[发明专利]具有可调介电抛光选择性的浆料组合物及抛光基材的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及化学机械抛光领域。特别地，本发明涉及一种化学机械抛光浆料组合物和一种半导体材料的化学机械抛光方法以及，更特别的是涉及一种对如二氧化硅和Si₃N₄的介电薄膜具有可调节的去除速率和去除速率选择性的化学机械抛光浆料组合物，该组合物用于在如高-K金属栅、铜阻隔、夹层介电质(ILD)和浅沟槽隔离(STI)方法中化学机械抛光半导体结构的介电层。

背景技术

在集成电路和其它电子装置的制造中，多层导体、半导体和介电材料沉积在半导体晶片的表面之上或从半导体晶片的表面上去除。导体、半导体和介电材料的薄层可以通过多种沉积技术进行沉积。现代加工中常用的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)，也被称做溅射，化学气相沉积(CVD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学电镀(ECP)。

由于材料层相继地沉积和被去除，晶片的最上层表面变得不平坦。由于后续的半导体加工(例如，金属化)需要晶片具有平坦表面，因此晶片需要被平整化。平整化用于去除不期望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、聚结(agglomerated)材料、晶格损伤、刮伤和污染层或材料。

化学机械平整，或化学机械抛光(CMP)，是常用的平整如半导体晶片的基材的技术。在常规的CMP中，晶片安装在载体组合件上并且置于与CMP装置中的抛光垫片接触的位置。载体组合件(assembly)对晶片提供可控制的压力，使其压在抛光垫片上。通过外部的驱动力，垫片相对于晶片移动(例如，旋转)。与此同时，抛光组合物(“浆料”)或其它抛光液被提供于晶片和抛光垫片之间。因此，晶片表面通过垫片表面和浆料的化学和机械作用被抛光和使平整。

一种用于隔离(isolation)半导体装置的元件的方法，指的是浅沟槽隔离(STI)方法，通常涉及使用形成在硅基材上的氮化硅(Si₃N₄)层，在氮化硅层中形成浅沟槽并且沉积介电材料(例如，氧化物)以填充沟槽。典型地，在基材的顶部沉积过量的介电材料以保证沟槽的完全填充。之后使用化学机械平整技术去除过量的介电材料以暴露出氮化硅层。

过去的装置设计强调了二氧化硅相对于氮化硅的的化学机械平整选择性(即相对于氮化硅的去除速率，具有更高的二氧化硅去除速率)。在这些装置设计中，氮化硅层作为化学机械平整方法中的停蚀层(stopping layer)。

在化学机械平整方法中，某些近来的装置设计需要对于二氧化硅的选择性优于多晶硅的抛光组合物(即相对于多晶硅的去除速率，具有更高的二氧化硅去除速率)。

美国专利申请公开No.2007/0077865中Dysard等公开了一种用于化学机械平整化方法的抛光配方，所述抛光配方提供了二氧化硅和氮化硅中的至少一种相对于多晶硅的选择性。Dysard等公开了一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括：(i)将含有多晶硅和选自二氧化硅和氮化硅的材料的基材与化学机械抛光体系接触，该体系包括：(a)研磨剂，(b)液态载体，(c)基于液态载体和任何溶解或悬浮在其中的组分的重量计，约1ppm至约100ppm的具有约15或更小的HLB的聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物(polyethyleneoxide/polypropylene oxide copolymer)，和(d)抛光垫片，(ii)相对于基材移动抛光垫片，和(iii)研磨至少一部分基材来抛光基材。

在美国专利申请No.6,626,968中Park等公开了另一种用于化学机械平整化方法的抛光配方，所述抛光配方提供了二氧化硅和氮化硅中的至少一种相对于多晶硅的选择性。Park等公开了一种用于同时抛光具有二氧化硅层和多晶硅层的表面，pH值为7至11的浆料形式的化学机械抛光组合物，所述的浆料组合物基本上由以下组分组成：水，选自二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化铈(CeO₂)、氧化锰(Mn₂O₃)及其混合物的磨粒，和约0.001wt％至约5wt％的选自聚乙烯基甲基醚(PVME)、聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯(oxyethylene)23月桂基醚(POLE)、聚丙酸(poly propanoic acid，PPA)、聚丙烯酸(PAA)、聚醚乙二醇二醚(poly ether glycol bis ether，PEGBE)及其混合物的聚合物添加剂组成，其中聚合物添加剂改善二氧化硅层相对于多晶硅层的去除选择比。