[发明专利]氧化物化学机械平面化(CMP)抛光组合物

说明书

本发明提供用于浅沟槽隔离(STI)应用的化学机械平面化抛光(CMP)组合物。该CMP组合物含有二氧化铈涂覆的无机金属氧化物颗粒作为磨料，例如二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒；选自第一组非离子有机分子的化学添加剂，其同一分子中有多个羟基官能团；选自具有磺酸基或磺酸盐官能团及其组合的第二组芳族有机分子的化学添加剂；水溶性溶剂；和任选的杀生物剂和pH调节剂；其中组合物的pH为2至12，优选3至10，更优选4至9。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月9日提交的美国临时专利申请No.62/716,784和美国临时专利申请No.62/716,769的权益，这些临时专利申请通过引用并入本文，如同完全阐述一样。

技术领域

本申请涉及用于抛光氧化物或掺杂氧化物膜的氧化物或掺杂氧化物膜化学机械平面化(CMP)组合物和化学机械平面化(CMP)方法和系统。

背景技术

在微电子器件的制造中，一个重要步骤是抛光，尤其是用于化学机械抛光/平面化的表面，以用于回收所选材料和/或平面化该结构。

例如，可以在SiO₂层下沉积SiN层以用作抛光停止层。这种抛光停止的作用在浅沟槽隔离(STI)结构中尤为重要。选择性被特征性地表示为氧化物抛光速率与氮化物抛光速率的比率。一个例子是相比于氮化硅(SiN)的二氧化硅(SiO₂)的抛光速率选择性提高。

在图案化STI结构的全局平面化中，提高氧化膜去除速率、降低SiN膜去除速率和减少氧化物沟槽凹陷是需要考虑的三个关键因素。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。横跨管芯(管芯内)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量。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致不良的晶体管隔离度，从而导致器件故障。因此，需要通过在氧化物或掺杂氧化物膜CMP抛光组合物中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。浆料还含有非抛光颗粒，从而导致凹陷处降低的抛光速率，而磨料颗粒在高度处保持高抛光速率。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教导了用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用的含有氧化铈颗粒和聚合物电解质的抛光组合物。使用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。这种聚电解质的分子量为300至20,000，但总体上小于100,000。

美国专利6,616,514B1公开了一种化学机械抛光浆料，其用于通过化学机械抛光从制品表面优先于氮化硅而除去第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包括磨料，其是煅烧的二氧化铈颗粒、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。用作化学添加剂的多元醇包括甘露醇、甘露糖、木糖醇、山梨糖等。该现有技术要求通过在抛光组合物中使用这些化学添加剂加煅烧的二氧化铈磨料来实现高的氧化物：SiN选择性。但是，使用在该现有技术中列出的浓度的两种化学添加剂的抛光测试结果显示在pH 9.5下和具有1.0％煅烧的二氧化铈和2.0％的化学添加剂的情况下非常低的氧化物去除速率。在该现有技术中根本没有列出图案化晶片数据。

美国专利9,293,344B2公开了一种化学机械抛光浆料，其使用煅烧的二氧化铈作为磨料、以及水溶性聚合物作为化学添加剂，这种水溶性聚合物使用含有具有双键的羧酸以及盐的至少一种的单体制备。这种浆料用于通过化学机械抛光从制品表面优先于氮化硅去除介电膜的第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包括磨料、水性介质和水溶性有机聚合物。