[发明专利]用于氧化物CMP的组合物

说明书

本发明背景

本发明涉及用于半导体集成电路基材的化学机械抛光浆料。本发明具体涉及具有特别适合化学机械平面化的独特化学性能的CMP浆料，其中对同一基材要求高二氧化硅除去速率和低氮化硅除去速率。

相关技术描述

集成电路(IC)由在硅基材内或硅基材上形成的数百万个活性元件构成。活性元件形成功能电路和部件。这些元件通过使用多层金属互连件和通路连接。互连结构通常具有第一金属化层，互连插头、第二金属化层、和某些时候第三或相互连接的更多金属化层。中间介电层(ILD)如掺杂和未掺杂SiO₂用与电隔离不同互连层。

浅槽隔离(STI)为用于IC制造工艺中给定层的元件隔离的技术。在STI工艺中，氮化硅淀积于热生长氧化物上。淀积氮化物后，用掩模在基材内刻蚀浅槽。然后将氧化物淀积于槽内，这样该槽形成绝缘介电区域，它起到隔离晶片中的元件的作用，并由此降低活性元件之间的串音。过量淀积的氧化物必须抛光除去，并时槽变平以制备下一层金属化层。将氮化硅涂于硅上已防止掩蔽元件的二氧化硅被抛光。

在典型的机械抛光方法中，将基材直接与旋转抛光垫接触。用一载重物在基材背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在基材背面上保持向下的力。在抛光期间将磨料和化学活性溶液(通常称为“浆料”)涂于垫片上。浆料中的化学物质和颗粒通过与正在抛光的硅片接触开始抛光过程。在硅片/垫片界面涂布浆料下通过垫片相对于基材旋转运动促进抛光过程。按此方式连续抛光直至除去绝缘体上所需的薄膜厚度。

当抛光氧化物时，要求使用的浆料具有对氧化物层的高除去速率和对在CMP期间会暴露的其它层，如氮化硅层的低除去速率。应调节抛光浆料以提供在选取的特定薄层材料的所需抛光范围内有效抛光，与此同时，最大限度地降低表面缺陷、疵点、腐蚀、浸蚀和除去氮化硅和其它停止层。

用于抛光氧化物的CMP浆料通常含碱性或高pH磨料。这些浆料依赖氢氧化钾或氢氧化铵以有效缓冲高pH。当这些浆料以高速率抛光时，它们还以高速率对氮化硅抛光。通常，这些除去速率的比例(即选择性)为氧化硅比氮化硅至多约5比1。据信，氮化硅抛光的机理是氮化物在水环境中氧化水解为氧化物。在碱性pH下，氧化物和氮化物类似地以高速率刻蚀。因此，现有CMP以不可接受的高速率抛光。

在半导体工业中，仍然需要对具有氧化物比氮化物选择性大于5比1的CMP抛光浆料。因此，为克服目前生产中的问题、提高产量并降低CMP的生产成本，需要以高速率选择性除去氧化物，同时保持氮化硅停止层相对不损害新的CMP浆料。这是由于低选择性的工艺当用于制造工业中时，在硅片较薄的膜部分，必然会导致过度抛光，氮化物停止层将不能阻止穿透到下面的薄膜中

本发明概述

本发明涉及一种能够以高速率抛光二氧化硅的化学机械抛光组合物。

本发明还涉及抑制抛光氮化硅膜的化学机械抛光组合物。

此外，本发明涉及一种使用化学机械抛光组合物从基材中选择性除去二氧化硅，同时保持与基材连接的氮化硅层基本上不损害的方法。

在一个实施方案中，本发明涉及包括羧酸、盐和可溶性铈化合物的化学机械抛光组合物。该组合物具有pH约3.0至约11，优选约3.8至约5.5，并可适用于从形成层的基材中选择性地除去二氧化硅。

在另一实施方案中，本发明涉及包括上述化学机械抛光组合物和磨料的化学机械抛光浆料。该浆料特别适用于二氧化硅膜抛光。

在再一实施方案中，本发明涉及使用包括在水溶液中的羧酸、盐和水溶性铈化合物的具有pH约3.0至约11的化学机械抛光组合物，在制备集成电路和半导体期间优先于氮化硅膜选择性除去覆盖的氧化物的方法。

附图的简要描述

图1为pH与PETEOS除去速率和氮化物除去速率图

本发明实施方案的描述

本发明涉及一种包括羧酸、盐和可溶性铈化合物的具有pH约3.0至11.0的化学机械抛光组合物。该化学机械抛光组合物可单独使用或可与金属氧化物磨料混合形成浆料。本发明的组合物和浆料以高速率抛光氧化物层，如附着在基材上的二氧化硅层。此外，已发现本发明的组合物抑制氮化硅抛光。本发明还涉及用本发明的组合物和浆料抛光氧化物层的新方法。