[发明专利]化学-机械抛光组合物及其制造和使用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学-机械抛光(“CMP”)组合物以及其制造和使用的方法。

背景技术

CMP是一种源于前工业化时代的技术。近年来，CMP已经成为半导体芯片制造商将半导体芯片的表面平坦化的技术选择，因为在该表面上会布置电路图案层。CMP技术是众所周知的，通常使用抛光垫和包含化学试剂与研磨剂颗粒的浆料组合物来完成。化学试剂的作用是与被抛光的层的表面上的一种或多种材料发生化学反应，而研磨剂颗粒则起到机械研磨的作用。

CMP技术的应用之一是在半异体芯片或晶片如硅片上形成的集成电路中的浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)结构的制造中。STI结构的目的是在给定图案层中隔离分散的设备元件(例如晶体管)以防止它们之间发生电流泄漏。有利于在集成电路上制作非常小、高密度电路图案的最近技术发展已经对隔离结构提出了更高的要求。

STI结构通常是通过在硅衬底上热生长氧化物层，然后在热生长的氧化物层上沉积氮化硅层来形成的。在沉积氮化硅层后，使用例如任何已知的光刻掩膜和蚀刻工艺，穿过氮化硅层、热生长层和部分穿过硅衬底而形成浅沟槽。然后通常使用化学气相沉积法来沉积电介质材料例如二氧化硅的层，以完全填充浅沟槽和覆盖氮化硅层。接下来，使用CMP工艺来去除覆盖在氮化硅层上面或者覆盖氮化硅层的那部分二氧化硅层，并且使所述加工件的整个表面平坦化。氮化硅层意图起到抛光阻挡层的作用，所述抛光阻挡层保护下面的热生长的氧化物层和硅衬底在CMP加工过程中不被暴露。在一些应用中，氮化硅层在稍晚的时候通过例如将加工产品浸入热的磷酸溶液中被去除，仅留下二氧化硅填充沟槽，从而用作STI结构。然后通常进行其它的工艺以形成多晶硅栅结构。

十分明显的是，在在硅半导体衬底上制造STI结构的CMP步骤过程中，使用能够有选择地优先于氮化硅去除二氧化硅的抛光剂将会是非常有利的。理想地，通过CMP去除氮化硅的速率是零，而通过CMP去除覆盖在氮化硅阻挡层上的二氧化硅的速率将会非常高。这将允许高的生产量。术语“选择性”被用于描述在CMP工艺过程中使用相同的抛光剂去除二氧化硅的速率与去除氮化硅的速率的比例。选择性是将去除二氧化硅膜的速率(通常用表示)除以去除氮化硅膜的速率来确定的。

已知的是，通过改变抛光条件例如增加抛光垫压力以及在浆料中使用更大的研磨剂颗粒，可以使二氧化硅浅槽填充材料的去除速率变得非常高。然而，这些抛光条件也趋于增加氮化硅的去除速率，这可能影响最后的氮化硅层厚度的一致性，以及在最终的产品中引起其他缺陷例如划痕。因此，对于CMP浆料组合物促进合理的二氧化硅去速率，而同时阻止或抑制氮化硅去除的速率，是很重要的。然而，这对于一些应用中也必须适中地进行。当CMP浆料的选择性与非常低的氮化硅去除速率高度相关时，可能发生其它问题，例如二氧化硅浅槽的“凹陷”，一旦去除氮化硅阻挡层，这将导致严重的形貌变化。因此，为了用于STI加工中，CMP浆料组合物需要能够平衡这些因素。

在过去，向CMP浆料组合物中加入聚丙烯酸酯和某些氨基酸以获得二氧化硅优先于氮化硅的高度选择性抛光。在使用这些添加剂的大多数现有技术CMP浆料组合物中，随着更多的添加剂被加入，二氧化硅和氮化硅的去除速率降低。这在一些去除二氧化硅的速率太低的实例中会产生问题，由此降低了浅沟槽隔离(STI)结构的生产量。

发明内容

本发明提供一种含水CMP浆料组合物，其基本上包括研磨剂颗粒和式(I)所示的化合物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中仅有一个是羟基(-OH)，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中仅有一个是甲氧基(-OCH₃)，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中既不是羟基(-OH)也不是甲氧基(-OCH₃)的三个是氢原子(-H)。用于本发明的目前最优选的研磨剂颗粒是氧化铈(本文有时被称为“二氧化铈”)，用于本发明的目前最优选的式I所示的化合物是香草酸。香草酸显著地增加了二氧化硅的去除速度。