[发明专利]用于抛光高阶梯高度氧化层的自动停止研磨剂组合物

说明书

技术领域

本发明涉及自动停止(auto-stopping)的化学-机械抛光组合物，其用于抛光具有高阶梯高度(step-height)的不平度大的半导体器件；以及使用该组合物用于化学-机械抛光的方法。

背景技术

随着半导体元件体积的缩小，密度的提高，用于形成微型图案的技术已投入使用，因此半导体器件的表面结构由于更高的表层阶梯高度变得更加复杂。作为平整技术，在半导体器件制造中为了去除基材上形成的特定层的阶梯高度，采用了CMP方法。随着集成度的提高和工艺规范的严格化，需要快速平整具有很大阶梯高度的绝缘层。比如，对具有很高阶梯高度的硅氧化层做化学-机械抛光就是这种情况，所述硅氧化层是在制造DRAM电容后为绝缘而涂敷的。

如果在抛光具有高阶梯高度的层时，阶梯高度可以被迅速去除，并且在阶梯高度去除之后，去除速率变得非常缓慢，得到自动停止功能，这有利于通过减少原材料消耗、增加加工余量(process margin)、并且缩短加工时间来提高生产力，具有如下优点：

1)缩短待抛光层的气相沉积时间，并节约气相沉积原材料；

2)缩短化学-机械抛光时间，并节约要使用的浆料；

3)增加加工余量。

因此，需要开发具备自动停止功能的抛光组合物，其能在抛光的初始阶段快速去除阶梯高度，但该速率在去除阶梯高度之后变得非常缓慢。

同时，对于半导体基材上的氧化层的抛光组合物，韩国专利公开No.2005-4051公开了含有二氧化铈作为研磨剂、羧酸或其盐、以及醇化合物的浆料组合物；韩国专利公开No.2004-16154公开了包含金属氧化物的研磨颗粒、去除速率促进剂、分子量为1,000-100,000的阴离子聚合物钝化剂、以及具有1-12个碳原子的阴离子钝化剂的水溶液，但这些都是用于制备STI(浅槽隔离)的抛光浆料，对氧化层与氮化层的比例具有高选择性。

对于由于半导体基材上的氧化层的抛光组合物中的添加剂而具有成膜功能，或者因此具有自动停止功能的抛光组合物，韩国专利公开No.2001-7534公开了一种CMP方法，其包括表面电势被调整为负值的研磨颗粒和由水溶性聚合物组成的表面活性剂；韩国专利公开No.1996-5827公开了一种CMP方法，其使用包含有机化合物的研磨剂，所述有机化合物具有至少一个选自COOH(羧基)和COOM1(M1是原子或者可以和磺酰基的氢原子或者羧基中的氢原子发生取代反应成盐的官能团)且分子量至少为100的亲水基团。韩国专利公开No.1998-63482公开了一种抛光组合物，其还包含离子部分与研磨颗粒所带电荷不同的聚合电解质，其分子量为约500-约10,000，并且其浓度占研磨颗粒重量的约5-50％；然而，常规的抛光组合物所显示出的自动停止功能并不能明显地应用于半导体制造生产。

韩国专利公开No.2003-53138公开了一种抛光组合物，其包含锻制二氧化硅和/或胶体二氧化硅、pH调节剂、氟化合物、磷酸盐类阴离子添加剂、胺类添加剂如三乙醇胺、氧化剂和水，但是这种抛光组合物没有显示本发明所希望的自动停止功能，并且附加成分的组成也不相同。

发明内容

技术问题

本发明人发现，含有氨基醇(如三乙醇胺(TEA)和2-二甲胺基-2-甲基-1-丙醇(DMAMP))，或者羟基和羧基总数至少为3的羟基羧酸的组合物，在去除半导体基材上的氧化层的不平度(unevenness)之后，表现出优异的自动停止功能，并且当羟基羧酸和氨基醇同时使用时，所述自动停止功能进一步提高，实现了本发明。

因此，本发明的目的是提供在初始阶段快速去除阶梯高度的抛光组合物，对那些具有很大的阶梯高度，表面不平度严重的待抛光层，快速去除凸起部分，而几乎不抛光凹陷部分，并且去除阶梯高度后，去除速率大大降低因此抛光自动停止。本发明的另一目的是提供具有自动停止功能的抛光组合物，以缩短待抛光层的气相沉积时间，节约沉积材料，缩短化学-机械抛光时间，并且节约使用的浆料。

技术方案

本发明涉及用于平整化过程中的化学-机械抛光组合物，其通过快速抛光半导体器件制造技术中由二氧化硅组成、不平度严重且具有高阶梯高度的有图案硅片来实现平整化，以及使用该抛光组合物用于化学-机械抛光的方法，特别是具有自动停止功能的组合物，其在一开始提供高的阶梯高度去除速率，但在去除阶梯高度实现平整化之后，去除速率大大降低，其特征在于其含有：

i)金属氧化物研磨颗粒；和