[发明专利]化学机械抛光组合物以及用于抑制多晶硅移除速率的方法

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：化学机械抛光组合物以及用于抑制多晶硅移除速率的方法，申请日：2010年6月18日；申请号：201080037234.3)的分案申请。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光(CMP)组合物及方法。更具体地说，本发明涉及用于抛光半导体基材同时抑制多晶硅从该基材移除的方法。

背景技术

用于对基材表面进行化学机械抛光的组合物及方法是本领域公知的。用于半导体基材(例如集成电路)的表面的CMP的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)典型地包含研磨剂、各种添加剂化合物等。

通常，CMP涉及表面的同时发生的化学研磨和机械研磨，例如，上覆第一层的研磨以暴露该第一层形成于其上的不在同一平面上(non-planar)的第二层的表面。一种这样的方法描述于Beyer等人的美国专利No.4,789,648中。简言之，Beyer等人公开了使用抛光垫和浆料以比第二层快的速率移除第一层直到材料的上覆第一层的表面变成与被覆盖的第二层的上表面共面的CMP方法。化学机械抛光的更详细的说明参见美国专利No.4,671,851、No.4,910,155和No.4,944,836。

在常规的CMP技术中，基材载体或抛光头安装在载体组件上且定位成与CMP装置中的抛光垫接触。载体组件向基材提供可控制的压力，迫使基材抵靠着抛光垫。该垫与载体及其附着的基材相对于彼此移动。该垫与基材的相对移动起到研磨基材的表面以从基材表面移除材料的一部分由此抛光基材的作用。基材表面的抛光典型地进一步借助于抛光组合物(例如，存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂)的化学活性和/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。典型的研磨剂材料包括二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆和氧化锡。

例如，Neville等人的美国专利No.5,527,423描述了通过使金属层的表面与包含悬浮于含水介质中的高纯度金属氧化物细粒的抛光浆料接触来化学机械抛光金属层的方法。或者，可将研磨剂材料引入到抛光垫中。Cook等人的美国专利No.5,489,233公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利No.5,958,794公开了固定研磨剂抛光垫。

半导体晶片典型地包括其上已形成多个晶体管的基材例如硅或砷化镓。通过将基材中的区域和基材上的层图案化，晶体管化学地和物理地连接至基材。晶体管和层通过主要由某形式的硅氧化物(SiO₂)组成的层间电介质(ILD)分隔。晶体管通过使用公知的多级互连而互相连接。典型的多级互连由堆叠的薄膜组成，所述薄膜由以下材料中的一种或多种构成：钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、铝-铜(Al-Cu)、铝-硅(Al-Si)、铜(Cu)、钨(W)、掺杂多晶硅(poly-Si)、以及它们的各种组合。此外，晶体管或晶体管组常常通过使用填充有绝缘材料例如二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅的沟槽而彼此隔离。

通过Chow等人的美国专利No.4789648中所公开的方法，已经对用于形成互连的常规技术进行了改进，该专利涉及用于生产在基底上的共平面的多层金属/绝缘体膜的方法。这一已经获得广泛关注并产生多层互连的技术使用化学机械抛光，以在器件制造的各阶段期间使金属层或薄膜的表面平坦化。

虽然许多已知的CMP浆料组合物适合用于有限的用途，但是，常规的CMP浆料组合物往往表现出不能接受的抛光速率和相应的对晶片制造中所用的绝缘体材料的选择性水平。此外，已知的抛光浆料往往产生对在下面的膜的差的膜移除特性或者产生有害的膜腐蚀，这导致了差的生产率。

Chen等人共同拥有的美国专利申请第11/374,238号描述了用于抛光氮化硅基材的具有1至6的pH值的新型抛光组合物，其包含研磨剂和某些酸性组分(例如，丙二酸及氨基羧酸的组合；锡酸盐；尿酸；苯乙酸；或丙二酸、氨基羧酸及硫酸盐的组合)。

Dysard等人共同拥有的美国专利申请第11/448,205号描述了用于抛光氮化硅基材的具有酸性pH值且包含至少一种具有1-4.5的pKa值的添加剂的新型抛光组合物。

随着用于集成电路器件的技术的发展，传统材料正以新的且不同的方式使用以达到先进集成电路所需的性能水平。具体地说，以不同组合形式使用氮化硅、氧化硅及多晶硅以实现新的且甚至更复杂的器件构造。通常，结构复杂性及性能特征随不同应用而变化。在一些情况下，适用于有效移除基材的一种组分(如氮化硅)的条件能够非所期望地导致另一种组分(如多晶硅)的过度移除。