FR2898361A1

FR2898361A1 - Compositions pour le polissage mecano-chimique du dioxyde de silicium et du nitrure de silicium

Info

Publication number: FR2898361A1
Application number: FR0753722A
Authority: FR
Inventors: Sarah J Lane; Charles Yu
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2007-09-14
Also published as: DE102007008997A1; TW200736375A; JP2007273973A; US20070210278A1; KR20070092109A; CN101054498A

Abstract

L'invention concerne une composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice, qui comprend en pour-cent en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0,005 à 5 de composé cationique, 0,005 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol.

Description

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Cette invention concerne la planarisation

mécano-chimique (CMP) de matériaux de type plaquettes semiconductrices et, plus particulièrement, des compositions de CMP pour polir la silice et le nitrure de silicium de plaquettes semiconductrices dans des procédés d'isolation par tranchées peu profondes (STI). La diminution des dimensions des dispositifs et l'augmentation de la densité d'intégration dans les circuits micro-électroniques ont nécessité une réduction correspondante de la taille des structures d'isolation. Cette réduction met l'accent sur la formation reproductible de structures qui fournissent une isolation efficace, tout en occupant un minimum de place sur la surface des substrats. La technique STI est un procédé de fabrication des semiconducteurs largement utilisé pour former des structures d'isolation pour isoler électriquement les différents composants actifs formés dans les circuits intégrés. Un avantage majeur de l'utilisation de la technique STI par rapport à la technique LOCOS (Local Oxidation of Silicon) (oxydation locale du silicium) est une grande possibilité de passage à l'échelle des dispositifs CI CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) (semiconducteur d'oxyde-métal complémentaire) au niveau de fabrication submicronique. Un autre avantage est que la technique STI contribue à empêcher la survenue de ce que l'on appelle l'empiétement en bec d'oiseau, qui est caractéristique de la technique LOCOS pour former des structures d'isolation.

Dans la technique STI, la première étape est la formation de plusieurs tranchées à des positions prédéfinies dans le substrat, habituellement par gravure anisotropique. Puis, de la silice est déposée dans chacune de ces tranchées. La silice est ensuite polie par CMP jusqu'au nitrure de silicium (couche d'arrêt) pour former la structure STI.

Actuellement, différentes suspensions sont disponibles pour l'application STI. La suspension de première génération ("Gen-I") consiste typiquement en abrasifs de type oxyde de cérium et en un dispersant. La suspension Gen-I est un système peu coûteux et simple qui permet de grandes vitesses de retrait et un grand rendement de retrait. Cependant, la suspension Gen-I ne convient pas pour les noeuds de technologie de 130 nm et en dessous du fait de l'érosion excessive du nitrure et du retrait 2 excessif ("dishing") des tranchées. La suspension de seconde génération ("Gen-11") contient typiquement des additifs chimiques en plus de l'oxyde de cérium et du dispersant, comme dans Gen-L Les additifs chimiques servent à augmenter la sélectivité de retrait de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de silicium, en fournissant une excellente aptitude au dégagement, tout en modérant la corrosion du nitrure et en supprimant le retrait excessif des tranchées. Cette suspension Gen-II est actuellement la suspension STI la plus largement utilisée pour les noeuds de 130 nm et inférieurs à 130 nm. Néanmoins, il apparaît des défis lorsque l'on s'approche des noeuds de technologie plus avancés (par exemple inférieurs à 90 nm) dans des domaines comme le retrait excessif et la corrosion du nitrure du fait de la dépendance à l'égard des motifs dans le comportement de retrait de la suspension. La suspension de troisième génération ("Gen-111") est ce que l'on appelle la suspension "arrêt sur plan" ("stop-on-planar") ou "prestonienne inverse" ("reverse Prestonian"). Typiquement, la suspension Gen-111 contient un additif chimique qui a une forte affinité pour la surface de l'oxyde de silicium dans un environnement aqueux, et qui présente un comportement d'adsorption "cinétique". La suspension Gen-111 peut avoir un seuil de retrait d'oxyde prononcé (non- prestonien) ou bien sa vitesse de retrait d'oxyde peut diminuer au cours du temps. La suspension Gen-111 est conçue pour les applications STI avancées pour traiter la dépendance à l'égard des motifs pendant le polissage en retirant tout d'abord sélectivement la topographie. Cependant, une telle approche de conception produit ses propres défis pendant la mise en oeuvre. Par exemple, la suspension Gen-111 n'a pas été largement adaptée du fait de son inaptitude à dégager les caractéristiques actives. Il en résulte que la suspension Gen-111 doit typiquement être utilisée en combinaison avec une autre suspension (par exemple une suspension Gen-11) pour le dégagement.

Kido et al., dans la demande de brevet U.S. publiée n 2002/0 045 350, décrivent une composition abrasive connue pour le polissage d'un dispositif semiconducteur comprenant un oxyde de cérium et un composé organique soluble dans l'eau. Eventuellement, la composition peut contenir un agent d'ajustement de la viscosité, un tampon, un agent tensioactif et un agent chélatant, bien qu'aucun de ceux-ci ne soit spécifié. Bien que la composition de Kido présente des 3 performances de polissage adéquates, la densité d'intégration toujours croissante dans les circuits micro-électroniques exige des compositions et des procédés améliorés. Ainsi, ce qui est nécessaire c'est une composition pour le polissage mécano-chimique du dioxyde de silicium ("silice") et du nitrure de silicium pour les procédés d'isolation par tranchées peu profondes ayant des performances de dégagement améliorées tout en conférant une sélectivité accrue et une contrôlabilité accrue pendant le procédé de polissage. 10 EXPOSE DE L'INVENTION Dans un premier aspect, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice comprenant en pour-cent en masse 0,01 à 15 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0,005 à 5 de composé cationique, 0,005 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol. Dans un second aspect, la présente invention fournit une 20 composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice comprenant en pour-cent en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'oxyde de cérium, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0,005 à 5 d'éthanolamine, 0, 005 à 5 de bétaïne et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire 25 moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les figures 1A, 1B, 1C illustrent les performances de dégagement de la suspension de la présente invention ; 30 la figure 2 illustre les performances d'arrêt sur plan de la suspension de la présente invention ; la figure 3 illustre les performances de réduction de hauteur de pas de la suspension de la présente invention ; les figures 4A, 4B et 4C illustrent les performances de STI direct 35 de la suspension de la présente invention ; et 4 la figure 5 illustre encore les performances de réduction de hauteur de pas de la suspension de la présente invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La composition et le procédé fournissent à la fois une suppression inattendue du retrait et le dégagement pour les couches actives sur une plaquette semiconductrice pour des procédés d'isolation par tranchées peu profondes. La composition comprend avantageusement un abrasif, un dispersant, un adjuvant de planarisation et un agent augmentant les performances pour une sélectivité et une contrôlabilité accrues pendant le procédé de polissage. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice comprenant de l'oxyde de cérium, un polymère d'acide carboxylique, de la polyvinylpyrrolidone et le complément d'eau. La composition de la présente invention contient en outre un composé cationique pour favoriser la planarisation, réguler la durée de dégagement des plaquettes et le retrait de la silice. Egalement, la composition contient un composé zwitterionique pour favoriser la planarisation et servir de suppresseur pour le retrait du nitrure. Avantageusement, la nouvelle composition de polissage contient environ 0,01 à 10 % en masse de polyvinylpyrrolidone pour produire la réponse de seuil de pression pendant le retrait d'oxyde. De préférence, la polyvinylpyrrolidone est présente en une quantité de 0,015 à 5 % en masse. De préférence encore, la polyvinylpyrrolidone est présente en une quantité de 0,02 à 1 % en masse et de préférence encore de 0,02 à 0,5 % en masse. De plus, des mélanges de polyvinylpyrrolidone de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée et de masse moléculaire moyenne en nombre plus faible peuvent être utilisés. Egalement, la masse moléculaire moyenne en poids de la polyvinylpyrrolidone est 100 à 1 000 000 g/mol telle qu'elle est déterminée par chromatographie par perméation de gel (CPG). De préférence, la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne en poids de 500 à 500 000 g/mol. De préférence encore, la masse moléculaire moyenne en poids de la polyvinylpyrrolidone est d'environ 1 500 à environ 10 000 g/mol. En plus de la polyvinylpyrrolidone, la composition contient avantageusement 0,01 à 5 % en masse d'un polymère d'acide carboxylique destiné à servir de dispersant pour les particules abrasives (discuté ci-dessous). De préférence, la composition contient 0,05 à 1,5 0/0 en masse de polymère d'acide carboxylique. Egalement, le polymère a de préférence une masse moléculaire moyenne en nombre de 4 000 à 1 500 000. De plus, des mélanges de polymères d'acide carboxylique de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée et de masse moléculaire moyenne en nombre plus basse peuvent être utilisés. Ces polymères d'acide carboxylique sont généralement en solution mais peuvent être en dispersion aqueuse. Le polymère d'acide carboxylique peut avantageusement servir de dispersant pour les particules abrasives (discuté ci-dessous). La masse moléculaire moyenne en nombre des polymères mentionnés précédemment est déterminée par CPG. Les polymères d'acide carboxylique sont de préférence formés à partir d'acides monocarboxyliques insaturés et d'acides dicarboxyliques insaturés. Les monomères acides monocarboxyliques insaturés typiques contiennent 3 à 6 atomes de carbone et incluent l'acide acrylique, l'acide acrylique oligomère, l'acide méthacrylique, l'acide crotonique et l'acide vinylacétique. Les acides dicarboxyliques insaturés typiques contiennent 4 à 8 atomes de carbone et incluent leurs anhydrides et sont par exemple l'acide maléique, l'anhydride maléique, l'acide fumarique, l'acide glutarique, l'acide itaconique, l'anhydride itaconique et l'acide cyclohexènedicarboxylique. De plus, des sels solubles dans l'eau des acides mentionnés précédemment peuvent aussi être utilisés. Les "poly(acides (méth)acryliques)" ayant une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 1 000 à environ 1 500 000, de préférence de 3 000 à 250 000 et de préférence encore de 20 000 à 200 000 sont particulièrement utiles. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "poly(acide (méth)acrylique)" est défini comme étant des polymères de l'acide acrylique, des polymères de l'acide méthacrylique ou des copolymères de l'acide acrylique et de l'acide méthacrylique. Des mélanges de poly(acides (méth)acryliques) de différentes masses moléculaires moyennes en nombre sont particulièrement préférés. Dans ces mélanges de poly(acides (méth)acrylique), un poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus basse ayant une masse moléculaire moyenne en nombre de 1 000 à 100 000 et de préférence de 4 000 à 40 000 est utilisé en combinaison avec un poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée ayant une masse moléculaire moyenne en nombre de 150 000 à 1 500 000, de préférence de 200 000 à 300 000. Typiquement, le rapport en pour-cent en masse du poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus basse au poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée est d'environ 10:1 à 1:10, de préférence de 5:1 à 1:5, et de préférence encore de 3:1 à 2:3. Un mélange préféré comprend un poly(acide (méth)acrylique) ayant une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 20 000 et un poly(acide (méth)acrylique) ayant une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 200 000 dans un rapport massique de 2:1. De plus, des copolymères et terpolymères contenant des acides carboxyliques peuvent être utilisés dans lesquels le composant acide carboxylique constitue 5-75 % en masse du polymère. Sont typiques de tels polymères les polymères de l'acide (méth)acrylique et de l'acrylamide ou du méthacrylamide ; les polymères de l'acide (méth)acrylique et du styrène et d'autres monomères vinyliques aromatiques ; les polymères de (méth)acrylates d'alkyle (esters de l'acide acrylique ou méthacrylique) et d'un acide mono- ou dicarboxylique, comme l'acide acrylique ou méthacrylique ou l'acide itaconique ; les polymères de monomères vinyliques aromatiques substitués ayant des substituants, comme un halogène (c'est-à-dire chlore, fluor, brome), nitro, cyano, alcoxy, halogénoalkyle, carboxyle, amino, aminoalkyle et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé et d'un (méth)acrylate d'alkyle ; les polymères de monomères monoéthyléniquement insaturés contenant un cycle azoté, comme la vinylpyridine, une alkylvinylpyridine, le vinylbutyro-lactame, le vinylcaprolactame et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé ; les polymères d'oléfines, comme le propylène, l'isobutylène ou d'alkyloléfines à longue chaîne ayant 10 à 20 atomes de carbone et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé ; les polymères d'esters d'alcool vinylique, comme l'acétate de vinyle et le stéarate de vinyle ou d'halogénures de vinyle 7 comme le fluorure de vinyle, le chlorure de vinyle, le fluorure de vinylidène ou de vinylnitriles, comme l'acrylonitrile et le méthacrylonitrile et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé les polymères de (méth)acrylates d'alkyle ayant 1-24 atomes de carbone dans le groupe alkyle et d'un acide monocarboxylique insaturé, comme l'acide acrylique ou l'acide méthacrylique. Ceux-ci ne sont que quelques exemples de la variété de polymères qui peuvent être utilisés dans la nouvelle composition de polissage de cette invention. Egalement, il est possible d'utiliser des polymères qui sont biodégradables, photodégradables ou dégradables par d'autres moyens. Un exemple d'une telle composition qui est biodégradable est un polymère de poly(acide acrylique) contenant des segments de copolymère (acrylate-2-cyanoacrylate de méthyle). Avantageusement, la composition de polissage contient 0,2 à 6 % en masse d'abrasif pour faciliter le retrait de la silice. Dans cette plage, il est souhaitable d'avoir l'abrasif présent en une quantité supérieure ou égale à 0,5 % en masse. Egalement, une quantité inférieure ou égale à 2,5 % en masse est souhaitable dans cette plage. L'abrasif a une taille de particules moyenne de 50 à 200 nanomètres (nm). Pour les besoins de cette description, la taille de particules désigne la taille de particules moyenne de l'abrasif. De préférence encore, il est souhaitable d'utiliser un abrasif ayant une taille de particules moyenne de 80 à 150 nm. La diminution de la taille de l'abrasif à une taille inférieure ou égale à 80 nm a tendance à améliorer la planarisation de la composition de polissage mais a aussi tendance à faire décroître la vitesse de retrait. Les exemples d'abrasifs incluent les oxydes inorganiques, les hydroxydes inorganiques, les borures métalliques, les carbures métalliques, les nitrures métalliques, les particules de polymère et les mélanges comprenant au moins l'un des précédents. Les oxydes inorganiques appropriés incluent par exemple la silice (SiO2), l'alumine (AI203), la zircone (ZrO2), l'oxyde de cérium (CeO2), l'oxyde de manganèse (MnO2), ou les combinaisons comprenant au moins l'un des oxydes précédents. Des formes modifiées de ces oxydes inorganiques, comme par exemple des particules d'oxydes inorganiques recouvertes de polymères et des particules recouvertes inorganiques peuvent aussi être utilisées si on le souhaite. Les carbures, borures et nitrures métalliques appropriés incluent par exemple le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le carbonitrure de silicium (SiCN), le carbure de bore, le carbure de tungstène, le carbure de zirconium, le borure d'aluminium, le carbure de tantale, le carbure de titane ou les combinaisons comprenant au moins l'un des carbures, borures et nitrures métalliques précédents. Le diamant peut aussi être utilisé comme abrasif si on le souhaite. D'autres abrasifs incluent aussi les particules polymères et les particules polymères recouvertes. L'abrasif préféré est l'oxyde de cérium. Les composés procurent une efficacité sur une large plage de pH dans les solutions contenant un complément d'eau. Cette plage de pH utile en solution s'étend d'au moins 4 à 9. De plus, la solution est basée avantageusement sur un complément d'eau désionisée pour limiter les impuretés accidentelles. Le pH du fluide de polissage de cette invention est de préférence de 4,5 à 8, de préférence encore de 5,5 à 7,5. Les acides utilisés pour ajuster le pH de la composition de cette invention sont par exemple l'acide nitrique, l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique et analogues. Les exemples de bases utilisées pour ajuster le pH de la composition de cette invention sont par exemple l'hydroxyde d'ammonium et l'hydroxyde de potassium.

De plus, la composition contient avantageusement 0,005 à 5 0/0 en masse de composé zwitterionique pour favoriser la planarisation et servir de suppresseur du retrait de nitrure. Avantageusement, la composition contient 0,01 à 1,5 % en masse de composé zwitterionique. Le terme "composé zwitterionique" désigne un composé contenant des substituants cationique et anionique en proportions sensiblement égales qui sont reliés par un pont physique, par exemple un groupe CH2, de sorte que le composé est globalement neutre. Les composés zwitterioniques de la présente invention incluent la structure suivante : $ 1 X2ùM X3 z où n est un entier, Y comprend l'hydrogène ou un groupe alkyle, Z comprend le carboxyle, le sulfate ou l'oxygène, M comprend l'azote, le phosphore ou un atome de soufre, et X1, X2 et X3 comprennent indépendamment des substituants choisis dans le groupe comprenant l'hydrogène, un groupe alkyle et un groupe aryle. Tel qu'il est défini ici, le terme "alkyle" (ou alkyl- ou alk-) désigne une chaîne hydrocarbonée linéaire, ramifiée ou cyclique substituée ou non substituée qui contient de préférence de 1 à 20 atomes de carbone. Les groupes alkyle incluent par exemple le méthyle, l'éthyle, le propyle, l'isopropyle, le cyclopropyle, le butyle, l'isobutyle, le tert-butyle, le sec-butyle, le cyclobutyle, le pentyle, le cyclopentyle, l'hexyle et le cyclohexyle. Le terme "aryle" désigne tout groupe carbocyclique aromatique substitué ou non substitué qui contient de préférence de 6 à 20 atomes de carbone. Un groupe aryle peut être monocyclique ou polycyclique. Les groupes aryle incluent par exemple le phényle, le naphtyle, le biphényle, le benzyle, le tolyle, le xylyle, le phényléthyle, le benzoate, l'alkylbenzoate, l'aniline et le N-alkyl-anilino. Les composés zwitterioniques préférés incluent par exemple les bétaïnes. Une bétaïne préférée de la présente invention est le N,N,N-triméthylammonioacétate représenté par la structure suivante : CH3 ol CH3ùN CH3 Avantageusement, la composition de la présente invention peut comprendre 0,005 à 5 % en masse de composé cationique. De préférence, la composition comprend éventuellement 0,01 à 1,5 % en masse de composé cationique. Le composé cationique de la présente invention peut avantageusement favoriser la planarisation, réguler la durée de dégagement des plaquettes et servir à supprimer le retrait d'oxyde. Les composés cationiques préférés incluent les alkylamines, les arylamines, les composés d'ammonium quaternaire et les alcoolamines. 10 Les exemples de composés cationiques incluent la méthylamine, l'éthylamine, la diméthylamine, la diéthylamine, la triméthylamine, la triéthylamine, l'aniline, l'hydroxyde de tétraméthylammonium, l'hydroxyde de tétraéthylammonium, l'éthanolamine et la propanolamine.

Ainsi, la présente invention fournit une composition utile pour polir la silice et le nitrure de silice sur une plaquette semiconductrice pour les procédés d'isolation par tranchées peu profondes. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice comprenant en pour-cent en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0, 005 à 5 de composé cationique, 0,005 à 5 de composé zwittérionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol. La composition présente une réponse de pression de seuil particulièrement améliorée et des performances de dégagement particulièrement améliorées dans une plage de pH de 4 à 9.

Exemples Tous les exemples de solutions contenaient, en pour-cent en masse, 1,8 d'oxyde de cérium, 0,27 de poly(acide acrylique), 0,5 de bétaïne et 0,15 d'éthanolamine. De plus, les exemples de l'invention contenaient 0,1 % en masse de polyvinylpyrrolidone. La suspension a été préparée en combinant un ensemble abrasif avec un ensemble chimique.

L'ensemble d'abrasif a été produit en dissolvant le concentré de poly(acide acrylique) dans de l'eau désionisée au moyen d'un mélangeur à pales et en ajoutant le concentré d'oxyde de cérium à la solution de poly(acide acrylique). Puis, le mélange oxyde de cérium-poly(acide acrylique)-eau a été titré avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde d'ammonium. Le mélange a été ensuite introduit dans un broyeur Kady mil' à haut cisaillement. L'ensemble chimique a été préparé en dissolvant tous les produits chimiques restants dans de l'eau désionisée, en des quantités appropriées, en mélangeant avec un mélangeur à pales et en titrant jusqu'au pH final souhaité avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde d'ammonium. La suspension finale est préparée en mélangeant l'ensemble abrasif avec l'ensemble chimique et en titrant au pH souhaité.

Les plaquettes munies de motifs étaient des masques STI-MIT-864TM de Praesagus, Inc. avec des films de HDP et LPCVD-SiN. L'agencement du masque MIT-864 avait une puce de 20 mm sur 20 mm consistant en caractéristiques de 4 mm sur 4 mm. Les caractéristiques dans le masque avaient des pas de 100 pm avec des densités allant de 10 % à 100 % chacune et des densités à 50 % avec des pas allant de 1 à 1 000 pm. Ici, la densité à 50 % est définie comme étant les espaces dans une série de structures répétées où la largeur d'espace/(largeur d'espace + largeur de ligne) x 100 % = 50 0/0. Par exemple, si la largeur d'espace + largeur de ligne = 1 000 pm, l'espace à 50 % a une largeur de 500 pm. Des feutres de polissage IC100OTM ont été utilisés pour tous les tests. Une machine de polissage Applied Materials Mima 200 mm utilisant un feutre de polissage en polyuréthane IC100OTM (Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc., de Newark, DE) dans des conditions de force descendante de 10,3 x Io' Pa (1, 5 psi) et un débit de solution de polissage de 150 cm3/min, une vitesse du plateau de 52 tr/min et une vitesse du support de 50 tr/min a planarisé les échantillons. Les solutions de polissage avaient un pH de 6,5 ajusté avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde d'ammonium. Toutes les solutions contenaient un complément d'eau désionisée. Les épaisseurs des films d'oxyde et de nitrure ont été mesurées avec un outil de métrologie Opti-probe 2600 de Therma-Wave, Inc.

Exemple 1 : Comparaison des performances de dégagement Comme le montrent les figures 1A, 1B et 1C, une comparaison des suspensions Gen-I, Gen-II et Gen-IV a été réalisée à une vitesse de retrait de 1800 x 10-10 m (Â)/min pour déterminer leurs performances de dégagement. La suspension Gen-111 a été exclue du fait de son manque de capacité de dégagement. Les données présentées sur la figure 1 sont des moyennes de résultats de post-polissage provenant des puces centrales, moyennes et du bord pour maintenir le degré d'uniformité d'informations à l'échelle des plaquettes. Parmi les trois, Gen-IV avait la plus faible perte de nitrure (figure 1A). Gen-I avait une plus faible perte de nitrure globale que Gen-11, sauf pour la caractéristique à 10 % où la perte de nitrure de Gen-I était plus élevée. Egalement, Gen-IV était la meilleure suspension, suivie par Gen-11, en termes de retrait excessif et de corrosion 12 pour différentes caractéristiques de densité, ainsi que les tranchées larges, sur des plaquettes MIT (figures 1B et 1C). La perte totale d'oxyde de tranchées reflète la combinaison de retrait excessif et de corrosion.

Exemple 2 : Comparaison de la capacité d'arrêt sur plan Comme le montrent les figures 2 et 3, les suspensions Gen-III et Gen-IV ont été évaluées concernant leur capacité d'arrêt sur plan. Les suspensions Gen-I et Gen-II ont été exclues du fait de leur manque de capacité d'arrêt sur plan. La figure 2 montre les sur-remplissages d'oxyde en post-polissage (en mode d'arrêt sur plan) restants pour les deux suspensions. Les données fournies étaient des moyennes de résultats pour des puces centrales, intermédiaires et du bord. Les deux suspensions se comportaient bien en termes de planarisation. La suspension Gen-III produisait un arrêt "dur", comme le montrent les épaisseurs de sur- remplissage de post-polissage, qui sont proches de leur niveau de pré-CMP. Gen-IV produisait un arrêt "doux", comme le montrent les épaisseurs de sur-remplissage de post-polissage, qui sont situées à mi-chemin entre l'épaisseur de pré-CMP et l'épaisseur de dégagement (zéro). Pour Gen-IV, l'épaisseur d'arrêt (sur-remplissage de post-polissage restant) peut être contrôlée par l'agressivité des conditions de polissage. La figure 3 montre des topographies AFM de post-polisage d'une caractéristique à 50 % de pas 100 dam sur une plaquette MIT, montrant la hauteur de pas restant pour les suspensions Gen-III et Gen-IV. Ainsi que cela est montré, la suspension Gen-IV produisait des performances de réduction de hauteur de pas bien meilleures.

Exemple 3 : Comparaison des performances de DSTI Comme le montrent les figures 4A-C et 5, une comparaison directe des performances de DSTI conduisait à des améliorations nettes de Gen-IV par rapport à Gen-II pour la perte de nitrure et la perte d'oxyde total dans les caractéristiques de densité et les tranchées larges. Comme le montrent les figures 4A-C, les plaquettes MIT nécessitaient moins de 3 min pour le dégagement dans les deux cas (Gen-II et Gen-IV). Les données provenant des puces centrales, intermédiaires et du bord ont été représentées graphiquement individuellement pour révéler les informations d'uniformité à l'échelle des plaquettes. En utilisant la 13 suspension Gen-IV avec un procédé non optimisé, la perte de nitrure post-CMP de la caractéristique représentant le plus grand défi (densité à 50 0/0 de pas 100 pm) était d'environ 70 x 10-10 m (Â). La perte totale d'oxyde de tranchées post-CMP de la caractéristique représentant le plus grand défi (tranchée de 500 pm) était d'environ 350 x 10-10 m (Â). La figure 5 montre des représentations graphiques de topographie AFM post-CMP de la caractéristique typique de densité à 50 % et d'un pas de 100 pm sur un masque MIT poli avec les suspensions Gen-I, Gen-II et Gen-IV. La suspension Gen-I donnait une hauteur de pas post-CMP d'environ 500 x 10-10 m (Â). La suspension Gen-IIdonnait une réduction de la hauteur de pas à environ 200 x 10-10 m (Â). La suspension Gen-IV réduisait encore la hauteur de pas à moins de 50 x 10- 10 m (Â). Ainsi, la présente invention fournit une composition utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice pour des procédés d'isolation par tranchées peu profondes. La composition présente un comportement "hybride", capable "d'arrêter sur plan" et de dégager des caractéristiques actives. La composition comprend avantageusement un abrasif, un dispersant, un adjuvant de planarisation et un agent améliorant les performances pour une sélectivité et une contrôlabilité améliorées pendant le procédé de polissage. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice comprenant de l'oxyde de cérium, un polymère d'acide carboxylique, de la polyvinylpyrrolidone et le complément d'eau. La composition de la présente invention contient en outre des agents améliorant les performances, incluant un composé cationique pour favoriser la planarisation, réguler la durée de dégagement des plaquettes et le retrait de la silice et un composé zwittérionique pour favoriser la planarisation et servir de suppresseur de retrait du nitrure.

Claims

REVENDICATIONS

1. Composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle comprend en pour-cent en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0,005 à 5 de composé cationique, 0,005 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol.

2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend 0,02 à 1 % en masse de polyvinylpyrrolidone.

3. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 1 500 g/mol et 10 000 g/mol.

4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composé zwitterionique a la structure suivante : o l X2ùM X3 où n est un entier, Y comprend l'hydrogène ou un groupe alkyle, Z comprend le carboxyle, le sulfate ou l'oxygène, M comprend l'azote, le phosphore ou un atome de soufre, et XI, X2 et X3 comprennent indépendamment des substituants choisis dans le groupe comprenant l'hydrogène, un groupe alkyle et un groupe aryle.

5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère d'acide carboxylique est un poly(acide acrylique).

6. Composition selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisée en que le composé cationique est choisi dans le groupe comprenant : les alkylamines, les arylamines, les composés d'ammonium quaternaire et les alcoolamines. z o CH n

7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'abrasif est l'oxyde de cérium.

8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle a un pH de 4 à9.

9. Composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle comprend en pour-cent en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'oxyde de cérium, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0,005 à 5 d'éthanolamine, 0,005 à 5 de bétaïne et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol.

10. Composition selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend 0,02 à 1 % en masse de polyvinylpyrrolidone.