[发明专利]用于硅衍生物或硅的绝缘材料层的化学机械抛光方法和研磨制品

说明书

本发明涉及一种通过化学机械抛光用于集成电路绝缘的电绝缘材料的平整化技术。

在微电子领域内，在使尺寸减小和增加密度过程中产生了绝缘技术。因此基于局部氧化的有源区域的绝缘技术之后是通过浅槽绝缘使所说的有源区域侧向绝缘的技术，上述浅槽绝缘包括蚀刻这些槽以填充非导电材料以及将这种绝缘层平整化的步骤。

这些绝缘技术的主要困难在于非导电材料的平整化。

化学机械抛光似乎是平整化工艺最有效的手段。其优点在于采用常规的液体或激光蚀刻技术来蚀刻材料，同时可以非常有效地使原来的凹凸不平平整化。

本发明涉及作为侧向绝缘(STI：浅槽绝缘)和作为内部连接的绝缘(ILD，内部介电)的将用于生产集成电路的氧化硅平整化的步骤的改进。

化学机械抛光技术将两种对非导电材料具有攻击影响的作用，即机械作用和化学作用结合在一起。

机械作用是由于半导体材料晶片在抛光织物上加载力、晶片与织物之间相对移动速度(如旋转)、这种织物的特点和磨料中氧化硅颗粒直径的特点而产生的。

化学作用基本上是由于胶体氧化硅的表面化学而产生的。

结合在一起的两种作用通过使要抛光的材料平整化而使抛光材料的分子优选地在凸出的区域上重新处理。

为了抛光基于硅衍生物如二氧化硅或氮化硅的非导电性材料，通常采用由热解氧化硅(也称为气相法氧化硅)胶体颗粒的碱性水溶液组成的磨料。

这些热解氧化硅是通过在高温下在燃烧室中用氢气和氧气燃烧高纯度的四氯硅烷经热解法获得的。

通常获得直径为5-50纳米的球形氧化硅基本粒子，这些粒子团聚成长度一般为50-500纳米的粒子。

文献描述：在基于硅衍生物，特别是基于二氧化硅的非导电材料的化学机械抛光过程中，热解氧化硅颗粒的直径越大，并且所用的胶体氧化硅溶液的pH越高，热解氧化硅对非导电材料的攻击速度越高，(特别是参见R.Jairath等人，Mat；Res.Soc.Symp.Proc.vol337，1994，p121-31，G.J.Pietsch等人，Surface Science 331-333(1995)p395-401，M.Borda等人，Dumic Conference 21-22，2，1995，p.331-337，D.DeVlieger等人，Conference Proceedings ULSI-X，1995，MaterialsResearch Society，p201-205，W.J.Patrick等人，J.Electrochem.Soc.，vol.138，No.6，June 1991，p1778-1784，R.Kolenkow等人，Solid StateTechnology，June 1992，p112-114，Beyer，Klaus Dietrich EP224646，Sears George Wallace Jr，US 3922393，Doan TrungT.US5169491，Koto Itsuki JP 0731846)。

最常用的pH为9-12.5。另一方面，在酸性pH下，攻击速度特别低，参见G.J.Pietsch等人的文章，Surface Science 331-333(1995)p396，特别是其中的图1。

采用这种在高度碱性介质中的水基悬浮液存在许多缺点。首先由于结块长度的分布较广，会使后者随时间而发生沉降，这个缺点只能通过不断地搅拌该悬浮液而降至最小。此外，采用高度碱性的水基悬浮液还存在涉及环境和工作条件的问题。

本申请人的主要目的在于改进绝缘方法中二氧化硅层的平整化，该绝缘方法是集成电路制造中可能会遇到的，例如在通过使半导体基体上未来有源区域产生浅槽的侧向绝缘方法中以及在其它需要对二氧化硅进行精确平整化的集成电路绝缘方法中。它还包括使二氧化硅集成电路内连接绝缘。

为了实现所有这些采用胶体二氧化硅碱性水溶液的化学机械抛光的改进，令人惊奇且出乎人们意料的是含有或由不是通过硅氧烷键连接在一起并用于酸性介质中的氧化硅单个细颗粒组成的胶体氧化硅悬浮液可以获得改进较大的平整化效果同时保持对绝缘材料良好的攻击性以及杰出的均匀抛光攻击质量。