CN101432384A - 含聚醚胺的抛光组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明的化学机械抛光系统包含抛光组分、液体载体及聚醚胺。本发明的方法包括用上述抛光系统来化学机械抛光基板。
Description
技术领域
本发明涉及抛光组合物及使用该抛光组合物来抛光基板的方法。
背景技术
用于平坦化或抛光基板表面(尤其是用于化学机械抛光(CMP))的组合物、系统及方法在本领域中是公知的。抛光组合物或体系(也称为抛光浆料)通常含有在含水溶液中的研磨材料，且通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触而施用至该表面。当用于抛光包含金属的基板时，抛光组合物常常包含氧化剂。氧化剂的目的在于将金属的表面转变成比该金属本身更柔软、更易研磨的材料。因此，包含氧化剂和研磨剂的抛光组合物一般需要基板的较小侵蚀性机械研磨，这减小了由研磨过程导致的对基板的机械损害。另外，氧化剂的存在常常增加金属的移除速率，且增加生产设备的产量。
作为隔离半导体器件的各元件的方法，大量注意力放在了浅沟槽隔离(STI)工艺上，其中氮化硅层形成于硅基板上，浅沟槽经由蚀刻或光刻法形成，且沉积介电层以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路深度的变化，故通常必须沉积过量介电材料于基板顶部上以确保完全填充所有沟槽。然后，过量的介电材料(例如，氧化物)通常由化学-机械平坦化工艺移除以暴露该氮化硅层。当该氮化硅层暴露时，暴露于化学-机械抛光系统的基板的最大区域包含氮化硅，然后必须将其抛光以获得高度平坦且均一的表面。
总地来说，过去的实践已强调氧化物抛光优先于氮化硅抛光的选择性。因此，氮化硅层在化学-机械平坦化工艺期间充当阻止层，因为在暴露出氮化硅层时，总抛光速率已下降。例如，美国专利第6544892号及其中所引用的参考文献描述了提供二氧化硅对氮化硅的选择性的抛光组合物。美国专利第6376381号也描述了某些非离子性表面活性剂在提高氧化硅与氮化硅层之间的抛光选择性中的用途。
最近，还强调多晶硅抛光优先于氧化硅和/或氮化硅抛光的选择性。例如，美国专利第6533832号描述了经由使用选自二烷基乙醇胺、烷基二乙醇胺及2-二甲氨基-2-甲基-1-丙醇的醇胺，相对于层间介电材料(例如，二氧化硅)而言的对多晶硅抛光选择性发生的声称的增加。
尽管有这些抛光组合物及方法，但在本领域中仍然需要可提供多晶硅相对于氧化硅和/或氮化硅的受控选择性的抛光组合物及方法。本发明提供此种组合物及方法。本发明的这些及其他优点，以及另外的发明特征自本文中所提供的本发明的描述可变得明晰。
发明内容
本发明提供一种用于抛光基板的化学机械抛光系统，其包含：(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分；(b)液体载体；以及(c)选自下列的化合物：
(1)式(I)的化合物
其中x＝2～6，
(2)式(II)的化合物
其中x+z＝2～4且y＝1～50，及
(3)式(I)化合物和式(II)化合物的组合。
此外，本发明提供一种化学机械抛光基板的方法，该方法包含：(i)使基板与化学机械抛光系统接触，该抛光系统包含：(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分；(b)液体载体；以及(c)选自式(I)化合物(其中x＝2～6)、式(II)化合物(其中x+z＝2～4且y＝1～50)及其组合的化合物；(ii)使该抛光组分相对于该基板移动；及(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
本发明还提供一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使包含至少一层多晶硅的基板与化学机械抛光系统接触，该抛光系统包含：(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分，(b)液体载体以及(c)选自下列的化合物：4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺、式(I)化合物(其中x＝2～6)、式(II)化合物(其中x+z＝2～4且y＝1～50)、及它们的组合；(ii)使该抛光组分相对于该基板移动；和(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
附图说明
图1为关于含有二氧化硅并含有4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺(TTD)、式(I)化合物(其中x＝2～3(D-230)、或x＝5～6(D-400))、或式(II)化合物(其中x+z＝3～4且y＝8～9(ED-600)、或x+z＝2～3且y＝15～16(ED-900)、或x+z＝2～3且y＝40～41(ED-2001))的各种组合物的多晶硅移除速率
与聚醚胺(ppm)的关系图。
图2为关于含有二氧化硅并含有D-230、D-400、TTD、ED-2001、ED-600或ED-900的各种组合物的硼磷硅玻璃(BPSG)移除速率
与聚醚胺(ppm)的关系图。
图3为多晶硅移除速率(对于100ppm聚醚胺而言)与聚醚胺的聚氧化丙烯链数的关系图。
图4为多晶硅移除速率(
对于100ppm聚醚胺而言)与聚醚胺的分子量的关系图。
图5为关于含有二氧化硅并含有100ppm ED-900、500ppm D-230或500ppm TTD的各种组合物的移除的多晶硅
与时间(min)的关系图。
图6为关于用于抛光BPSG、氮化物及原硅酸四乙酯(TEOS)基板的含有二氧化硅并含有ED-900、D-230或TTD的各种组合物的移除埃
数与时间(min)的关系图。
图7为氮化物移除速率
与D-230(ppm)、氢氧化四甲铵(TMAH)(ppm)的关系图。
图8为关于含有二氧化硅并含有D-230、TMAH或D-400的各种组合物的氮化物移除速率
与添加剂浓度(摩尔)的关系图。
图9为关于含有二氧化硅并含有D-230、D-400或TMAH的各种组合物的TEOS移除速率
与添加剂浓度(摩尔)的关系图。
图10为对于当用含有300ppm D-230的组合物进行抛光时的多晶硅、氮化物、BPSG及TEOS基板的移除速率
而言，二氧化硅(％)与pH值、TMAH(ppm)的关系图。
图11为两种不同组合物所呈现的硅移除速率的柱状图，其中一种组合物含有TTD及哌嗪。
图12为从用两种不同组合物抛光的基板扩散的铜的浓度(ppb)的柱状图，其中一种组合物含有EDTA。
具体实施方式
本发明提供一种用于抛光基板的化学机械抛光系统，其包含：(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分，(b)液体载体以及(c)选自下列的化合物：
(1)式(I)的化合物
其中x＝2～6，
(2)式(II)的化合物
其中x+z＝2～4且y＝1～50，及
(3)式(I)化合物和式(II)化合物的组合。
该液体载体、化合物及溶解或悬浮于该液体载体中的任何其他组分(例如，研磨剂)组成抛光组合物。除非本文另有说明，否则本文所述的组分的量以抛光组合物的总重量计。
已惊人地发现，将聚醚胺添加至抛光组合物中可用来增大或调节多晶硅的抛光速率并同时使诸如氧化硅及氮化硅的其他层的抛光速率相对低。该聚醚胺可为任何种类的胺，诸如，单胺、二胺或三胺。该聚醚胺优选为式(I)的二胺(其中x＝2～6)、式(II)的二胺(其中x+z＝2～4且y＝1～50)或4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺(TTD)。该聚醚胺更优选为式(I)的二胺(其中x＝2～3(D-230)、或x＝5～6(D-400))或式(II)的二胺(其中(1)x+z＝3～4且y＝8～9(ED-600)、(2)x+z＝2～3且y＝15～16(ED-900)、或(3)x+z＝2～3且y＝40～41(ED-2001))。该聚醚胺可具有任何合适的分子量(例如，200或更高，诸如200至2000)。该聚醚胺优选为具有230、400、600、900或2001的分子量的二胺。聚醚二胺的任何合适的组合可用于抛光组合物中。存在于抛光组合物中的聚醚二胺的量可加以调节以获得所需的多晶硅移除速率，同时保持氧化硅和/或氮化硅的低移除速率。聚醚胺的量可为例如5000ppm或更低(例如，4000ppm或更低、3000ppm或更低、2000ppm或更低、或者1000ppm或更低)和/或10ppm或更高(例如，20ppm或更高、50ppm或更高、100ppm或更高、或者200ppm或更高)。聚醚胺的量优选为50ppm至1200ppm、100ppm至1000ppm、200ppm至800ppm、或300ppm至600ppm。
抛光组合物可进一步包含胺(不同于上述聚醚胺)，诸如，伯胺、仲胺、叔胺、氨基醇、季胺或其组合。抛光组合物优选包含氢氧化四甲铵(TMAH)或哌嗪。抛光组合物中TMAH的存在能使多晶硅的移除速率增大且抑制氧化硅的移除速率。存在于抛光组合物中的胺的量可加以调节以便获得所需的多晶硅移除速率，同时保持氧化硅和/或氮化硅的低移除速率。胺可例如以如下的量存在于抛光组合物中：5000ppm或更低(例如，4000ppm或更低、3000ppm或更低、2000ppm或更低、或者1000ppm或更低)和/或10ppm或更高(例如，20ppm或更高、50ppm或更高、100ppm或更高、或者200ppm或更高)。胺优选以50ppm至1400ppm、100ppm至1200ppm、150ppm至1000ppm、或200ppm至800ppm的量存在。
待使用本发明的方法进行抛光的基板可为任何合适的基板。合适的基板包括，但不限于，平板显示器、集成电路、存储器或硬磁盘、金属、层间介电(ILD)器件、半导体、微机电系统、铁电体及磁头。基板优选包含硅，诸如，多晶硅、外延硅、掺杂硅金属或未掺杂硅金属、单晶硅或多晶硅。基板更优选包含与氧化硅和/或氮化硅组合的掺杂或未掺杂多晶硅。多晶硅可为任何合适的多晶硅，其中许多在本领域中是已知的。多晶硅可具有任何合适的相，且可为无定形的、结晶的或其组合。氧化硅同样可为任何合适的氧化硅，其中许多在本领域中是已知的。合适类型的氧化硅包括，但不限于，硼磷硅玻璃(BPSG)、原硅酸四乙酯(TEOS)、热氧化物、未掺杂的硅酸盐玻璃及高密度等离子体(HDP)氧化物。此外，氮化硅可为任何合适的氮化硅。
抛光组分可包含抛光垫、由抛光垫组成或基本上由抛光垫组成，其中该抛光垫例如为抛光表面。抛光垫可为任何合适的抛光垫，其中许多抛光垫在本领域中是已知的。合适的抛光垫包括例如编织及非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含具有变化的密度、硬度、厚度、压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，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。
抛光垫可包含位于抛光垫的抛光表面上或抛光表面内的固定研磨剂颗粒，或抛光垫可基本上不含固定研磨剂颗粒。固定研磨剂抛光垫包括具有下列物质的垫：研磨剂颗粒，其通过粘着剂、粘合剂、陶瓷聚合体、树脂或类似物而附着至抛光垫的抛光表面；或研磨剂，其已浸渍到抛光垫内而形成抛光垫的组成部分，这种垫诸如浸渍有含研磨剂的聚氨基甲酸酯分散体的纤维毡片。固定研磨剂垫可消除对在抛光组合物中提供研磨剂组分的需要。
抛光垫可具有任何合适的构型。举例而言，抛光垫可为圆形，且使用时通常具有绕垂直于由垫表面所界定的平面的轴线的旋转运动。抛光垫可为圆柱形，其表面充当抛光表面，而且，使用时通常具有绕该圆柱体的中心轴线的旋转运动。抛光垫可为环形带的形式，其使用时通常具有相对于被抛光的切割边缘的线性运动。抛光垫可具有任何合适的形状，且使用时具有沿平面或半圆的往复或轨道运动。本领域技术人员会容易地想到许多其他变化。
抛光组分可包含研磨剂、由研磨剂组成或基本上由研磨剂组成，研磨剂可固定至上述抛光垫或可悬浮于液体载体(例如，水)中。研磨剂可为任何合适的形式(例如，研磨剂颗粒)。研磨剂通常为颗粒形式，且悬浮于液体载体(例如，水)中。研磨剂可为任何合适的研磨剂。举例而言，研磨剂可为天然或合成的，且可包含下列各物质、基本上由下列各物质组成或由下列各物质组成：金属氧化物、碳化物、氮化物、金刚砂或类似物。研磨剂也可为聚合物颗粒或经涂覆的颗粒。研磨剂通常包含金属氧化物颗粒。优选地，研磨剂为选自下列物质的金属氧化物：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、其共形成产物及其组合。研磨剂颗粒通常具有20nm至500nm的平均粒度(例如，平均颗粒直径)。颗粒的粒度为包裹该颗粒的最小球体的直径。优选地，研磨剂颗粒具有70nm至300nm(例如，100nm至200nm)的平均粒度。
任何合适量的研磨剂可存在于抛光组合物中。通常，0.01重量％或更高(例如，0.05重量％或更高)的研磨剂存在于抛光组合物中。更通常地，0.1重量％或更高(例如，1重量％或更高)的研磨剂存在于抛光组合物中。抛光组合物中的研磨剂的量通常不超过20重量％，更通常不超过15重量％(例如，不超过10重量％)。抛光组合物中的研磨剂的量优选为0.1重量％至15重量％，且更优选为3重量％至12重量％。
使用液体载体以便于将研磨剂(当存在且悬浮于液体载体中时)、聚醚胺及任何任选的添加剂施用至待抛光(例如，待平坦化)的合适基板的表面上。液体载体可为任何合适的溶剂，包括低级醇(例如，甲醇、乙醇等)、醚(例如，二噁烷、四氢呋喃等)、水及其混合物。优选，液体载体包含水、基本上由水组成或由水组成，其中水更优选为去离子水。
抛光组合物还可包含氧化剂，其可为用于待使用该抛光组合物进行抛光的基板的一种或多种材料的任何合适的氧化剂。优选，氧化剂选自：溴酸盐、亚溴酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、过氧化氢、次氯酸盐、碘酸盐、单过氧硫酸盐、单过氧亚硫酸盐、单过氧磷酸盐、单过氧连二磷酸盐、单过氧焦磷酸盐、有机-卤-氧基化合物、高碘酸盐、高锰酸盐、过氧乙酸及其混合物。氧化剂可以任何合适的量存在于抛光组合物中。抛光组合物通常包含0.01重量％或更高(例如，0.02重量％或更高)的氧化剂。抛光组合物优选包含20重量％或更低(例如，15重量％或更低、或者10重量％或更低)的氧化剂。
含有溶解或悬浮于其中的任何组分的液体载体可具有任何合适的pH值。抛光组合物的实际pH值将部分地取决于抛光的基板的类型。抛光组合物通常具有1至13(例如，2至12、或3至11)的pH值。抛光组合物优选具有7或更高(例如，8或更高)的pH值和/或11或更低(例如，10或更低)的pH值。该pH值可例如为8至12(例如，9至11)。
抛光组合物的pH值可通过任何合适的方式而获得和/或保持。更具体地说，抛光组合物可进一步包含pH调节剂、pH缓冲剂或其组合，由这些物质组成，或基本上由这些物质组成。该pH调节剂可为任何合适的pH调节化合物。例如，pH调节剂可为任何合适的酸，诸如，无机酸或有机酸或其组合。例如，该酸可为硝酸。该pH缓冲剂可为任何合适的缓冲剂，例如，磷酸盐、乙酸盐、硼酸盐、磺酸盐、羧酸盐、铵盐及其类似物。抛光组合物可包含任何合适量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，由其组成，或基本上由其组成，只要该量足以获得且/或保持(例如)在本文所述的范围内的抛光组合物的所需pH值。
任选地，抛光组合物包含腐蚀抑制剂(即，成膜剂)。腐蚀抑制剂可为任何合适的腐蚀抑制剂。通常，腐蚀抑制剂为含有含杂原子官能团的有机化合物。例如，腐蚀抑制剂可为具有至少一个5或6元杂环作为活性官能团的杂环有机化合物，其中该杂环含有至少一个氮原子，例如，唑(azole)化合物。优选，腐蚀抑制剂含有至少一个唑(azole)基团。腐蚀抑制剂更优选选自1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、苯并三唑、苯并咪唑、苯并噻唑及其混合物。用于抛光组合物中的腐蚀抑制剂的量以抛光组合物的总重量计通常为0.0001重量％至3重量％(优选为0.001重量％至2重量％)。
任选地，抛光组合物包含螯合剂或络合剂。该络合剂为增大正在移除的基板层的移除速率或在硅抛光过程中移除痕量金属污染物的任何合适的化学添加剂。合适的螯合剂或络合剂可包括例如羰基化合物(例如，乙酰基丙酮化物及其类似物)、简单羧酸盐(例如，乙酸盐、芳基羧酸盐及其类似物)、含有一个或多个羟基的羧酸盐(例如，羟基乙酸盐、乳酸盐、葡糖酸盐、五倍子酸及其盐、及其类似物)、二羧酸盐、三羧酸盐及多羧酸盐(例如，草酸盐、草酸、邻苯二甲酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、乙二胺四乙酸盐(例如，乙二胺四乙酸二钾)、其混合物、及其类似物)、含有一个或多个磺酸基和/或膦酸基的羧酸盐，以及其类似物。例如，抛光组合物可包含至少0.05重量％(例如，至少0.1重量％、至少0.5重量％、或至少1重量％)的EDTA、5重量％或更少(例如，3重量％或更少、或者2重量％或更少)的EDTA、或0.05重量％至5重量％(例如，0.1重量％至3重量％、0.5重量％至3重量％、或0.5重量％至2重量％)的EDTA。合适的螯合剂或络合剂还可包括例如二元醇、三元醇或多元醇(例如，乙二醇、邻苯二酚、连苯三酚、鞣酸及其类似物)、多膦酸盐(诸如，可自Solutia Corp.获得的Dequest 2010、Dequest 2060或Dequest 2000)及含胺的化合物(例如，氨、氨基酸、氨基醇、二元胺、三元胺及多元胺、及其类似物)。螯合剂或络合剂的选择将视被移除的基板层的类型而定。
应当理解，许多上述化合物可以盐(例如，金属盐、铵盐或其类似物)、酸的形式存在、或作为偏盐存在。例如，柠檬酸盐包括柠檬酸以及其单盐、二盐及三盐；邻苯二甲酸盐包括邻苯二甲酸以及其单盐(例如，邻苯二甲酸氢钾)及其二盐；高氯酸盐包括相应的酸(即，高氯酸)及其盐。此外，某些化合物或试剂可具有多个功能。例如，某些化合物(例如，某些硝酸铁及类似物)可起到螯合剂和氧化剂两者的作用。
抛光组合物任选地进一步包含一种或多种其他添加剂。这种添加剂包括含有一个或多个丙烯酸类亚单元的丙烯酸酯(例如，乙烯基丙烯酸酯及苯乙烯丙烯酸酯)和其聚合物、共聚物、低聚物、及其盐类。
抛光组合物可包含表面活性剂和/或流变控制剂，包括粘度增强剂及凝结剂(例如，聚合物流变控制剂，诸如，氨基甲酸酯聚合物)。合适的表面活性剂可包括例如阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、其混合物及类似物。优选，抛光组合物包含非离子表面活性剂。合适的非离子表面活性剂的一个实例为乙二胺聚氧乙烯表面活性剂。抛光组合物中的表面活性剂的量通常为0.0001重量％至1重量％(优选为0.001重量％至0.1重量％，且更优选为0.005重量％至0.05重量％)。
抛光组合物可包含消泡剂。消泡剂可为任何合适的消泡剂。合适的消泡剂包括，但不限于，基于硅及基于炔二醇的消泡剂。抛光组合物中的消泡剂的量通常为10ppm至140ppm。
抛光组合物可包含杀生物剂。杀生物剂可为任何合适的杀生物剂，例如，异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中杀生物剂的量一般为1至50ppm，优选为10至20ppm。
抛光组合物优选为胶体稳定的。术语胶体是指液体载体中的颗粒的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间的保持性。若出现如下情形便认为抛光组合物是胶体稳定的：当将抛光组合物置于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)之间的差值除以抛光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)。优选，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，更优选小于或等于0.1，甚至更优选小于或等于0.05，并且最优选小于或等于0.01。
抛光组合物可通过任何合适的技术制备，其中许多技术是本领域技术人员已知的。抛光组合物可用分批次或连续工艺制备。一般而言，抛光组合物可通过按任意顺序组合其各组分而制备。本文所用的术语“组分”包括单独成分(例如，氧化剂、研磨剂等)以及各成分(例如，水、卤素阴离子、表面活性剂等)的任何组合。
抛光组合物能够以包含聚醚胺、液体载体以及任选的研磨剂和/或其他添加剂的单包装体系的形式提供。或者，一些组分(诸如，氧化剂)可以干燥形式或以液体载体中的溶液或悬浮液的形式提供于第一容器中，且剩余组分(诸如，聚醚胺、以及任选的研磨剂及其他添加剂)可提供于第二容器中或提供于多个其他容器中。抛光组合物的各组分的其他两个容器、或三个或更多容器的组合均在本领域技术人员的知识范围内。
固体组分(诸如，研磨剂)可以干燥形式或以液体载体中的溶液的形式置于一个或多个容器中。此外，第一、第二或其他容器中的各组分适于具有不同pH值或者可选择地具有大体上近似或甚至相等的pH值。抛光组合物的各组分可部分或完全地相互单独地提供，且可例如在使用前不久(例如，使用前1周或更短、使用前1天或更短、使用前1小时或更短、使用前10分钟或更短、或者使用前1分钟或更短)由最终使用者将各组分组合。
抛光组合物还可作为在使用前用适当量的液体载体稀释的浓缩物提供。在这样的实施方案中，抛光组合物浓缩物可包含聚醚胺、液体载体、及任选的其它组分，其量使得在用适量的液体载体稀释该浓缩物时，各组分将以在各组分的前述适当范围内的量存在于抛光组合物中。举例而言，各组分可各自以是抛光组合物中各组分的上述浓度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)的量存在于该浓缩物中，以便当用适当体积的液体载体(例如，分别以等体积的液体载体、2倍等体积的液体载体、3倍等体积的液体载体、或4倍等体积的液体载体)稀释该浓缩物时，各组分将以各组分的前述范围内的量存在于该抛光组合物中。此外，本领域技术人员应理解，浓缩物可含有适当比例的存在于最终抛光组合物中的液体载体，以确保聚醚胺及其他合适的添加剂(例如研磨剂)至少部分地或完全溶解或悬浮于该浓缩物中。
此外，本发明提供一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使基板与本文所述的化学机械抛光系统接触，(ii)使抛光组分相对于基板移动，及(iii)磨除基板的至少一部分以抛光基板。
本发明的抛光基板的方法特别适合与化学机械抛光(CMP)装置结合使用。通常，该装置包含：压板，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动所产生的速度；抛光垫，其与压板相接触且在运动时随着压板移动；及载体，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放置基板，且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。
期望地，CMP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。通过分析自工件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过程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过程。例如，在美国专利5196353、美国专利5433651、美国专利5609511、美国专利5643046、美国专利5658183、美国专利5730642、美国专利5838447、美国专利5872633、美国专利5893796、美国专利5949927及美国专利5964643中描述了这种方法。
抛光是指移除表面的至少一部分以抛光表面。可通过移除凿槽、格栅、凹痕及类似物来进行抛光以提供具有降低的表面粗糙度的表面，但也可进行抛光以引入或恢复以平面部分的相交为特征的表面几何形状。
本发明的方法可用于抛光任何合适的基板，且特别可用于抛光包含至少一层多晶硅、氧化硅和/或氮化硅(特别是包含至少一层多晶硅及至少一层氧化硅和/或氮化硅)的基板。期望地，将该多晶硅层以400/min至4000/min(例如，500/min至3000/min、600/min至2000/min、或700/min至1500/min)的速率自该基板移除。期望地，将该氧化硅层以400/min或更低(例如，300/min或更低、250/min或更低、或者200min或更低)的速率自基板移除。期望地，将该氮化硅层以400/min或更低(例如，300/min或更低、250/min或更低、或者200/min或更低)的速率自基板移除。如上所述，这些速率可通过抛光组合物中不同量的聚醚胺和/或额外胺的存在而加以调节。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应理解为以任何方式对其范围进行限制。
实施例1
该实施例说明通过使用含有聚醚胺的抛光组合物来调节多晶硅移除速率的能力。
将多晶硅晶片及硼磷硅玻璃(BPSG)晶片用六种不同组合物进行抛光，其中各组合物含有12重量％热解二氧化硅颗粒且用1320ppm TMAH将pH值调节至10。通过添加以下化合物之一而对这些组合物中的五种作进一步调整：TTD、式(I)的化合物(其中x为2～3(D-230))、式(I)的化合物(其中x为5～6(D-400))、式(II)的化合物(其中x+z为3～4且y为8～9(ED-600))、式(II)的化合物(其中x+z为2～3且y为15～16(ED-900))、或式(II)的化合物(其中x+z为2～3且y为40～41(ED-2001))。
测定各组合物的多晶硅及BPSG移除速率
且将结果标示于图1及图2的图中。
图1及图2中所反映的数据分别显示各种组合物(ppm)在用于抛光多晶硅及BPSG晶片时的效果
由图1和图2中所呈现的数据可明显看出，多晶硅移除速率可通过选择适当量的适当聚醚胺而自
调节至
同时保持低的BPSG移除速率。尽管不希望为任何特定理论所束缚，但相信聚醚胺的分子量及疏水性对多晶硅移除速率具有重大影响。因此，通过选择这两种性质的恰当平衡点，可获得期望的多晶硅移除速率。
图3及图4分别说明聚醚胺的疏水性(其通过聚氧化丙烯链数反映)及分子量与多晶硅移除速率之间的关系。随着该胺的聚氧化丙烯链数或分子量增加，多晶硅移除速率减小。
实施例2
该实施例进一步说明抛光组合物中聚醚胺的存在对多晶硅、氧化硅及氮化硅移除速率的影响。
将多晶硅晶片、BPSG晶片、原硅酸四乙酯(TEOS)晶片及氮化物晶片用三种不同组合物进行抛光，其中各组合物含有12重量％热解二氧化硅颗粒，且用TMAH及硝酸将pH值调节至10。通过添加以下化合物之一而进一步调整这些组合物：TTD、式(I)的化合物(其中x为2～3(D-230))、或式(II)的化合物(其中x+z为2～3且y为15～16(ED-900))。
测定各组合物的多晶硅、BPSG、TEOS及氮化物移除速率
且将结果标示于图5及图6的图中。
图5及图6中所图示的数据分别说明各组合物的多晶硅移除量
以及氧化硅和氮化硅移除量
与抛光时间(min)的关系。由图5和图6中所呈现的数据可明显看出，多晶硅移除速率可按需要进行调节，同时保持氧化硅及氮化硅两者的低移除速率。
实施例3
该实施例说明抛光组合物中聚醚胺和/或TMAH的存在对氮化硅及氧化硅移除速率的影响。
将氮化物晶片及TEOS晶片用三种不同组合物进行抛光，其中各组合物含有6重量％热解二氧化硅颗粒，且用氢氧化铵或硝酸将pH值调节至10。通过添加以下化合物之一而进一步调整这些组合物：TMAH、式(I)的化合物(其中x为2～3(D-230))、或式(I)的化合物(其中x为5～6(D-400))。
测定各组合物的氮化物及TEOS移除速率
且将结果标示于图7、图8及图9的图中。
图7中所反映的数据说明氮化物移除速率
与添加至抛光组合物中的D-230的量(ppm)及TMAH的量(ppm)的关系。图8及图9中所反映的数据分别显示氮化物或TEOS移除速率
与添加至抛光组合物中的D-230、TMAH或D-400的量(摩尔)的关系。由这些图中所呈现的数据可明显看出，抛光组合物中聚醚胺的单独存在或与季胺(诸如，TMAH)的组合存在可保持氮化硅及氧化硅的低移除速率。
实施例4
该实施例说明抛光组合物中聚醚胺和/或TMAH的存在以及组合物自身的pH值对多晶硅、氧化硅及氮化硅移除速率的影响。
将多晶硅晶片、氮化物晶片、BPSG晶片及TEOS晶片用含有300ppm的式(I)化合物(其中x为2～3(D-230))、不同量的热解二氧化硅颗粒以及不同量的TMAH的pH值不同的组合物进行抛光。
图10显示抛光组合物的pH值、TMAH的量(ppm)以及研磨剂的量(重量％)对多晶硅、BPSG、TEOS及氮化硅移除速率
的影响。由图10中所反映的数据可明显看出，多晶硅移除速率主要受pH值及D-230的存在的影响，而氧化硅移除速率及(在某种程度上的)氮化硅移除速率受抛光组合物中存在的TMAH的量的影响。
实施例5
该实施例说明抛光组合物中TTD的存在对硅移除速率的影响。
将200mm P-无图案的硅晶片用两种不同组合物进行抛光，各组合物含有30重量％缩聚二氧化硅。将这两种组合物中的一种通过添加1重量％ TTD及1重量％哌嗪而进一步进行调整(本发明组合物)。对照组合物的pH值为9.1～9.5，而本发明组合物的pH值为10.8。
测定各组合物的硅移除速率
且将结果绘示于图11的图中。
图11中所图示的数据说明由各组合物移除的硅的量
由图11中所呈现的数据可明显看出，通过将TTD及哌嗪添加至抛光组合物中，硅移除速率得到提高。
实施例6
该实施例说明抛光组合物中金属螯合剂的存在对扩散至硅基板表面中的铜的量的影响。
将300mm P+外延晶片用两种不同组合物进行抛光，各组合物含有30重量％缩聚二氧化硅及1重量％ TTD。这两种组合物中的一种还含有0.1重量％ Dequest 2060及0.75重量％ NH4OH且其pH值为11。将另一组合物通过添加1重量％ EDTA、1重量％哌嗪及0.52重量％ KOH而进一步进行调整，且其pH值为10.8。
在抛光且清洗后，使晶片在炉中经受外扩散。在该过程期间，通过气相分解收集任何存在于晶片表面上的扩散的铜，且使用原子吸收光谱仪进行分析。
对于各组合物，测定晶片中的铜浓度(ppb)，且将结果绘示于图12的图中。
图12中所图示的数据说明，当与含有0.1重量％ Dequest 2060的抛光组合物相比较时，将1重量％ EDTA添加至抛光组合物中大大减少了铜从浆料向晶片中的扩散。在该特定实验中，未对使用类似但不含金属螯合剂的组合物抛光类似晶片的对照实验进行评价。
Claims (30)
1.一种用于抛光基板的化学机械抛光系统，其包含：
(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分，
(b)液体载体，及
(c)选自以下的化合物：
(1)式(I)的化合物：
其中x＝2～6，
(2)式(II)的化合物：
其中x+y＝2～4且y＝1～50，以及
(3)式(I)化合物和式(II)化合物的组合。
2.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统进一步包含选自4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺、哌嗪及其组合的化合物。
3.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统包含式(I)的化合物，其中x为2～3或x＝5～6。
4.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统包含式(II)的化合物，其中(1)x+z＝3～4且y＝8～9、(2)x+z＝2～3且y＝15～16、或(3)x+z＝2～3且y＝40～41。
5.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统进一步包含与所述化合物不同且选自伯胺、仲胺、叔胺、氨基醇、季胺及其组合的组分。
6.权利要求5的抛光系统，其中该组分为氢氧化四甲铵。
7.权利要求1的抛光系统，其中该抛光系统进一步包含选自EDTA、草酸、多膦酸盐及其组合的化合物。
8.一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：
(i)使基板与化学机械抛光系统接触，该化学机械抛光系统包含：
(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分，
(b)液体载体，及
(c)选自以下的化合物：
(1)式(I)的化合物：
其中x＝2～6，
(2)式(II)的化合物：
其中x+z＝2～4且y＝1～50，以及
(3)式(I)化合物和式(II)化合物的组合，
(ii)使该抛光组分相对于该基板移动，及
(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
9.权利要求8的方法，其中该抛光系统进一步包含选自4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺、哌嗪及其组合的化合物。
10.权利要求8的方法，其中该抛光系统包含式(I)的化合物，其中x＝2～3或x＝5～6。
11.权利要求8的方法，其中该抛光系统包含式(II)的化合物，其中(1)x+z＝3～4且y＝8～9、(2)x+z＝2～3且y＝15～16、或(3)x+z＝2～3且y＝40～41。
12.权利要求8的方法，其中该抛光系统进一步包含与所述化合物不同且选自伯胺、仲胺、叔胺、氨基醇、季胺及其组合的组分。
13.权利要求12的方法，其中该组分为氢氧化四甲铵。
14.权利要求8的方法，其中该基板包含至少一层多晶硅层及至少一层选自氧化硅、氮化硅及其组合的层。
15.权利要求14的方法，其中将该多晶硅层以
至
的速率自该基板移除。
16.权利要求14的方法，其中该基板包含氧化硅，且将该氧化硅以或更低的速率自该基板移除。
17.权利要求14的方法，其中该基板包含氧化硅，且将该氮化硅以
或更低的速率自该基板移除。
18.权利要求8的方法，其中该抛光系统进一步包含选自EDTA、草酸、多膦酸盐及其组合的化合物。
19.一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：
(i)使包含至少一层多晶硅层的基板与化学机械抛光系统接触，该化学机械抛光系统包含：
(a)选自抛光垫、研磨剂及其组合的抛光组分，
(b)液体载体，及
(c)选自以下的化合物：
(1)4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺，
(2)式(I)的化合物：
其中x＝2～6，
(3)式(II)的化合物：
其中x+z＝2～4且y＝1～50，以及
(4)它们的组合，
(ii)使该抛光组分相对于该基板移动，及
(iii)磨除该基板的至少一部分以抛光该基板。
20.权利要求19的方法，其中该抛光系统进一步包含哌嗪。
21.权利要求19的方法，其中该抛光系统包含4，7，10-三氧杂十三烷-1，13-二胺。
22.权利要求19的方法，其中该抛光系统包含式(I)的化合物，其中x＝2～3或x＝5～6。
23.权利要求19的方法，其中该抛光系统包含式(II)的化合物，其中(1)x+z＝3～4且y＝8～9、(2)x+z＝2～3且y＝15～16、或(3)x+z＝2～3且y＝40～41。
24.权利要求19的方法，其中该抛光系统进一步包含与所述化合物不同且选自伯胺、仲胺、叔胺、氨基醇、季胺及其组合的组分。
25.权利要求24的方法，其中该组分为氢氧化四甲铵。
26.权利要求19的方法，其中该基板进一步包含至少一层选自氧化硅、氮化硅及其组合的层。
27.权利要求26的方法，其中将该多晶硅层以
至
的速率自该基板移除。
28.权利要求26的方法，其中该基板包含氧化硅，且将该氧化硅以
或更低的速率自该基板移除。
29.权利要求26的方法，其中该基板包含氮化硅，且将该氮化硅以或更低的速率自该基板移除。
30.权利要求19的方法，其中该抛光系统进一步包含选自EDTA、草酸、多膦酸盐及其组合的化合物。
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