專利名稱：：用于改善氧化物移除速率的cmp組合物的制作方法
技術領域：
：學4幾械拋光的方法'
背景技術：
：作為用以隔離半導體器件的元件的方法，正努力研究淺溝槽隔離(STI)法，其中氮化硅層是在硅基材上形成，淺溝槽是通過蝕刻或光蝕刻法形成，且介電層經(jīng)沉積以填充這些溝槽。由于以該方法所形成的溝槽的深度的變化，典型上必需將過量介電材料沉積在該基材上面以確保完全填充所有溝槽。該介電材料(例如，氧化物)與該基材的下構形相符。因此，該基材的表面的特征為溝槽間的迭置氧化物的凸起區(qū)域，其被稱為圖案氧化物。然后通常通過化學-機械平坦化方法以移除位于這些溝槽外面的過量介電材料，其可額外得到進一步加工所需的平面表面。當對圖案氧化物進行研磨并逐漸獲得該表面的平面性時，該氧化物層可被稱為覆蓋層氧化物(blanketoxide)。-是本領域公知的。拋光組￡1]P白.全在滋本教汰+"將磨材料，且通過以經(jīng)過該拋光組合物浸透的拋光墊接觸該表面來施用到表面上。一般研磨材料包括二氧化硅、氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、及氧化錫。例如，美國專利第5,527,423號描述了一種化學-機械拋光金屬層的方法，該方法是通過將含有在水性介質中的高純度微細金屬氧化物顆粒的拋光漿體接觸該表面來進行拋光。拋光組合物典型上可與拋光墊(例如，拋光布或拋光盤)共同使用。合適的拋光墊在美國專利第6,062,968號、第6,117,000號、及第6,126,532號中有描述，這些專利公開了具有開孔狀多孔網(wǎng)絡的燒結聚氨基曱酸酯拋光墊的用途，而美國專利第5,489,233號公開了具有表面織構(texture)或圖案的固體拋光墊的用途。未懸浮在該拋光組合物內或除了懸浮在該拋光組合物中之外，可以將該研磨材料引入該拋光墊內。美國專利第5,958,794號公開了固定式研磨拋光拔用于含低介電常數(shù)材料的基材的幾種化學-機械拋光組合物是已知的。例如，美國專利第6,043,155號公開了用于無機及有機絕緣膜的基于氧化鈰的漿體。美國專利第6,046,112號公開了用于拋光低介電材料的拋光組合物，其包含氧化鋯研磨劑及氫氧化四曱銨或氫氧化四丁銨。美國專利第6，270,395號公開了用于低介電材料的拋光組合物，其包含研磨劑及氧化劑。就STI方法的介電質拋光步驟而言，通常該氧化硅圖案的移除速率可以具速率限制性，因此，為了增加器件生產(chǎn)率，期望具有高移除速率。在拋光圖案氧化物時，在該氧化物移除速率變得有用之前，有誘發(fā)或誘導期。因此，可減少該誘發(fā)或誘導期的時間的化學-機械拋光法可減少該基材平坦化所需的時間。然而，如果該覆蓋層移除速率太快，在已曝光的溝槽內的氧化物的過度拋光會導致溝槽侵蝕(trencherosion)及增加器件缺陷率。發(fā)明提供這種拋光組合物及方法。由在此提供的本發(fā)明說明書，本發(fā)明的這些與其它優(yōu)點及其它發(fā)明特征將變得明晰。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種化學-機械拋光組合物，其包含(3)0.01重量％至1重量％的選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、及其組合的研磨劑，(b)0.05mM至30mM的卣化物鹽，其包含選自cr、Br-、及r的陰離子，及(c)水。本發(fā)明進一步提供一種化學-機械拋光基材的方法，其包括(a)使基材接觸拋光墊及該化學-機械拋光組合物，(b)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該化學-機械拋光組合物的該拋光墊，及(c)研磨至少部分該基材以拋光該基材。具體實施例方式本發(fā)明提供含(a)研磨劑、(b)卣化物鹽、及(c)水的化學-機械拋光組合物。該拋光組合物令人滿意地可以使含低介電層的基材的化學-機械平坦化中的圖案氧化物移除速率增加及覆蓋層氧化物移除速率減少。如文中使用，術語"組份"包括單獨的成份(例如，酸、堿等)及成份(例如，酸、堿、表面活性劑等)的任何組合。該研磨劑選自氧化鋁、氧化鈰、及氧化鋯。該研磨劑優(yōu)選為氧化鋁或氧化鈰。該研磨劑更優(yōu)選為氧化鈰。以該液態(tài)載體及溶于或懸浮于其中的任何組份的重量為基準計，該拋光組合物內的研磨劑的存在量較佳為0.01重量％或更多，例如，0.02重量％或更多，0.05重量％或更多，或0.1重量％或更多。以該液態(tài)載體及溶于或懸浮于其中的任何組份的重量為基準計，該拋光組合物中的研磨劑的存在量較佳為1重量％或更少，例如，0.5重量％或更少。該卣化物鹽可以是具有選自cr、Bf、及r的陰離子的任何鹽。該卣化物鹽優(yōu)選包含r陰離子。該卣化物鹽的陽離子可以是任何合適的陽離子。該卣化物鹽較佳包含金屬陽離子。優(yōu)選，在這些拋光條件下，該金屬陽離子與該基材或該拋光組合物的任何組份不起化學反應。該陽離子更優(yōu)選選自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、及Fe2—。該卣化物鹽最優(yōu)選為碘化鉀("KI")。這些卣化物鹽也可以是卣化銨及卣化吡啶錙(pyridiniumhalide)。該卣化銨鹽優(yōu)選選自NH4C1、NH4Br、及NH4L且該卣化吡啶錫鹽優(yōu)選選自C5H5NHC1、C5H5NHBr、M5H5NHI。該拋光組合物中的該卣化物鹽濃度4交佳為0.05mM或更多，例如，0.1mM或更多。該拋光組合物中的該卣化物鹽濃度優(yōu)選為30mM或更低，例如，10mM或更低，或5mM或更低。該卣化物鹽的濃度大于30mM會導致覆蓋層氧化物移除速率減低至不能接受的程度?？赏ㄟ^任何合適方法(例如，在制備該拋光組合物時，以該液態(tài)載體及溶于或懸浮于其中的任何組份的重量為基準計，通過使用0.01重量％至0.5重量％的該卣化物鹽)得到該卣化物鹽的所期望的濃度。該化學-機械拋光組合物的pH小于9,例如，8或更低，或7或更低。該拋光組合物的pH優(yōu)選為3或更高，例如，4或更高。該拋光組合物的pH又.更優(yōu)選為4至7。該拋光組合物可視需要包含pH調整劑，例如，氫氧化鈉或鹽酸。該拋光組合物可視需要包含pH緩沖體系，例如，醋酸銨或檸檬酸二鈉。這種pH緩沖體系是本領域公知的。該化學-機械拋光組合物可視需要包含有機羧酸?？捎糜诒景l(fā)明該化學-機械拋光組合物的羧酸包括單羧酸及二羧酸及其鹽。該羧酸優(yōu)選選自乙酸、丙酸、丁酸、苯曱酸、曱酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、乳酸、酞酸、水楊酸、鄰-氨基苯曱酸、檸檬酸、羥基乙酸、反-丁烯二酸、月桂酸、丙酮酸、硬脂酸、氯醋酸、二氯醋酸、2-吡啶羧酸、甘氨酸、丙氨酸、3-氨基丙酸、4-氨基丁酸、其衍生物、其鹽、及其組合。該羧酸更優(yōu)選為氨基羧酸。該化學-機械拋光組合物可含有任何合適量的羧酸，且典型上包含O.OOOl重量％或更多的羧酸。該拋光組合物優(yōu)選包含0.001重量％至0.5重量°/。的羧酸。該拋光組合物更優(yōu)選包含0.001重量％至0.25重量°/。的羧酸。應當理解，上述羧酸可以呈鹽(例如，金屬鹽、銨鹽或諸如此類)、酸的形式或作為其部分鹽(partialsalt)而存在。例如，酒石酸鹽類包括酒石酸及其單-鹽及二-鹽。而且，包含堿性官能基的羧酸可以呈該堿性官能基的酸鹽的形式存在。例如，甘氨酸類包括甘氨酸及其單酸鹽。而且，某些化合物可兼作為酸及螯合劑(例如，某些氨基酸及諸如此類)。該羧酸在該拋光組合物內可起到幾項作用。該羧酸可緩沖該系統(tǒng)的pH,并使底部的氮化硅上的氧化物介電材料得到一定的選擇性。該酸另外地可增強該氧化物移除速率，并改良該拋光組合物的膠體穩(wěn)定性。該化學-機械拋光組合物可視需要進一步包含一種或多種其它添加劑。這種添加劑包括任何合適的表面活性劑及/或流變控制劑，其包括粘度增強劑及凝聚劑(例如，聚合物流變控制劑，諸如，氨基曱酸酯聚合物)、含一種或多種丙烯酸類亞單元(subunit)的丙烯酸酯(例如，丙烯酸乙烯酯及丙烯酸苯乙烯酯)、及其聚合物、共聚物、與低聚物、及其鹽。合適的表面活性劑包括，例如，陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陰離子聚電解質、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑、氟化表面活性劑、其混合物、及諸如此類。該化學-機械拋光組合物可用以拋光任何基材，且尤其可用于拋光含至少一個由低介電材料組成的層(典型地為表層)的基材。合適的基材包括用于半導體工業(yè)的晶片。該晶片典型上由，例如，金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬復合物、金屬合金、低介電材料、或它們的組合所組成。本發(fā)明的方法特別適用于拋光含二氧化硅的基材。該化學-機械拋光組合物特別適于將已進行淺溝槽隔離(STI)處理的基材進行平坦化或拋光。STI處理典型上包括提供氮化硅層沉積于其上的硅基材。遵照光蝕刻法，將溝槽蝕刻在由氮化硅層所組成的基材上，并使過量二氮化硅沉積于其上。然后使該基材進行平坦化處理，直到該氮化硅完全暴露出來為止，從而使殘留在這些溝槽內的氧化硅大約與該氮化硅同樣高。期望地，使用本發(fā)明的化學-機械拋光組合物，在這種典型的STI處理法中進行該平坦化或拋光步驟，優(yōu)選由此移除該二氧化硅并于該氮化硅層停止平面化步驟。該化學—機械拋光組合物特別適用于化學-機械拋光。關于這點，本發(fā)明提供一種化學-機械拋光的方法，其包括(a)使基材接觸該化學-機械拋光組合物及拋光墊，(b)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該化學-機械拋光組合物的該拋光墊，及(C)研磨至少部分該基材以拋光該基材。在典型的化學-機械拋光方法中，于受控化學、壓力、速度、及溫度條件下，在拋光組合物存在下，將基材(例如，半導體晶片)壓在拋光墊上。該基材與墊的相對運動可以是圓形、橢圓形或直線運動。典型上，該基材與墊的相對運動為圓形運動?？赏ㄟ^任何合適的技術，使基材經(jīng)由該化學-機械拋光組合物進行平坦化或拋光。關于這點，在輸送至該拋光墊或該基材表面之前，先配制該拋光組合物是適宜的。在該拋光墊表面上或該基材表面上配制(例如，混合)該拋光組合物也是適宜的，其是通過自兩個或多個不同來源輸送該拋光組合物的表面。關于這點，可以在該拋光過程之前及/或該拋光過程期間，改變該拋光組合物的這些組份輸送至該拋光墊或該基材表面的流速(亦即，該拋光組合而且，下列是適宜的，即，自兩個或多個不同來源輸送的該拋光組合物的具體組份具有不同pH值或可選擇地在輸送至該拋光墊表面或該基材表面之前，具有基本上類似或甚至相等的pH值。在輸送至該拋光墊表面或該基材表面之前，獨立或共同(例如，一起)過濾自兩個或多個不同來源輸送的具體組份也是適宜的?？梢允褂萌魏魏线m的拋光墊(例如，拋光表面)，使基材經(jīng)該化學-機械拋光組合物進行平面化或拋光。合適的拋光墊包括，例如，織造及非織造拋光墊。而且，合適的拋光墊可包括具有不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、對壓縮的反彈能力、及壓縮模量的任何合適的聚合物。合適的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨基曱酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成(coformed)的產(chǎn)物、及其混合物。以下實施例進一步說明本發(fā)明，但是，當然，無論如何這些實施例不應被解釋為限制本發(fā)明的范圍。在以下實施例中，覆蓋層移除速率為具有基本上連續(xù)表面的二氧化硅層的減少速率(以A/min(埃/分鐘)表示)。100%有效移除速率為約100%接近該拋光墊的二氧化硅層減少速率(A/min)，且其與覆蓋層移除速率同義。50%有效移除速率為約50。/。該表面接近該拋光墊的圖案化二氧化硅層減少速率(A/min)。該拋光實驗通常包括使用50.8厘米(20英寸)拋光工具，該拋光工具以27.6kPa(4psi)的下壓壓力將基材壓在拋光墊上，60rpm壓板速度，56rpm載體速度，200毫升/分鐘的拋光組合物流速，及使用同心溝紋CMP墊的原位調節(jié)。在這些實施例中，術語"氧化物"與二氧化硅同義。實施例l本實施例說明在100%有效移除速率及50%有效移除速率下，KI的引入對各種研磨劑的重要影響。制備兩份含水及o.i5重量。/。氧化鈰、1重量％氧化鋯(Zr02)、3重量％熱解氧化鋁、10重量％熱解硅石或10重量％膠態(tài)硅石的水溶液的拋光組合物，每份組合物中均含有KI。各拋光組合物的pH為5。該膠態(tài)硅石的特征為其是以硅石在水中的穩(wěn)定分散液(其顆粒大小范圍為10至150納米)供應。使相似的二氧化硅層分別經(jīng)各種不同的拋光組合物拋光。在使用這些拋光組合物后，測定通過各拋光組合物達到的二氧化硅(Si02)的100%有效移除速率及50%有效移除速率，所得到的數(shù)據(jù)如表l所述。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如自表l的數(shù)據(jù)可知，添加KI至該含氧化鈰的拋光組合物可導致該100%有效移除速率降低約51%,及該50%有效移除速率增加約8%。就該含氧化4告的拋光組合物而言，添加KI會導致該100。/。有效移除速率增加約2。/。，及該50%有效移除速率增加約9%。就該含熱解氧化鋁的拋光組合物而言，添加KI會導致該100%有效移除速率降低約87%，及該50%有效移除速率降低約40%。反之，就該含熱解硅石的拋光組合物而言，添加KI會導致該100。/。有效移除速率增加約94%,及該50%有效移除速率基本上并無改變。同樣，就該含膠態(tài)硅石的拋光組合物而言，添加KI顯示該100。/。有效移除速率增加約19。/。，及該50%有效移除速率增加13%。就該含氧化鈰的組合物而言，該作用最大，其中可發(fā)現(xiàn)該50%有效活性速率的較佳增加及該100%有效移除速率的較佳降低。就該含氧化鋯的組合物而言，該100%有效移除速率有輕^1變化，但是該50。/。有效移除速率增加。在該含熱解氧化鋁的組合物中，在兩表面上的移除速率降低，但是該50%有含硅石的組合物而言，添加KI顯示該100。/。有效移除速率及該50。/。有效移除速率皆不期望地增加。因此，本實施例的結果說明了對于通過本發(fā)明拋光組合物得到的兩種不同表面類型的移除速率的影響。實施例2本實施例說明該卣化物陰離子在本發(fā)明拋光組合物中的重要性，對該覆蓋層移除速率及50。/。有效移除速率的影p向。制備含氧化鈰及不同鹽(具體地說是，0.5mMKN03、0.5mMKC1、0.5mMKI、0.25mMK2C204、0.5mMK2C204、2.0mMKCl、及0.5mM&^04)的水溶液的拋光組合物。相似的二該覆蓋層移除速率及50%有效移除速率，所得到的數(shù)據(jù)如表2所示。表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如自表l所述的數(shù)據(jù)所知，與該對照組合物相比，KI或KCl的存在可導致該覆蓋層移除速率降低及該50%有效移除速率增加。就兩基材特征而言，KN03或K2S04的存在可導致移除速率的降低，且就兩基材特征而言，K2C204的存在可導致移除速率的大程度降低。因此，本實施例的這些結果證明這些陰離子在該拋光組合物內的重要性及卣化物離子存在于本發(fā)明拋光組合物中所得到的有利效果。權利要求1.一種化學-機械拋光組合物，其包含:(a)0.01重量％至1重量％的選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、及其組合的研磨劑，(b)0.05mM至30mM的鹵化物鹽，其含有選自Cl-、Br-、及I-的陰離子，及(c)水，其中該拋光組合物的pH小于9。2.如權利要求l的化學-機械拋光組合物，其中該拋光組合物的pH為3至8。3.如權利要求l的化學-機械拋光組合物，其中該研磨劑為氧化鋁或氧化镩。4.如權利要求3的化學-機械拋光組合物，其中該研磨劑為氧化鈰。5.如權利要求4的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽包含陰離子r。6.如權利要求5的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽包含選自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Fe2+、NH4+、及(^415^+的陽離子。7.如權利要求6的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽為KI。8.如權利要求7的拋光組合物，其進一步包含有機羧酸。9.如權利要求l的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽包含陰離子r。10.如權利要求1的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽包含選自Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Fe2+、NH4+、AC5H5NH+的陽離子。11.如權利要求10的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽為KI。12.如權利要求l的化學-機械拋光組合物，其中該研磨劑的存在量為0.01重量％至0.5重量％。13.如權利要求l的化學-機械拋光組合物，其中該卣化物鹽的存在濃度為O.lmM至lOmM。14.如權利要求l的化學-機械拋光組合物，其進一步包含有機羧酸。15.如權利要求14的化學-機械拋光組合物，其中該有機羧酸選自單羧酸及二羧酸。16.如權利要求15的化學-機械拋光組合物，其中該有機羧酸為氨基羧酸'17.—種化學-機械拋光的方法，其包括(a)使基材接觸拋光墊及化學-機械拋光組合物，該化學-機械拋光組合物包含(i)0.01重量。/。至l重量。/。的選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、及其組合的研磨劑，(ii)0.05mM至30mM的卣化物鹽，其包含選自Cr、Bf、及r的陰離子，及(iii)水，其中該拋光組合物的pH小于9,(b)相對于該基材，移動具有位于該基材和拋光墊之間的該化學-機械拋光組合物的該拋光墊，及(c)研磨至少部分該基材以拋光該基材。18.如權利要求17的方法，其中該化學-機械拋光組合物的pH為3至8。其中該研磨劑為氧化鋁或氧化鈰。其中該研磨劑為氧化鈰。其中該卣化物鹽包含陰離子r。其中該卣化物鹽包含選自Li+、Na+、K+、、NH4+、及CsHsNH+的陽離子。其中該卣化物鹽為KI。其進一步包含有機羧酸。其中該卣化物鹽包含陰離子r。其中該卣化物鹽包含選自Lf、Na+、K+、、NH4+、及C5H5NH+的陽離子。其中該卣化物鹽為KI。其中該研磨劑的存在量為0.01重量％至0.5重19.如權利要求17的方法，20.如權利要求19的方法，21.如權利要求20的方法,22.如權利要求21的方法Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Fe223.如權利要求22的方法，24.如權利要求23的方法，25.如4又利要求17的方法，26.如權利要求17的方法Mg2+、Ca2+、Sr2Baz27.如權利要求26的方法，28.如權利要求17的方法，量o/ck29.如權利要求17的方法，其中該卣化物鹽的存在濃度為O.lmM至lO30.如權利要求17的方法，31.如權利要求30的方法，其進一步包含有機羧酸。其中該有機羧酸選自單羧酸及二羧酸。32.如權利要求31的方法，其中該有機羧酸為氨基羧酸。33.如權利要求17的方法，其中該基材包含二氧化硅。全文摘要本發(fā)明提供一種含研磨劑、鹵化物鹽、及水的化學-機械拋光組合物。本發(fā)明進一步提供一種使用該化學-機械拋光組合物及拋光墊進行基材的化學-機械拋光的方法。文檔編號H01L21/3105GK101379154SQ200580019841公開日2009年3月4日申請日期2005年6月10日優(yōu)先權日2004年6月18日發(fā)明者羅伯特·瓦卡西,菲利普·卡特申請人:卡伯特微電子公司