[发明专利]具有可调节的氧化硅和氮化硅去除速率的浅沟槽隔离化学机械平面化抛光

说明书

因此，提供了浅沟槽隔离(STI)化学机械平面化(CMP)抛光组合物、其使用方法和系统。所述CMP抛光组合物包含二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒的磨料，例如二氧化铈涂覆的二氧化硅；和用于提供可调节的氧化物膜去除速率和可调节的SiN膜去除速率的双重化学添加剂。化学添加剂包括至少一种含氮芳族杂环化合物和具有至少一种多于一个羟基官能团的非离子有机分子。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2019年1月30日提交的美国申请号62/798,638的权益。申请号62/798,638的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及STI CMP化学抛光组合物和用于浅沟槽隔离(STI)工艺的化学机械平面化(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，特别是抛光用于回收选择的材料和/或使结构平面化的化学机械抛光的表面。

例如，在SiO₂层之下沉积SiN层以用作抛光停止层。这样的抛光停止层的作用在浅沟槽隔离(STI)结构中特别重要。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。一个实例是二氧化硅(SiO₂)与氮化硅(SiN)相比的可调节的抛光速率选择性。

在图案化STI结构的整体平面化中，调节SiN膜去除速率和调节氧化物沟槽凹陷是待考虑的两个关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的漏电。跨管芯(die)(管芯内)的不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，而导致器件故障。因此，在STICMP抛光组合物中还重要的是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法向应力效应(normal stresseffect)的抛光组合物。浆料还含有非抛光颗粒，其在凹进处导致抛光速率降低，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，该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。所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。这样的列出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公开了化学机械抛光浆料，其用于通过化学机械抛光相对于氮化硅从制品的表面优先去除第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包含磨料、水性介质和不解离质子的有机多元醇，所述有机多元醇包括具有至少三个在该水性介质中不解离的羟基的化合物，或由至少一种具有至少三个在该水性介质中不解离的羟基的单体形成的聚合物。

美国专利6,984,588公开了化学机械抛光组合物，其包含pH高于3的可溶性铈化合物，以及在集成电路和半导体制造过程中的单一步骤中优先于氮化硅膜层选择性地抛光氧化硅过填充物的方法。

美国专利6,544,892公开了通过化学机械抛光优先于氮化硅从制品的表面去除二氧化硅的方法，所述方法包括使用抛光垫、水、磨料颗粒及具有羧酸官能团和选自胺和卤化物的第二官能团两者的有机化合物对所述表面进行抛光。