[发明专利]低氧化物沟槽凹陷化学机械抛光

说明书

本发明提供了化学机械平面化(CMP)抛光组合物、方法和系统以减少氧化物沟槽凹陷并改善过抛光窗口稳定性。还提供了高且可调的氧化硅去除速率、低的氮化硅去除速率和可调的SiO₂:SiN选择性。该组合物使用独特的化学添加剂，例如麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D‑山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D‑(‑)‑果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D‑阿拉伯糖、L‑阿拉伯糖、D‑甘露糖、L‑甘露糖、内消旋赤藓糖醇、β‑乳糖、阿拉伯糖或其组合作为氧化物沟槽凹陷减少添加剂。

相关专利申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求较早提交的美国专利申请序列号62/692,633和62/692,639(2018年6月29日提交)的优先权权益，所述美国专利申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及氧化物和掺杂氧化物膜的化学机械平面化(CMP)。

背景技术

在微电子器件的制造中，涉及的重要步骤是抛光，尤其是用于化学机械抛光的表面，目的在于恢复所选的材料和/或使结构平面化。

例如，在SiO₂层下沉积SiN层以用作抛光停止。在浅沟槽隔离(STI)结构中，这种抛光停止的作用尤为重要。选择性典型地表示为氧化物抛光速率与氮化物抛光速率的比率。一个例子是与氮化硅(SiN)相比，二氧化硅(SiO₂)的抛光选择性提高。

在图案化结构的整体平面化中，减少氧化物沟槽凹陷(trench dishing)是要考虑的关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的电流泄漏。跨模(模内)的非均匀沟槽氧化物损失将影响晶体管性能和器件制造产率。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致晶体管的不良隔离，从而导致器件故障。因此，重要的是在CMP抛光组合物中通过减少氧化物沟槽凹陷来减少沟槽氧化物损失。

美国专利5,876,490公开了含有磨料颗粒并表现出正常应力效应的抛光组合物。该浆料还含有非抛光颗粒，导致凹部的抛光速率降低，而磨料颗粒在升高处保持高抛光速率。这导致改善的平面化。更具体地，浆料包含氧化铈颗粒和聚合物电解质，并且可以用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用。

美国专利6,964,923教导了含有氧化铈颗粒和聚合物电解质的抛光组合物用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用。使用的聚合物电解质包括聚丙烯酸的盐，类似于美国专利5,876,490中的那些。二氧化铈、氧化铝、二氧化硅和氧化锆用作磨料。这样列出的聚电解质的分子量为300至20,000，但总体上<100,000。

美国专利6,616,514公开了一种化学机械抛光浆料，其用于通过化学机械抛光优先于氮化硅从制品表面去除第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包括磨料、水性介质和不离解质子的有机多元醇，所述有机多元醇包括具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的化合物，或者由至少一种具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的单体形成的聚合物。

美国专利6,544,892教导了含有磨料及具有羧酸官能团和选自胺和卤化物的第二官能团的有机化合物的抛光组合物。二氧化铈颗粒用作磨料。

然而，那些先前公开的浅沟槽隔离(STI)抛光组合物没有涉及氧化物沟槽凹陷减少的重要性。

从前述内容容易明白的是，本领域中仍然需要化学机械抛光的组合物、方法和系统，其除了二氧化硅的高去除速率以及二氧化硅对氮化硅的高选择性外，还可以在化学和机械抛光(CMP)过程中提供减少的氧化物沟槽凹陷和改善的过抛光(over polishing)窗口稳定性。

发明内容