[发明专利]具有高的氮化硅对氧化硅移除速率比的抛光组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光组合物及使用其抛光基板的方法。

背景技术

对于用于隔离半导体器件各元件的方法，大量注意力放在浅沟槽隔离(STI)工艺上，其中在硅基板上形成氮化硅层，经由蚀刻或光刻法形成浅沟槽，且沉积介电层以填充这些沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路深度的变化，通常需要将过量的介电材料沉积在基板顶部上以确保所有沟槽完全填满。

然后通常通过化学机械平坦化工艺来移除过量的介电材料(例如氧化物)以暴露出氮化硅层。当氮化硅层暴露出来时，面临化学机械抛光系统的基板的最大面积包含氮化硅，氮化硅必须随后进行抛光以获得高度平坦且均匀的表面。通常，以往的实践一直强调氧化物抛光优先于氮化硅抛光的选择性。因此，氮化硅层已在化学机械平坦化工艺期间用作终止层，这是因为在氮化硅层暴露后整体抛光速率会降低。随着蚀刻技术的进步，氧化物线宽变得更小。随着氧化物线宽的减小，通常期望所利用的抛光系统具有对氮化硅的抛光优先于对氧化物的抛光的选择性，这使得形成于基板表面上的氧化物线路中的缺陷减至最少。

在本领域中熟知用于平坦化或抛光基板表面的组合物及方法。抛光组合物(也称作抛光浆料)通常含有在液体载体中的研磨材料，并通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触来将该抛光组合物施用于该表面。典型的研磨材料包括二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆及氧化锡。例如，美国专利5,527,423描述了一种通过使表面与包含在含水介质中的高纯度金属氧化物细颗粒的抛光浆料接触来对金属层进行化学机械抛光的方法。抛光组合物通常连同抛光垫(例如，抛光布或盘)一起使用。合适的抛光垫描述于美国专利6,062,968、6,117,000及6,126,532(这些专利公开了具有开孔型多孔网络的烧结聚氨酯抛光垫的用途)及美国专利5,489,233(该专利公开了具有表面纹理或图案的实心抛光垫的用途)中。研磨材料可以并入到抛光垫中，而不是悬浮于抛光组合物中，或者，研磨材料除了悬浮于抛光组合物中之外，还可以并入到抛光垫中。美国专利5,958,794公开了一种固定研磨剂抛光垫。

已知若干种用于抛光含有低介电常数的材料(例如氧化物)的基板的化学机械抛光(CMP)组合物。例如，美国专利6,043,155公开了一种用于无机及有机绝缘膜的基于二氧化铈的浆料，其具有二氧化硅对氮化硅抛光的选择性。美国专利申请公布2002/0168857A1公开了一种用于制造半导体器件的方法，其中将二氧化硅沉积于用沟槽图案化的氮化硅膜上，然后实施两步骤的化学机械抛光工艺以选择性地移除上面的二氧化硅，从而使沟槽填满有二氧化硅。因此，本领域中仍需要具有相反选择性(即优先于下面的介电组分选择性地移除氮化硅)的抛光组合物及方法。

本发明提供这样的组合物及方法。从本文所提供的对本发明的描述，本发明的这些和其它优点及其它发明特征将变得明晰。

发明内容

本发明提供一种改进的CMP抛光组合物，其提供氮化硅相对于二氧化硅及多晶硅移除的高选择性。本发明的化学机械抛光(CMP)组合物具有7或更小的pH(例如，4至7的pH)，并包含阳离子研磨剂、阳离子聚合物、无机卤化物盐及含水载体。

优选的阳离子研磨剂包括氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈及掺杂二氧化硅。任选地，该组合物可包括氨基羧酸。

优选的阳离子聚合物包括阳离子均聚物、含有至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合。特别优选的阳离子聚合物为聚卤化二烯丙基二甲铵。

可用于本发明的组合物中的无机卤化物盐包括碱金属卤化物、卤化铵等。特别优选的无机卤化物盐为氯化铵。

优选地，该组合物包含0.01重量％至5重量％的阳离子研磨剂。该阳离子聚合物优选以0.1至500ppm的量存于该组合物中。该无机卤化物盐以100至1000ppm的量存于该组合物中。

本发明的化学机械抛光(CMP)方法包括使基板表面与抛光垫及CMP组合物接触，并使该抛光垫与该基板之间发生相对运动(其间具有一部分该CMP组合物)以磨除该表面的至少一部分。该CMP组合物具有7或更小的pH，并包含阳离子研磨剂、阳离子聚合物、无机卤化物盐及含水载体。

当本发明的组合物及方法用于抛光包含氮化硅、二氧化硅及多晶硅的表面时，相对于二氧化硅及多晶硅，其从该表面选择性地磨除氮化硅。例如，可以从该表面磨除二氧化硅的速率的6至60倍的移除速率，且以显著超过从该表面移除多晶硅的速率的速率从该表面磨除氮化硅。

具体实施方式