專(zhuān)利名稱(chēng)：用于優(yōu)先除去氧化硅的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面化或拋光系統(tǒng)，以及平面化或拋光復(fù)合基材的方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)榧呻娐返某叽缱冃∫约靶酒霞呻娐返臄?shù)目增加，因此構(gòu)成該集成電路的組件在位置上必定靠地更近，以配合標(biāo)準(zhǔn)芯片上有限的空間。因此目前的研究是朝向如何使半導(dǎo)體基材每單位面積具有較高密度的活性成份。據(jù)此，電路間的有效隔離對(duì)確保半導(dǎo)體發(fā)揮最優(yōu)選性能而言變得愈來(lái)愈重要。新式集成電路技術(shù)中電路組份的傳統(tǒng)隔離方法采用淺溝的形式，其被蝕刻于半導(dǎo)體基材內(nèi)并填充有一絕緣物，像是二氧化硅。該技藝中這些區(qū)域通常稱(chēng)的為淺溝隔離(STI)區(qū)。STI區(qū)域是供隔離集成電路中的活性區(qū)域用。
與STI加工處理有關(guān)的問(wèn)題為半導(dǎo)體基材的平面化后接著形成溝槽(即溝槽被蝕刻并被一絕緣物所填充)。特別是在溝槽被絕緣物填充后，必需選擇性地移除來(lái)自介于半導(dǎo)體基材的每一溝槽間的″方山″區(qū)域的絕緣凸出物。此需要選擇性地移除位于方山區(qū)域頂端的障蔽膜(典型上為一種氮化物)上的氧化物絕緣物質(zhì)。從方山區(qū)域?qū)⒀趸锿耆瞥匦柙谑刮挥谙路秸媳文さ南”』瘻p到最低的情況下完成，以確?？缭桨雽?dǎo)體基材的障蔽膜具有均勻的厚度。事實(shí)上，對(duì)半導(dǎo)體是否能發(fā)揮最大性能而言，半導(dǎo)體基材的平面化具有關(guān)鍵性。高平面表面的地形可降低集成電路活性區(qū)域間漏電(即短路)的可能性。此外，高度的平面化可減低后續(xù)互相連接的加工步驟期間石板對(duì)焦過(guò)深問(wèn)題的可能性。因此，優(yōu)良的平面化或拋光加工，接著形成溝槽的步驟對(duì)確保半導(dǎo)體是否能夠發(fā)揮最優(yōu)選性能具有關(guān)鍵性。
試圖解決如何在基材中已形成被氧化物填充的STI區(qū)域后提供高平面化集成電路結(jié)構(gòu)的問(wèn)題導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出許多平面化的流程。傳統(tǒng)的流程包括例如結(jié)合傳統(tǒng)化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)漿液和仿真的結(jié)構(gòu)，氧化物逆轉(zhuǎn)光罩和蝕刻，二元氮化物，硬式光罩，和/或阻斷模件的″整合流程″。例如美國(guó)專(zhuān)利第5,721,173號(hào)(Yano等人)涉及形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，涉及使用漿料，以CMP平面化，之后用HF溶液濕式蝕刻的兩步驟方法。然而大部份傳統(tǒng)的流程為耗時(shí)且昂貴，并且對(duì)一個(gè)或一個(gè)以上的加工處理步驟而言不具有效益。
因此，當(dāng)單獨(dú)使用或與傳統(tǒng)的平面化或整合流程并用時(shí)，仍需要這樣一種拋光系統(tǒng)，組合物，和/或方法，其可造就整個(gè)復(fù)合基材上障蔽膜的稀薄化為最少且障蔽膜平面化(即厚度的均勻度)程度為最大的結(jié)果，特別是在基材經(jīng)歷淺溝隔離式加工處理后。本發(fā)明尋求提供這樣的一種拋光系統(tǒng)，組合物，和方法。本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)和其它的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)本文所提供的說(shuō)明而變得顯而易見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種平面化或拋光復(fù)合基材的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。本發(fā)明亦提供平面化或拋光一種復(fù)合基材的方法，包括令該基材與系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。


圖1為本發(fā)明拋光系統(tǒng)中，胺濃度和氟離子源濃度(即DMAMP∶HF混合物的濃度)相對(duì)于氧化物和氮化物的相對(duì)移除速率以及氧化物∶氮化物的移除速率比例的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供平面化或拋光一種復(fù)合基材的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。該拋光系統(tǒng)于整個(gè)復(fù)合基材上具有最低的障蔽膜稀薄度以及最高的障蔽膜平面化(即厚度的均勻度)程度，特別是在基材經(jīng)歷淺溝隔離式加工后。
該拋光系統(tǒng)中的研磨劑可以是任何適當(dāng)?shù)难心?。適當(dāng)?shù)难心┌ɡ缃饘傺趸镅心?。金屬氧化物研磨劑包括例如氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈦，二氧化鈰，二氧化鋯，二氧化鍺，氧化鎂，其類(lèi)似產(chǎn)品，和其混合物。適當(dāng)?shù)难心┮喟ń?jīng)熱處理的研磨劑和經(jīng)化學(xué)處理的研磨劑(例如包含化學(xué)交聯(lián)有機(jī)官能基團(tuán)的研磨劑)。該拋光系統(tǒng)的研磨劑優(yōu)選為二氧化硅。該拋光系統(tǒng)的研磨劑更優(yōu)選為發(fā)煙二氧化硅。
該拋光系統(tǒng)的研磨劑可以任何適當(dāng)?shù)男问酱嬖凇＠鐚⒀心┗烊朐搾伖饨M合物中，譬如該拋光系統(tǒng)的水性介質(zhì)中，是適當(dāng)?shù)?。將拋光系統(tǒng)中的研磨劑全部或部份固定(例如嵌入)于該拋光墊之中或之上亦為適當(dāng)?shù)摹?br> 該研磨劑適合以任何適當(dāng)?shù)臐舛却嬖谟谠搾伖饨M合物中，例如該拋光系統(tǒng)的水性介質(zhì)中。拋光組合物中的研磨劑濃度宜為約0.1重量％或以上(例如約0.1-40重量％)。該拋光組合物中的研磨劑濃度優(yōu)選為約0.1-30重量％，例如約拋光組合物的1-30重量％，或甚至約為組合物的5-25重量％。
該拋光系統(tǒng)中的氟離子可以是任何適當(dāng)?shù)姆x子源。適當(dāng)?shù)姆x子源包括例如氟化氫，氟化銨，二氟氫銨，氟化鉀，二氟氫化鉀，氟鈦酸，氟硅酸，氟鋯酸，氟硼酸，和其它的氟化物鹽，氟化物金屬配合物，和其組合。
該拋光系統(tǒng)中所存在氟離子的量可以是任何適當(dāng)?shù)牧?，宜為約0.5重量％或以上。該拋光系統(tǒng)中氟離子的最優(yōu)選含量為約0.6重量％或以上，例如約0.7重量％或以上，約0.8重量％或以上，約0.9重量％或以上，或甚至約為0.95重量％或以上(例如約1重量％或以上)。該拋光系統(tǒng)中所存在氟離子的適當(dāng)濃度亦可為約1.25重量％或以上，約1.5重量％或以上，或甚至約為1.75重量％或以上。再者，該拋光系統(tǒng)中存在較高濃度的氟離子為適當(dāng)?shù)?，譬如約2重量％或以上，約3重量％或以上，約4重量％或以上，或甚至約為5重量％或以上。通常該拋光系統(tǒng)中氟離子的含量不超過(guò)約15重量％，優(yōu)選為不超過(guò)約10重量％(例如約0.5-10重量％，或更優(yōu)選為約1-5重量％)。
該拋光系統(tǒng)中的氟離子可以?xún)煞N形式存在″鈍性″形式(即和該拋光系統(tǒng)的其它組份(如胺組份)鍵結(jié)的離子)和″活性″形式(即易于和經(jīng)平面化或拋光的復(fù)合基材反應(yīng)的自由離子或未鍵結(jié)的離子)。雖然100％的氟離子可以是活性形式，但基本上會(huì)有一部份的氟離子為鈍性形態(tài)(即拋光系統(tǒng)中的氟離子不到約100％的量為活性形式)。因此，拋光系統(tǒng)中約有95％或不到約95％的氟離子(例如約90％或以下，或甚至約85％或以下)為活性形式。再者，該拋光系統(tǒng)中可能有約75％或以下(例如約65％或以下，約55％或以下，約45％或以下，或甚至約30％或以下)的氟離子為活性形式。通常該系統(tǒng)的氟離子含量的約1％或以上(例如約10％或以上)為活性形式。
該拋光系統(tǒng)中活性氟離子的濃度可以任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)測(cè)量。對(duì)活性氟離子濃度而言，其適合以對(duì)氟離子具特定性的電極測(cè)量。亦適合透過(guò)美國(guó)專(zhuān)利第3,329,587號(hào)所公開(kāi)的技術(shù)測(cè)量活性氟離子的濃度。
該拋光系統(tǒng)中的胺可以是任何適當(dāng)?shù)陌?。適當(dāng)?shù)陌钒ɡ绨被?。適當(dāng)?shù)陌被及ɡ鏑1-C12烷醇的含胺的衍生物，例如C1-C6烷醇的含氨的衍生物。適當(dāng)?shù)暮蓖榇及ɡ缫掖及?，甲基氨基乙醇，二甲基氨基乙醇，二乙基氨基乙醇，異丙醇胺，甲基氨基丙醇，二甲基氨基丙醇，二乙基氨基丙醇，和其高?jí)的烷基衍生物，如丁醇，戊醇，己醇，庚醇，辛醇，壬醇，和癸醇的含胺衍生物。該拋光系統(tǒng)中的胺優(yōu)選為單甲基-2-氨基-2-甲基丙醇或2-甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。胺可以具有任何適當(dāng)?shù)膒Kb值。對(duì)胺而言，適當(dāng)?shù)膒Kb值例如為1-7，譬如是2-6。優(yōu)選的pKb值為3-6，譬如為4-5。
該拋光系統(tǒng)中所存在的胺可為任何適當(dāng)?shù)暮?，宜為約1重量％或以上，例如為約1.5重量％或以上。該拋光系統(tǒng)中所存在胺的優(yōu)選含量為約2重量％或以上，例如約3重量％或以上，或甚至約4重量％或以上。該拋光系統(tǒng)中所存在胺的量更優(yōu)選為約5重量％或以上，例如約6重量％或以上，或甚至約7重量％或以上。該拋光系統(tǒng)中所存在胺的適當(dāng)量亦可為約8重量％或以上，約10重量％或以上，約12重量％或以上，或甚至約為15重量％或以上。通常該拋光系統(tǒng)中胺的含量不超過(guò)約25重量％，優(yōu)選為不超過(guò)約20重量％(例如約1-20重量％，或更優(yōu)選為約1-10重量％)。
該拋光系統(tǒng)中的堿可以是任何適當(dāng)?shù)膲A。適當(dāng)?shù)膲A包括例如無(wú)機(jī)氫氧化物堿和碳酸鹽堿。該拋光系統(tǒng)中的堿優(yōu)選選自氫氧化鉀，氫氧化鈉，氫氧化銨，氫氧化銫，碳酸鈉，和其混合物。
該拋光系統(tǒng)中可存在任何適當(dāng)量的堿。該拋光系統(tǒng)中所存在堿的含量宜為約0.1重量％或以上。該拋光系統(tǒng)中堿的適當(dāng)含量亦可為約0.5重量％或以上，約1重量％或以上，約2重量％或以上，或甚至約3重量％或以上。該拋光系統(tǒng)中所存在堿的量亦可為約4重量％或以上，例如約5重量％或以上。通常該拋光系統(tǒng)中堿的含量不超過(guò)約15重量％，優(yōu)選不超過(guò)約10重量％(例如約1-10重量％，或更優(yōu)選為約2-8重量％)。
該拋光系統(tǒng)可進(jìn)一步包含季銨化合物。適當(dāng)?shù)募句@化合物包括例如四烷基銨化合物(例如其中″烷基″為C1-C12烷基；優(yōu)選為C1-C6烷基)。季銨化合物優(yōu)選為四甲基氫氧化銨。
該拋光系統(tǒng)可視情況進(jìn)一步包含一或多種其它的添加劑。此種添加劑包括界面活性劑(例如陽(yáng)離子性界面活性劑，陰離子性界面活性劑，陰離子性聚電解質(zhì)，非離子性界面活性劑，兩性界面活性劑，氟化界面活性劑，和其混合物)，成膜劑(例如雜環(huán)有機(jī)化合物，如苯并三唑，三唑，苯并咪唑，或其混合物)，聚合穩(wěn)定劑或其它的表面活性分散劑(例如磷酸，有機(jī)酸，氧化錫，和膦酸鹽化合物)，pH緩沖劑(例如磷酸鉀)，和拋光加速劑，如催化劑，氧化劑，和其它的螯合或配合劑(例如金屬，特別是含羧基，羥基，磺酸基，和/或磷酸基的含鐵，硝酸鹽，硫酸鹽，鹵化物(包括氯化物，溴化物，和碘化物)的化合物，和/或二-，三-，多-，和聚-羧酸和其鹽(如酒石酸和酒石酸鹽，蘋(píng)果酸和蘋(píng)果酸鹽，丙二酸和丙二酸鹽，葡糖酸和葡糖酸鹽，檸檬酸和檸檬酸，鄰苯二甲酸和鄰苯二甲酸鹽，鄰苯二酚，焦棓酚，棓酸和棓酸鹽，單寧酸和單寧酸鹽)，過(guò)氧化物，高碘酸和鹽類(lèi)，高氯酸和鹽類(lèi)，高溴酸和鹽類(lèi)，碘酸和鹽類(lèi)，高錳酸鹽，鐵氰化鉀，氯酸鹽，過(guò)碳酸鹽，過(guò)硫酸鹽，溴酸鹽，鉻酸鹽，銫化合物，和其混合物)。
該拋光系統(tǒng)的pH可以是任何適當(dāng)?shù)膒H值。本發(fā)明拋光系統(tǒng)的pH值優(yōu)選為約7-14，例如約8-13。本發(fā)明拋光系統(tǒng)的pH值更優(yōu)選為約9-12，例如約10-12，或甚至為約11-12。另一具體實(shí)施例中，當(dāng)選擇性?huà)伖饨饘?，金屬?gòu)?fù)合物，或其混合物或合金時(shí)，該拋光系統(tǒng)的適當(dāng)pH值為約2-6，例如約3-5。此等金屬，金屬?gòu)?fù)合物，和金屬合金包括例如銅，鋁，鈦，鉭，鎢，金，鉑，銥，釕，金屬氮化物(例如氮化鈦，氮化鉭，和氮化鎢)，金屬碳化物(例如碳化硅和碳化鎢)，和亞磷化鋅。
該拋光系統(tǒng)宜具有氧化硅∶氮化硅(即氧化物∶氮化物)為約2∶1或2∶1以上的拋光選擇性，例如約5∶1或5∶1以上。該拋光系統(tǒng)優(yōu)選具有氧化物∶氮化物為約10∶1或10∶1以上的拋光選擇性，例如約15∶1或15∶1以上，或甚至為約25∶1或25∶1以上。該拋光系統(tǒng)更優(yōu)選為具有氧化物∶氮化物為約35∶1或35∶1以上的拋光選擇性，例如約45∶1或45∶1以上，或甚至為約55∶1或55∶1以上。該拋光系統(tǒng)最優(yōu)選為具有氧化物∶氮化物為約65∶1或65∶1以上的拋光選擇性，例如約75∶1或75∶1以上，或甚至為約90∶1或90∶1以上。
可通過(guò)改變?cè)搾伖庀到y(tǒng)中各組份的相對(duì)濃度來(lái)控制通過(guò)該拋光系統(tǒng)所移除氧化硅的量。該拋光系統(tǒng)中與氧化物移除速率直接有關(guān)的活性氟離子的濃度尤其可由改變氟離子，胺，和季銨化合物(如果存在地話(huà))的相對(duì)濃度，以及添加配合劑至該拋光系統(tǒng)中或是由改變?cè)搾伖庀到y(tǒng)pH值的方式加以控制。
可通過(guò)改變?cè)搾伖庀到y(tǒng)中各組份的相對(duì)濃度來(lái)控制通過(guò)該拋光系統(tǒng)所移除氮化硅的量。陽(yáng)離子物質(zhì)(即胺，譬如經(jīng)氫化的胺，和季銨化合物)吸入氮化硅層中，因而降低，大幅降低，或甚至抑制(即阻斷)拋光過(guò)程中氮化硅的移除量。該拋光系統(tǒng)中的堿會(huì)中和該陽(yáng)離子性胺，由而降低其吸附于氮化硅層上的能力，進(jìn)而抑制其移除量。關(guān)于此點(diǎn)，可通過(guò)改變?cè)搾伖庀到y(tǒng)中胺，堿，和季銨化合物(如果存在地話(huà))的相對(duì)濃度，以及通過(guò)改變?cè)搾伖庀到y(tǒng)pH值的方式控制通過(guò)該拋光系統(tǒng)所移除氮化硅的量。
測(cè)量該拋光系統(tǒng)的自由堿度和總堿度以定量出該拋光系統(tǒng)的緩沖能力。自由堿度和總堿度值系通過(guò)滴定的方式測(cè)量，并且可以任何測(cè)量pH的技術(shù)或裝置(例如pH儀)監(jiān)控。該拋光系統(tǒng)宜具有約0.001-0.15摩爾/升的自由堿度值。該拋光系統(tǒng)的優(yōu)選自由堿度值為約0.005-0.1摩爾/升，例如約0.01-0.1摩爾/升。該拋光系統(tǒng)宜具有約0.005-0.2摩爾/升的總堿度值。該拋光系統(tǒng)優(yōu)選具有約0.008-0.15摩爾/升的總堿度值，例如約0.01-0.125摩爾/升。該拋光系統(tǒng)的總堿度值更優(yōu)選為約0.01-0.1摩爾/升。
本發(fā)明亦提供利用本文所述的拋光系統(tǒng)平面化或拋光一種復(fù)合基材的方法，其中該拋光系統(tǒng)包含任何適當(dāng)濃度的研磨劑，氟離子，胺，堿，和水。如上所示，研磨劑可包含于該拋光組合物中，例如該拋光系統(tǒng)的水性介質(zhì)中，和/或固定(例如嵌入)于該拋光墊中或之上。因此，本發(fā)明提供平面化或拋光復(fù)合基材的方法，包括令該基材與系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。該復(fù)合基材可為任何適當(dāng)?shù)膹?fù)合基材。該復(fù)合基材典型上為含有金屬氧化物組份(例如氧化硅)和/或氮化物組份(例如氮化硅)的基材(例如硅基材)。
該拋光系統(tǒng)特別適合用來(lái)平面化或拋光經(jīng)淺溝隔離式(STI)加工處理的基材。STI加工處理通常需提供其上沉積有一層二氧化硅和一層氮化硅的硅基材。溝槽在經(jīng)照相石印后予以蝕刻，并以二氧化硅填充。過(guò)多的二氧化硅被平面化直到氮化硅完全曝露出為止，使得溝槽中所殘留氧化硅的量大致相當(dāng)于方山區(qū)域上氮化硅的量或是大致相當(dāng)于氧化物墊的量。平面化或拋光步驟宜使用本發(fā)明拋光系統(tǒng)，以此典型的STI加工方式進(jìn)行，優(yōu)選為得以移除二氧化硅，并于氮化硅層上停止平面化作用。
亦可使用該拋光系統(tǒng)平面化或拋光經(jīng)硬化的半加工制品，如主要是硅、硬式或記憶磁盤(pán)片，金屬(例如貴重金屬和低k值金屬)，ILD層狀物，微電子機(jī)械系統(tǒng)，鐵電物質(zhì)，磁頭，聚合膜，和低與高常數(shù)的介電膜。
可以任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，利用該拋光系統(tǒng)平面化或拋光基材。關(guān)于此點(diǎn)，宜于被輸送至拋光墊片或基材表面前先行調(diào)配該拋光系統(tǒng)。亦適合在拋光墊片表面上或基材表面上調(diào)配(即混合)此拋光系統(tǒng)，系透過(guò)拋光系統(tǒng)中來(lái)自?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上不同來(lái)源的組份的輸送，由此拋光系統(tǒng)的組份會(huì)于拋光墊片表面上或基材表面上匯合。關(guān)于此點(diǎn)，該拋光系統(tǒng)的組份被輸送至拋光墊片或基材表面上的流動(dòng)速率(即拋光系統(tǒng)中特定組份的輸送量)可在拋光過(guò)程的前和/或拋光過(guò)程期間改變，以使拋光系統(tǒng)的拋光選擇率和/或粘度得以改變。再者，拋光系統(tǒng)中被輸送的特定組份來(lái)自?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上不同的來(lái)源而有不同的pH值為適當(dāng)者，抑或在輸送至拋光墊片或基材表面上前，不同來(lái)源具有實(shí)質(zhì)上類(lèi)似或甚至相同的pH值也是適當(dāng)者。被輸送的特定組份來(lái)自?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上不同的來(lái)源在被輸送至拋光墊片表面或基材表面上前被各別過(guò)濾或一齊過(guò)濾也是適當(dāng)?shù)摹?br> 基材可以任何適當(dāng)?shù)膾伖鈮|片(例如拋光表面)，使用該拋光系統(tǒng)予以平面化或拋光。適當(dāng)?shù)膾伖鈮|片包括例如織物和非織物拋光墊片。再者，適當(dāng)?shù)膾伖鈮|片可包含不同密度，硬度，厚度，壓縮性，壓縮后反彈的能力，和壓縮系數(shù)的任何適當(dāng)?shù)木酆衔?。適當(dāng)?shù)木酆衔锇ɡ缇勐纫蚁?，聚氟乙烯，尼龍，氟碳化物，聚碳酸酯，聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚乙烯，聚酰胺，聚氨基甲酸酯，聚苯乙烯，聚丙烯，和其?lèi)似產(chǎn)品，及其混合物。如上文所作討論，該拋光系統(tǒng)的研磨劑可全部或部份固定(例如嵌入)于該拋光墊片中或之上，此固定于拋光墊片上的步驟可利用例如該拋光墊片形成期間摻合研磨劑于上述聚合物中的方式完成。
該拋光系統(tǒng)(特別是其中包含有研磨劑的拋光組合物)宜具有約25厘泊或以上的粘度，例如約100厘泊或以上，或甚至約500厘泊或以上。該拋光系統(tǒng)的粘度優(yōu)選為約1000厘泊或以上，例如約2000厘泊或以上。該拋光系統(tǒng)的粘度更優(yōu)選為約3000厘泊或以上，例如約4000厘泊或以上，或甚至約5000厘泊或以上。該拋光系統(tǒng)的粘度最優(yōu)選為約6000-9000厘泊(如約7000-8000厘泊)。該拋光系統(tǒng)具有相對(duì)上為高的粘度可使復(fù)合基材被有效拋光所需拋光系統(tǒng)的總量減少?？梢匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞綔y(cè)量該拋光系統(tǒng)的粘度。本文所述粘度值可例如使用Brookfield粘度計(jì)(機(jī)型為L(zhǎng)VDVI，其電壓為115伏且測(cè)量范圍為15-2,000,000厘泊)和適當(dāng)?shù)男妮S(即LV心軸#4)測(cè)量。
可通過(guò)改變?cè)搾伖庀到y(tǒng)中特定組份的濃度來(lái)調(diào)整該拋光系統(tǒng)的粘度。亦可通過(guò)于該拋光系統(tǒng)中添加任何適當(dāng)?shù)牧髯兛刂苿?即一種聚合性流變控制劑)調(diào)整該拋光系統(tǒng)的粘度。適當(dāng)?shù)牧髯兛刂苿┌ɡ绨被姿狨ゾ酆衔?例如分子量大于約100,000Daltons的胺基甲酸乙酯聚合物)，和包含一或多個(gè)丙烯酸副單元的丙烯酸酯(例如丙烯酸乙烯酯和丙烯酸苯乙烯酯)，和聚合物，共聚物，和其低聚物，以及其鹽類(lèi)。
某些情況中宜例如于拋光過(guò)程期間，于原處改變拋光系統(tǒng)的拋光選擇率。此可經(jīng)由任何適當(dāng)?shù)姆绞酵瓿?，例如通過(guò)向前選料或向后進(jìn)料的控制。此拋光方法可利用例如增加或減少拋光聚積性獲得調(diào)整。拋光聚積性可通過(guò)增加或減少墊片與基材彼此的壓力，增加或減少基材與墊片接觸期間的運(yùn)轉(zhuǎn)速度或是增加或減少墊片與基材接觸時(shí)的滾筒速度，或任何組合的方式加以調(diào)整。
在平面化或拋光復(fù)合基材后，所使用的拋光系統(tǒng)可和任何適合促進(jìn)該拋光系統(tǒng)的支配性的化合物混合。適當(dāng)?shù)幕衔锇ɡ缈山档退脪伖庀到y(tǒng)pH值的酸，對(duì)氟離子作用作為配合劑的含鈣鹽，和其它本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的化合物?？梢匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞綄⒋说然衔锛尤氡景l(fā)明的拋光系統(tǒng)中。例如適宜將該等化合物加入廢料流中，其中該拋光系統(tǒng)系從拋光表面離開(kāi)。
實(shí)施例1本實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但當(dāng)然不應(yīng)以任何方式解釋為限制其范圍。根據(jù)本發(fā)明，拋光系統(tǒng)配方如下混合10,000克Cabot′s Semi-Sperse25的發(fā)煙二氧化硅含水分散液(水中25重量％的發(fā)煙二氧化硅)和177克的2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇80(DMAMP-80)(得自ANGUS化學(xué)公司)制備組份A?；旌?4.5重量％的去離子水，12.7重量％的KOH(溶于水中，濃度為40％)，14.2重量％的DMAMP-80，和38.6重量％的氫氟酸(溶于水中，濃度為5％)制備組份B。于相同流速(110毫升/分鐘)下混合組份A和B，形成拋光系統(tǒng)，使所得拋光系統(tǒng)的pH值為9-11.5。所得拋光系統(tǒng)中各組份的濃度為約12重量％的發(fā)煙二氧化硅(研磨劑)，約2重量％的氫氟酸(氟離子源)，約7重量％的DMAMP-80(胺)，約5重量％的KOH(堿)，和約74重量％的水。測(cè)得活性氟離子的濃度約為該拋光系統(tǒng)的0.925重量％。
實(shí)施例2本實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但當(dāng)然不應(yīng)以任何方式解釋為限制其范圍。根據(jù)本發(fā)明，拋光系統(tǒng)系配方如下利用孔徑為1微米的過(guò)濾器過(guò)濾一定量的Cabot′s Cab-O-SperseSC-1的發(fā)煙二氧化硅含水分散液，并用去離子水稀釋的方式制備組份A，使分散液約包含20％的固體物?；旌?1.87重量％的去離子水，1.25重量％的KOH(溶于水中，濃度為40％)，15.68重量％的DMAMP-80(80％的活性)，和11.2重量％的氟化鉀(KF)(溶于水中，濃度為50％)制備組份B。于相同流速(50毫升/分鐘)下混合組份A和B，形成拋光系統(tǒng)，使所得拋光系統(tǒng)的pH值為9-11.5。所得拋光系統(tǒng)中各組份的濃度為約10重量％的發(fā)煙二氧化硅(研磨劑)，約3重量％的KF(氟離子源)，約6重量％的DMAMP-80(胺)，約0.25重量％的KOH(堿)，和約80.75重量％的水。測(cè)得活性氟離子的濃度約為該拋光系統(tǒng)的0.925重量％。
實(shí)施例3本實(shí)施例說(shuō)明為使氧化物的移除速率達(dá)最大限度，本發(fā)明拋光系統(tǒng)中胺和氟離子源的濃度重要性。
用五種拋光組合物(組合物A-E)拋光包含氧化硅層的介電基材和硬式記憶磁盤(pán)片，組合物A-E包含12.5重量％的發(fā)煙二氧化硅(特定為Cabot′s Semi-Sperse25的發(fā)煙二氧化硅含水分散液)，適當(dāng)量的KOH，以維持該拋光組合物的pH為約11-12(即濃度約2-5重量％的KOH)，可變濃度的DMAMP-80(DMAMP)和氫氟酸(HF)的1∶1等摩爾混合物(特定為1.7重量％(1.45重量％DMAMP/0.25重量％HF)，3.4重量％(2.9重量％DMAMP∶0.5重量％HF)，5重量％(4.3重量％DMAMP/0.7重量％HF)，6.7重量％(5.7重量％DMAMP/1重量％HF)，和8.7重量％(7.4重量％DMAMP/1.3重量％HF))，和水(即約82.5重量％，約80.5重量％，約79重量％，約77.5重量％，和約75.5重量％)。DMAMP和HF的濃度使組合物A-E中每一個(gè)組合物中的DMAMP∶HF混合物的摩爾濃度分別為0，0.12，0.24，0.37，0.48，和0.62。
類(lèi)似上述組合物A-E，用四種拋光組合物(組合物F-1)拋光各別的基材，除以季銨化合物取代胺外。具體地，組合物F-I包含12.5重量％的發(fā)煙二氧化硅(特定為Cabot′s Semi-Sperse25的發(fā)煙二氧化硅含水分散液)，適當(dāng)量的KOH，以維持該拋光組合物的pH為約11-12(即濃度約2-5重量％的KOH)，可變濃度的氫氟酸(HF)和季銨化合物(即四甲基氫氧化銨(TMAH))的1∶1的等摩爾混合物(特定為1.6重量％(1.3重量％TMAH/0.3重量％HF)，2.1重量％(1.7重量％TMAH/0.4重量％HF)，2.7重量％(2.2重量％TMAH/0.5重量％HF)，和4.4重量％(3.6重量％TMAH/0.8重量％HF))，和水(即約82.5重量％，約82重量％，約81.5重量％，和約79.5重量％)。TMAH和HF的濃度系使組合物F-I中每一個(gè)組合物中的TMAHHF混合物的摩爾濃度分別為0.14，0.19，0.24，和0.39。
亦以″對(duì)照組″組合物(包含12.5重量％的發(fā)煙二氧化硅(特定為Cabot′sSemi-Sperse25的發(fā)煙二氧化硅含水分散液)，適當(dāng)量的KOH，以維持該拋光組合物的pH為約11-12(即濃度約2-5重量％的KOH)，和約82.5-85.5重量％的水)拋光基材以作比較用。
接著使用這些拋光組合物，測(cè)量出每一拋光組合物的氧化硅(SiO2)的移除速率，數(shù)據(jù)列于表1中。
表 1

由表1所示數(shù)據(jù)顯見(jiàn)，包含胺和氟離子源且DMAMP∶HF的濃度分別為0.12M，0.24M，0.37M，和0.48M)的拋光組合物(組合物A-D)的SiO2移除速率大于″對(duì)照組″組合物和包含氟離子源，但結(jié)合季銨化合物而非胺的拋光組合物(組合物F-I)。由表1所示數(shù)據(jù)亦顯見(jiàn)，DMAMP∶HF濃度為0.24M的拋光組合物(組合物B)，其SiO2的移除速率高于DMAMP∶HF濃度小于0.24M(例如0.12M(組合物A))者，并且高于0.24M(例如0.37M，0.48M，和0.62M(分別為組合物C-E))者。這些結(jié)果證實(shí)了為使氧化物的移除速率達(dá)最大限度的本發(fā)明拋光系統(tǒng)中胺和氟離子源的濃度重要性。
實(shí)施例4本實(shí)施例說(shuō)明為使氧化物∶氮化物的移除速率比例達(dá)最大限度的本發(fā)明拋光系統(tǒng)中氟離子和胺源的濃度的重要性。
用實(shí)施例3的拋光組合物A-E和實(shí)施例3的″對(duì)照組″組合物拋光包含氧化硅層和氮化硅層的介電基材。接著使用該等拋光組合物，測(cè)量該等拋光組合物的氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)的移除速率，計(jì)算氧化物∶氮化物的移除速率比例，所得結(jié)果示于表2中。
表2

由表2所示數(shù)據(jù)顯見(jiàn)，該拋光組合物的氧化硅移除速率大于氮化硅的，不論DMAMP∶HF混合物的濃度如何。此外，包含DMAMP∶HF(組合物A-E)的拋光組合物的SiO2∶Si3N4的相對(duì)移除速率大于″對(duì)照″組合物的SiO2∶Si3N4的相對(duì)移除速率。由表2所示數(shù)據(jù)亦顯見(jiàn)，DMAMP∶HF濃度為0.48M的拋光組合物(組合物D)，其SiO2∶Si3N4的相對(duì)移除速率高于DMAMP∶HF濃度小于0.48M(例如0.12M，0.24M，和0.37M(組合物A-C))的拋光組合物的SiO2∶Si3N4的相對(duì)移除速率，并且高于DMAMP∶HF濃度大于0.48M(例如0.62M(組合物E))的拋光組合物的SiO2∶Si3N4的相對(duì)移除速率。另外，由表2數(shù)據(jù)顯見(jiàn)，DMAMP∶HF濃度為0.37M和0.48M的拋光組合物(分別為組合物C和D)具有較″對(duì)照″組合物為高的SiO2移除速率，較低的Si3N4移除速率，和較高的SiO2∶Si3N4的相對(duì)移除速率。
將表2數(shù)據(jù)制圖，見(jiàn)圖1，其為使用各種組合物所得氧化物和氮化物的移除速率，以及氧化物∶氮化物的移除速率比例，相對(duì)該拋光系統(tǒng)中DMAMP∶HF混合物(即胺和氟離子源的濃度)的濃度。
這些結(jié)果證實(shí)了為使氧化物∶氮化物的相對(duì)移除速率達(dá)最大限度的本發(fā)明拋光系統(tǒng)中胺和氟離子源的濃度重要性，不僅增加了氧化物的移除速率，同時(shí)也降低了氮化物的移除速率。
本文所引據(jù)的所有參考數(shù)據(jù)，包括專(zhuān)利，專(zhuān)利申請(qǐng)，和出版物全文均并入作為參考。
雖然本發(fā)明已就強(qiáng)調(diào)優(yōu)選具體實(shí)施例的方式作說(shuō)明，但對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可采用優(yōu)選具體實(shí)施例的變化試樣，以及本發(fā)明可以其它非本文所特定描述的方式實(shí)施是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明包括所有以下權(quán)利要求所涵蓋的適用法律與規(guī)則所允許程度的所有改變。圖1氧化物移除速率氮化物移除速率氧化物∶氮化物的相對(duì)移除速率DMAMP∶HF混合物的濃度[M]移除速率(埃/分鐘)氧化物∶氮化物的移除速率比率
權(quán)利要求
1.一種平面化或拋光復(fù)合基材的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的pH值為約7-14。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該研磨劑選自氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈦，二氧化鈰，二氧化鋯，二氧化鍺，氧化鎂，其類(lèi)似產(chǎn)品，和其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中該研磨劑為二氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該拋光組合物中研磨劑的濃度為約0.1重量％或以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該研磨劑固定于該拋光墊中或之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該氟離子來(lái)自選自氟化物鹽、氟化物酸、氟化物金屬配合物、和其組合的氟離子源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該胺為氨基醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中該胺為2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該堿選自無(wú)機(jī)氫氧化物堿和碳酸鹽堿。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該堿選自氫氧化鉀，氫氧化鈉，氫氧化銨，氫氧化銫，碳酸鈉，和其混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進(jìn)一步包括季銨化合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的氧化物∶氮化物的拋光選擇率為約2∶1或大于2∶1。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含陽(yáng)離子物質(zhì)，其減少來(lái)自復(fù)合基材的氮化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該氟離子包含少于約100％的活性氟離子。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的自由堿度值為約0.001-0.15摩爾/升。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的總堿度值為約0.005-0.2摩爾/升。
18.一種拋光組合物，包含(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的組合物，其中該組合物進(jìn)一步包含研磨劑。
20.一種平面化或拋光復(fù)合基材的方法，包括使該基材與拋光系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該基材為復(fù)合半導(dǎo)體基材。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該基材在經(jīng)淺溝隔離式加工后被平面化或拋光。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該基材包含氧化物。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該基材包含氮化物。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該系統(tǒng)的pH值為約7-14。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該研磨劑選自氧化鋁，二氧化硅，二氧化鈦，二氧化鈰，二氧化鋯，二氧化鍺，氧化鎂，其類(lèi)似產(chǎn)品，和其混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中該研磨劑為二氧化硅。
28.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該拋光組合物中研磨劑的濃度為約0.1重量％或以上。
29.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該研磨劑固定于該拋光墊中或之上。
30.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該氟離子來(lái)自選自氟化物鹽，氟化物酸，氟化物金屬配合物，和其組合的氟離子源。
31.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該胺為氨基醇。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中該胺為2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇。
33.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該堿選自無(wú)機(jī)氫氧化物堿和碳酸鹽堿。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中該堿選自氫氧化鉀，氫氧化鈉，氫氧化銨，氫氧化銫，碳酸鈉，和其混合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該系統(tǒng)進(jìn)一步包括季銨化合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該復(fù)合基材的平面化或拋光操作發(fā)生于氧化物∶氮化物的拋光選擇率為約2∶1或大于2∶1之時(shí)。
37.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該組合物包含陽(yáng)離子物質(zhì)，其減少來(lái)自復(fù)合基材的氮化物的移除量。
38.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該氟離子包含少于約100％的活性氟離子。
39.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該漿料的自由堿度值為約0.001-0.15摩爾/升。
40.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該漿料的總堿度值為約0.005-0.2摩爾/升。
41.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該漿料在被輸送至基材表面的前先行混合。
42.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中該漿料于拋光墊的表面上加以混合。
全文摘要
提供平面化或拋光一種復(fù)合基材的系統(tǒng)、組合物和方法，該平面化或拋光系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。本發(fā)明也提供平面化或拋光復(fù)合基材的方法，包括令該基材與系統(tǒng)接觸，該系統(tǒng)包含(i)一種拋光組合物和(ii)一種研磨劑，該拋光組合物包括(a)約0.5重量％或以上的氟離子，(b)約1重量％或以上的胺，(c)約0.1重量％或以上的堿，和(d)水。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1422314SQ01807885
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月11日
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