毯覆物移除速率产生，其产生宽的终点窗口。举例而言，自停止行为允许抛光具有减小的介电膜厚度的基板，允许减少量的材料沉积于经结构化的下层的上方。此外，发动机扭矩终点检测可用于更有效地监测最终的构形。可在平坦化之后，藉由避免过度抛光或介电质的不必要移除，在较低沟槽损耗的情况下来抛光基板。
[0011]目前，已基于氧化铈/阴离子型聚电解质系统研发出自停止性CMP组合物。举例而言，美国专利申请公开2008/0121839公开了包含无机研磨剂、聚丙烯酸/顺丁烯二酸共聚物及双子表面活性剂的抛光组合物。韩国专利第10
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1524624号公开了包含氧化铈、羧酸及混合胺化合物的抛光组合物(英文摘要)。国际专利申请公开第WO2006/115393号公开了包含氧化铈、羟基羧酸及氨基醇的抛光组合物。然而，随着半导体器件的结构变得更复杂且尤其随着NAND技术自2D变为3D，归因于使用阴离子型聚合物，当前的自停止性CMP组合物正面临由研磨剂与硅氧化物表面之间的静电排斥所引起的受限的台阶高度降低速率的挑战。
[0012]仍需要将提供适用的移除速率同时还提供改善的平坦化效率的用于化学机械抛光含硅氧化物基板的组合物及方法。本专利技术提供了这样的抛光组合物及方法。本专利技术的这些及其它优势以及本专利技术的额外特征将自本文中所提供的本专利技术的描述而明晰。

技术实现思路

[0013]本专利技术提供包含研磨剂、自停止剂、水性载剂及任选地阳离子型化合物的化学机械抛光组合物，以及适用于使用本专利技术抛光组合物来抛光基板的方法。
[0014]更具体地说，本专利技术提供包含以下的化学机械抛光组合物：(a)研磨剂；(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.化学机械抛光组合物，包含：(a)选自氧化铈、氧化锆及其组合的研磨剂，(b)选自式(I)化合物的自停止剂：其中R选自：氢、烷基、环烷基、芳基、杂环烷基及杂环芳基，其中的每一者均可经取代或未经取代；(c)阳离子型聚合物，(d)水性载剂，其中该抛光组合物的pH为约7至约9。2.权利要求1的抛光组合物，其中，该自停止剂选自异羟肟酸、乙酰基异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸及其组合。3.权利要求1的抛光组合物，其中，该阳离子型聚合物选自甲基丙烯酸2
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(二甲基氨基)乙酯、二烯丙基二甲基铵、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物、聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物、聚季铵盐
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2、聚季铵盐
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11、聚季铵盐
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16、聚季铵盐
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46、聚季铵盐
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44、Luviquat Supreme、Luvi...

【专利技术属性】
技术研发人员：AW海恩斯，张柱然，李常怡，林越，崔骥，S布罗斯南，南哲祐，
申请(专利权)人：嘉柏微电子材料股份公司，
类型：发明
国别省市：