CN103492519B - 用于选择性抛光氮化硅材料的组合物及方法 - Google Patents

用于选择性抛光氮化硅材料的组合物及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供适合在化学机械抛光(CMP)方法中抛光含氮化硅基材的酸性含水抛光组合物。该组合物在使用时包含：0.01至2重量%的微粒状煅烧氧化铈磨料；10至1000ppm的至少一种阳离子聚合物；任选的10至2000ppm的聚氧化烯聚合物；以及用于该组合物的含水载体。该至少一种阳离子聚合物选自聚(乙烯基吡啶)聚合物及聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的聚合物的组合。本发明还提供使用该组合物以抛光基材与优先于多晶硅而自基材选择性去除氮化硅的方法。

Description

用于选择性抛光氮化硅材料的组合物及方法
技术领域
本发明涉及抛光组合物与方法。更特别地，本发明涉及抛光含氮化硅基材的方法及所使用的组合物。
背景技术
用于集成电路的半导体晶片一般包括基材，如硅或砷化镓，其上已形成有许多晶体管。晶体管通过图案化基材中的区域及基材上的层而化学或物理方式连接到基材。该晶体管与层通过主要由一些形式的氧化硅(SiO2)构成的层间电介质(ILD)分开。该晶体管透过使用已知的多层互连结构而互相连接。典型的多层互连结构由堆叠的薄膜构成，其由一或多种以下材料组成：钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、铝-铜(Al-Cu)、铝-硅(Al-Si)、铜(Cu)、钨(W)、经掺杂的多晶硅(poly-Si)、以及其各种组合。此外，晶体管或晶体管群经常通过使用填有绝缘性材料(如二氧化硅、氮化硅、和/或多晶硅)的沟槽(trench)而彼此隔离。在半导体制作过程中，必须移除前述材料的各种层以在晶片上形成多种电路组件，这典型地通过化学机械抛光(CMP)来完成。
用于基材表面的CMP的组合物与方法是该领域所公知的。用于半导体基材表面(如对于集成电路的制造)的CMP的抛光组合物(又称作抛光淤浆、CMP淤浆、以及CMP组合物)典型地含有磨料、多种添加化合物等。
在传统CMP技术中，基材载具或抛光头安装于载具组件上并设置为与CMP设备中的抛光垫接触。该载具组件对基材提供可控制的压力，将该基材推向该抛光垫。该垫与载具(以及附着的基材)彼此相对运动。该垫与基材的相对运动用于磨蚀该基材的表面以从该基材表面去除部分材料，从而抛光该基材。基材表面的抛光典型地进一步通过抛光组合物的化学活性(如通过存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂)和/或悬浮在抛光组合物中的磨料的机械活性加以辅助。典型的研磨材料包含二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆、以及氧化锡。
一般而言，CMP涉及表面的同时化学与机械磨蚀，例如磨蚀上覆的第一层以暴露非平面第二层的表面，第一层形成于该第二层上。一种这样的过程描述于Beyer等人的美国专利第4,789,648号中。简而言之，Beyer等人公开了CMP方法，该方法使用抛光垫与淤浆以比第二层更快的速率去除第一层，直到该上覆的第一层的材料的表面变为与被覆盖的第二层的上表面共平面。化学机械抛光的更多详细说明见于美国专利第4,671,851、4,910,155以及4,944,836号中。
例如，Neville等人的美国专利第5,527,423号公开了化学机械抛光金属层的方法，其通过使金属层的表面与抛光於浆接触，该抛光淤浆包含悬浮于含水介质中的高纯度微细金属氧化物颗粒。或者，该研磨材料可并入抛光垫中。Cook等人的美国专利第5,489,233号中公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的使用，而Bruxvoort等人的美国专利第5,958,794号公开了固定式研磨抛光垫。
虽然已知的CMP淤浆组合物典型地适用于有限的目的，但是许多传统组合物表现出难以接受的抛光速率，及因此难以接受的去除晶片制造中所用绝缘材料的选择性。此外，许多已知的抛光淤浆对下面的膜产生差的膜去除品质或产生有害的膜腐蚀，这导致差的制造产率。
随着集成电路装置技术的进展，传统材料以崭新且截然不同的方式使用以达到先进集成电路所需的性能水平。具体地，以多种组合方式使用氮化硅、氧化硅与多晶硅以实现新颖且甚至更加复杂的装置构造。一般而言，结构复杂度与性能特性随不同的应用而改变。对于在CMP过程中允许调节或调整氮化硅、氧化硅与多晶硅材料的去除速率以满足特定IC装置的抛光要求的方法及组合物的需求未曾间断。
例如，对于许多IC装置应用，存在实现快速氮化硅去除速率的持续需求。传统抛光淤浆已经设计用于“停止于氮化硅上”的应用，如在浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，STI)中。典型的STI淤浆利用高pH和高磨料浓度的二氧化硅磨料以实现合理的氮化硅去除速率。使用高磨料颗粒浓度与经抛光装置中的大量刮痕缺陷有关。
对于发展提供氮化硅的相对高的去除速率以及优先于多晶硅、氧化硅或二者的氮化硅的选择性去除的新抛光方法与组合物的需求未曾间断。本发明专注于该持续的需求。本发明的这些与其它优点，以及另外的发明特征，将由本文所提供的发明说明而清楚。
发明内容
本发明提供适用在化学机械抛光(CMP)方法中从基材表面去除氮化硅的酸性含水抛光组合物(例如具有2至6的pH)。该组合物包含微粒状煅烧氧化铈(二氧化铈)磨料，至少一种阳离子聚合物，任选的聚氧化烯聚合物(polyoxyalkylenepolymer)，以及含水载体。该至少一种阳离子化合物选自聚(乙烯基吡啶)聚合物以及聚(乙烯基吡啶)与经季铵取代的聚合物(如经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物)的组合。
该组合物中的磨料浓度为0.01至10重量%，优选0.05至5重量%。优选地，该组合物中磨料的浓度在本方法中使用时为0.01至2重量%，更优选0.05至0.5重量%。该组合物中至少一种阳离子聚合物的浓度10百万分率(ppm)至100,000ppm，优选15ppm至10,000ppm。使用时，该组合物优选包含10ppm至1000ppm的至少一种阳离子聚合物，更优选对于各存在的阳离子聚合物为15ppm至100ppm。在优选的实施方式中，该聚氧化烯聚合物以10至200,000ppm，更优选以200至100,000ppm的浓度存在于组合物中。使用时，该组合物优选包含10ppm至2000ppm，更优选200ppm至1000ppm的该聚氧化烯聚合物。
在一些优选的实施方式中，该聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物(即PEG)，其具有为200至2000的乙二醇单体单元平均数目，更优选300至1500个单体单元。在其它优选的实施方式中，该聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)嵌段共聚物，如聚(乙二醇)封端的聚(丙二醇)，即PEG-PPG-PEG嵌段共聚物。
在一些优选的实施方式中，该至少一种阳离子聚合物包括聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物的组合，如使用时，10至约90ppm的聚(乙烯基吡啶)聚合物和15至100ppm的经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物。
另一方面，本发明提供使用上述CMP组合物抛光含氮化硅基材的化学机械抛光方法。优选的方法包括使含氮化硅基材的表面与抛光垫与含水抛光组合物接触；和引起该抛光垫与该基材之间的相对运动，同时维持部分抛光组合物与该垫和该基材之间的表面接触足以磨蚀该基材表面的至少部分的时间。使用时，该抛光组合物包含0.01至2重量%的微粒状煅烧氧化铈磨料，10至1000ppm的至少一种阳离子聚合物，10至2000ppm的聚氧化烯聚合物，以及含水载体，如上所述。
附图说明
图1提供通过使用本发明所选的组合物抛光空白晶片所得的氧化硅(氧化物)、多晶硅(多晶硅)及氮化硅(氮化物)的去除速率的图。
具体实施方式
本发明提供抛光含氮化硅表面的组合物和方法。在优选的实施方式中，本发明的组合物包含含有0.01至10重量%的微粒状煅烧氧化铈磨料，10至100,000ppm的至少一种阳离子聚合物，以及任选的10至200,000ppm的聚氧化烯聚合物的酸性含水载体。
该微粒状煅烧氧化铈磨料可以0.01至10重量%的浓度存在于该抛光组合物中。优选地，该氧化铈以0.05至5重量%的浓度存在于该CMP组合物中。使用时，该氧化铈磨料优选以0.01至2重量%，更优选0.05至0.5重量%(如0.1至0.3重量%)的浓度存在。如通过本领域公知的激光散射技术测定的，该磨料颗粒优选具有30nm至200nm，更优选75nm至125nm的平均颗粒尺寸(粒度)。
期望该微粒状磨料悬浮于抛光组合物中，更具体地，悬浮于抛光组合物的含水载体组分中。当该磨料悬浮于抛光组合物中时，其优选是胶态稳定的。该用语“胶态”指磨料颗粒悬浮于液态载体中。“胶态稳定性”指该悬浮随着时间的保持。在本发明的范围内，当将氧化铈悬浮液置于100毫升的量筒中并让其在无搅拌下静置2小时的时间时，如果该量筒底部50毫升中的颗粒浓度([B]，单位为克/毫升)与该量筒顶部50毫升中的颗粒浓度([T]，单位为克/毫升)之间的差除以该磨料组合物中的总颗粒浓度([C]，单位为克/毫升)小于或等于0.5(即([B]-[T])/[C]≤0.5)，则认为该氧化铈悬浮液为胶态稳定的。期望([B]-[T])/[C])值小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
如本文与所附的权利要求中使用的，术语“煅烧氧化铈”指通过加热(煅烧)水合氧化铈或可分解的前体盐或盐的混合物(如碳酸铈、氢氧化铈等)而形成的氧化铈(IV)材料。在水合氧化铈的情况中，以足以从氧化铈材料中去除水合水的温度(如600℃或更高的温度)加热该材料。在前体盐的情况中，以高于该前体的分解温度的温度(如600℃或更高的温度)加热该盐而形成CeO2(氧化铈)，并同时赶走任何可存在或形成的水。如果需要，该氧化铈可包含一些稳定化掺杂剂材料例如La与钕Nd，如本领域中已知的。一般而言，煅烧氧化铈颗粒是高度结晶的。制备煅烧氧化铈的方法是本领域已知的。
本发明的组合物为酸性的，且优选具有2至6、更优选3至6的pH。该组合物的酸性可通过包括含有酸性成分(所述酸性成分可为任何无机酸或有机酸)的缓冲材料而实现和/或维持。在一些优选的实施方式中，该酸性成分可为无机酸、羧酸、有机膦酸、酸性杂环化合物、其盐、或前述中的二种或更多种的组合。合适无机酸的非限制性实例包括氢氯酸、硫酸、磷酸、亚磷酸、焦磷酸、亚硫酸、以及四硼酸、或其任何酸性盐。合适羧酸的非限制性实例包括单羧酸(如醋酸、苯甲酸、苯乙酸、1-萘甲酸、2-萘甲酸、羟基乙酸、甲酸、乳酸、扁桃酸等)，以及多羧酸(如草酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、酒石酸、柠檬酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、天冬氨酸、谷氨酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸、衣康酸等)或其任何酸性盐。合适有机膦酸的非限制性实例包括膦酰基乙酸、亚氨基二(甲基膦酸)、2000LC品牌的氨基三(亚甲基膦酸)、以及2010品牌的羟基亚乙基-1,1-二膦酸(该两个品牌都可自Solutia获得)、或其任何酸性盐。合适酸性杂环化合物的非限制性实例包括尿酸、抗坏血酸等、或其任何酸性盐。
在一些实施方式中，该阳离子聚合物成分包括聚(乙烯基吡啶)聚合物，如聚(2-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基吡啶)、乙烯基吡啶共聚物等。用于本发明的组合物与方法中的乙烯基吡啶共聚物包括这样的共聚物，该共聚物包含至少一种乙烯基吡啶单体(如2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶或二者)以及至少一种选自非离子单体与阳离子单体的共聚单体。非离子共聚单体的非限制性实例包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、以及苯乙烯。阳离子共聚单体的非限制性实例包括二烯丙基胺、二甲基二烯丙基胺、2-乙烯基-N-甲基吡啶卤化物(如氯化物)、4-乙烯基-N-甲基吡啶卤化物(如氯化物)、2-(二乙氨基乙基)苯乙烯、丙烯酸2-(N,N-二乙氨基乙基)酯、甲基丙烯酸2-(N,N-二乙氨基乙基)酯、N-(2-(N,N-二乙氨基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-(N,N-二乙氨基丙基)甲基丙烯酰胺、前述任意的盐(如盐酸盐)、前述任意的N-季铵化衍生物(如N-甲基季铵化衍生物)等。此外，相对小部分的阴离子单体(如丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPS)等)可包含于该共聚物中，只要阴离子单体对阳离子单体的比例使得该共聚物仍保持整体正电荷。
在一些其它实施方式中，该阳离子聚合物成分包括如本文所描述的聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的聚合物(如经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物)的组合。这样的经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物的非限制性实例包括聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基卤化铵)聚合物、聚(丙烯酰基氧基乙基三甲基卤化铵)聚合物、聚(甲基丙烯酰基氧基乙基二甲基苄基卤化铵)聚合物、及聚(丙烯酰基氧基乙基二甲基苄基卤化铵)聚合物等。优选地，该季铵基团的卤素抗衡离子为氯离子。
该阳离子聚合物可具有任何合适的分子量。典型地，该抛光组合物包含重量平均分子量为5kDa或更大(如10kDa或更大、20kDa或更大、30kDa或更大、40kDa或更大、50kDa或更大、或60kDa或更大)的阳离子聚合物。该抛光组合物优选包含分子量为100kDa或更小(如80kDa或更小、70kDa或更小、60kDa或更小、或50kDa或更小)的阳离子聚合物。优选地，该抛光组合物包含分子量为5kDa至100kDa(如10kDa至80kDa、10kDa至70kDa、或15kDa至70kDa)的阳离子聚合物。
该聚氧化烯成分(也称为聚(亚烷基二醇))可为包含多个氧化烯单体单元(即亚烷基二醇单体单元，如乙二醇、丙二醇、丁二醇等)的均聚物或共聚物(如嵌段或无规共聚物)。例如，该聚氧化烯聚合物可为聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)共聚物等。该聚氧化烯聚合物优选平均包含20至2000个单体单元(如乙二醇、丙二醇等)，更优选200至2000个单体单元(如300至1500个单体单元)。这样的聚合物在本领域中经常以聚合物的类型以及单体单元的平均数目来表示，如聚(乙二醇)-300、缩写为PEG-300，其代表平均具有300个乙二醇(CH2CH2O)单元的聚(乙二醇)聚合物且从而具有300×44=13200道尔顿的数均分子量。
在优选的实施方式中，该聚氧化烯聚合物是聚氧化乙烯聚合物，即聚(乙二醇)聚合物。在其它优选的实施方式中，该聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)共聚物嵌段共聚物，如PEG-PPG-PEG嵌段共聚物，如BASF的PLURONICL31，其经报道具有约1100至1200的数均分子量且包含具有平均16个丙二醇单元的PPG核，其在各端以平均2个乙二醇单体单元封端。
本发明的组合物与方法提供有效的氮化硅去除速率，以及高于多晶硅去除的氮化硅去除的选择性。本发明的组合物典型地还提供中等的氧化硅去除速率。在一些特别优选的实施方式中，当在如下设置的桌上式CMP抛光机上分别抛光氮化硅或多晶硅空白晶片时：3磅/平方英寸(psi)的向下力，100转/分钟(rpm)的载盘转速、101rpm的载具转速，和150毫升/分钟的抛光淤浆的流速并使用D100抛光垫，氮化硅去除速率为700埃/分钟或更大，而多晶硅去除速率则小于(典型地小于)。氧化硅去除速率在同样条件下典型地小于
本发明的抛光组合物任选地可包含一种或多种氧化剂(如以氧化半导体表面的成分，例如金属成分)。适合用于本发明的抛光组合物与方法的氧化剂包括但不限于：过氧化氢、过硫酸盐(如单过硫酸铵、二过硫酸铵、单过硫酸钾、以及二过硫酸钾)、高碘酸盐(如高碘酸钾)、其盐、以及前述中的二种或多种的组合。优选地，氧化剂以足以氧化存在于半导体晶片中的一种或多种所选金属或半导体材料的量存在于该组合物中，如半导体CMP领域中已知的。
本发明的抛光组合物还可任选地包含适量的一种或多种通常包含于抛光组合物中的其它添加材料，如金属络合剂、腐蚀抑制剂、粘度调节剂、杀生物剂等。
在优选的实施方式中，该抛光组合物进一步包含杀生物量的杀生物剂(如异噻唑啉酮组合物，如可得自RohmandHaas的杀生物剂)。
该含水载体可为任何含水溶剂，如水、含水甲醇、含水乙醇、以及其组合物等。优选地，该含水载体主要包含去离子水。
本发明的抛光组合物可通过任何合适技术而制备，所述技术中的许多是本领域技术人员已知的。该抛光组合物可以间歇或连续方法制备。通常，该抛光组合物可通过以任何顺序组合其成分的方式制备。本文使用的术语“成分”包括单个组分(如氧化铈、酸、聚合物、缓冲剂、氧化剂等)以及组分的任何组合。例如，该氧化铈磨料可分散于水中，与聚合物成分组合，并通过能够将该成分并入抛光组合物中的任何方法混合。典型地，当利用氧化剂时，直到该组合物准备用于CMP方法时才将其加入该抛光组合物中，例如该氧化剂可正好在开始抛光前加入。当需要时，pH可在任何适当时机通过加入酸或碱而进一步调节。
本发明的抛光组合物也可以浓缩物提供，其将在使用前以适量的含水溶剂(如水)进行稀释。在这样的实施方式中，该抛光组合物浓缩物可包含以这样的量分散或溶解于含水溶剂中的各种成分，该量使得当使用适量含水溶剂稀释该浓缩物时，该抛光组合物的各成分将以在适于使用的范围内的量存在于该抛光组合物中。
本发明还提供化学机械抛光氮化硅基材的方法，如用于相对于多晶硅的去除的氮化硅的选择性去除。该方法包含(i)使含氮化硅基材的表面与抛光垫与如本文所述的本发明的抛光组合物接触，以及(ii)使该抛光垫与该基材表面彼此相对运动，同时维持至少一部分该抛光组合物在该垫及该表面之间，从而磨蚀至少部分的表面以抛光该基材。
本发明的抛光组合物可用于抛光任何合适基材，且尤其用于抛光包含氮化硅的基材以及含有氮化硅与多晶硅和/或氧化硅的基材。本发明的组合物在低至足以避免过多刮痕缺陷的磨料水平下提供相对高的氮化硅去除速率。具体地，可改变该CMP组合物的配方与pH以改变氮化硅去除速率。此外，氮化硅的相对去除速率大于多晶硅与氧化硅的去除速率。该选择性是用于抛光具有相对窄的氧化物线宽的现代半导体材料时的额外优点。
本发明的抛光组合物特别适合与化学机械抛光设备结合使用。典型地，该CMP设备包含载盘，当使用时，其处于运动中且具有源自轨道运动、直线和/或圆周运动的速度；与该载盘接触且与处于运动时的该载盘相对运动的抛光垫；以及载具，其支承待通过接触并相对于抛光垫的表面运动而抛光的基材。基材的抛光通过以下发生：将基材放置为与该抛光垫以及本发明的抛光组合物接触，之后相对于该基材移动该抛光垫，以磨蚀至少部分基材而抛光该基材。
可使用任何适合的抛光表面(如抛光垫)以本发明的抛光组合物平面化或抛光基材。合适的抛光垫包括例如织物与非织物抛光垫、有槽或无槽垫、多孔或非多孔垫等。此外，合适的抛光垫可包含任何合适的多种密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回复性、以及压缩模量的聚合物。合适的聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成的产物、以及其混合物。
期望地，该CMP设备另外包含原位抛光终点探测系统，其中的许多为本领域已知的。通过分析从工件表面反射的光或其它辐射而用于检查与监测抛光过程的技术是本领域已知。这样的方法描述于如Sandhu等人的美国专利第5,196,353号、Lustig等人的美国专利第5,433,651号、Tang的美国专利第5,949,927号、以及Birang等人的美国专利第5,964,643号中。期望地，对于正被抛光的工件的抛光过程的进展的检查与监测使得能够确定抛光终点，即确定何时终止对具体工件的抛光过程。
以下实施例进一步说明本发明的一些方面，但不应解释为任何限制其范围的形式。如在本文以及随后的实施例与权利要求中所使用的，以百万分率(ppm)为单位的浓度基于目标活性成分的重量除以该组合物的重量(如毫克成分/公斤组合物)。
实施例1
本实施例说明阳离子聚合物对于去除氮化硅、多晶硅、以及氧化硅的效果。
在AppliedMaterialsCMP设备上使用抛光组合物分别对氮化硅、氧化硅、以及多晶硅空白晶片进行化学机械抛光。各抛光组合物包含pH值为4的0.2重量%的煅烧氧化铈(AdvancedNanoProductsCo.,Ltd.，“ANP”，平均颗粒尺寸为100nm)在去离子水中的含水淤浆。该CMP组合物的另外的成分列于表1，其中“Quat”指AlcoChemical的聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基氯化铵)(Alco4773)；4-PVP指聚(4-乙烯基吡啶)；而2-PVP指聚(2-乙烯基吡啶)。
表1
在CMP设备上使用D100抛光垫，在向下力(DF)为3.5psi、抛光头转速(HS)为100rpm、载盘转速(PS)为10rpm、以及淤浆流速为250毫升/分钟下，使用各抛光组合物分别对氮化硅、多晶硅、以及由等离子体增强的四乙基正硅酸酯衍生的二氧化硅(PETEOS)的300毫米直径的空白晶片进行抛光。该垫用3MA165调节器进行原位调节。对氮化硅(氮化物)、多晶硅(多晶硅)、以及PETEOS(氧化物)所观察到的去除速率(RR)(单位为 )列于表2中。在2psi的DF和93/93rpm的HS／PS下所观察到的去除速率表示在括号中。
表2
表2的结果证明，聚(乙烯基吡啶)聚合物或聚(乙烯基吡啶)与经季铵取代的聚合物的组合在特定抛光条件下，提供极佳的氮化硅去除速率( )，低的多晶硅去除速率()以及中等的氧化硅去除速率(371至)。此外，在较低DF(2psi)下的结果显示聚(乙烯基吡啶)与季铵化聚合物之间的协同作用，因为相比于实施例1B与1C，对于实施例1D在较低向下力下的去除速率未显著下降。
实施例2
在Mirra抛光机上进行与实施例1中的那些类似的评估。令人惊讶地，在Mirra运行中观察到的多晶硅去除速率相当均匀(晶片内)，表现出极高与极低的多晶硅去除区。聚氧化烯聚合物，如PEG或PEG-PPG-PEG共聚物的添加，令人惊讶地大幅改善在Mirra抛光机上的多晶硅去除均匀性，并提供所需的一致地低的多晶硅去除速率。包含多种聚氧化烯聚合物的组合物制备并在以下条件中进行评估：如上所述进行原位调节的D100垫，DF为3psi，PS/HS为100/101rpm，且淤浆流速为150毫升/分钟。各组合物包含在水中的pH为4的0.2重量%的ANP煅烧氧化铈、30ppm的聚(4-乙烯基吡啶)、以及15ppm的聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基氯化铵)。该聚氧化烯添加剂与所观察到的去除速率列于表3中(PL31为BASF的L31，其是具有聚(乙二醇)末端嵌段的聚(丙二醇)嵌段共聚物，PEG-PPG-PEG)。
表3
表3的结果证明相对于多晶硅具有高水平的氮化硅的去除选择性。对经抛光的晶片的检测证明使用聚氧化烯聚合物(即PEG和PEG-PPG-PEG聚合物)进行抛光的多晶硅晶片具有良好的晶片内均匀性。
此外，对与实施例2B(无聚氧化烯聚合物)类似的包含水合氧化铈取代ANP煅烧氧化铈的组合物进行评估。此实施例令人惊讶地提供了高于氮化硅的多晶硅的去除选择性，其与本发明的利用煅烧氧化铈的组合物所观察到的选择性完全相反。
实施例3
通过在Mirra抛光机上(DF为3psi，使用3MA165调节器原位调节的D100垫，PS/HS为100/101rpm，淤浆流速为150毫升/分钟)上抛光氮化硅、多晶硅、以及PETEOS的空白晶片而评估另外的含水组合物，该另外的含水组合物包含0.1、0.2及0.3重量%的煅烧氧化铈，0、30、60及90ppm的聚(4-乙烯基吡啶)，0、15及30ppm的聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基氯化铵)(Alco4773)，以及0、800与1500ppm的PEG-1450。该组合物的配方列于表4中。
表4
抛光结果列于表5中。
表5
表5中的结果证明在评估的磨料浓度、阳离子聚合物浓度以及PEG浓度范围内的相对于多晶硅与氧化硅的高水平的氮化硅去除的选择性。pH由4降至3.5造成多晶硅速率增加以及选择性降低(比较3B与3J)。PEG浓度增加稍微降低了对各基材的去除速率(比较3B与3C)。增加4-PVP浓度由30ppm至60ppm至90ppm造成了适度的氧化物与氮化物去除速率的线性降低，但并未明显影响多晶硅的去除速率。较低浓度的氧化铈倾向于降低氮化物与氧化物的速率，但增加多晶硅的速率(比较3B与3G或3E与3H)。另外，经抛光的晶片表现出相似且大致平坦的氧化物与多晶硅去除轮廓。
在单独的实验中评估抛光时间对去除速率的影响。通过改变抛光时间由30秒至90秒后，观察到的多晶硅与氧化物的去除速率相对不受影响，然而氮化物去除速率在经历相同时间后则自400增加3倍而超过1200。
对图案化的多晶硅晶片的评估也提供低水平的多晶硅去除，这与用空白晶片上观察到的低多晶硅去除速率是一致的。
实施例4
实施例3中所选的组合物(即3B、3C、3F与3J)通过在抛光机上(即如实施例1中使用的)在以下条件下抛光氮化硅、多晶硅以及PETEOS的300毫米空白晶片而评估：DF为2psi，采用Seasol调节器的IC1010抛光垫，PS/HS为100/85rpm，淤浆流速为200毫升/分钟。抛光结果列于表6中，并图示于图1中。
表6
表6的结果证明，在Mirra抛光机上观察到的相对于多晶硅与氧化硅去除的氮化硅去除的相同高选择性也出现于抛光机上。
本文描述了本发明的优选实施方式，包含本发明人所知的用于实施本发明的最佳模式。这些优选具体实施方式的变型在本领域技术人员阅读前文描述后将变得明显。本发明人希望技术人员适当采用这些，且本发明人意欲本发明以文中特别描述者以外的方式实施。因此，本发明包含适用法律所准许的后附的权利要求中所界定的主题的所有变形和等价形式。此外，除非本文中另外指出或与前后文明显矛盾，否则上述要素以所有可能的变型的任意组合皆包含于本发明中。

Claims (28)

1.适合在化学机械抛光(CMP)方法中抛光含氮化硅基材的酸性含水抛光组合物，该组合物包含：
(a)0.01至10重量％的微粒状煅烧氧化铈磨料；
(b)10至100,000ppm的至少一种阳离子聚合物，其选自(a)聚(乙烯基吡啶)聚合物及(b)聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的聚合物的组合；
(c)200至100,000ppm的聚氧化烯聚合物；以及
(d)用于该组合物的含水载体。
2.权利要求1的组合物，其中该磨料以0.05至5重量％的浓度存在于该组合物中。
3.权利要求1的组合物，其中该至少一种阳离子聚合物以15至10,000ppm的浓度存在于该组合物中。
4.权利要求1的组合物，其中该聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)嵌段共聚物、或其组合。
5.权利要求1的组合物，其中该聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物，其包含平均数目为300至1500的乙二醇单体单元。
6.权利要求1的组合物，其中该经季铵取代的聚合物包括经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物。
7.权利要求1的组合物，其中该聚(乙烯基吡啶)聚合物包括聚(4-乙烯基吡啶)。
8.权利要求1的组合物，其中该聚(乙烯基吡啶)聚合物包括聚(2-乙烯基吡啶)。
9.权利要求1的组合物，其中该聚(乙烯基吡啶)聚合物是共聚物，其包含至少一种乙烯基吡啶单体与至少一种选自非离子单体和阳离子单体的共聚单体。
10.权利要求1的组合物，其中该至少一种阳离子聚合物包括聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物的组合。
11.权利要求1的组合物，其中该至少一种阳离子聚合物包括10至90ppm的聚(乙烯基吡啶)聚合物与15至100ppm的聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基卤化铵)聚合物的组合。
12.权利要求1的组合物，其中该含水载体包括去离子水。
13.权利要求1的组合物，其中该组合物的pH为3至6。
14.适合在化学机械抛光(CMP)方法中相对于多晶硅选择性去除氮化硅的酸性含水抛光组合物，该组合物包含：
(a)0.05至5重量％的微粒状煅烧氧化铈磨料；
(b)15至10,000ppm的至少一种阳离子聚合物，选自(a)聚(乙烯基吡啶)聚合物以及(b)聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的聚合物的组合；
(c)200至100,000ppm的聚氧化烯聚合物，选自聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)嵌段共聚物、或其组合；
(d)用于该组合物的含水载体；
其中该组合物的pH为3至6。
15.权利要求14的组合物，其中该至少一种阳离子聚合物包括10至90ppm的聚(乙烯基吡啶)聚合物与15至100ppm的聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基卤化铵)聚合物的组合。
16.权利要求14的组合物，其中该聚(乙二醇)聚合物包含平均数目为200至2000的乙二醇单体单元。
17.用于抛光基材表面的化学机械抛光(CMP)方法，该方法包含用权利要求1的组合物磨蚀该基材表面，其中该组合物在使用时包含0.01至2重量％的氧化铈磨料、10至1000ppm的至少一种阳离子聚合物、以及10至2000ppm的聚氧化烯聚合物。
18.权利要求17的方法，其中该基材表面包含氮化硅、多晶硅、以及二氧化硅。
19.用于抛光基材表面的化学机械抛光(CMP)方法，该方法包含用权利要求14的组合物磨蚀该基材表面，其中该组合物在使用时包含0.05至0.5重量％的氧化铈磨料、10至100ppm的至少一种阳离子聚合物、以及200至1000ppm的聚氧化烯聚合物。
20.权利要求19的方法，其中该基材表面包含氮化硅、多晶硅、以及二氧化硅。
21.用于优先于多晶硅去除而从基材表面选择性去除氮化硅的化学机械抛光(CMP)方法，该方法包含以下步骤：
(a)使含氮化硅与多晶硅的基材的表面与抛光垫和酸性含水CMP组合物接触；以及
(b)引起该抛光垫与该基材之间的相对运动，同时维持部分该CMP组合物与该垫和该基材之间的表面接触足以从该表面磨蚀氮化硅的时间，
其中该CMP组合物包含：
(i)0.01至2重量％的微粒状煅烧氧化铈磨料；
(ii)10至1000ppm的至少一种阳离子聚合物，其选自(a)聚(乙烯基吡啶)聚合物以及(b)聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的聚合物的组合；
(iii)10至2000ppm的聚氧化烯聚合物；以及
(iv)用于该组合物的含水载体。
22.权利要求21的方法，其中该CMP组合物的该至少一种阳离子聚合物包括聚(乙烯基吡啶)聚合物与经季铵取代的聚合物的组合。
23.权利要求21的方法，其中该经季铵取代的聚合物包括经季铵取代的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物。
24.权利要求21的方法，其中该经季铵取代的聚合物包括聚(甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基卤化铵)聚合物。
25.权利要求21的方法，其中该CMP组合物的该至少一种阳离子聚合物包括选自如下的至少一种聚合物：聚(2-乙烯基吡啶)聚合物、聚(4-乙烯基吡啶)聚合物、以及包含至少一种乙烯基吡啶单体和至少一种选自非离子单体与阳离子单体的共聚单体的共聚物。
26.权利要求21的方法，其中该CMP组合物的该聚氧化烯聚合物包括聚(乙二醇)聚合物、聚(乙二醇)-共-聚(丙二醇)嵌段共聚物、或其组合。
27.权利要求21的方法，其中该CMP组合物的pH为3至6。
28.权利要求21的方法，其中该基材表面还包含二氧化硅。
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