專利名稱：化學(xué)機(jī)械拋光組合物以及用于抑制多晶硅移除速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物及方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用于拋光半導(dǎo)體基材同時抑制多晶硅從該基材移除的方法。
背景技術(shù)：
用于對基材表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的組合物及方法是本領(lǐng)域公知的。用于半導(dǎo)體基材(例如集成電路)的表面的CMP的拋光組合物(也稱為拋光漿料、CMP漿料及CMP組合物)典型地包含研磨劑、各種添加劑化合物等。通常，CMP涉及表面的同時發(fā)生的化學(xué)研磨和機(jī)械研磨，例如，上覆第一層的研磨以暴露該第一層形成于其上的不在同一平面上(non-planar)的第二層的表面。一種這樣的方法描述于Beyer等人的美國專利No. 4，789，648中。簡言之，Beyer等人公開了使用拋光墊和漿料以比第二層快的速率移除第一層直到材料的上覆第一層的表面變成與被覆蓋的第二層的上表面共面的CMP方法?；瘜W(xué)機(jī)械拋光的更詳細(xì)的說明參見美國專利 No. 4，671，851、No. 4，910，155 和 No. 4，944，836。在常規(guī)的CMP技術(shù)中，基材載體或拋光頭安裝在載體組件上且定位成與CMP裝置中的拋光墊接觸。載體組件向基材提供可控制的壓力，迫使基材抵靠著拋光墊。該墊與載體及其附著的基材相對于彼此移動。該墊與基材的相對移動起到研磨基材的表面以從基材表面移除材料的一部分由此拋光基材的作用?；谋砻娴膾伖獾湫偷剡M(jìn)一步借助于拋光組合物(例如，存在于CMP組合物中的氧化劑、酸、堿或其它添加劑)的化學(xué)活性和/或懸浮于拋光組合物中的研磨劑的機(jī)械活性。典型的研磨劑材料包括二氧化硅、二氧化鈰、氧化鋁、 氧化鋯和氧化錫。例如，Neville等人的美國專利No. 5，527，423描述了通過使金屬層的表面與包含懸浮于含水介質(zhì)中的高純度金屬氧化物細(xì)粒的拋光漿料接觸來化學(xué)機(jī)械拋光金屬層的方法?；蛘?，可將研磨劑材料引入到拋光墊中。Cook等人的美國專利No. 5，489，233公開了具有表面紋理或圖案的拋光墊的用途，且Bruxvoort等人的美國專利No. 5，958，794公開了固定研磨劑拋光墊。半導(dǎo)體晶片典型地包括其上已形成多個晶體管的基材例如硅或砷化鎵。通過將基材中的區(qū)域和基材上的層圖案化，晶體管化學(xué)地和物理地連接至基材。晶體管和層通過主要由某形式的硅氧化物(SiO2)組成的層間電介質(zhì)(ILD)分隔。晶體管通過使用公知的多級互連而互相連接。典型的多級互連由堆疊的薄膜組成，所述薄膜由以下材料中的一種或多種構(gòu)成鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鋁-銅(Al-Cu)、鋁-硅(Al-Si)、銅(Cu)、鎢(W)、 摻雜多晶硅(poly-Si)、以及它們的各種組合。此外，晶體管或晶體管組常常通過使用填充有絕緣材料例如二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅的溝槽而彼此隔離。通過Chow等人的美國專利No. 4789648中所公開的方法，已經(jīng)對用于形成互連的常規(guī)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，該專利涉及用于生產(chǎn)在基底上的共平面的多層金屬/絕緣體膜的方法。這一已經(jīng)獲得廣泛關(guān)注并產(chǎn)生多層互連的技術(shù)使用化學(xué)機(jī)械拋光，以在器件制造的各
4階段期間使金屬層或薄膜的表面平坦化。雖然許多已知的CMP漿料組合物適合用于有限的用途，但是，常規(guī)的CMP漿料組合物往往表現(xiàn)出不能接受的拋光速率和相應(yīng)的對晶片制造中所用的絕緣體材料的選擇性水平。此外，已知的拋光漿料往往產(chǎn)生對在下面的膜的差的膜移除特性或者產(chǎn)生有害的膜腐蝕，這導(dǎo)致了差的生產(chǎn)率。Chen等人共同擁有的美國專利申請第11/374，238號描述了用于拋光氮化硅基材的具有1至6的pH值的新型拋光組合物，其包含研磨劑和某些酸性組分(例如，丙二酸及氨基羧酸的組合；錫酸鹽；尿酸；苯乙酸；或丙二酸、氨基羧酸及硫酸鹽的組合)。Dysard等人共同擁有的美國專利申請第11/448，205號描述了用于拋光氮化硅基材的具有酸性PH值且包含至少一種具有1-4. 5的pKa值的添加劑的新型拋光組合物。隨著用于集成電路器件的技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)材料正以新的且不同的方式使用以達(dá)到先進(jìn)集成電路所需的性能水平。具體地說，以不同組合形式使用氮化硅、氧化硅及多晶硅以實現(xiàn)新的且甚至更復(fù)雜的器件構(gòu)造。通常，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及性能特征隨不同應(yīng)用而變化。在一些情況下，適用于有效移除基材的一種組分(如氮化硅)的條件能夠非所期望地導(dǎo)致另一種組分(如多晶硅)的過度移除。因此，仍需要這樣的CMP組合物及方法，其用以實現(xiàn)對用于許多IC器件應(yīng)用的氮化硅、氧化硅或鎢的可接受的移除速率，并同時抑制多晶硅的移除。本發(fā)明提供這樣的經(jīng)改善的拋光方法及組合物。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點以及額外的發(fā)明特征將從本文中所提供的本發(fā)明的描述明晰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了可用于對半導(dǎo)體基材進(jìn)行選擇性拋光以從該基材表面移除組分 (例如氮化硅、氧化硅或鎢)同時抑制多晶硅移除的CMP組合物。本發(fā)明的CMP組合物包含懸浮于含有包含炔二醇和/或炔二醇乙氧基化物(優(yōu)選炔二醇)的表面活性劑的酸性含水載體中的研磨劑顆粒。在優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的CMP組合物包含0. 01至15重量％ 的懸浮于含有10至IOOOOppm表面活性劑的酸性含水載體中的研磨劑顆粒。在一些優(yōu)選的實施方案中，研磨劑顆粒包括膠態(tài)二氧化硅。優(yōu)選地，酸性含水載體具有不超過6 (例如1 至4、或2至3)的pH值。表面活性劑優(yōu)選以20-1000ppm的量存在。如果需要的話，本發(fā)明組合物可包含其它添加劑材料，例如，羧酸材料(如丙二酸和/或甘氨酸)和/或有機(jī)或無機(jī)鹽(如硫酸鉀)。例如，該組合物可包含10至100000ppm(0. 001至10重量％ )的至少一種羧酸材料。該CMP組合物還可包含用于CMP組合物的其它常見的添加劑材料，例如殺生物劑、粘度調(diào)節(jié)劑、腐蝕抑制劑、螯合劑、有機(jī)聚合物、其它表面活性劑、氧化劑、電子轉(zhuǎn)移劑等，它們的許多實例是CMP領(lǐng)域中公知的。在另一方面中，本發(fā)明提供了拋光基材以優(yōu)先于多晶硅移除諸如氮化硅、氧化硅或鎢的組分的方法。該方法包括用本發(fā)明的CMP組合物研磨基材表面，優(yōu)選地，在過氧化氫的存在下。例如，該研磨可通過如下進(jìn)行使基材表面接觸拋光墊及CMP組合物，和使拋光墊與基材之間發(fā)生相對運(yùn)動，同時保持CMP組合物的一部分與在墊和基材之間的表面接觸一段足以從表面磨除氮化硅的時間。相比于使用不含炔二醇或炔二醇乙氧基化物表面活性劑的基本上相同的配制物得到的結(jié)果，本發(fā)明的CMP組合物提供了氮化硅、氧化硅或鎢的有效的移除速率同時出人意料地抑制了多晶硅的移除。


圖1說明了可用于本發(fā)明組合物及方法的兩種炔二醇表面活性劑的結(jié)構(gòu)，以及對比用炔單醇表面活性劑的結(jié)構(gòu)。圖2顯示了通過用本發(fā)明組合物拋光多晶硅毯覆晶片而獲得的多晶硅移除相對于表面活性劑濃度的圖。圖3顯示了通過用本發(fā)明組合物(實施例D)及三種對比組合物(實施例A、實施例B和實施例C)拋光所示材料的毯覆晶片而獲得的對TEOS-SW2 (TS)、氮化硅(SN)、鎢(W) 及多晶硅(PQ的移除速率相對于表面活性劑濃度的柱狀圖。圖4顯示了相比于使用不含炔二醇型表面活性劑的CMP組合物而獲得的結(jié)果，通過使用含有不同表面活性劑材料的CMP組合物拋光多晶硅毯覆晶片而獲得的多晶硅移除速率抑制百分?jǐn)?shù)的柱狀圖。
具體實施例方式本發(fā)明的CMP組合物包含懸浮于含表面活性劑的酸性含水載體中的研磨劑顆粒， 該表面活性劑包含炔二醇和/或炔二醇乙氧基化物。優(yōu)選的炔二醇表面活性劑包括式(I)的炔二醇化合物或每摩爾炔二醇化合物包含1-40摩爾(優(yōu)選4-30摩爾)的亞乙基氧單元的該炔二醇化合物的乙氧基化物。式(I)
權(quán)利要求
1.適用于拋光含氮化硅的基材同時抑制多晶硅從該基材移除的化學(xué)機(jī)械拋光組合物， 該組合物包含0. 01至15重量％的懸浮于含有10至IOOOOppm表面活性劑的含水載體中的研磨劑顆粒，所述表面活性劑包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它們的組合。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中，該含水載體具有最高達(dá)10的pH。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中，該含水載體具有1-4的pH。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中，該研磨劑顆粒包括膠態(tài)二氧化硅。
5.權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步包含10至lOOOOOppm的至少一種含羧酸的添加劑。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中，該至少一種含羧酸的添加劑包括丙二酸、甘氨酸、或它們的組合。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中，該表面活性劑以20-1000ppm的濃度存在。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中，該表面活性劑包括式(I)的炔二醇化合物和/或每摩爾炔二醇化合物包含1-40摩爾的亞乙基氧單元的式(I)炔二醇化合物的乙氧基化物，式⑴
9.權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步包含有機(jī)或無機(jī)鹽添加劑。
10.權(quán)利要求9的組合物，其中，該鹽添加劑包括硫酸鉀。
11.拋光半導(dǎo)體基材以從該基材表面優(yōu)先于多晶硅移除氮化硅的方法，該方法包括用 CMP組合物研磨含氮化硅及多晶硅的基材的表面，該CMP組合物包含0. 01至15重量％的懸浮于含有10至IOOOOppm表面活性劑的含水載體中的研磨劑顆粒，所述表面活性劑包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它們的組合。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，該拋光在過氧化氫的存在下進(jìn)行。
13.權(quán)利要求11的方法，其中，該CMP組合物中的表面活性劑包括式(I)的炔二醇化合物和/或每摩爾炔二醇化合物包含1-40摩爾的亞乙基氧單元的式(I)炔二醇化合物的乙氧基化物，式⑴
14.權(quán)利要求11的方法，其中，該研磨通過如下進(jìn)行(a)使所述基材的表面接觸拋光墊及所述CMP組合物；和(b)使所述拋光墊與所述基材之間發(fā)生相對運(yùn)動，同時保持所述CMP組合物的一部分與在所述墊和所述基材之間的所述表面接觸一段足以從所述表面磨除氮化硅的時間。
15.權(quán)利要求11的方法，其中，該組合物進(jìn)一步包含10至lOOOOOppm的至少一種含羧酸的添加劑。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，該至少一種含羧酸的添加劑包括丙二酸、甘氨酸、或它們的組合。
17.權(quán)利要求11的方法，其中，該組合物進(jìn)一步包含有機(jī)或無機(jī)鹽添加劑。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，該鹽添加劑包括硫酸鉀。
19.權(quán)利要求11的方法，其中，該含水載體具有最高達(dá)10的pH。
20.權(quán)利要求19的方法，其中，該含水載體具有1-4的pH。
全文摘要
本發(fā)明提供了適用于拋光含氮化硅的基材同時抑制多晶硅從該基材移除的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物。該組合物包含懸浮于含表面活性劑的酸性含水載體中的研磨劑顆粒，所述表面活性劑包括炔二醇、炔二醇乙氧基化物、或它們的組合。本發(fā)明還公開以該化學(xué)機(jī)械拋光組合物拋光半導(dǎo)體基材的方法。
文檔編號H01L21/304GK102482555SQ201080037234
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者F.德里格塞薩索羅, K.摩根伯格, M.S.蔡, W.沃德 申請人:嘉柏微電子材料股份公司