[发明专利]具有改善的凹陷及图案选择性的对氧化物及氮化物有选择性的化学机械抛光组合物

说明书

本发明提供化学机械抛光组合物，其含有：研磨剂；多羟基芳族羧酸；式I的离子型聚合物，其中X¹及X²、Z¹及Z²、R¹、R²、R³及R⁴以及n如本文所定义；以及水，其中该抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。本发明进一步提供使用本发明的化学机械抛光组合物对基板进行化学机械抛光的方法。典型地，该基板含有硅氧化物、硅氮化物及/或多晶硅。

背景技术

用于对基板表面进行平坦化或抛光的组合物及方法是本领域中公知的。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地含有在液体载剂中的研磨材料并通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触而施加至所述表面。典型的研磨材料包括硅的二氧化物、铈的氧化物、铝的氧化物、锆的氧化物及锡的氧化物。抛光组合物典型地与抛光垫(例如抛光布或抛光盘)结合使用。代替被悬浮于抛光组合物中，或者，除了被悬浮于抛光组合物中之外，研磨材料可被引入抛光垫中。

作为用于隔离半导体器件的元件的方法，大量注意力被引向浅沟槽隔离(shallowtrench isolation，STI)工艺，其中在硅基板上形成硅氮化物层，经由蚀刻或光刻法形成浅沟槽，且沉积介电层(例如氧化物)以填充所述沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路的深度的变化，因此，典型地必须在基板顶部上沉积过量的介电材料以确保完全填充所有沟槽。随后典型地通过化学-机械平坦化工艺来移除过量的介电材料以使硅氮化物层暴露。当硅氮化物层被暴露时，暴露于化学机械抛光组合物的基板的最大区域包含硅氮化物，其必须随后被抛光以实现高度平坦和均匀的表面。

通常地，过去的实践已强调氧化物抛光优先于硅氮化物抛光的选择性。因此，硅氮化物层已在化学机械平坦化工艺期间充当终止层，因为在硅氮化物层暴露时总的抛光速率降低。很多当前浆料提供中等(适度，moderate)的氧化物速率及中等的选择性，限制了其有效性。举例而言，低至中等的抛光速率可限制生产率，然而，低至中等的氧化物/氮化物选择性限制当前浆料技术用于具有较厚的硅氮化物覆盖物的较大结构体的有效性。

近来，还已强调了氧化物抛光优先于多晶硅抛光的选择性。举例而言，添加一系列BRIJ^TM及聚氧化乙烯表面活性剂以及PLURONIC^TML-64(HLB为15的环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段共聚物)被声称提高氧化物相对于多晶硅的抛光选择性(参见Lee等的Effectsof Nonionic Surfactants on Oxide-to-Polysilicon Selectivity during ChemicalMechanical Polishing,J.Electrochem.Soc.,149(8):G477-G481(2002))。另外，美国专利6,626,968公开了硅氧化物相对于多晶硅的抛光选择性可经由使用具有亲水和疏水官能团的聚合物添加剂来改善，所述聚合物添加剂选自聚乙烯基甲基醚、聚乙二醇、聚氧亚乙基23月桂基醚、聚丙酸、聚丙烯酸及聚醚二醇双(醚)。

典型地使用常规的抛光介质和含有研磨剂的抛光组合物抛光STI基板。然而，已观察到利用常规的抛光介质和含有研磨剂的抛光组合物抛光STI基板导致基板表面的过度抛光或在STI特征中形成凹坑及其它形貌缺陷(例如基板表面上的微刮痕)。该过度抛光及在STI特征中形成凹坑的现象称为凹陷(dishing)。凹陷是不合需要的，因为基板特征的凹陷可通过造成晶体管与晶体管部件(组件)彼此隔离失败，由此导致短路而不利地影响器件制造。另外，基板的过度抛光还可导致氧化物损失及使下伏氧化物暴露于来自抛光或化学活性的损害，此不利地影响器件的品质和性能。

因此，在本领域中仍然需要可提供硅氧化物、硅氮化物和多晶硅的合乎需要的选择性且具有合适的移除速率、低的缺陷率(defectivity)、和合适的凹陷性能的抛光组合物和方法。

发明内容

本发明提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂，(b)多羟基芳族羧酸，(c)任选的式(I)的离子型聚合物：