[发明专利]用于化学机械抛光包含氧化硅电介质和多晶硅膜的基底的含水抛光组合物和方法

说明书

本发明涉及一种新型含水抛光组合物，其尤其适合用于抛光包含氧化硅电介质和多晶硅膜且任选包含氮化硅膜的半导体基底。

此外，本发明涉及一种抛光用于制造电子、机械和光学器件的基底的新型方法，所述基底材料包含氧化硅和多晶硅膜，且任选包含氮化硅膜。引用文献

本申请中所引文献通过引用全文并入。

发明背景

化学机械平坦化或抛光(CMP)是获得集成电路(IC)器件局部和全局平坦度的主要方法。该技术通常施用含有磨料和其他添加剂的CMP组合物或淤浆作为在施加负载下处于旋转基底表面与抛光垫之间的活性化学品。因此，CMP方法兼具物理过程如摩擦以及化学过程如氧化或螯合。不希望基底材料由纯物理作用或纯化学作用而除去或抛光，而是希望二者的协同增效组合以获得快速均匀的除去。

以此方式除去基底材料直至获得所需的平坦度或者阻挡子层或停止膜暴露。最终，获得平坦的无缺陷表面，其能通过后续的光刻、图案化、蚀刻和薄膜加工而进行合适的多层IC器件制造。

浅槽隔离(STI)为特殊CMP应用，其通常需要在图案化晶片基底上相对于氮化硅选择性除去二氧化硅。在这种情况下，用电介质材料如二氧化硅过量填充经蚀刻的沟槽，使用氮化硅阻挡膜作为停止膜抛光该电介质材料。在从阻挡膜清除二氧化硅且同时使暴露的氮化硅和沟槽二氧化硅的除去最小化下结束CMP方法。

这要求CMP淤浆能实现二氧化硅材料除去速率MRR对氮化硅除去速率MRR的高相对比，该比值在本领域中也称为氧化物对氮化物的选择性。

近年来，也将多晶硅膜用作为阻挡膜或电极材料(参见美国专利US6,626,968B2)。因此，非常希望提供允许对包含氧化硅电介质和多晶硅膜的基底进行全局平坦化的CMP淤浆和方法。这要求CMP淤浆具有高氧化物对多晶硅的选择性。

甚至更希望提供允许对额外包含氮化硅膜的基底进行全局平坦化的CMP淤浆和方法。

在这种情况下，氧化物对氮化物的选择性不应过高，以避免在包含二氧化硅、氮化硅和多晶硅区域的全局平坦化、不均匀、图案化表面中形成碟形缺陷以及其他损伤和缺陷。然而，氮化硅对多晶硅的选择性也应高。

在STI应用中，氧化铈基CMP淤浆由于其能实现相对高的氧化物对氮化物选择性而受到显著关注，所述高氧化物对氮化物选择性归因于氧化铈对二氧化硅的高化学亲合性，这在本领域也称为氧化铈的化学齿化作用(tooth action)。

尽管如此，必须通过“调节”选择性的添加剂改善氧化铈基CMP淤浆的氧化物对多晶硅的选择性。

已进行了许多尝试以调节氧化铈基CMP淤浆的选择性。

因此，Jae-Don Lee等在Journal of the Electrochemical Society，149(8)，G477-G481，2002中公开了具有不同亲水-亲油平衡(HLB)值的非离子表面活性剂如聚氧化乙烯、氧化乙烯-氧化丙烯共聚物和氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物对CMP期间的氧化物对多晶硅选择性的影响。然而，使用热解法二氧化硅作为磨料且没有描述氧化物对氮化物的选择性。

美国专利申请US2002/0034875A1和美国专利US6,626,968B2公开了一种氧化铈基CMP淤浆，其含有表面活性剂，pH值调节剂如氢氧化钾、硫酸、硝酸、盐酸或磷酸以及含有亲水官能团和亲油官能团的聚合物如聚乙烯基甲基醚(PVME)、聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯23月桂基醚(POLE)、聚丙酸(PPA)、聚丙烯酸(PM)和聚乙二醇二醚(PEGBE)。所述氧化铈基CMP淤浆提高了氧化物对多晶硅的选择性。

美国专利US6,645,051B2公开了一种用于抛光内存硬盘基底的氧化铈基CMP淤浆，其含有至少一种选自聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚和聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物的非离子表面活性剂。

美国专利申请US2003/0228762A1公开了一种用于抛光含有低k介电膜的基底的CMP淤浆，所述CMP淤浆含有：

-选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化铈、氧化锆、氧化锗、氧化镁和其共形成的产物的磨料颗粒，和

-具有至少一个亲油头基(head group)和至少一个亲水尾基(tail group)的两亲性非离子表面活性剂。