CN101389722B - 用于抛光氮化硅的组合物及方法 - Google Patents

用于抛光氮化硅的组合物及方法 Download PDF

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Abstract

本发明的化学机械抛光组合物包含(a)研磨剂、(b)0.1mM至10mM的丙二酸、(c)0.1mM至100mM的氨基羧酸、(d)0.1mM至100mM的硫酸根离子和(e)水，且具有1至6的pH值。本发明的抛光基板的方法包括前述抛光组合物的使用且该方法尤其可用于抛光含有氮化硅的基板。

Description

用于抛光氮化硅的组合物及方法
技术领域
本发明涉及化学机械抛光组合物及方法。
背景技术
集成电路由形成在基板上或基板中的数百万个有源器件构成，该基板例如硅晶片。所述有源器件以化学方式和物理方式连接到基板中且通过使用多层互连而互联形成功能电路。典型的多层互连包含第一金属层、层间介电层、及某些情况下的第二及后续的金属层。诸如掺杂及未掺杂的二氧化硅(SiO2)及/或低k电介质的层间电介质用以电隔离不同的金属层。形成每一层时，通常使该层平坦化以使后续各层能够形成在该新形成的层上。
钨正在愈来愈多地用作导电材料以形成集成电路器件内的互连。一种在二氧化硅基板上制作平坦钨电路迹线(circuit trace)的方式称作镶嵌工艺。根据该工艺，通过涂覆光刻胶、将该光刻胶暴露于穿过图案的辐射以界定沟槽和/或通孔、随后使用常规干式蚀刻工艺形成用于垂直及水平互连的孔及沟槽，对具有沉积在其上的氮化硅层的二氧化硅电介质表面进行图案化。氮化硅起“硬掩模”的作用以保护非沟槽及/或通孔的部分的二氧化硅表面在蚀刻期间免受损坏。用粘合促进层(诸如，钛)和/或扩散阻挡层(诸如，氮化钛)覆盖经图案化的表面。接着用钨层外涂覆该粘合促进层和/或该扩散阻挡层。应用化学-机械抛光减少该钨外涂层的厚度，并减少任何粘合促进层和/或扩散阻挡层的厚度，直至获得暴露出氮化硅表面的高出部分的平坦表面。这种通孔与沟槽仍以形成电路互连的导电钨填充。
因用于钨的平坦化或抛光的抛光组合物及方法通常对氮化硅的平坦化或抛光无效，所以通常使用等离子干式蚀刻或通过利用以适合的抛光组合物进行的第二抛光操作来移除氮化硅层。另外，因适用于抛光钨的抛光组合物以及适用于抛光氮化硅和氧化硅的抛光组合物通常不相容，所以通常使用不同抛光装置来进行第二抛光步骤，从而增加了整个操作的复杂性及成本。另外，当前用于抛光包含氮化硅及氧化硅的基板的抛光组合物通常具有对氧化硅更快(与氮化硅相比)的移除速率。因此，在移除氮化硅以暴露出下面的氧化硅时，氧化硅可被过度抛光，从而导致基板表面的差的平面性。因此，在本领域中仍然存在对于相比氧化硅而言具有对氮化硅的改良选择性且具有与现存钨抛光组合物的相容性的抛光组合物及方法的需要。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂、(b)加速氮化硅相对于氧化硅的移除速率的组分及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
本发明的化学机械抛光组合物的第一实施方案包含(a)研磨剂、(b)0.1mM至10mM的丙二酸、(c)0.1mM至100mM的氨基羧酸、(d)0.1mM至100mM的硫酸根离子及(e)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
本发明的化学机械抛光组合物的第二实施方案包含(a)研磨剂；(b)0.1mM至25mM的有机酸，其选自芳基二羧酸、苯乙酸类(phenylacetic acids)及其组合；及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
本发明的化学机械抛光组合物的第三实施方案包含(a)研磨剂、(b)0.001mM至100mM的锡酸钾及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
本发明的化学机械抛光组合物的第四实施方案包含(a)研磨剂、(b)0.001重量％至1重量％的尿酸及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
本发明还提供一种使用本发明化学机械抛光组合物来对基板进行化学机械抛光的方法。
用于对基板进行化学机械抛光的本发明方法的第一实施方案包括(i)使包含氮化硅及氧化硅的基板与抛光垫及抛光组合物相接触，该抛光组合物包含(a)研磨剂、(b)0.1mM至10mM的丙二酸、(c)0.1mM至100mM的氨基羧酸、(d)0.1mM至100mM的硫酸根离子及(e)水；(ii)将抛光垫相对于该基板移动；及(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
用于对基板进行化学机械抛光的本发明方法的第二实施方案包括(i)使包含氮化硅及氧化硅的基板与抛光垫及抛光组合物相接触，该抛光组合物包含(a)研磨剂、(b)0.1mM至25mM的有机酸(其选自芳基二羧酸、苯乙酸类、及其组合)及(c)水；(ii)将抛光垫相对于该基板移动；及(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
用于对基板进行化学机械抛光的本发明方法的第三实施方案包括(i)使包含氮化硅及氧化硅的基板与抛光垫及抛光组合物相接触，该抛光组合物包含(a)研磨剂、(b)0.001mM至100mM的锡酸钾及(c)水；(ii)将抛光垫相对于该基板移动；及(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
用于对基板进行化学机械抛光的本发明方法的第四实施方案包括(i)使包含氮化硅及氧化硅的基板与抛光垫及抛光组合物相接触，该抛光组合物包含(a)研磨剂、(b)0.001重量％至1重量％的尿酸及(c)水；(ii)将抛光垫相对于该基板移动及(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
具体实施方式
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂、(b)加速氮化硅相对于氧化硅的移除速率的组分及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。加速氮化硅相对于氧化硅的移除速率的组分在本文被称为“氮化物促进剂”。
该抛光组合物包含研磨剂。研磨剂可为任何适合的研磨剂，其中许多是本领域所熟知的。期望地，该研磨剂包含金属氧化物。适合的金属氧化物包括选自氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆及其组合的金属氧化物。优选地，金属氧化物为二氧化硅。二氧化硅可为任何适合形式的二氧化硅。二氧化硅的有用形式包括，但不限于，热解二氧化硅、沉淀二氧化硅及缩聚二氧化硅。最优选地，二氧化硅为缩聚二氧化硅。通常通过缩合Si(OH)4以形成胶体颗粒来制备缩聚二氧化硅颗粒。例如，可通过高纯度烷氧基硅烷的水解或者通过含水硅酸盐溶液的酸化来获得前体Si(OH)4。这种研磨剂颗粒可根据美国专利5,230,833制备或可作为各种市售产品的任一种而获得，所述市售产品例如Fuso PL-1、PL-2及PL-3产品；Nalco 1050、2327及2329产品；以及可得自DuPont、B ayer、Applied Research、Nissan Chemical和Clariant的其他类似产品。
如本领域中所熟知的，研磨剂颗粒包含处于最低结构层次的初级颗粒。初级颗粒通过原子(包括颗粒)之间的共价键形成，而且对于除最苛刻的条件外的所有条件均为稳定的。在下一结构层次，初级颗粒结合成二级颗粒，通常被称为聚集体。聚集体颗粒包含初级颗粒，且聚集体颗粒通过共价键及静电相互作用结合在一起且通常耐受由例如机械能量输入(如，高剪切混合)而导致的降解。在下一结构层次，聚集体更松散地结合为团块。通常，团块可经由机械能量输入而解离为成分聚集体。取决于具体组成及制备方法，初级颗粒和二级颗粒(例如，聚集体)可具有球形至椭圆形的形状，且某些聚集体可具有延伸的链状结构。例如，热解二氧化硅通常以具有链状结构的聚集体的形式存在。沉淀二氧化硅(例如，通过中和硅酸钠而制备的二氧化硅)具有聚集体结构，其中近似球形的初级颗粒结合为类似“葡萄串”的聚集体。初级研磨剂颗粒与聚集的初级颗粒(例如，二级颗粒)均可以平均粒径表征。在这点上，粒径指包裹该颗粒的最小球体的直径。
研磨剂通常具有5nm或更大(例如，10nm或更大、或15nm或更大、或20nm或更大)的初级粒径。优选地，研磨剂具有150nm或更小(例如，100nm或更小、或75nm或更小、或50nm或更小、或甚至30nm或更小)的初级粒径。更优选地，研磨剂具有5nm至50nm、或10nm至40nm、或15nm至35nm、或20nm至30nm的初级粒径。
当研磨剂包含初级颗粒的聚集体时，该研磨剂通常具有20nm或更大(例如，30nm或更大、或40nm或更大、或50nm或更大)的聚集体粒径。优选地，研磨剂具有250nm或更小(例如，200nm或更小、或150nm或更小、或100nm或更小、或甚至75nm或更小)的聚集体粒径。更优选地，研磨剂具有20nm至125nm、或30nm至100nm、或40nm至90nm、或50nm至80nm的聚集体粒径。
期望地，研磨剂悬浮于抛光组合物中，更具体地说是悬浮于抛光组合物的水中。当研磨剂悬浮于抛光组合物中时，研磨剂优选是胶体稳定的。术语胶体指研磨剂颗粒在水中的悬浮液。胶体稳定性是指悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下文中，若出现如下情形便认为研磨剂是胶体稳定的：当将研磨剂置于100ml量筒中且使其无干扰地静置两小时之时，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为单位)与量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差值除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)。期望地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
在抛光组合物中可存在任何适合量的研磨剂。通常，抛光组合物中可存在0.01重量％或更多(例如，0.05重量％或更多、或0.1重量％或更多、或1重量％或更多)的研磨剂。抛光组合物中研磨剂的量优选不超过10重量％，且更优选不超过8重量％(例如，不超过6重量％)。甚至更优选地，研磨剂占抛光组合物的0.5重量％至10重量％(例如，1重量％至6重量％)。
该抛光组合物包含水。水用于促进将研磨剂颗粒、氮化物促进剂和任何其他添加剂涂覆于待抛光或待平坦化的适合基板的表面上。优选地，所述水为去离子水。
抛光组合物具有6或更小(例如，5或更小、或4或更小)的pH值。优选地，该抛光组合物具有1或更大(例如，2或更大)的pH值。甚至更优选地，该抛光组合物具有1至5(例如，2至4)的pH值。该抛光组合物任选地包含pH调节剂，例如氢氧化钾、氢氧化铵、烷基氢氧化铵和/或硝酸。抛光组合物任选地包含pH缓冲体系。许多这种pH缓冲体系是本领域所熟知的。pH缓冲剂可为任何适合的缓冲剂，例如磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、硼酸盐、铵盐及类似物。该抛光组合物可包含任何适合量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，其限制条件为使用适合的量以获得在适合范围内的抛光组合物pH值和/或将抛光组合物的pH值维持在适合的范围内。
在第一实施方案中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂、(b)0.1mM至10mM的丙二酸、(c)0.1mM至100mM的氨基羧酸、(d)0.1mM至100mM的硫酸根离子及(e)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
第一实施方案的抛光组合物包含丙二酸。丙二酸包括游离酸以及其单盐和二盐。当将丙二酸的盐用于抛光组合物中时，该盐可包含任何阳离子或阳离子的混合物。适合的阳离子的实例包括钾、铵、四烷基铵及类似物。
该抛光组合物可包含任何适合浓度的丙二酸。通常，抛光组合物中丙二酸的浓度为0.1mM或更大(例如，0.5mM或更大)。抛光组合物中丙二酸的浓度优选为10mM或更小(例如，7.5mM或更小、或5mM或更小)。更优选地，该抛光组合物中丙二酸的浓度为0.5mM至5mM。可通过任何适合的方法来获得丙二酸的所需浓度，所述方法例如通过在抛光组合物的制备中使用基于水和溶解或悬浮于水中的任何组分的重量的0.001重量％至0.1重量％的丙二酸。
第一实施方案的抛光组合物包含氨基羧酸。氨基羧酸可为任何适合的氨基羧酸，其限制条件为氨基羧酸的水溶性使得该氨基羧酸基本上以所采用的浓度溶解于抛光组合物的水中。优选地，该氨基羧酸选自：甘氨酸、α-丙氨酸、β-丙氨酸、丝氨酸、组氨酸、其衍生物及其盐。更优选地，该氨基羧酸为甘氨酸。应当理解，前述氨基羧酸可以羧酸基的盐的形式(例如，金属盐、铵盐或类似物)存在、以及以酸的形式(其中该氨基羧酸为两性离子)存在。此外，氨基羧酸包括可以胺基的酸式盐的形式(例如，氢氯化物盐或硫酸盐)存在的碱性胺官能团。
该抛光组合物可包含任何适合浓度的氨基羧酸。通常，抛光组合物中的氨基羧酸的浓度为0.1mM或更大(例如，0.5mM或更大)。抛光组合物中的氨基羧酸的浓度优选为100mM或更小(例如，75mM或更小、或50mM或更小)。更优选地，抛光组合物中的氨基羧酸的浓度为0.5mM至50mM(例如1mM至40mM、或10mM至30mM)。可通过任何适合的方法来获得氨基羧酸的所需浓度，所述方法例如通过在抛光组合物的制备中使用基于水和溶解或悬浮于水中的任何组分的重量的0.001重量％至1重量％的氨基羧酸。
第一实施方案的抛光组合物包含硫酸根离子。应当理解，取决于抛光组合物的pH值，该硫酸根离子也可以单质子化的形式(即，硫酸氢盐)存在、以及以其双质子化的形式(即，硫酸)存在。因此，在本发明的上下文中，术语硫酸根是指物种SO4 2-以及其单和双质子化酸的形式。
可通过使用任何适合的含硫酸根的化合物来提供硫酸根离子。例如，可将适量的硫酸加至抛光组合物中，然后对抛光组合物的pH值进行原位调节。或者，抛光组合物可包含适量的碱性化合物，使得在添加适量的硫酸时，抛光组合物的pH值为本文所述的值。能够以具有式M2SO4的单价阳离子的盐的形式(其中M可为任何适合的单价阳离子，例如单价金属离子(例如，Na、K、Li)、铵阳离子、四烷基铵阳离子)、或抛光组合物的氨基羧酸的酸加成盐的形式提供硫酸根离子。能够以具有式MHSO4的单价阳离子的单盐(其中M可如本文所述)的形式提供硫酸根离子。能够以具有式MSO4的二价阳离子的盐(其中M可为任何适合的二价阳离子)的形式提供硫酸根离子，其限制条件为该盐具有水溶性以便基本上溶解于该抛光组合物中。能够部分或完全地以氨基羧酸的硫酸盐或硫酸氢盐来提供硫酸根离子。还能够以阳离子聚合物的硫酸盐的形式来提供硫酸根离子。阳离子聚合物的非限制性实例包括含胺聚合物及共聚物，其中许多是本领域所熟知的。
该抛光组合物可包含任何适合浓度的硫酸根离子。通常，抛光组合物中硫酸根离子的浓度为0.1mM或更大(例如，0.5mM或更大、或1mM或更大)。优选地，抛光组合物中硫酸根离子的浓度为100mM或更小(例如，75mM或更小、或50mM或更小)。更优选地，抛光组合物中硫酸根离子的浓度为1mM至50mM(例如，2.5mM至25mM)。
在第二实施方案中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂；(b)0.1mM至25mM的有机酸，其选自芳基二羧酸、苯乙酸类及其组合；及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
第二实施方案的抛光组合物包含选自芳基二羧酸、苯乙酸类及其组合的有机酸。芳基二羧酸的优选实例包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸及2，3-萘二甲酸。更优选地，该芳基二羧酸为邻苯二甲酸。苯乙酸类的优选实例包括苯乙酸、2-羟基苯乙酸、3-羟基苯乙酸、4-羟基苯乙酸及扁桃酸。更优选地，所述苯乙酸类为扁桃酸。在优选实施方案中，抛光组合物包含邻苯二甲酸及扁桃酸的混合物。不希望受任何特定理论的约束，据信芳基二羧酸及苯乙酸类与氮化硅表面相互作用，从而抑制或干扰在氮化硅表面上的双电层的形成。
第二实施方案的抛光组合物可包含任何适合浓度的芳基二羧酸和/或苯乙酸。通常，该抛光组合物包含0.1mM或更多(例如，0.5mM或更多、或1mM或更多、或2mM或更多、或5mM或更多)的芳基二羧酸和/或苯乙酸。优选地，抛光组合物包含25mM或更少(例如，20mM或更少、或15mM或更少)的芳基二羧酸和/或苯乙酸。更优选地，抛光组合物包含1mM至25mM(例如，2mM至20mM、或5mM至15mM)的芳基二羧酸和/或苯乙酸。
在第三实施方案中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂、(b)0.001mM至100mM的锡酸钾及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
第三实施方案的抛光组合物包含锡酸钾。锡酸钾具有式K2SnO3且作为三水合物商购获得。
第三实施方案的抛光组合物可包含任何适合浓度的锡酸钾。通常，抛光组合物包含0.001mM或更多(例如，0.01mM或更多、或0.1mM或更多)的锡酸钾。优选地，抛光组合物包含100mM或更少(例如，50mM或更少、或25mM或更少、或10mM或更少)的锡酸钾。更优选地，抛光组合物包含0.01mM至50mM的锡酸钾(例如，0.1mM至10mM)。
在第四实施方案中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂、(b)0.001重量％至1重量％的尿酸及(c)水，其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
第四实施方案的抛光组合物可包含任何适合量的尿酸。通常，该抛光组合物包含0.001重量％或更多(例如，0.05重量％或更多)的尿酸。优选地，该抛光组合物包含1重量％或更少(例如，0.5重量％或更少)的尿酸。更优选地，该抛光组合物包含0.01重量％至0.5重量％的尿酸。
本发明的抛光组合物可通过任何适合的技术来制备，其中许多是本领域技术人员已知的。可在分批或连续工艺中制备该抛光组合物。通常，可通过以任何顺序对抛光组合物的各组分进行组合来制备抛光组合物。本文所用的术语“组分”包括单独成分(例如，研磨剂、氮化物促进剂等)以及各成分(例如，研磨剂、氮化物促进剂、缓冲剂等)的任意组合。
例如，在一个实施方案中，可将研磨剂分散于水中。随后可添加氨基羧酸及丙二酸，且通过能将各组分结合到该抛光组合物中的任何方法加以混合。可在该工艺中的任何位置添加硫酸根离子。可以硫酸或其水溶液的形式将硫酸根离子添加至研磨剂、丙二酸及氨基羧酸的混合物中。或者，可以氨基羧酸的硫酸盐或硫酸氢盐的形式提供硫酸根离子。可在抛光组合物的制备中类似地利用其他氮化物促进剂。该抛光组合物可在使用前制备，其中刚好在该抛光组合物使用前(例如，在使用前7日内、或在使用前1小时内、或在使用前1分钟内)将诸如pH调节组分的一种或多种组分添加至该抛光组合物中。也可在抛光操作期间通过于基板的表面处混合各组分来制备该抛光组合物。
抛光组合物也可以浓缩物的形式提供，该浓缩物意欲在使用前以适量的水加以稀释。在这种实施方案中，该抛光组合物浓缩物可例如包含研磨剂、丙二酸、氨基羧酸、硫酸根离子及水，它们的量使得在用适量的水稀释该浓缩物时，抛光组合物中的每一组分的存在量处于上述每一组分的量的适当范围内。例如，浓缩物中的研磨剂、丙二酸、氨基羧酸及硫酸根离子的各自存在量是上述每一组分的浓度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)，以使得，当用等体积的水(例如，分别为2等体积的水、3等体积的水、或4等体积的水)稀释该浓缩物时，抛光组合物中的每一组分的存在量处于上述每一组分的量的范围内。此外，如本领域技术人员所应理解的，该浓缩物可含有适量比例的存在于最终抛光组合物中的水，以确保丙二酸、氨基羧酸、硫酸根离子、及其它适合的添加剂至少部分地或完全地溶解于该浓缩物中。在浓缩物中可类似地使用其他氮化物促进剂。
本发明进一步提供对基板进行化学机械抛光的方法，该方法包括(i)将基板与抛光垫及本文所描述的抛光组合物相接触，(ii)相对于基板移动该抛光垫，其中该抛光组合物位于抛光垫与基板之间；及(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
本发明的方法可用于抛光任何适合的基板，且尤其可用于抛光包含氮化硅及二氧化硅的基板。适合的基板包括用于半导体工业中的晶片。该抛光组合物尤其十分适于平坦化或抛光已经历所谓的镶嵌工艺的包含钨、氮化硅及氧化硅的基板。镶嵌工艺通常包括提供硅基板，在该基板上沉积有氧化硅层及随后的氮化硅层。通过光刻法在该基板的顶层上界定沟槽及/或通孔的图案，且随后蚀刻该经图案化的区域以在基板表面中提供沟槽及/或通孔。用钨外涂覆该基板以填充沟槽及/或通孔，且通过使用适用于抛光钨的抛光组合物的化学机械平坦化来移除过量的钨，以使沟槽及/或通孔中的钨基本上与存在于基板表面上的氮化硅齐平。期望地，优选用本发明的抛光组合物来进行氮化硅的平坦化或抛光以移除氮化硅且暴露出氧化硅，以优选使得氮化硅基本上得以移除且二氧化硅得以充分地平坦化而无基板表面上二氧化硅的过量侵蚀。有利地，本发明的抛光组合物与适用于抛光或平坦化钨的抛光组合物相容，以使得用本发明的抛光组合物抛光氮化硅可在抛光或平坦化钨之后于相同抛光装置上且使用相同抛光垫进行。
本发明的抛光方法尤其适于与化学机械抛光(CMP)装置相结合使用。通常，该装置包含压板(其在使用中处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动所得到的速度)；抛光垫(其与该压板相接触且在运动时与该压板一起移动)；和载体(其固持待通过与抛光垫表面接触并相对于抛光垫表面移动而进行抛光的基板)。基板的抛光通过如下发生：与抛光垫及本发明的抛光组合物相接触而置放基板，且随后相对于该基板移动该抛光垫，以便磨除该基板的至少一部分来抛光该基板。
可用化学机械抛光组合物与任何适合的抛光垫(例如，抛光表面)来平坦化或抛光基板。适合的抛光垫包括(例如)编织及非编织抛光垫。此外，适合的抛光垫可包含变化密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的任何适合的聚合物。适合的聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物及其混合物。
期望地，化学机械抛光装置进一步包含原位抛光终点侦测系统，许多这种系统在本领域中是已知的。通过分析自基板表面反射的光或其他辐射来检查和监测抛光过程的技术在本领域中是已知的。期望地，对于正被抛光的基板的抛光工艺的进展的检查或监测使得能够确定抛光的终点，即确定何时终止对于特定基板的抛光工艺。例如，在美国专利5,196,353、美国专利5,433,651、美国专利5,609,511、美国专利5,643,046、美国专利5,658,183、美国专利5,730,642、美国专利5,838,447、美国专利5,872,633、美国专利5,893,796、美国专利5,949,927及美国专利5,964,643中描述了这种方法。
以下实施例进一步说明本发明，但其不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中，抛光实验通常包括使用50.8cm (20英寸)直径的抛光工具(具有22.5kPa(3.3psi)的基板对抛光垫的下压力、22.5kPa(3.3psi)的副载体压力、22.5kPa(3.3psi)的背侧压力、20kPa(2.9psi)的环压力、100rpm的压板速度、55rpm的载体速度、150mL/min的抛光组合物流动速率)及使用同心槽化学机械抛光垫的离位调节。
实施例1
该实施例说明对于本发明的抛光组合物所观察到的硫酸根离子对氮化硅及二氧化硅层的移除速率的影响。
使用八种不同的抛光组合物(组合物1A-1H)来独立地对相似的氮化硅及二氧化硅层进行化学机械抛光。这些抛光组合物中的每一种均包含5重量％的缩聚二氧化硅(Fuso Chemical Company的PL-2产品，具有25nm的初级粒径)、2.5mM的丙二酸及20mM的甘氨酸，在水中pH为3.3。组合物1A(对照)不含其他成分。组合物1B(对比)进一步含有10mM的硝酸钾。组合物1C(对比)进一步含有10mM的硝酸铵。组合物1D(对比)进一步含有10mM的硝酸钙。组合物1E(对比)进一步含有10mM的溴化钾。组合物1F(对比)进一步含有10mM的磷酸二氢钾。组合物1G(本发明)进一步含有10mM的硫酸钾。组合物1H(本发明)进一步含有10mM的硫酸铵。通过使用这些抛光组合物，测定氮化硅移除速率(“氮化物RR”)及二氧化硅移除速率(“氧化物RR”)，且计算由下述等式所定义的选择性：选择性＝氮化物RR/氧化物RR。结果示于表1中。
表1：不同盐对氮化硅及二氧化硅移除速率的影响
Figure G2007800065485D00111
从表1的结果可以显见，对于包含缩聚二氧化硅、丙二酸、及甘氨酸的抛光组合物(在水中pH值为3.3)来说，10mM硫酸钾的存在(组合物1G)或10mM硫酸铵的存在(组合物1H)分别使得氮化硅移除速率为使用对照抛光组合物时所观察到的氮化硅移除速率的约1.68和1.84倍，而且它们分别使得氧化硅移除速率为使用对照抛光组合物时所观察到的氧化硅移除速率的约0.82和0.77倍。与使用对照抛光组合物时所观察到的氮化硅移除速率相比，除了组合物1F以外，所有其他添加剂均导致降低的氮化硅移除速率。此外，与含有10mM的磷酸氢钾的组合物1F相比，本发明组合物1G及1H表现出的氮化硅移除速率分别高出约24％和36％且氮化硅/氧化硅选择性分别提高约21％和40％。这些结果表明了通过本发明抛光组合物所展现的改善的氮化硅移除速率和改善的氮化硅对氧化硅的选择性。
实施例2
该实施例说明包含缩聚二氧化硅的抛光组合物中的本发明氮化物促进剂的存在对抛光包含氮化硅和氧化硅的基板的影响。
使用六种不同的抛光组合物(组合物2A-2F)来独立地对相似的氮化硅及二氧化硅层进行化学机械抛光。抛光组合物中的每一种均包含5重量％的缩聚二氧化硅(Fuso Chemical Company的PL-2产品，具有25nm的初级粒径)，在水中pH为3-4。组合物2A(对照)不含其他成分。组合物2B(本发明)进一步含有10mM的扁桃酸。组合物2C(本发明)进一步含有10mM的邻苯二甲酸。组合物2D(本发明)进一步含有5mM的扁桃酸及5mM的邻苯二甲酸。组合物2E(本发明)进一步含有10mM的尿酸。组合物2F(本发明)进一步含有0.33mM的锡酸钾。通过使用这些抛光组合物，测定氮化硅移除速率(“氮化物RR”)及二氧化硅移除速率(“氧化物RR”)，且计算由下式所定义的选择性：选择性＝氮化物RR/氧化物RR。结果示于表2中。
表2：氮化物促进剂对氮化硅及二氧化硅移除速率的影响
从表2的结果可以显见，本发明抛光组合物中每一种所表现出的氮化硅移除速率均为对照抛光组合物所表现出的氮化硅移除速率的约1.5至2.5倍。此外，本发明抛光组合物中每一种所表现出的氧化硅移除速率均为对照抛光组合物所表现出的氧化硅移除速率的约0.13至0.75倍。此外，本发明抛光组合物中每一种所表现出的氮化硅/氧化硅选择性均为对照抛光组合物所表现出的氮化硅/氧化硅选择性的约2.3至12.6倍。这些结果表明了通过本发明抛光组合物所展现的改善的氮化硅移除速率和改善的氮化硅对氧化硅的选择性。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光组合物，其包含：
(a)研磨剂，
(b)0.1mM至10mM的丙二酸，
(c)0.1mM至100mM的氨基羧酸，
(d)0.1mM至100mM的硫酸根离子，及
(e)水，
其中该抛光组合物具有1至6的pH值。
2.权利要求1的抛光组合物，其中该研磨剂为缩聚二氧化硅。
3.权利要求2的抛光组合物，其中该缩聚二氧化硅以0.5重量％至10重量％的量存在。
4.权利要求1的抛光组合物，其中该氨基羧酸为甘氨酸。
5.权利要求4的抛光组合物，其中该甘氨酸以10mM至30mM的浓度存在。
6.权利要求1的抛光组合物，其中该硫酸根离子以2.5mM至25mM的浓度存在。
7.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物具有2至4的pH值。
8.一种化学机械抛光系统，其包含抛光垫及权利要求1的抛光组合物。
9.一种用于化学机械抛光基板的方法，该方法包括：
(i)使包含氮化硅及氧化硅的基板与抛光垫及权利要求1-7中任一项的抛光组合物相接触，
(ii)相对于该基板移动该抛光垫，及
(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
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