TW200823986A - Selective chemistry for fixed abrasive CMP - Google Patents

Description

200823986 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例涉及一種半導體元件之平坦化，以及 利用研磨技術而移除材料之方法及組合物。 【先前技術】 可靠地生產次半微米（sub-helf micron)及較小特徵 結構（feature )係為下世代半導體元件之超大型積體電路 (VLSI )及極大型積體電路（ULSI )的關鍵技術之一。然 而’ VLSI與ULSI技術之内連線的尺寸縮減對於處理能力 又增添一額外要求。屬於此技術之核心的多層内連線係需 要對於高深寬比特徵結冑（例如導孔、接觸孔、接觸線及 其他内連線）之精確處理。可靠地形成内連線對於 ，、ULSI之成功，以及對於增加電路密度與增加單獨基材 和晶粒之品質的持續努力係為重要的。 9連線之$成係藉由自基材表面連續沉積及移除 材料而於其中形成鞋料 除，基材之㈢μ t °冓。隨著材料層的連續沉積及移 ’、" 取方表面係變成非平面，並且在進一卡虛理 之前需經過平坦化。蚀 卫且在進一步處理 為-將材料自A材表-基材平坦化（或是研磨表面）係 的過程。==移除而形成大致均勻且平坦之表面 望存在之表面特徵及：移除過多的沉積材料以及移除不期 料、晶袼傷害、到#表面缺陷，例如··粗•表®、結塊材 之平坦表面。及材料污染層，以提供用於接續處理 5 200823986 化學機械平坦化或是化學機械研磨（CMP )係為用於 平坦化基材之常見技術。於傳統CMp技術中，基材承载頭 或研磨頭係裝設於承載頭組件上，並設置而與CMP設備中 的研磨介質接觸。承載頭組件提供基材一可控壓力，以推 動基材抵靠研磨介質。基材與研磨介質係以一相對運動而 移動。 研磨介質係提供有一研磨組合物，以產生化學作用而 自基材表面移除材料。研磨組合物可含有磨粒物質，以增 進基材與研磨介質之間的研磨力。因此，CMP設備係分配 研磨組合物，並於基材表面與研磨介質之間產生研磨或摩 擦動作，而具有化學及機械作用。化學及機械作用則移除 過多的沉積材料，並使基材平坦化。 化學機械研磨可用於淺溝槽隔離（shaU〇w isolation ; STI)結構之製造過程中。STI結構可以於製造 過程中隔離基材表面上之電晶體與電晶體組件（例如源極/ 汲極接面，或通道阻絕層）。STI結構係藉由沉積一系列的 介電材料並研磨基材表面以移除過多或不期望存在之介電 材料而形成。STI結構之一實例包括：於矽基材表面所形 成之氡化物層上沉積氮化矽層；圖案化並蝕刻基材表面以 形成特徵結構限定（feature denniti〇n );沉積氧化石夕以填 充特徵結構限定；以及研磨基材表面以移除過多氧化矽而 形成特徵結構。氮化矽層可作為一阻障層、在基材上蝕刻 特徵、、、α構之過程中的硬質遮罩（har d瓜as k )及/或在接續 研磨處理過程中之研磨終止層。此種STI製造過程係需要 6

200823986 在研磨過程中研磨氧化矽息^产 脅至氮化矽層，並移除最小 氮化矽，以避免對下方材料 斗之傷害，例如氧化物及碎 STI基材一般係利用傳統、無磨粒的研磨介質以 磨粒之研磨装來進行研磨。然而，經觀察，以傳統研 件及含磨粒研磨漿進行研磨之STI基材係呈現基材表 過度研磨（overpolishing )，並在STI特徵結構上形 槽，以及在基材表面上形成其他表面缺陷。此種過度 及在STI特徵結構上形成凹槽的現象係稱之為内凹 (dishing )。内凹現象係為極不欲其產生之現象，因 材特徵結構之内凹會造成電晶體及電晶體組件之間的 失效而導致短路，因而對元件之製造產生不利影響。另 基材的過度研磨亦會造成氮化物損耗（nitride 1〇ss)， 露出下方矽基材，因而破壞研磨或化學作用，以對元 質及效處造成不利效應。 「第1 A〜1 c圖」係概要繪示内凹現象及氮化物 的示意圖。「第1A圖」顯示圖案化STI基材之實例， 有基材10，基材1〇包括：設置於其上之熱氧化物層 設置於熱氧化物層1 5之上的研磨/蝕刻終止層（例如 石夕層20 );以及圖案化所形成之特徵結構限定3 5。特 構限定3 5接著填充有介電填充材料3 0 (例如氧化 料），因而在特徵結構限定3 5及氮化矽層2〇上方包括 多的介電填充材料40。 「第1B圖」繪示利用傳統研磨技術以移除過多 電填充材料4 〇之後所觀察到的内凹現象。在研磨介電 量之 〇 及含 磨物 面的 成凹 研磨 現象 為基 隔離 ;外， 而暴 件品 損耗 其具 15 ； 氮化 徵結 矽材 有過 之介 填充 7 200823986 材料30 (氧化矽材料 充材料30會被過声至氮化矽層20之過程中，介電填 3〇，因此奋i + t度研磨以移除任何殘留的介電填充材料 ㈢仏成表面从 限定3 s 、陷（例如凹槽4 5 )形成於特徵結構 望的介電殖？填充特料30中。特徵結構限定35中之所期 玉旧”冤填充材料3 顯示。 的量與内凹50的量之差別係以虛線 第 1 C圖| έ备-..

’不轎由傳統研磨處理而過度研磨基材 切層2G的氮化物損耗現象。氮化石夕損耗 :工為自所期望的氮化矽量60而過度移除氮化矽或是 使亂化石夕層變薄（”thining”）。氣化石夕損耗亦、會造成熱氧化 曰15及基材10之過早的暴露現象。氮化矽損耗會造成 一 夕層20無法在研磨或接續處理過程中預防或限制對 下方基材材料之傷害或污染。 以固定磨粒研磨物件進行之STI研磨係顯示出其相較 於傳統研磨漿處理而具有較少之内凹現象並增進研磨均一 性。固定磨粒研磨物件通常包括包含在容納介質中（或黏 結劑）的固定研磨顆粒，其伴隨著黏附至容納介質的複數 個研磨組合物成分而提供對基材表面之機械作用。然而， 傳統之固定磨粒研磨處理對於氧化物材料原本就具有較低 之移除速率，因此會使得研磨時間增加而降低基材產量。 傳統沉積製程中亦會發生處理時間增加之現象，其沉積過 多之物質於基材表面以確保基材表面形成之特徵結構的填 充，稱之為過度填充（overfill )。 已測試過數種用於限制於形成STI特徵結構時氧化物 8 200823986 的過度填充程度而增 進處理產1之方法。一種方法係 使用多個沉積步驟Γ如 _ (例如·南密度電漿化學氣相沉積； CVD )及蝕刻步騍以 匕積 口麵（etch back)及再填 材特徵結構。另一禚+、 / 、 方法係利用濺鍍或蝕刻處理以使 於基材表面之過填岸 ^ , 、9變薄。其他方法包括利用沉積後 餘刻處理以蝕刻氧仆 物溥膜’因此仍存有與固定磨粒

物件一同作用夕主I 特徵。然而，這些處理經觀察係 加整合之複雜性，亦 兀_增加處理時間並降低基材產量 因此，需I 一拓丄 八、、 種方法及相關之研磨設備，其係有 二料之移除’並具有最少或降低之内凹現象或是 或降低之下方材_的損耗。 包括 HDP 充基 沉積 濕式 研磨 會增 〇 利於 最少 【發明内容】 本發明之實 之方法及組合物 象（dishing)。 本發明之一 上之一介電層的 第二介電材料 材而使其鄰近一 配一無磨粒研磨 及至少一研磨辅 擇性研磨第二介 以相對於第一介 施例一般係提供一種用於平坦 ’而使其具有選擇性移除速率 實例係提供一種選擇性移除設 方法，其中基材係具有一第一 °又置於其上。該方法一般係包 固定磨粒研磨墊；於基材及研 組合物，該組合物具有至少一 助化合物；以及相對於第一介 電材料。於一實施例中，第二 電材料較高之移除速率來移除 化基材 及低内 置於一 介電材 括*放 磨墊之 有機化 電材料 介電材 表面 凹現 基材 料及 置基 間分 合物 而選 料係 9 200823986 本發明之另-實例係提供—種處理基材之方法 擇性移除設置於氮化物材料上之& ’以k 在^ ^ 虱化物材料。該方法一般 係包括：放置基材而使其鄰近磨粒研磨 及研磨塾之間分配一無磨粒研磨組合物，…物心 少一有機化合物、至少一界面活性 口八有至 _ i i夕 pH調整劑 及去離子水·’.以及以氧化物材料對於氮化物材料之介於約 1〇: 1或更高之-移除速率比例而㈣氧化物材 κ 物材料。 本發明之另一實例係提供一種利用一固定磨粒研磨墊 而用於移除介電材料的無磨粒研磨組合物。在一實施例 中，該組合物係由下列物質組成：至少一有機化合物；至 少一研磨辅助化合物·，至少一 pH調整劑；以及去離子水。 在一實施例中，至少一研磨輔助化合物包括一界面活性劑。 【實施方式】

於下方描述之本發明的實施例係關於可利用化學機械 研磨設備而進行之平坦化處理及組合物，而化學機械研磨 設備係例如：Applied Reflexion® LK CMP System、Applied Reflexion® LK Tungsten CMP System、Applied Reflexion® LK ECMP System、Applied Reflexion® LK Copper CMP System 以及 Applied Reflexion® LK STI CMP System，該 些系統皆購自於加州聖克拉拉的應用材料公司（Applied Materials，Inc.)。另外，任何能夠利用描述於此之方法或 組合物而進行化學機械研磨的系統皆可因此受益。其他適 10 200823986 合之研磨設備包括Applied Mirra Mesa⑧CMP System，其 亦可購自加州聖克拉拉的應用材料公司。下方設備之描述 係作為說明，並不應用以限制本發明之範圍。 「第2圖」係為CMP設備100之概要視圖。CMP設 儀100通常包括一研磨頭102、研磨平台1〇8，以及設置於 * 研磨平台108上之研磨墊106。研磨頭1〇2能夠將基材112 • 夾持於其上。研磨平台1 〇 8可以為線形網、線形帶平台或 是可旋轉平台。CMP系統100可更包括旋轉架以及定位部 件，至少一研磨頭組件1 04係懸掛於旋轉架以夾持研磨頭 102,定位部件係耦接至旋轉架以使旋轉架移動並將研磨頭 組件1 04定位於平台上。研磨頭組件丨〇4提供一可控壓力 110至基材112,以推動基材112抵靠研磨墊1〇6。可用於 此處之研磨塾106的實例係為一固定磨粒研磨墊，例如 M31〇0 S1u„yFreeTM CMP Fixed Abrasive pad(明尼蘇達州 的聖保羅市之3M公司），其係利用氧化鈽作為磨粒物件， 以及 M3152 SUrryFreeTM CMP Fixed Abrasive Pad (亦購 • 自3M公司）。固定磨粒物質通常包括複數個設置在彈性底 ’ 板上的磨粒成分。於一實施例中，磨粒成分包括由懸浮在 ， 聚合物黏結劑中之研磨顆粒所形成之幾何形狀。研磨材广 係為墊或是網狀型態。 * 當分配研磨組合物118或研磨漿時，CMp設備 藉由在基材112表面與研磨墊106之間施加一（線性的2 旋轉的）外部力量U6’以在基材112表面與研磨塾、二 之間產生研磨或摩擦移動，而產生化學及機械作用。 6 11 200823986 化學機i·研磨處理及組合物— 本發明之實施例包括CMP處理及組合物，該組合物 括有機化合物（例如胺基酸）以及研磨辅助化合物（例 界面活性劑）。於一實施例中，係提供一種用於處理基材 方法，該基材具有設置於氤化物材料上之氧化物材料。 方法包栝：設置基材而使其鄰近於固定磨粒研磨墊· & 材與研磨墊之間分配研磨組合物；以及相對於氮化物衧 而以較高速率移除氧化物材料。含有有機化合物與研磨 助化合物之研磨組合物以及固定磨粒研磨墊係針對不同 電材料之研磨而能夠修改移除速率，並降低内凹現象及 近層之損耗。 於另一實施例中，本發明係提供一種用於移除介電 料之化學機械研磨組合物，包括：至少一有機化合物、 少一研磨輔助化合物、至少一 pH調整劑以及去離子水 有機化合物與研磨辅助化合物之組合係增進固定磨粒墊 研磨選擇性。 「第3圖」係繪示用於平坦化基材表面之處理的實 例之流程圖。本實施例係提供用於平坦化基材表面之方 200,其係利用固定磨粒研磨墊及含有至少一有機化合物 研磨輔助化合物的研磨組合物。在步驟2 1 0中，具有 少一第一及一第二介電材料沉積於其上之基材係放置於 有固疋磨粒研磨整的研磨設備中。在步驟220中，將含 至少一有機化合物及研磨輔助化合物之研磨組合物施用 包 如 本 基 料 輔 介 鄰 材 至 〇 之 施 法 與 至 具 有 至 12 200823986 或多個 磨钕；^ 料而較 λ置於研磨設備上的固定磨粒研磨墊上，其中研磨 中的至少一有機化合物及研磨輔助化合物會改變〜 電材料之移除速率。在步驟2 3 0中，基材與固定 磨塾接觸，一或多個介電材料以相對於其他介電持 兩的移除速率自基材表面移除。

此處所使用之r基材」係指被研磨之物件，且可例如 包括具有材料沉積於上之矽系（silicon based)材料。可 藉由步驟210而研磨之基材包括淺溝槽隔離結構，其係由 一系列介電材料形成，例如氧化矽及氮化矽。本發明亦包 括傳統用於半導體元件製造中之介電材料的化學機械研 磨，包括：二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、磷摻雜矽玻璃 (pSG)、硼摻雜矽破璃（BSG)、硼磷摻雜矽玻璃（61>%)、 由四乙基正矽酸鹽（TE0S )及矽烷，其係由多種化學氣相 "匕積（CVD )技術（及其組合）所沉積。 在步驟220中輸送至固定磨粒研磨墊之研磨組合物可 包括至少一有機化合物，其佔研磨組合物之約〇·5重量百 分比（wt· %)〜10 wt· %之間。研磨組合物中之有機化合 物濃度為約2.5 wt· %〜4 wt· %是較佳。更佳的，至少一有 機化合物係構成組合物的約2.5 wt· %。研磨組合物係以一 流速（例如介於約5ml/min〜約5〇〇ml/min之間）而由讯 置於⑽系統内或接近CMP系統之健存介f輸送或供應又 至固定磨粒研磨塾。 係包括可選擇性改變一或 料之移除速率的有機化合 可用於組合物之有機化合物 多個介電材料相對於其他介電材 13 200823986 物。於一實施例中，有機化合物係經選擇而造成對於氧化 矽材料（相較於氮化矽材料）具有較高的移除速率。有機 化合物之實例包括具有胺基（NH2)及羧基（一c〇〇h)端 的胺基酸及其衍生物，例如：甘胺酸（glycine )、脯胺酸 (proline ) ' 精胺酸（arginine )、組胺酸（histidiw )、離 胺酸（lysine )及其混合物。其他有機化合物之實例包括： 吡啶甲酸（picolinic acid)、含有胺及綾酸官能基團的兩性 化合物（例如購自美國威斯康辛州之Milt〇n公司T〇mah Products的Amphoteric 400 )、羥基酸（例如葡萄糖酸、乳 酸），及聚陰離子聚合物（例如聚丙烯酸及聚乙烯確酸）。 可用於組合物之研磨輔助化合物係包括可選擇性改變 一或多個介電材料相對於其他介電材料之移除速率的界面 活性劑。界面活性劑可用於：增加材料（例如金屬與金屬 離子或是處理過程中產生之副產物）之溶解或溶解度；降 低研磨組合物中研磨顆粒之任何可能結塊現象；以及增進 化學穩定性及減少研磨組合物中成分的分解。一或多個界 面活性劑係構成研磨組合物之约〇·〇〇1 wt. %〜約i % °介於約0.05 wt· %〜約0·1 wt· %的濃度係用於研磨組 合物之一實例中。 一或多個界面活性劑可包括非離子性界面活性劑以及 離子性界面活性劑，而離子性界面活性劑包括陰離子界面 活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑及具有一個 以上離子官能基團之離子界面活性劑（例如兩性離子界面 活性劑；Zwitter-ionic surfactant)。分散劑係可視為此處 14 200823986 所使用之界面活性劑。含有聚合磨粒之組合物在廣泛PH 值範圍下係為穩定的，並且不會傾向於彼此結塊’因而允 許在組合物中包括所使用的磨粒及較少或無界面活性劑或 無分散劑。 研磨輔助化合物之實例一般包括陰離子界面活性劑 (例如D u Ρ ο n tτ Μ Ζ ο n y 1 ® F S - 6 1 0 )、非離子性界面活性劑

(例如DuPontTM Zonyl® FSN )、陽離子界面活性劑（例如 水合溴化十六烧基吼唆；cetyl pyridinium bromide hydrate ) »以及兩性界面活性劑（例如Amphoteric 400 )。 其他的非離子性含氟界面活性劑（fluorosurfactant)包括

購自美國俄亥俄州費朗市的 ▼ tm NoveeTM FC-4430、 P〇lyFoxTM PF-151N 及 PF-154N

3M 研磨組合物亦可包括至少一 pH調整劑，以調整研磨 組合物之pH值，藉以增進研磨效能，例如允許基材表面 之-或多個材料上具有正或負電#，以吸引適當帶電的有 機胺基酸化合物、组合物中的至少一 pH冑整劑係加入以 調整組合物的pH值介於約4〜約 u ^ ^ ^ 、’0 1 2之間。ρ η調整劑以一 足夠量加入組合物中，以產 ; 生M於7〜約11之間的pH值， 例如約10.5的pH值。至少一 值 今结/»> 一， pH調整劑可包括鹼，例如 虱氧化鉀（KOH )及氫氧化銨， 至少一 H /疋敎，例如硝酸或硫酸。 y PH调整劑可你炎4灿 增加哎％ Μ # & a 為墊潤滑劑或是冷卻劑，且可 曰力成降低矽系介電材料的人了 (Si--〇H)美園 甘a ^乍用’藉以形成石夕醇 OH)基團，其會增進材料 y ^ 一 PH調整劑亦會影變 土材表面的移除。至少 «以誓研磨組合 物與一或多個表面介電材 15 200823986 物的選擇性形成，因而影響不同表面介電 。舉例來說，酸性pH值會增加矽醇於氧 並增加研磨組合物與氧化矽材料（而非與 合之能力。

一研磨組合物與固定磨粒CMP作用之可能機制為至少 7:機化合物會與氮化矽薄膜之矽醇（Si〜〇H)表面基團 :合’而抑制氮化矽薄膜之移除。另一可能機制為研磨組 合物中的至少一有機化合物藉由在基材表面之至少一材料 上形成一抗移除層或鈍化層而改變了介電材料的移除速 率’而此移除速率之改變在此例中係藉由增加pH而達成。 研磨組合物的實例包栝：約〇 · 5 wt · %〜約1 〇 wt %的 膽胺酸C例如約2·5 wt %的腩胺酸）、約〇 〇〇〇1〜1 wt % 的界面'舌性劑（例如約〇·〇5 wt· %的含氟界面活性劑），以 及作為pH調整劑的氫氧化鉀，氫氧化舒係提供足夠量以 Ά 1〇·5的pH值。含有氧化錦系（ceria-based)之磨 粒的口定磨粒研磨墊係可以與研磨墊一同使用，以自基材

料之間部分複合 材料的移除速率 化石夕上之形成， 氮化矽材料）複 表面移除材料，而氧化鈽系磨粒之當量濃度為研磨墊之約 1 wt· % 〜約 50 wt· %。 ^ ” Λ n，、回疋磨粒研靨登接觸，而 “料係以相對於其他介電材料而較高的移除速率自 =面移除。材料之移除速率為約50 A/min〜約 爾。& -實施例中，可藉由此處所述而在組合物 用有機化合物，以使第一 分祖 材料（例如氧化矽）相對於 材料（氮化石夕）之移除i穿盡 *連率比例（或選擇性）達到約 16 200823986 1或更高。於另一實施例中，藉由此處所述之製程而使第 一材料相對於第二材料之移除速率比例達到約i 〇 〇 : i或更 高〜約1 200 : 1。然而，移除速率與移除速率比例可隨著 處理參數及所使用之研磨絚合物而改變。

在研磨處理之實例的步驟23 0中，包括使研磨墊相對 於基材移動，即設置於研磨系統中之研磨墊以約rpm〜 约200 rpm之速率移動。針對圓形或可轉動之平台研磨系 統，研磨介質係以約1 0 rpm〜約1〇〇 rpm之速率相對於基 材移動。基材與研磨墊之間可使用約〇·5 psi〜約6〇 psi 之壓力以提供研磨處理之機械作用。可選擇地，本發明包 括在多種研磨平台上研磨基材，例如：可旋轉平台、可旋 轉線性平台以及執道式研磨平台。 「第4A及4B圖」繪示自基材表面選擇性移除材料。 「第4A目」顯示沉積詩sn形成製程之基材材料實例。 熱氧化物層315及氮化石夕層320係設置於發基材31〇 (或 摻雜上並經圖樣化。熱氧化物層315、氣切層32〇 及矽基材310係經蝕刻以形成特徵結構限定335，其接著 藉由沉積氧化矽材肖33〇而被填充。然後，利用上述之研 磨組合物以研磨氧切材料33Q，以暴露出氮切層WO。 研磨持Μ進仃’並移除氧化碎材_ 33〇且使氮化梦層 維持實質未研磨’ ％「第4Β圖」所示。在研磨處理結束 毛後，氮切層320可以在基材處理之前被移除。 「第5圖」繪示圖表5〇〇，其顯示以l_脯胺酸 研磨流體及加入約〇 Q S f 〇/人备胃 • t· 5鼠界面活性劑的L-脯胺酸 17 200823986 /KOH研磨流體之研磨壓力為函數的氧化物移除 脯酸/ Κ Ο Η研磨流體及加入含氟界面活性劑的^、 /ΚΟΗ研磨流體之移除速率的比較結果顯示，當 ^ 之用含氟 界面活性劑，可觀察到在實質低研磨壓力（3 “） 下之L、 脯胺酸溶液的移除速率。加入少量的含氟界面活性鋼 如0.002〜0.2 wt· % )至脯胺酸系研磨流體會大幅 例 啤地增加 氧化物移除速率，而不需要改變pH值或研磨流發中 基酸濃度。相對於目前所使用不包括含氟界面活性劑、鞍 磨流體’本發明之移除速率升高可具有較大 研 表程範鼦 (process window)。相當於利用目前處理所能達到国 速率可在本發明中於大幅降低之研磨壓力下達到。移除 低之研磨壓力允許較低的平台及研磨頭轉速，而不=用較 磨過程中導入不期望之振動現象，且當使用較 '在研 研磨壓力時，由於子執疋位環/ 田於子墊片（subpad)的回彈效應 而可改善晶圓内的非均一性。 低，因 加入適當濃度及pH值之至少_ # μ + 基酸）以及研磨辅助彳卜人札/ Ή如胺 次研磨補助化合物（例如界面活性 增進固定磨粒CMP的效 τ大幅地 率受到阻礙時，氧化矽鉍 料之移除速

&化石夕材科之移除速率係Λ幅〜L 加結果會使得研磨時間 ㈢加。此增 甘u 產率增加、負載渦夕* 土 基材的研磨、具有特徵結 夕之較厚 将八寸及密度之笳 如邏輯應用）研磨、改盖曰 圍的基材（例 〇阳®内及晶粒内 内凹現象及氮化石夕損耗現象最小化、=均-性、使 定性、降低由於過度研磨 s日日囫間之研磨穩 磨所造成之效能下降現象，以及増 18 200823986 進研磨墊濕潤。 實例 描述於此之研磨處理的實例包括以50 ml/min〜衾 ml/min之流速而將研磨組合物輸送至含有氧化鈽研 粒之固定磨粒研磨墊，研磨組合物包括：約0,5 wt. 〇/ί 10 Wt. %的膽胺酸（例如約2·5 wt· %的脯胺酸）、約0 〜1 Wt· %的界面活性劑（例如約0.05 wt· %的含氟界 性劑）、去離子水，以及作為pH調整劑的氫氧化鉀， 氧化鉀係提供足夠量以產生約1 0 · 0〜1 2之pH值（例如 的pH值）。利用介於約1〜約6 psi之研磨壓力、約n 〜約1 00 rpm之研磨速率以及約3〇秒〜約3〇〇秒之研 續期間以平坦化基材。 上述之成分及處理參數僅作為範例，而不應用以 本發明之範圍。組合物及濃度可經改變以提供所期望 除速率為100A/min或更高、所期望之對於「停止於^ st〇p-〇n-Planar」之選擇性、所期望之對於「停止於氮十 stop-on-niUide」之選擇性，以及期望自基材表面移除 料的量及性質。舉例來說，「第3圖」中的步驟21〇 及230係作為一連續操作或是二或多個區別操作的一 而進行。舉例來說，本發明包括在一或多個平台上途 不同步驟，或是部分的某些步驟係在不同平台上進行 本發明亦包括用於淺溝槽隔離基材之其他處㈣ 物的變化型，包括描述於美國專利第7，㈤，州號（ 3 5〇〇 磨微 1〜約 〇〇〇1 面活 而氣 10.5 )rpm 磨持 限制 之移 L面； :物； 之材 、220 部分 行的 〇 組合 公告 19 200823986

日為2006年6月20日，專利名稱為「POLISHING PROCESS FOR SHALLOW TRENCH ISOLATION SUBSTRATE」）及美 國專利公開第2003/01 761 5 1號（公開曰為2003年9月18 日，專利名稱為「STI POLISH ENHANCEMENT USING FIXED ABRASIVES WITH AMINO ACID ADDITIVES j)之 處理及組合物，並在其不與本發明說明書產生矛盾之前提 下將其併入以做為參考。舉例來說，該處理包括：於第一 平台上利用研磨漿以移除過多氧化物負載之塊體的第一步 驊；包含在第二平台上利用固定磨粒研磨以完成平坦化處 理之第二步驟；以及利用本發明而稍做修飾之微粒濶濕步 研磨輔助組合物之添加係提供建立研磨處理參數之較 高彈性。舉例來說，在不需增加研磨速率及/或向下力量條 件之前提下，則可達到較高之氧化物移除速率。 於另一實施例中，係提供濃縮形式之研磨組合物。固 定磨粒CMP之研磨組合物含有大部分的水，並加入少量的 特定化學物質以增進研磨選擇性及/或增進氧化物移除欵 能。舉例來說，研磨組合物之一實施例含有增進選擇性之 添加物，例如··濃度為約2〜4 wt. %的脯胺酸◊界面活性 劑之濃度為約〇· 1 wt· %。藉由加入少於1 _· %的濃縮鹼 (例如KOH )以調整溶液pH值。水顯然是研磨組合物之 主要成分（總流體體積的95〜98% )。運送濃縮形式係較 具經濟效益，其可在消費者處再稀釋至正確濃度。 在一實施例中，係提供有一濃縮研磨組合物，其為用 20

200823986 於以固定磨粒CMP研磨晶圓洽 <研磨組合物的至少 於另一實施例中，濃縮的研磨 增組合物係為研磨組 少10倍濃。於部分實施例中， 用y、研磨晶圓之研 中的L·腩胺酸為2·5〜々g/loo^卜 ml水。針對較研磨 5倍濃之濃縮研磨組合物，l陆，雜 L辅胺酸之濃度應增 為 1 2.5 〜20g/l 〇〇 ml 水。斜誓4 > π —

τ對較研磨組合物為I 濃縮研磨組合物，L -脯胺酸之：曲命 * ^心/辰度應增加至例女 40g/100 ml水，其係低於脯 卿fe酸於水中的溶 g/100ml。濃縮的研磨組合物包含有約1%含氟 劑0 KOH係用於將流體pH調整至〗〇〜j t範圍产 為較常見。脯胺酸在此範圍内係作為pH缓衝劑 目標pH值增加（10— n)及/或當脯胺酸濃度^ —4 wt· % )時，實質上不需加入更多的κ〇Η。一 流體中的ΚΟΗ濃度為約〇.25%，且在高ρΗ及高 實例中則高達0·9%。在1〇倍濃度下，該些值則 %，因此，在10倍濃縮之容易中，所有的研磨流 處於其溶解度或分散限度之範圍内。 准本發明雖以較佳實施例說明如上，然其並 定本發明’任何熟習此技術人員，在不脫離本發 和範圍内所作的更動與潤飾，仍應屬本發明的技 【圖式簡單說明】 藉由上方插述則可詳細暸解本發明之特徵， * 5倍濃。 合物之至 磨組合物 組合物為 加至例如 0倍濃之 7為 25〜 解度 162 界面活性 I，且 1 0.5 ，因此當 嗜加（2 · 5 般在研磨 脯胺酸之 為2·5〜9 體成分係 非用以限 明的精神 術範轉。 而簡單摘 21

200823986 要於上之針對本發明的特定說明可參照實施例，且部 說明於所附圖示中。然而，需注意的是，所附圖示僅 本發明之實施例，因此不可認定為限制本發明之範圍 發明需承認其他等效的實施例。 第1 A〜1 C圖，繪示内凹現象及氮化物損耗之現 概要圖式； 第2圖，繪示化學機械研磨設備之概要視圖； 第3圖，繪示根據本發明之一實施例的處理步驟 程圖； 第4A及4B圖，繪示利用上述方法而研磨基材之 例的概要圖式；以及 第5圖，繪示以L-脯胺酸/KOH研磨流體及加入約 wt. %含氟界面活性劑的L-脯胺酸/KOH研磨流體之研 力為函數的氧化物移除速率之圖式。 為了協助了解，係以相同的元件符號來表示在圖 相同的元件。可了解一實施例之成分及/或處理步驟可 地併入其他實施例中而不再贅述。 分亦 繪不 ，該 象的 之流 實施 0.05 磨壓 式中 有利 【主要元件符號說明】 10 基材 15 熱氧化物層 20 氮化矽層 30 介電填充材料 3 5 特徵結構限定 40 介電填充材料 45 凹槽 50 内凹 60 氮化梦量 100 CMP設備 22 200823986

102 研 磨 頭 104 研 磨 頭 組 件 106 研 磨 墊 108 研 磨 平 台 110 壓 力 112 基 材 116 外 部 力 量 118 組 合 物 200 方 法 21 0,220,230 步 驟 310 基 材 3 15 熱 氧 化 物 層 320 氮 化 矽 層 330 氧 化 矽 材 料 335 特 徵 結 構限定 500 圖 表

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Claims (1)

1. 200823986 十、申請專利範圍： 1. 一種選擇性移除設置於一基材上之一介電層的方法，該 基材具有設置於其上之一第一介電材料及一第二介電材 料，該方法包括： 放置該基材而使該基材鄰近一固定磨粒研磨墊；

   分配一無磨粒研磨組合物於該基材及該研磨墊之間， 該組合物具有至少一有機化合物及至少一研磨輔助化合 物；以及 相對於該第一介電材料而選擇性研磨該第二介電材 料0 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一研磨 輔助化合物係為一含氟界面活性劑（fluorosurfactant )。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該至少一有機 化合物包括一胺基酸，該胺基酸係選自由甘胺酸 (glycine)、脯胺酸（proline)、精胺酸（arginine)、組胺 酸（histidine)、離胺酸（lysine)及0比咬甲酸（pieolinic acid) 所組成之群組。 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該研磨組合物 更包括至少一 pH調整劑及去離子水。 24 200823986 5·如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該基材包括一 淺溝槽隔離結構（shallow trench isolation)，該結構包括 該第一介電材料及該第二介電材料。 6.如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該第一介電材 料為氮化矽，該第二介電材料為氧化矽。 7·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中移除該氧化矽 及該氮化矽之移除速率比例為約〗〇 :〗或更高。 8 · 一種選擇性移除設置於一 料的方法，包括： 氮化物材料上之一氧化物材 固定磨粒研磨墊 玫置該基材而使該基材鄰近一 該研磨墊之間， 一含氟界面活性 介於約10 : 1或 料及該氮化物材

   分配一無磨粒研磨組合物於該基材及 該組合物具有至少一有機化合物、至少 劑、至少一 pH調整劑及去離子水；以及 以該氧化物材料對於該氮化物材料之 、门之移除速率比例而移除該氧化物材 其中該氧化物材料 9·/申請專利範圍第8項所述之方法， 為虱化矽，該氮化物材料為氮化矽。 25 200823986 1 〇·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中以該氧化物材 料對於該氮化物材料之介於約1 00 : 1〜約2000 : 1之一移 除速率比例而移除該氧化物材料及該氮化物材料。 1 1 ·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該至少一有機 化合物包括脯胺酸（proline)。

   1 2.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該研磨組合物 包括：介於約0.5 wt. % (重量百分比）〜約10 wt. %之間 的該至少一有機化合物，以及介於約0.0001 wt. %〜約1 wt. %之間的該含氟界面活性劑。 1 3.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該研磨組合物 之pH值係介於約7〜約11之間。 1 4. 一種利用一固定磨粒研磨墊而用於移除介電材料的無 磨粒研磨組合物，該組合物係由下列物質組成： 至少一有機化合物； 至少一研磨辅助化合物； 至少一 pH調整劑；以及 去離子水。 1 5.如申請專利範圍第1 4項所述之組合物，其中該至少一 26 200823986 研磨輔助化合物係為一界面活性劑。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之組合物，其中該至少一 有機化合物包括一胺基酸，該胺基酸係選自由甘胺酸 (glycine)、脯胺酸（pr〇line )、精胺酸（arginine )、組胺 酸（histidine)、離胺酸（lysine)及 0比咬甲酸（Pieolinie acid) 所組成之群組。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項所述之組合物，其中該至少一 研磨輔助化合物包括一含氟界面活性劑 (fluorosurfactant)。 1 8 ·如申請專利範圍第1 5項所述之組合物，其中該界面活 性劑係選自由陰離子界面活性劑、非離子性界面活性劑、 陽離子界面活性劑，及兩性（amphoteric )界面活性劑所 組成之群組。 1 9 ·如申請專利範圍第1 5項所述之組合物，其中該組合物 之PH值係介於約7〜約11。 20·如申請專利範圍第〗5項所述之組合物，其中該研磨組 合物包括：介於約0·5 wt. %〜約10 wt· %之間的該至少一 有機化合物，以及介於約0 · 0 0 0 1 wt · %〜約1 wt · %之間的 27 200823986 該至少一研磨輔助化合物