CN1475540A - 化学/机械抛光浆和使用它的化学机械抛光方法 - Google Patents

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Abstract

一种CMP(化学/机械抛光)浆，它能够以高的选择性，快速去除目标层，并能够有效钝化抛光停止层。一方面，CMP浆包含金属氧化物研磨颗粒、去除加速剂、分子量为约1,000到约100,000的阴离子聚合物钝化剂、C1－C12阴离子钝化剂和水。

Description

化学/机械抛光浆和使用它的化学机械抛光方法
本发明技术领域
本发明涉及在制造微型电子装置中使用的CMP(化学/机械抛光)浆，特别涉及，能够以高的选择性快速除去目标层和有效钝化抛光停止层(polishing stopper)的CMP浆。
技术背景
随着多层互连，半导体装置越来越变得集成化小型化，因此，处理步骤量增加，以在晶片上形成多导电层或绝缘层。为减少在半导体装置制造中的步骤，通常使用CMP，CMP是化学和机械处理的结合。CMP是在二十世纪八十年代后期由International Business Machine公司开发的。自诞生之日起，CMP作为核心微处理技术，被用在65兆比特或更大的存储器和非存储装置制造的几乎所有阶段上。当前，在用于制造下一代千兆比特水平的DRAM(动态随机存取存储器)存储器或等同水平的非存储器装置方面，CMP正受到很大的关注。
CMP是一种平面化处理。在CMP中，在使得研磨浆流到晶片和抛光垫的接触区域时，具有波纹的晶片表面被压靠在相对旋转的抛光垫上。CMP利用化学和物理反应将不平的晶片表面平面化。诸如CMP装置的操作条件、浆的类型和抛光垫的类型等因素决定CMP的性能。
在这些因素当中，CMP使用的浆类型是影响抛光性能的最关键的因素。但是，形成浅沟槽隔离(STI)或夹层电介质(ILD)层中，其中形成露出DRAM的源/漏区域的自对准接触孔，使用常规的CMP浆，要抛光的目标层(如氧化物层)相对于抛光停止层(氮化硅层)的选择性是4∶1的比，这被认为是差的选择性。其结果，抛光停止层被过分抛光。为了防止抛光停止层的过分抛光，抛光停止层的厚度必须增加。另外，用常规的浆，在CMP后留下的抛光停止层具有厚度变化，这产生不平的晶片表面，降低随后装置制造加工的余量。其结果，半导体装置的特性可能退化。因此，需要一种新型的高选择性的CMP浆。
本发明概要
本发明涉及制造具有高选择性的CMP浆的方法。本发明的CMP浆以高的选择性，提供目标层的快速去除和抛光停止层的有效钝化。本发明的CMP浆能够提供在约30∶1到50∶1范围的目标层对抛光停止层的选择性。
在本发明的一个方面，一种浆包含：金属氧化物研磨颗粒；去除加速剂；阴离子聚合物钝化剂，它具有约1000到约100000的分子量；C1-C12阴离子钝化剂；和水。
优选地，金属氧化物研磨颗粒包括氧化铈、氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆或氧化锗(germania)，或上述材料的任何组合。优选地，去除加速剂包括磷酸盐或亚磷酸盐化合物。优选地，阴离子聚合物钝化剂包括聚(丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-马来酸)、聚(甲基丙烯酸-马来酸)、聚(丙烯酸-丙烯酰胺)、聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、或聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸)或上述材料的衍生物或盐，或上述材料的任何结合。
根据本发明的浆还可以包含pH控制剂。所述浆优选具有约3-6的pH值。
另一方面，本发明的CMP浆用在化学/机械抛光处理中。例如，所述浆可以用于化学/机械抛光在其上淀积抛光停止层和目标层的晶片。要抛光的目标层可以是氧化物层，抛光停止层可以是氮化硅层。CMP处理包括向CMP装置加载晶片；和在晶片目标层表面和抛光垫之间供给本发明的CMP浆的同时，在晶片的目标层上进行CMP。
参照附图的以下优选实施例的详细说明将使得本发明的这些和其他目的、特征和优点更明了。
附图简要说明
图1是制备本发明化学/机械抛光(CMP)浆的方法流程图。
图2是使用本发明的CMP浆进行CMP方法使用的CMP装置的示意图。
图3是本发明一个方面的CMP方法流程图。
图4是作为磷酸氢铵量的函数的氧化物(PE-TEOS)的去除速率变化曲线图。
图5、6和7是对本发明的各种浆使用不同的添加剂，作为添加剂置的函数的、氮化硅(SiN)和PE-TEOX去除速率和选择性的变化曲线图。
图8是作为浆的pH值函数的氮化硅(SiN)和PE-TEOS去除速率的变化曲线图。
图9是是作为浆的pH值函数的氮化硅(SiN)和PE-TEOS的ξ电位曲线图。
图10、11和12是用本发明的浆抛光的样品晶片制备方法剖视图。
图13是使用本发明的浆CMP后样品晶片的剖视图。
图14是作为CMP浆选择性函数的氧化物去除速率曲线图。
图15是说明溶解阴离子聚合物钝合剂制备阴离子聚合物过程的化学反应图式的示例图。
优选实施方案的详细说明
现在参照附图说明本发明优选实施方案的CMP浆和使用这样的浆的CMP方法。应理解，本发明可以有很多不同的实施方式，在此说明的实施不应理解为是对本发明范围的限制。事实上，提供的说明性的实施方式是为了完全地公开本发明，将本发明的原理传达给本领域的普通技术人员。而且应理解在附图中，为了清楚起见，层和区域的厚度是简化的或放大的，并且各图中相似的符号指的是相同或相似的部件。
一般来说，本发明的高选择性的CMP浆优选包含研磨颗粒和第一、第二和第三添加剂的混合物，以调节浆的特性。具体地，本发明的CMP浆包含金属氧化物作为研磨颗粒。适合的金属氧化物包括氧化铈、氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锗或类似材料，或上述这些材料的混合物。优选地，金属氧化物研磨颗粒与去离子水混合到占浆总重量的约0.5-约25％的重量比的浓度。如果金属氧化物颗粒的量小于0.5重量％，则抛光速度变得太低。如果金属颗粒的量大于25重量％，不能够保证浆的分散稳定性。由于这些原因，上述的浓度范围对于研磨颗粒是优选的。
优选使用去除加速剂作为第一添加剂。优选地，去除加速剂包括能够提高，要抛光的目标层被去除的速度的材料。适合的去除加速剂包括，如，磷酸盐或亚磷酸盐化合物。优选的磷酸盐化合物包括，如：磷酸氢铵，磷酸二氢铵，磷酸二氢钾，双(2-乙基己基)磷酸盐、2-氨基乙基二氢磷酸盐，六氟磷酸4-氯苯重氮盐，六氟磷酸硝基苯重氮盐，六氟磷酸铵，双(2，4-二氯苯基)氯代磷酸盐，双(2-乙基己基)氢磷酸盐、氟磷酸钙、二乙基氯代磷酸盐、二乙基氯代硫代磷酸盐、六氟磷酸钾、焦磷酸盐、六氟磷酸四丁基铵、六氟磷酸四乙基铵、或上述物质的任意组合。
优选的亚磷酸盐化合物例如包括双(乙基己基)亚磷酸盐。
在一个实施方式中，去除加速剂优选加入占浆总重量的约0.001-约10重量％的浓度。如果去除加速剂的量小于0.001重量％，抛光速度太低。如果去除加速剂的量大于10重量％，则浆的分散稳定性变差，并且抛光速度不可控制。因此，上述浓度范围是去除加速剂的优选浓度范围。在另一个实施方案中，优选去除加速剂的添加量为约0.01-约1％。
对于第二添加剂，优选使用抛光停止层钝化剂，它也能增强研磨颗粒的分散稳定性和调节浆的流动性。在抛光停止层是氮化硅层，目标层是氧化物层时，优选使用阴离子聚合物钝化剂作为第二添加剂。就浆的流动性来说，阴离子聚合物钝化剂优选具有约1,000到约100,000的分子量。适合的阴离子聚合物钝化剂例如包括，单聚物(如：聚(丙烯酸)和聚(甲基丙烯酸))、共聚物(如：聚(丙烯酸-马来酸)、聚(甲基丙烯酸-马来酸)和聚(丙烯酸-丙烯酰胺))、三聚物(如：聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸))，或上述材料的衍生物或盐，或上述材料的任何结合。
在一个实施方案中，阴离子聚合物钝化剂的添加量优选是浆的总重量的约0.001重量％-约10重量％。如果其添加量小于约0.001重量％，钝化无效。如果该量大于约10重量％，抛光速度太低。在另一个实施方案中，阴离子聚合物钝化剂的加入量为浆的总重量的约0.01％-约1重量％。
优选用钝化剂作为第三添加剂，以增强在抛光停止层上的钝化效果。在抛光停止层是氮化硅层时，优选使用C1-C12阴离子钝化剂。适合的C1-C2阴离子钝化剂包括诸如邻苯二甲酸氢钙的邻苯二甲酸盐化合物。
在一个实施方案中，C1-C12阴离子钝化剂的加入量优选是浆总重量的约0.001-约10重量％。如果这个量小于约0.001重量％，则不能够确保高的抛光选择性。如果这个量大于约10重量％，抛光速度太低。为此，上述的浓度范围对去除加速剂是优选的。在另一个实施方案中，钝化剂(第三添加剂)的添加量优选为浆总重量的约0.01-约1重量％。
本发明的CMP浆还包含pH控制剂，以提供浆的最佳pH值。浆的pH值根据目标层和抛光停止层的组分变化。在要抛光的目标层是氧化物层并且抛光停止层是氮化硅层时，优选将浆的pH值调节在约3-约6范围。
适合的pH控制剂包括碱，例如氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、氢氧化钠(NaOH)，氢氧化四甲基铵(TMAH)，或胆碱。或者，适合的pH控制剂还包括酸，诸如硫酸(H2SO4)，盐酸(HCl)，磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO4)或乙酸(CH3COOH)。
优点是，在本发明的水基CMP浆中，由于第一、第二和第三添加剂之间的相互作用，去除目标层的速度增加，并且抛光停止层更有效地被钝化，从而产生高的抛光选择性。例如，用去除加速剂作为第一添加剂，要抛光的目标层(如氧化物层)的去除速率能够被调节到约2000到约6000埃/分。
接下来，通过使用阴离子聚合物钝化剂(分子量范围优选为1,000到100,000)作为第二添加剂，在水基CMP浆中溶解的阴离子起钝化剂的作用，也限制在体相中的研磨颗粒的迁移率，影响浆的流动性。
如图15示出的反应示意图所示，在水基浆中溶解的阴离子聚合物钝化剂产生大量的阴离子聚合物。阴离子聚合物被静电引力强烈地吸附到带正电荷的表面。相反，由于静电斥力，阴离子聚合物被带负电荷的表面排斥。因此，在CMP浆中的阴离子聚合物被吸附到带正电荷的表面而发生钝化。其结果是，在晶片正电荷区域避免被抛光的同时，晶片的负电荷区域能够被选择性地抛光。如上所述，在水基CMP浆中溶解的阴离子聚合物起钝化剂的作用，另外限制研磨颗粒在体相中的迁移率，以影响浆的流动性。在晶片表面上具有不同的台阶时，晶片的大台阶区域能够被快速去除，而小台阶区域被阴离子聚合物钝化剂缓慢地去除。
优选使用C1-C12阴离子钝化剂作为第三添加剂，增强上述阴离子聚合物钝化剂的钝化效果。实际上，在使用邻苯二甲酸氢钾时，C1-C12阴离子钝化剂优选溶解在水基浆中，并且带负电荷，例如C8H4O4 2-。
为了用钝化剂的功能增加抛光选择性，要抛光的氧化物层应在水基浆中带负电荷，并且氮化物抛光停止层应在水基浆中带正电荷。在浆的pH值低于等电点时，膜的表面在水基浆中带正电，在pH值高于等电点时带负电。因此，通过控制浆的pH值，能够使得两个不同的膜以相反极性带电。所以，在本发明的一个实施方案中，优选使用pH值控制剂，将浆的pH值调节到最佳水平值。
为了增加处理的余量和减少凹坑现象的发生，优选将本发明的CMP浆调节成使得，目标层对抛光停止层的选择性在约30∶1到约50∶1的范围。
在下面，将参照图1说明本发明实施方案的高选择性的CMP浆的制备方法。
首先，向含有去离子水的高剪切混合器中放入研磨颗粒(步骤S10)。去离子水和研磨颗粒被初步混合(步骤S12)。在初步混合中，将研磨颗粒量调节到占最终浆重量的约0.5-约0.25重量％范围。并且浆的pH值被调节为弱酸或弱碱范围。
用泵将浆混合物输送到适当的分散装置(如介质研磨机或超高压分散装置)，然后在高压下彻底分散〔步骤S14〕。可以使用任何分散装置。但是，考虑到各种因素，如分散形成的再现性、在分散时降低污染、及平均粒径和在分散后的可分散性，优选使用超高压分散装置。此时，考虑寿命，优选用金刚石制造的超硬分散室，它是超高压分散装置的核心部分。在高压分散处理时，施加约10,000到约20,000磅/平方英寸的适当压力。如果压力低于这个范围，则分散效率太低，如果大于这个范围，对系统效率和室的寿命有不利的影响。
在通过超高压分散控制浆的平均粒径后，可以进一步添加去离子水，适当控制浆中的研磨颗粒浓度。
接下来，添加第一、第二和第三添加剂，取得希望的浆的特性(步骤S16)。特别是，以约0.001到约10重量％的加入量范围加入去除加速剂，它使得要抛光的目标层的去除容易。加入阴离子聚合物钝化剂和C1-C12阴离子钝化剂，每个的加入量为约0.01到约10重量％。
在加入第一、第二和第三添加剂未取得浆的最佳pH值时，可以任选加入pH值控制剂，以获得最佳pH。
在制备本发明的CMP浆时加入的添加剂的量和/或pH控制剂的量，优选是通过在水基CMP浆中它们之间的相互作用确定，使得它们的量为获得最好的抛光效果而被最优化。
在添加剂被混合并且浆的pH值被调节后，使浆通过过滤器，快速去除较大颗粒(步骤S18)。该过滤过程减少抛光时在目标层表面上发生划痕。在浆过滤过程后，对浆进行分析，确定总的物理特性和性能。
下面参照图2和3说明标据本发明的各实施方案的CMP方法。
见图2，在CMP装置中，使其上带有抛光垫21的抛光台20，与由电动机(未示出)旋转的第一旋转轴22相连并围绕它旋转。抛光头30位于抛光垫21上方，并贴附在由电动机(未示出)旋转的第二旋转轴32上。抛光头30以抛光台20的旋转方向的反方向旋转。用安装在抛光头30的表面上的夹具34，将晶片36(它是要抛光的)可拆卸地固定到抛光头30上。本发明的浆42从供浆管线40供给到抛光台20的一侧。
在本发明的CMP过程中，见图2和3，制备要进行CMP的晶片36和CMP浆42(步骤S50)。接下来，将晶片36固定到抛光头30上，并且将CMP浆42供给到晶片36上(步骤S52)。晶片36可以包括作为要抛光的目标层的氧化物层，和作为抛光停止层的氮化硅层。本发明的高选择性CMP浆可以施用于将进行浅沟槽隔离(STI)和形成层间电介质(ILD)膜的晶片上。在当前的STI和ILD膜形成过程中，氧化物层是要抛光的目标层，它是诸如通过高密度等离子化学气相淀积(HDPCVD)形成的高密度的等离子氧化物层，或通过等离子增强化学气相淀积(PECVD)形成的等离子增强四乙基原硅酸盐(PE-TEOS)，并且氮化硅层起抛光停止层的作用，它是通过在几百毫托以下的压力下通过低压化学气相淀积(LPCVD)、或在约500到约600℃高温下通过PECVD形成的。
在本发明的高选择性的浆供给到晶片上(步骤S52)后，抛光沟槽填充氧化物层或ILD层(步骤S54)。
下面参照实验例详细说明本发明。在下面的实验例中，对本领域普通技术人员说是普通的旦容易理解的技术信息没有完全说明。下面的实验例是为了说明，不是限定本发明。第一实验例
在这个实验中，基于参照图1所述的方法，通过向含有作为第一添加剂的重量1％的氧化铈(金属氧化物研磨颗粒)的水基溶液中，加入作为去除加速剂的磷酸氢铵(AHP)，制备各种浆。
制备作为试样晶片的、各具有8000埃厚度的氧化物(PE-TEOS)层的、PE-TEOS覆盖晶片。
然后，在试样晶片上进行CMP，同时在其上供给含有不同AHP量(示于表1)的浆，并且测量氧化物去除速率。在以下条件下，用MIRRA MESA设备(RODEL CO.，Ltd)进行CWP：膜力为3.5磅/平方英寸的IC1000叠层垫，4.5磅/平方英寸残余环力，3.5磅/平方英寸内管力，110转/分的台速度，104转/分的头速度，和3000毫升/分的浆流量。CMP结果示于表1。图4是结果的曲线图。
                         表1
  AHP，重量％     氧化物(pE-TEOS)去除速率，埃/分     PH
  0     1655     5
  0.05     4602     5
  0.1     4499     5
  0.5     2875     5
从表1和图4能够见到，加AHP时与不加ANP相比，氧化物去除速率增加。但是，在进一步增加AHP量时，去除速率降低。这个结果可以认为是由于过多的磷酸盐基团在浆中溶解，并吸附在研磨颗粒上，阻碍了CMP，这可从加入过量AHP时研磨颗粒沉淀的事实推测到。考虑适当的氧化物去除速率和防止研磨颗粒沉淀，优选的AHP加入量被确定为约10重量％以下，优选为约1重量％。第二实验例
在此实验中，向1重量％氧化铈的水溶液中，加入0.25重量％AHP和作为阴离子聚合物钝化剂的不同量的聚(甲基丙烯酸)(PMA)，制备各种浆。
作为试样晶片，制备PE-TEOS和氮化硅(Si3N4)覆层晶片，其中氧化物(PR-TEOS)层和氮化硅层分别淀积到8000埃厚和2000埃厚。
使用与第一实验例相同的CMP装置和在相同的操作条件下，在试样晶片上进行CMP，同时供给按表2成分制备的浆。在进行CMP时测量氧化物和氮化硅的去除速率和选择性。结果如表2所示。图5是结果的曲线图。
                                  表2
 AHP，重量％  PMA，重量％     pH               去除速率，埃/每    选择性
  氧化物   氮化硅
    0.25     0.05     5     3993     1078    3.7∶1
    0.25     0.1     5     3706     975    3.8∶1
    0.25     0.5     5     2448     679    3.6∶1
    0.25     1     5     1617     478    3.4∶1
从表2和图5可见，在作为阴离子聚合物钝化剂使用的PMA量增加时，氮化硅去除速率减低。阴离子聚合物钝化剂的效果明显。但是，如所示的，阴离子聚合物钝化剂的量的增加。线性降低氧化物的去除速率。在仅使用PMA作为钝化剂的所有试样晶片中，选择性较低。第三实验例
在此实验中，向1重量％氧化铈水溶液中加入0.2重量％的AHP和不同量的作为C1-C12阴离子钝化剂的邻苯二甲酸氢钾(PHP)，制备各种浆。
制备与第二实验例相同的试样晶片，与第二实验例相同的装置中、在相同的操作条件下进行CMP。在进行CMP时测量氧化物和氮化硅的去除速率和选择性。结果示于表3。图6是结果的曲线图。
                                   表3
 AHP，重量％ PHP，重量％     pH                去除速率，埃/分    选择性
  氧化物   氮化硅
    0     0     5   1242   542    2.3∶1
    0.2     0     5   2668   1206    2.2∶1
    0.2     0.01     5   2615   1155    2.3∶1
    0.2     0.1     5   2668   899    3.0∶1
    0.2     0.25     5   2744   772    3.6∶1
Mh表3和图6可见，当作为C1-C12阴离子钝化剂使用的PHP量增加时，氮化硅去除速率降低。阴离子钝化剂的钝化效果明显。另外，与不加阴离子钝化剂相比，增加阴离子钝化剂量稍稍增加氧化物的去除速率。与第二实验例相似，在仅使用一种钝化剂PMA时，在仅加入PHP作为钝化剂的所有试样中，选择性较低。第四实验例
在此实验中，基于第一、第二和第三实验例的结果，向1重量％氧化铈的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，PMA和PHP，制备各种浆。PMA的量固定在0.05重量％。变化PHP的量制备不同的浆。
制备与第二实验例相同的试样晶片，使用与第二实验例相同的装置、在相同的操作条件下进行CMP。在进行CMP时测量氧化物和氮化硅的去除速率和选择性。结果示于下表4。图7示出结果的曲线图。
                                       表4
 AHP，重量％ PMA，重量％ PHP，重量％   pH           去除速率，埃/分   选择性
  氧化物  氮化硅
    0.05     0.05     0.01   5   4641  82   57∶1
    0.05     0.05     0.05   5     4890     75     65∶1
    0.05     0.05     0.1   5     4960     62     80∶1
    0.05     0.05     0.5   5     3902     41     95∶1
从表4和图7可见，在一起使用两种阴离子钝化剂-PMA和PHP时，获得高的氧化物对氮化硅的选择性。第五实验例
在此实例中，向1重量％氧化铈的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，0.05重量％的PMA，和0.05重量％的PHP，随后用1M H2SO4溶液和氢氧化钾标准溶液调节pH值，制备各种具有不同pH水平的浆。
制备与第二实验例相同的试样品由使用与第二实验例相同的装置、在相同的操作条件下进行CMP。在进行CMP时测量氧化物和氮化硅的去除速率和选择性。结果示于表5。图8示出结果的曲线图。
                      表5
    pH                                    去除速率，埃/分   选择性
 氧化物(PE-TEOS) 氮化硅(Si3N4)
    4     3544     40   89∶1
    4.5     3904     44   89∶1
    5     4214     61   69∶1
    5.5     4458     82   54∶1
    6     5190     129   40∶1
    7     4750     1197   4∶1
从表5和图8可见，当浆的pH值增加时，氧化物(PE-TEOS)和氮化硅的去除速率增加，并且在pH值到达和约超过6时，氮化硅的去除速率显著增加。
而且，pH值由约6或更高时，选择性陡然降低。显然，具有6或以下的pH值的CMP浆在增加氧化物对氮化硅的选择性方面是有效的。在较高pH值下的选择性降低是由于在氮化硅层上吸附较少的钝化剂。基本上，这是因为钝化剂的离解程度和氮化硅层表面电荷随pH值变化所致。
对于离解程度，PHP和PMA的官能团COOH具有约4.2的离解常数，所以在5或以下的pH值它完全离解。但是，当pH值到达中性或碱性pH值时，离解程度降低。因此，从钝化剂产生，在钝化作用中用到的较少的负电荷，致使选择性减低。
可以鉴于氮化硅的表面电荷，如下地解释选择性的降低。层的固有表面电荷可表示为以毫伏为单位的zeta(ξ)电位。在层中zeta(ζ)电位的信号发生变化的溶液pH值被称为等电点。如图9所示，HDPCVD或PECVD氧化物层的等电点约为3的pH值，LPCVD或高温PECVD氮化硅层的等电点是约6的pH值。在浆的pH值比层的等电点低时，在浆中层的表面带正电。在浆的pH值大于等电点时，在浆中层的表面带负电。因此，在浆的PH值范围为从约3到约6时，氮化硅层表面带正电，氧化物层表面带负电。所以，当阴离子聚合物钝化剂和C1-C20阴离子钝化剂离解并带负电时，钝化剂被吸附到氮化硅层表面，将其有效钝化。第六实验例
在此实验中，向1重量％氧化铈的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，0.05重量％的PHP，和阴离子聚合物钝化剂。用具有不同分子量的阴离子聚合物钝化剂制备不同的浆。
制备与第二实验例相同的试样晶片，使用与第二实验例相同的装置、在相同的操作条件下进行CMP。在进行CMP时测量氧化物和氮化硅的去除速率和选择性。结果示于表6。
                                 表6
      添加剂                                   去除速率，埃/分   选择性
   氧化物(PE-TEOS)   氮化硅(Si3N4)
    AHP+AHP+PAA(Mw；1,200)       5567     140   40∶1
    AHP+AHP+PAA(Mw；5,000)       6414     139   46∶1
    AHP+AHP+PAA(Mw；8,000)       5179     123   42∶1
    AHP+AHP+PAA-co-MA(Mw；3,000)       4241     94   45∶1
    AHP+AHP+PAA-co-MA(Mw；50,000)       3982     117   34∶1
在表6中，PAA是聚(丙烯酸)的缩写，PAA-co-MA是聚(丙烯酸-马来酸)的缩写。“Mw”是指分子量。从表6可见，当阴离子聚合物钝化剂的分子量增加时，氧化物对氮化硅的选择性降低。就处理余量来说，选择性的优选范围是约30∶1到约50∶1。因此，使用具有分子量约为1000到约100000的阴离子聚合物钝化剂是优选的。第七实验例
在此实验中，通过STI过程制备包括总数为39个芯片的各试样晶片，用于0.12微米电平(level)的DRAM见图10，依次在晶片100上淀积垫氧化物层102和氮化硅层104。使用二氯甲硅烷和氨(NH3)作为反应气体，在数百毫托(m Torr)压力以下通过LPCVD，或在约500到约600℃高温下通过PECVD，将氮化硅层104淀积到550埃厚度。在形成光致抗蚀剂图形106以限定沟道区域后，用光致抗蚀剂图形106作为掩模腐蚀氮化硅层104，形成氮化硅层图形104，它起硬掩模和抛光停止层的作用。接下来，如图11所示，去除光致抗蚀剂图形106，使用氮化硅层图形104作为腐蚀掩模部分地腐蚀垫氧化物层102和晶片100，从而形成多个浅沟道107。接下来，如图12所示，氧化物层108被淀积到5500埃厚以填充槽107，并盖住氮化硅层图形104的表面。在此，氧化物层108是使用PECVD由PE-TEOS层制成的。
通过向1重量％氧化铈的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，0.05重量％的PMA，和0.05重量％的PHP，随后将pH值调节到5，制备根据本发明的高选择性的浆。
用所述浆在试样晶片上进行CMP，用试样晶片上的氮化硅层图形104作为抛光停止层。用带有IC1000上垫和Suba4子垫(sub-pad)的6ED设备(Strasbaugh Co.，Ltd)进行CMP。图13示出获得的最后结构。
对于产生的结构，测量了作为抛光停止层的氮化硅层图形104的残余厚度。计算了残余厚度的平均值和它的离差。测量了在100微米×100微米区域中的凹处深度。结果示于下表7。
                                         表7
    试样晶片号       CMP条件(下压力-台速度)                           残余氮化硅层图形  凹入深度埃
  厚度的离差，埃  残余氮化硅层图形的平均厚度
    1     3psi-93rmp       53      512     233
    2     3.3psi-93rpm       55      502     278
    3     3.5psi-103rpm       59      510     261
    4     3.5psi-110rmp       54      505     250
从表7可见，在施用本发明的浆时，氮化物抛光停止层被去除30-50埃。另外，残余氮化物的厚度离差小到50-60埃。显然，本发明的浆提供高的氧化物对氮化物的选择性。如表7所示，根据CMP条件，本发明的浆能够减少凹坑现象。第八实验例
在此实验中，用具有不同氧化物对氮化物选择性的浆测量氧化物(PE-TEOS)的去除速率。试样晶片的制造和CMP按第七实验例的方法进行。测量了氧化物(pE-TEOS)的去除速率，在表8和图14中示出结果。
                  表8
    选择性     氧化物的去除速率，埃/分
    12∶1     3030
    19∶1     3237
    20∶1     3327
    26∶1     2784
    33∶1     1200
    36∶1     1233
    40∶1     1080
    45∶1     1347
    50∶1     1396
    79∶1     1880
    104∶1     1822
    108∶1     1911
从表8和图14可见，在浆具有约30∶1到约50∶1的选择性时，氧化物的去除速率在约1000到1500埃/分的范围内。考虑减少凹抗的氮化物去除速率(图7结果)和氧化物去除速率，优选的氧化物去除速率在约1000到约1500埃/分范围内。因此，优选使用具有约30∶1到约50∶1的选择性本发明的浆，以减少凹坑。
如上所述，在使用本发明的高选择性浆时，抛光停止层的厚度变化很小，晶片表面很平，没有凹入现象。因此，增加了随后处理的余量。另外，与使用常规CMP比，能够减小抛光停止层和要抛光的层的初始厚度。
虽然参照优选实施方案说明了本发明，但是本领域的普通技术人员理解，在不偏离由附带的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。

Claims (43)

1.一种在化学/机械抛光晶片中使用的浆，所述浆包含：
金属氧化物研磨颗粒；
去除加速剂；
阴离子聚合物钝化剂，它具有在约1,000到约100,000范围的分子量；
C1-C12阴离子钝化剂；和
水。
2.根据权利要求1的浆，其中金属氧化物研磨颗粒包括氧化铈，氧化硅，氧化铝，氧化钛，氧化锆，氧化锗之一和它们的任何结合。
3.根据权利要求1的浆，其中金属氧化物研磨颗粒的量占浆的总重量的约0.5-约25重量％。
4.根据权利要求1的浆，其中去除加速剂包括磷酸盐化合物和亚磷酸盐化合物之一。
5.根据权利要求4的浆，其中磷酸盐化合物包括：磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、双(2-乙基己基)磷酸盐、2-氨基乙基二氢磷酸盐、六氟磷酸4-氯苯重氮盐、六氟磷酸硝基苯重氮盐、六氟磷酸氨、双(2，4-二氯苯基)氯代磷酸盐、双(2-乙基己基)氢磷酸盐、氟磷酸钙、二乙基氯代磷酸盐、二乙基氯代硫代磷酸盐、六氟磷酸钾、焦磷酸盐、六氟磷酸四丁基铵、六氟磷酸四乙基铵、及其任意组合。
6.根据权利要求4的浆，其中亚硫酸盐化合物包括双(2-乙基己基)亚磷酸盐。
7.根据权利要求1的浆，其中去除加速剂的量占浆总重量的约0.001-约10重重％。
8.根据权利要求1的浆，其中去除加速剂的量占浆总重量的约0.01-约1重量％。
9.根据权利要求1的浆，其中阴离子聚合物钝化剂包括聚(丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-马来酸)、聚(甲基丙烯酸-马来酸)、聚(丙烯酸-丙烯酰胺)、聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸)、任何上述材料的衍生物或盐，及上述材料的任何结合。
10.根据权利要求1的浆，其中阴离子聚合物钝化剂的量占浆总重量的约0.001-约10重量％。
11.根据权利要求1的浆，其中阴离子聚合物钝化剂的量占浆总重量的约0.01-约1重量％。
12.根据权利要求1的浆，其中C1-C12阴离子钝化剂包括邻苯二甲酸盐。
13.根据权利要求12的浆，其中邻苯二甲酸盐包括邻苯二甲酸氢钾。
14.根据权利要求1的浆，其中C1-C12阴离子钝化剂的量占浆总重量的约0.001-约10重量％。
15.根据权利要求1的浆，其中C1-C12阴离子钝化剂的量占浆总重量的约0.01-约1重量％。
16.根据权利要求1的浆，其特征在于：还包含pH值控制剂。
17.根据权利要求16的浆，其中pH值控制剂包括以下碱之一：氢氧化钾，氢氧化铵，氢氧化钠，氢氧化四甲基铵，或胆碱；和
以下酸之一：硫酸，盐酸，磷酸，硝酸或乙酸。
18.根据权利要求1的浆，其中浆具有约3到约6的pH值。
19.一种使用权利要求1的浆的CMP方法，其中晶片包含要抛光的目标层和抛光停止层，其中目标层包括氧化物层，抛光停止层包括氮化硅层。
20.一种使用权利要求1的浆的CMP方法，其中晶片包含要抛光的目标层和抛光停止层，其中目标层包括氧化物层，抛光停止层包括氮化硅层，且其中氧化物层包括HDPCVD或PECVD氧化物层，并且氮化硅层包括LDCVD或高温PECVD氮化硅层。
21.根据权利要求1的浆，其中浆提供约30∶1到约50∶1的目标层对抛光停止层的选择性。
22.一种CMP方法，包括步骤：
将晶片装入CMP装置，所述晶片包含在其上淀积的抛光停止层和要抛光的目标层；和
在向目标层表面和抛光垫之间供给CMP浆的同时，在晶片的目标层上进行CMP，
其中CMP浆包含金属氧化物研磨颗粒，去除加速剂，分子量为约1,000到约100,000的阴离子聚合物钝化剂，C1-C12阴离子钝化剂，和水。
23.根据权利要求22的方法，其中金属氧化物研磨颗粒包括氧化铈，氧化硅，氧化铝，氧化钛，氧化锆，氧化锗之一和它们的任何结合。
24.根据权利要求22的方法，其中金属氧化物研磨颗粒的量占浆的总重量的约0.5到约25重量％。
25.根据权利要求22的方法，其中去除加速剂包括磷酸盐化合物和亚磷酸盐化合物之一。
26.根据权利要求25的方法，其中磷酸盐化合物包括：磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、双(2-乙基己基)磷酸盐、2-氨基乙基二氢磷酸盐、六氟磷酸4-氯苯重氮盐、六氟磷酸硝基苯重氮盐、六氟磷酸氨、双(2，4-二氯苯基)氯代磷酸盐、双(2-乙基己基)氢磷酸盐、氟磷酸钙、二乙基氯代磷酸盐、二乙基氯代硫代磷酸盐、六氟磷酸钾、焦磷酸盐、六氟磷酸四丁基铵、六氟磷酸四乙基铵、及其任意组合。
27.根据权利要求25的方法，其中亚硫酸盐化合物包括亚磷酸双二(2-乙基己基)亚磷酸。
28.根据权利要求22的方法，其中去除加速剂的量占浆总重量的约0.001-约10重量％。
29.根据权利要求22的方法，其中去除加速剂的量占浆总重量的0.01-约1重量％。
30.根据权利要求22的方法，其中阴离子聚合物钝化剂包括聚(丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-马来酸)、聚(甲基丙烯酸-马来酸)、聚(丙烯酸-丙烯酰胺)、聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸)、上述任何材料的衍生物或盐，及上述材料的任何结合。
31.根据权利要求22的方法，其中阴离子聚合物钝化剂的量占浆总重量的约0.001-约10重量％。
32.根据权利要求22的方法，其中阴离子聚合物钝化剂的量占浆总重量的约0.01-约1重量％。
33.根据权利要求22的方法，其中C1-C12阴离子钝化剂包括邻苯二甲酸盐。
34.根据权利要求33的方法，其中邻苯二甲酸盐包括邻苯二甲酸氢钾。
35.根据权利要求22的方法，其中C1-C12阴离子钝化剂的量占浆总重量的约0.001-约10重量％。
36.根据权利要求22的方法，其中C1-C12阴离子钝化剂的量占浆总重量的约0.01-约1重量％。
37.根据权利要求22的方法，其中所述的浆还包含pH值控制剂。
38.根据权利要求37的方法，其中pH值控制剂包括以下碱之一：氢氧化钾，氢氧化铵，氢氧化钠，氢氧化四甲基铵或胆碱；和
以下酸之一：硫酸，盐酸，磷酸，硝酸，或乙酸。
39.根据权利要求22的方法，其中所述浆具有约3到约6的pH值。
40.根据权利要求22的方法，其中要抛光的目标层包括填充晶片中的沟道的绝缘层或在具有底层结构的晶片上形成的夹层电介质层。
41.根据权利要求22的方法，其中要抛光的目标层包括氧化物层，抛光停止层包括氮化硅层。
42.根据权利要求41的方法，其中氧化物层包括HDPCVD或PECVD氧化物层，并且氮化硅层包括LDCVD或高温PECVD氮化硅层。
43.根据权利要求22的方法，其中所述浆提供约30∶1到约50∶1的目标层对抛光停止层的选择性。
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