本发明专利技术提供一种含有阳离子研磨剂、阳离子聚合物、无机卤化物盐及含水载体的化学机械抛光组合物。本发明专利技术还提供一种用上述抛光组合物对基板进行化学机械抛光的方法。该抛光组合物显示出对氮化硅的移除优先于对氧化硅及多晶硅的移除的选择性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种抛光组合物及使用其抛光基板的方法。
技术介绍
对于用于隔离半导体器件各元件的方法，大量注意力放在浅沟槽隔离(STI)工艺 上，其中在硅基板上形成氮化硅层，经由蚀刻或光刻法形成浅沟槽，且沉积介电层以填充这 些沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路深度的变化，通常需要将过量的介电材料沉积在 基板顶部上以确保所有沟槽完全填满。然后通常通过化学机械平坦化工艺来移除过量的介电材料(例如氧化物)以暴露 出氮化硅层。当氮化硅层暴露出来时，面临化学机械抛光系统的基板的最大面积包含氮化 硅，氮化硅必须随后进行抛光以获得高度平坦且均勻的表面。通常，以往的实践一直强调 氧化物抛光优先于氮化硅抛光的选择性。因此，氮化硅层已在化学机械平坦化工艺期间用 作终止层，这是因为在氮化硅层暴露后整体抛光速率会降低。随着蚀刻技术的进步，氧化物 线宽变得更小。随着氧化物线宽的减小，通常期望所利用的抛光系统具有对氮化硅的抛光 优先于对氧化物的抛光的选择性，这使得形成于基板表面上的氧化物线路中的缺陷减至最 少。在本领域中熟知用于平坦化或抛光基板表面的组合物及方法。抛光组合物(也称 作抛光浆料)通常含有在液体载体中的研磨材料，并通过使表面与用抛光组合物饱和的抛 光垫接触来将该抛光组合物施用于该表面。典型的研磨材料包括二氧化硅、二氧化铈、氧化 铝、氧化锆及氧化锡。例如，美国专利5，527，423描述了一种通过使表面与包含在含水介质 中的高纯度金属氧化物细颗粒的抛光浆料接触来对金属层进行化学机械抛光的方法。抛 光组合物通常连同抛光垫(例如，抛光布或盘)一起使用。合适的抛光垫描述于美国专利 6，062，968,6, 117，000及6，126，532 (这些专利公开了具有开孔型多孔网络的烧结聚氨酯 抛光垫的用途)及美国专利5，489，233 (该专利公开了具有表面纹理或图案的实心抛光垫 的用途)中。研磨材料可以并入到抛光垫中，而不是悬浮于抛光组合物中，或者，研磨材料 除了悬浮于抛光组合物中之外，还可以并入到抛光垫中。美国专利5，958，794公开了一种 固定研磨剂抛光垫。已知若干种用于抛光含有低介电常数的材料(例如氧化物)的基板的化学机械抛 光(CMP)组合物。例如，美国专利6，043，155公开了一种用于无机及有机绝缘膜的基于二氧 化铈的浆料，其具有二氧化硅对氮化硅抛光的选择性。美国专利申请公布2002/0168857A1 公开了一种用于制造半导体器件的方法，其中将二氧化硅沉积于用沟槽图案化的氮化硅膜 上，然后实施两步骤的化学机械抛光工艺以选择性地移除上面的二氧化硅，从而使沟槽填 满有二氧化硅。因此，本领域中仍需要具有相反选择性(即优先于下面的介电组分选择性 地移除氮化硅)的抛光组合物及方法。本专利技术提供这样的组合物及方法。从本文所提供的对本专利技术的描述，本专利技术的这 些和其它优点及其它专利技术特征将变得明晰。
技术实现思路
本专利技术提供一种改进的CMP抛光组合物，其提供氮化硅相对于二氧化硅及多晶硅 移除的高选择性。本专利技术的化学机械抛光(CMP)组合物具有7或更小的pH(例如，4至7的 PH)，并包含阳离子研磨剂、阳离子聚合物、无机卤化物盐及含水载体。优选的阳离子研磨剂包括氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈及掺杂二氧化硅。 任选地，该组合物可包括氨基羧酸。优选的阳离子聚合物包括阳离子均聚物、含有至少一种阳离子单体及至少一种非 离子单体的阳离子共聚物、及其组合。特别优选的阳离子聚合物为聚卤化二烯丙基二甲铵。可用于本专利技术的组合物中的无机卤化物盐包括碱金属卤化物、卤化铵等。特别优 选的无机卤化物盐为氯化铵。优选地，该组合物包含0.01重量％至5重量％的阳离子研磨剂。该阳离子聚合物 优选以0. 1至500ppm的量存于该组合物中。该无机卤化物盐以100至IOOOppm的量存于 该组合物中。本专利技术的化学机械抛光(CMP)方法包括使基板表面与抛光垫及CMP组合物接触， 并使该抛光垫与该基板之间发生相对运动(其间具有一部分该CMP组合物)以磨除该表面 的至少一部分。该CMP组合物具有7或更小的pH，并包含阳离子研磨剂、阳离子聚合物、无 机卤化物盐及含水载体。当本专利技术的组合物及方法用于抛光包含氮化硅、二氧化硅及多晶硅的表面时，相 对于二氧化硅及多晶硅，其从该表面选择性地磨除氮化硅。例如，可以从该表面磨除二氧化 硅的速率的6至60倍的移除速率，且以显著超过从该表面移除多晶硅的速率的速率从该表 面磨除氮化硅。具体实施例方式本专利技术提供一种化学机械抛光组合物，该组合物具有7或更小的pH，并包含(a) 阳离子研磨剂，例如二氧化铈；(b)阳离子聚合物，其可为均聚物或共聚物；(c)无机卤化物 盐，例如卤化铵；及(d)含水载体，例如水。合意的是在平坦化包含氮化硅、二氧化硅及多晶 硅的基板期间，该抛光组合物容许优先于二氧化硅和/或多晶硅选择性地移除氮化硅。本专利技术上下文中的术语“阳离子研磨剂”是指在该抛光组合物的pH下具有正表面 电荷的研磨颗粒。研磨颗粒的表面电荷可随PH而改变。合意的阳离子研磨剂为阳离子金 属氧化物研磨剂。优选地，该阳离子金属氧化物研磨剂选自二氧化铈、氧化铝、氧化锆、二氧 化钛、掺杂二氧化硅、及其混合物。更优选地，该研磨剂为二氧化铈或氧化锆。最优选地，该 研磨剂为二氧化铈。可通过任何合适的方法制备该阳离子金属氧化物研磨剂。合适的用于制备可用于 本专利技术上下文中的阳离子金属氧化物研磨颗粒的方法包括热解法及水热法。可从挥发性前 体(例如金属卤化物)在热解方法中通过所述前体在高温火焰(H2/空气或H2/CH4/空气) 中的水解和/或氧化以产生相关金属氧化物来制备热解金属氧化物。可从非挥发性前体通 过将所述前体溶解或分散于合适的溶剂(例如，基于水、醇或酸的溶剂)中来制备热解金属 氧化物。可使用液滴产生器将含有前体的溶液喷洒到高温火焰中，然后可收集该金属氧化物。典型的液滴产生器包括双流体喷雾器(bi-fluid atomizer)、高压喷嘴及超声波喷雾ο该阳离子金属氧化物研磨剂可为掺杂二氧化硅，例如氧化铝掺杂二氧化硅。氧化 铝掺杂二氧化硅通常通过共热解法制备，其中使四氯化硅与氯化铝的混合物进行气相水 解，从而形成包含氧化铝及二氧化硅的复合颗粒。通常，二氧化硅颗粒在二氧化硅颗粒等电 点以上的PH下(例如，pH为3.5或更高)具有负表面电荷或阴离子表面电荷。合适的第 二金属氧化物(例如氧化铝)的存在使掺杂二氧化硅颗粒具有阳离子性。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)的第二金属氧化物存在于 掺杂二氧化硅颗粒中。优选地，2重量％或更少(例如1. 5重量％或更少、或1重量％或更 少)的第二金属氧化物存在于掺杂二氧化硅颗粒中。氧化铝掺杂二氧化硅的实例为可得自 Degussa的MOX 80及MOX 170产品(皆含有1 %的氧化铝)。如上所述，可通过水热法制备该阳离子金属氧化物研磨剂。在水热法中，将具有与 所需金属氧化物相同的氧化水平的金属盐(例如硝酸盐)溶于水中，用碱(例如氢氧化铵) 处理，并使其经受提高的温度及压力条件。该水热方法使金属盐转化成相应的金属氧化物。或者，在水热法中，将其氧化水平比所需金属氧化物低的金属盐连同氧化剂一起 使用。例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适合用于抛光包含硅、氮化硅及二氧化硅的基板的化学机械抛光（ＣＭＰ）组合物，该组合物包含： （ａ）阳离子研磨剂； （ｂ）阳离子聚合物； （ｃ）无机卤化物盐；及 （ｄ）含水载体； 该组合物的ｐＨ为７或更小。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-12-6 11/294,8531.一种适合用于抛光包含硅、氮化硅及二氧化硅的基板的化学机械抛光(CMP)组合 物，该组合物包含(a)阳离子研磨剂；(b)阳离子聚合物；(c)无机卤化物盐；及(d)含水载体；该组合物的PH为7或更小。2.权利要求1的组合物，其中该阳离子研磨剂选自氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化 铈及掺杂二氧化硅。3.权利要求1的组合物，其中该阳离子研磨剂为二氧化铈。4.权利要求1的组合物，其中该阳离子聚合物选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离 子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合。5.权利要求1的组合物，其中该阳离子聚合物为聚卤化二烯丙基二甲铵。6.权利要求1的组合物，其中该无机卤化物盐为氯化铵。7.权利要求1的组合物，其中该阳离子研磨剂以0.01重量％至5重量％的量存在于 该组合物中。8.权利要求1的组合物，其中该阳离子聚合物以0.1至500ppm的量存在于该组合物中。9.权利要求1的组合物，其中该无机卤化物盐以100至IOOOppm的量存在于该组合物中。10.权利要求1的组合物，其中该组合物具有4至7的pH。11.权利要求1的组合物，其中该组合物还包含氨基羧酸。12.一种适合用于抛光包含硅、氮化硅及二氧化硅的基板的化学机械抛光组合物，该 组合物包含(a)0. 01重量％至1重量％的二氧化铈；(b)1至20ppm的聚卤化二烯丙基二甲铵；(c)100至IOOOppm的氯化铵；及(d)含水载体；该组合物具有4至7的pH。13.权利要求12的组合物，其中该组合物还包含氨基羧酸。14.一种用于抛光基板的化学机械抛光(CMP)方法，该方法包括以下步骤(a)使基板的表面与抛光垫及pH为7或更小的CMP组合物接触，该CMP组合物包含阳 离子研磨剂、阳离子聚合物、无机卤化物盐、含水载体；(b)使该抛光...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里戴萨德，蒂莫西约翰斯，
申请(专利权)人：卡伯特微电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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