用于硅氧化物、硅氮化物及多晶硅的选择性及非选择性CMP的以氧化铈为主的浆料组合物的制作方法

背景技术：

1、在集成电路及其它电子装置的制造中，将导电、半导电及电介质材料的多个层沉积到衬底表面上或从衬底表面移除。由于材料的层是依序沉积到衬底上且从衬底移除，所述衬底的最上部表面可变为非平坦且需要平坦化。将表面平坦化(或“抛光”表面)是其中将材料从衬底的表面移除以形成大致上平整平坦表面的工艺。平坦化可用于移除非所欲的表面形貌及表面缺陷，例如粗糙表面、聚结材料、晶格损伤、划痕、及受污染的层或材料。平坦化还可用于通过移除过量的用于填充特征的沉积材料而在衬底上形成特征且可用于提供平整表面用于后续金属化及加工的层面。

2、所属领域中众所周知用于平坦化或抛光衬底的表面的组合物及方法。化学-机械平坦化或化学-机械抛光(cmp)是用于平坦化衬底的常用技术。cmp使用称为cmp组合物或更简单地称为抛光组合物(也称为抛光浆料)的化学组合物，用于从衬底选择性移除材料。抛光组合物通常通过使衬底的表面与使用抛光组合物饱和的抛光垫(例如抛光布或抛光盘)接触而施覆到衬底。衬底的抛光通常是通过抛光组合物的化学活性及/或悬浮于抛光组合物中或并入到抛光垫(例如经固定的磨料抛光垫)中的磨料的机械活性来进一步帮助。

3、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，构成电路的元件必须更紧密地定位在一起以便遵守典型芯片上可用的有限空间。电路间的有效分离对于确保最优的半导体性能来说非常重要。为此，将浅沟槽蚀刻到半导体衬底中且填充有绝缘材料以隔离集成电路的主动区域。更具体来说，浅沟槽隔离(sti)是其中在硅衬底上形成硅氮化物层、通过蚀刻或光刻形成浅沟槽、及沉积电介质层以填充沟槽的工艺。由于以此种方式形成的沟槽深度的变化，因此通常需要将过量的电介质材料沉积于衬底的顶部以确保所有沟槽的完全填充。电介质材料(例如硅氧化物)符合所述衬底的下伏形貌。因此，衬底的表面以上覆氧化物在沟槽间的凸起区域(其称为图案氧化物(pattern oxide))表征。图案氧化物以位于沟槽外的过量氧化物电介质材料的梯段高度表征。过量电介质材料通常通过cmp工艺移除，其另外提供平坦表面用于进一步加工。由于图案氧化物经磨除且接近表面的平坦性，因此将氧化物层称为覆盖层氧化物(blanket oxide)。

4、抛光组合物可根据其抛光速率(即移除速率)及其平坦化效率来表征。抛光速率是指从衬底的表面移除材料的速率且通常以每单位时间的长度(厚度)单位(例如埃/分钟)来表示。平坦化效率与梯段高度减少相对于从衬底移除的材料的量有关。具体来说，抛光表面(例如抛光垫)首先接触表面的“高点”且必须移除材料以便形成平坦表面。认为导致以更少的材料移除来实现平面表面的工艺比需要移除更多材料以实现平面性的工艺更有效。

5、通常，移除硅氧化物、硅氮化物及多晶硅的期望速率可根据应用改变。例如，在一些情况下，硅氧化物图案可为sti工艺中电介质抛光步骤的速率限制性，且因此期望硅氧化物图案的高移除速率以增加装置生产量。然而，若覆盖层移除速率过于快，则过度抛光暴露沟槽中的氧化物会导致沟槽侵蚀及增加的装置缺陷率。因此，在一些情况下(例如用于抛光应用)，需要具有相似(例如1:1:1选择性)的硅氧化物、硅氮化物及多晶硅的移除速率。

6、与其它电介质材料相比，仍需要用于化学-机械抛光的组合物及方法，其可以接近1:1:1选择性移除硅氧化物、硅氮化物及多晶硅，但可经调整以选择性移除硅氧化物、硅氮化物及/或多晶硅。

7、本发明提供此类抛光组合物及方法。从本文所提供的本发明描述当明了本发明的这些及其它优点以及另外发明特征。

技术实现思路

1、本发明提供一种化学-机械抛光组合物，其包含：(a)氧化铈磨料粒子；(b)阳离子聚合物；(c)选自铵盐、钾盐及其组合的电导率调整剂(conductivity adjust)；及(d)水，其中所述抛光组合物具有约3到约6的ph。

2、本发明进一步提供一种化学-机械抛光衬底的方法，其包括：(i)提供衬底，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学-机械抛光组合物，其包含：(a)氧化铈磨料粒子；(b)阳离子聚合物；(c)选自铵盐、钾盐及其组合的电导率调整剂；及(d)水，其中所述抛光组合物具有约3到约6的ph，(iv)使所述衬底与所述抛光垫及所述化学-机械抛光组合物接触，及(v)使所述抛光垫及所述化学-机械抛光组合物相对于所述衬底移动以磨除所述衬底的至少一部分来抛光所述衬底。

技术特征：

1.一种化学-机械抛光组合物，其包含：

2.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物包含约0.001重量％到约10重量％的所述二氧化铈磨料粒子。

3.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物具有约4到约6的ph。

4.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含选自聚烷二醇、聚醚胺、聚环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、硅氧烷聚环氧烷共聚物、疏水改性的聚丙烯酸酯共聚物、亲水性非离子聚合物、多糖及其组合的非离子聚合物。

5.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含缓冲剂，且其中所述缓冲剂为包含一到五个氮原子的以杂环或杂芳族胺为主的化合物。

6.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含阳离子表面活性剂。

7.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述电导率调整剂选自硝酸铵、氯化铵、溴化铵、乙酸铵、硝酸钾、氯化钾、溴化钾、乙酸钾、氯化二烯丙基二甲基铵、溴化四丁基铵、溴化四甲基铵、溴化四乙基铵、溴化苄基三甲基铵、氯化四丁基铵、氯化四甲基铵、氯化四乙基铵、氯化苄基三甲基铵、乙酸四丁基铵、乙酸四甲基铵、乙酸四乙基铵、乙酸苄基三甲基铵及其组合。

8.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物进一步包含式(i)的自停止剂：

9.根据权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物具有至少350μs/cm的电导率。

10.一种化学-机械抛光衬底的方法，其包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物包含约0.001重量％到约10重量％的所述二氧化铈磨料粒子。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物具有约4到约6的ph。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物进一步包含缓冲剂，且其中所述缓冲剂是包含一到五个氮原子的以杂环或杂芳族胺为主的化合物。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物进一步包含阳离子表面活性剂。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述电导率调整剂选自硝酸铵、氯化铵、溴化铵、乙酸铵、硝酸钾、氯化钾、溴化钾、乙酸钾、氯化二烯丙基二甲基铵、溴化四丁基铵、溴化四甲基铵、溴化四乙基铵、溴化苄基三甲基铵、氯化四丁基铵、氯化四甲基铵、氯化四乙基铵、氯化苄基三甲基铵、乙酸四丁基铵、乙酸四甲基铵、乙酸四乙基铵、乙酸苄基三甲基铵及其组合。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物具有至少350μs/cm的电导率。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述衬底包含硅氧化物、硅氮化物及多晶硅，且其中所述硅氧化物的至少一部分是以一定硅氧化物移除速率磨除，其中所述硅氮化物的至少一部分是以一定硅氮化物移除速率磨除，且其中所述多晶硅的至少一部分是以一定多晶硅移除速率磨除以抛光所述衬底。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物进一步包含选自聚烷二醇、聚醚胺、聚环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、硅氧烷聚环氧烷共聚物、疏水改性的聚丙烯酸酯共聚物、亲水性非离子聚合物、多糖及其组合的非离子聚合物。

19.根据权利要求10所述的方法，其中所述电导率调整剂选自氯化二烯丙基二甲基铵、溴化四丁基铵、溴化四甲基铵、溴化四乙基铵、溴化苄基三甲基铵、氯化四丁基铵、氯化四甲基铵、氯化四乙基铵、氯化苄基三甲基铵、乙酸四丁基铵、乙酸四甲基铵、乙酸四乙基铵、乙酸苄基三甲基铵及其组合。

20.根据权利要求10所述的方法，其中所述抛光组合物进一步包含式(i)的自停止剂：

技术总结
本发明提供一种化学‑机械抛光组合物，其包含：(a)氧化铈磨料粒子；(b)阳离子聚合物；(c)选自铵盐、钾盐及其组合的电导率调整剂；及(d)水，其中所述抛光组合物具有约3到约6的pH。本发明还提供一种使用本发明抛光组合物化学‑机械抛光衬底、尤其是包含硅氧化物、硅氮化物及多晶硅的衬底的方法。

技术研发人员：B·赖斯,张柱然,金声宇,黄禾琳
受保护的技术使用者：CMC材料有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21