具有针对硅氮化物和多晶硅相对于硅氧化物的高选择性的抛光组合物及方法技术

本发明专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含铈土颗粒的研磨剂，(b)阳离子聚合物，其选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合，(c)季铵盐或季盐，及(d)水，其中该抛光组合物具有约5至约8的pH。本发明专利技术还提供化学机械抛光基板、尤其是包含硅氧化物、硅氮化物及/或多晶硅的基板的方法，其是藉由使该基板与本发明专利技术化学机械抛光组合物接触。明化学机械抛光组合物接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有针对硅氮化物和多晶硅相对于硅氧化物的高选择性的抛光组合物及方法

技术介绍

[0001]用于使基板表面平坦化或将其抛光的组合物及方法为业内所熟知。抛光组合物(亦称为抛光浆液)通常含有于液体载剂中的研磨材料并藉由使表面与充满抛光组合物的抛光垫接触来施加至表面。典型研磨材料包括二氧化硅、氧化铈(cerium oxide)、氧化铝、氧化锆及氧化锡。抛光组合物通常与抛光垫(例如抛光布或圆盘)结合使用。替代悬浮于抛光组合物中或除此以外，可将研磨材料纳入抛光垫中。
[0002]在制造先进的存储器及逻辑半导体器件中，集成电路(IC)方案需要选择性地移除多晶硅及/或硅氮化物(SiN)层。在移除多晶硅及硅氮化物材料时，暴露硅氧化物层，其期望保持完整以用于进一步沉积及IC制作步骤。此方法的实例(并不意欲限于此处所给出的实例)是移除硅氧化物上的硅氮化物材料，以用于反向浅沟槽隔离(R
‑
STI)方法。另外，3D NAND器件制作亦需要优于硅氧化物(SiO)抛光的对多晶硅及硅氮化物抛光的选择性，其中氧化物或硅氮化物层形成于含有高纵横比的硅基板上。然后藉由蚀刻或光刻形成通孔，且沉积多晶硅层以填充通孔。由于所形成的沟槽或通孔的深度变化，通常需要在基板顶部上沉积过量的介电材料(例如SiN或多晶硅)以确保完全填充所有沟槽及通孔。然后，通常藉由化学机械平坦化(CMP)方法移除过量的介电材料，以暴露作为停止层的硅氧化物层。当硅氧化物暴露时，高程度的平坦性及表面均匀性是合意的。
[0003]通常，实践中强调使用两个CMP步骤的优于氧化物抛光的对多晶硅及/或SiN抛光的选择性。因此，氧化物层在化学机械平坦化制程期间用作停止层。许多现有的浆液提供中等SiN速率及中等选择性，这限制了其使用。举例而言，低至中等的抛光速率可限制产率，而低至中等的多晶硅/氧化物或SiN/氧化物选择性限制现有的浆液技术用于具有较厚多晶硅或硅氮化物覆盖物的较大结构体。
[0004]通常使用常规的含研磨剂的抛光组合物抛光基板上的介电材料。然而，已观察到用常规的含研磨剂的抛光组合物抛光硅氮化物或多晶硅导致基板表面的过度抛光或抛光不足。此过度抛光现象可在图案氧化物特征中产生凹部形成，称为凹陷。凹陷是不合意的，这是因为基板特征的凹陷可因造成晶体管及晶体管组件彼此隔离失败、从而导致短路而不利地影响器件制造。相反，基板的抛光不足可导致多晶硅及/或SiN层的不完全或部分移除，且进一步阻止硅氧化物停止层暴露，从而导致较差的平坦性或较差的电隔离，这对器件品质及性能产生有害影响。
[0005]因此，业内仍需要提供相对高速率的SiN及多晶硅移除及在CMP期间优于硅氧化物的选择性移除SiN的抛光组合物及方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含(a)包含铈土颗粒的研磨剂，(b)阳离子聚合物，其选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合，(c)季铵盐或季盐，及(d)水，其中该抛光组合物具有约5至约8的pH。
[0007]本专利技术亦提供化学机械抛光基板的方法，其包含(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含(a)包含铈土颗粒的研磨剂，(b)阳离子聚合物，其选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合，(c)季铵盐或季盐，及(d)水，其中该抛光组合物具有约5至约8的pH，(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触，及(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板的表面的至少一部分，由此抛光该基板。
具体实施方式
[0008]本专利技术提供化学机械抛光组合物，其包含以下、基本上由以下组成或由以下组成：(a)包含铈土颗粒的研磨剂，(b)阳离子聚合物，其选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合，(c)季铵盐或季盐，及(d)水，其中该抛光组合物具有约5至约8的pH。
[0009]化学机械抛光组合物包含研磨剂，其中研磨剂包含铈土颗粒、基本上由铈土颗粒组成或由铈土颗粒组成。
[0010]如本领域技术人员所熟知，铈土(ceria)是稀土金属铈的氧化物，且亦称为铈的氧化物(ceric oxide)、氧化铈(cerium oxide)(例如氧化铈(IV))或二氧化铈。氧化铈(IV)(CeO2)可藉由煅烧草酸铈或氢氧化铈来形成。铈亦形成氧化铈(III)，例如Ce2O3。铈土研磨剂可为铈的所述或其他氧化物中的任一者或多者。
[0011]铈土研磨剂可为任何适宜类型的铈土。在实施方式中，铈土是湿法铈土。本文所用的“湿法”铈土是指藉由沉淀、缩合
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聚合或类似制程(如与(例如)热解或火成铈土相反)制备的铈土。不希望受限于任何具体理论，据信湿法铈土包含球形铈土颗粒及/或较小聚集体铈土颗粒。阐释性湿法铈土是自Rhodia购得的HC
‑
60
TM
铈土或HC
‑
90
TM
铈土。
[0012]在另一实施方式中，抛光组合物含有研磨剂颗粒，包括悬浮于液体载剂中的立方形氧化铈研磨剂颗粒。“立方形”意指铈土研磨剂颗粒呈立方体的形式，即基本上立方体形的。换句话说，立方形铈土研磨剂颗粒在形式或性质方面为立方形的。然而，应理解，边尺寸、拐角及拐角角度不必精确地或准确地为完美立方体的那些边尺寸、拐角及拐角角度。举例而言，立方形研磨剂颗粒可具有略微圆化或切削的拐角、略微圆化的边、彼此不完全相等的边尺寸、不完全为90度的拐角角度及/或其他轻微不规则性，且仍然保持立方体的基本形状。本领域普通技术人员将能够容易地认识到(例如，经由扫描电子显微法或透射电子显微法)，立方形铈土研磨剂颗粒为立方体形式，其具有通常允许颗粒生长及解聚集的公差。
[0013]如本文所使用，包括立方形铈土研磨剂的化学机械抛光组合物为其中至少25数目％的研磨剂颗粒本质上为立方形的(如上文所描述的立方体形式)的组合物。在较佳实施方式中，至少40数目％(例如，至少60％或至少80％)的研磨剂颗粒本质上为立方形的。如上文所指出，使用例如在约10,000
×
至约500,000
×
的范围内的放大倍数下的TEM或SEM影像，可容易地评估且计数立方形铈土研磨剂颗粒。SEM或TEM影像显示具有四个侧面长度相似(例如，彼此相差20％以内)的面的研磨剂颗粒。影像亦显示相邻侧为近似垂直的，例如形成约90度的角度(例如，在约80至约100度的范围内)。为了判定铈土研磨剂组合物是否包括立方形铈土研磨剂颗粒，应对大量随机选择的颗粒(亦即，超过200)进行SEM或TEM观测，使得
有可能进行统计分析并由此测定具有正方形面的颗粒的百分比。所保留的颗粒必须使得其影像在显微图上清晰可见。颗粒中的一些可能在其表面及/或其拐角中的一或多者上展现一些缺陷但仍然视为立方形的。
[0014]立方形铈土研磨剂颗粒可为基本上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含铈土颗粒的研磨剂，(b)阳离子聚合物，其选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合，(c)季铵盐或季盐，及(d)水，其中该抛光组合物具有约5至约8的pH。2.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含约0.01wt.％至约1wt.％的铈土颗粒。3.权利要求1的抛光组合物，其中所述铈土颗粒具有约60nm至约120nm的平均粒径。4.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含阳离子均聚物，且其中该抛光组合物包含约1ppm至约200ppm的该阳离子均聚物。5.权利要求4的抛光组合物，其中该阳离子均聚物基本上由作为重复单元的季胺基团组成，其中经季铵化的胺基团是非环状的或结合到环结构中。6.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含阳离子共聚物，且其中该抛光组合物包含约1ppm至约1000ppm的该阳离子共聚物。7.权利要求6的抛光组合物，其中该阳离子共聚物包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体。8.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含季铵盐，且其中该季铵是包含分子量为约75g/mol或更大的季铵阳离子的卤化物。9.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含季铵盐，且其中该抛光组合物包含约10ppm至约1000ppm的该季铵盐。10.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含季盐，且其中该季盐是包含分子量为约94g/mol或更大的季阳离子的卤化物。11.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物包含选自以下的季盐：苄基三苯基盐、二甲基二苯基盐、四丁基盐、四甲基盐、四苯基盐、四丙基盐、四辛基盐、丁基三苯基盐、四乙基盐、三丁基十二烷基盐、乙基三苯基盐、己基三苯基盐、庚基三苯基盐、异丙基三苯基盐、甲基三苯基盐、三丁基甲基盐、三丁基辛基盐、三苯基丙基盐、三丁基己基盐及其组合，且其中该抛光组合物包含约10ppm至约1000ppm的该季盐。12.化学机械抛光基板的方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)包含铈土颗粒的研磨剂，(b)阳离子聚合物，其选自阳离子均聚物、包含至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体的阳离子共聚物、及其组合，
(c)季铵盐或季盐，及(d)水，其中该抛光组合物具有约5至约8的pH，(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触，及(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板表面的至少一部分以由此抛光该基板。13.权利要求12的方法，其中该抛光组合物包含约0.01wt.％至约1wt.％的铈土颗粒。14.权利要求12的方法，其中所述铈土颗粒具有约60nm至约120nm的平均粒径。15.权利要求12的方法，其中该抛光组合物包含阳离子均聚物，且其中该抛光组合物包含约10ppm至约100ppm的该阳离子均聚物。16.权利要求15的方法，其中该阳离子均聚物基本上由阳离子单体重复单元组成。17.权利要求12的方法，其中该抛光组合物包含阳离子共聚物，且其中该抛光组合物包含约1ppm至约10...

【专利技术属性】
技术研发人员：B佩特罗，张柱然，B约翰逊，
申请(专利权)人：CMC材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：