选择性地抛光碳化硅膜的方法
【专利说明】
[0001] 本申请是中国发明专利申请（发明名称：选择性地抛光碳化硅膜的方法，申请日： 2009年12月4日；【申请号】200980155146. 0)的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求2008年12月4日提交的序列号为61/200, 812的美国临时申请的权 益，将其全部引入本文中作为参考。
技术领域
[0004] 本发明涉及抛光组合物和方法。更具体地，本发明涉及用于从基材表面优先于其 它材料如二氧化硅选择性地移除碳化硅的方法。
【背景技术】
[0005] 用于基材表面的化学机械抛光（CMP)的组合物和方法是本领域中公知的。用于半 导体基材（例如，集成电路）表面的CMP的抛光组合物（也称作抛光浆料、CMP浆料和CMP 组合物）典型地含有研磨剂、各种添加剂化合物等。
[0006] 通常，CMP涉及表面的同时发生的化学研磨和机械研磨，例如，上覆第一层的研 磨以暴露该第一层形成于其上的不在同一平面上的第二层的表面。一种这样的方法描述 于Beyer等人的美国专利No. 4, 789, 648中。简言之，Beyer等人公开了使用抛光垫和衆 料以比第二层快的速率移除第一层直到材料的上覆第一层的表面变成与被覆盖的第二层 的上表面共面的CMP方法。化学机械抛光的更详细的说明参见美国专利No. 4, 671，851、 No. 4, 910, 155 和No. 4, 944, 836。
[0007] 在常规的CMP技术中，基材载体或抛光头安装在载体组件上且定位成与CMP装置 中的抛光垫接触。载体组件向基材提供可控制的压力，迫使基材抵靠着抛光垫。该垫与载 体及其附着的基材相对于彼此移动。该垫与基材的相对移动起到研磨基材的表面以从基材 表面移除材料的一部分由此抛光基材的作用。基材表面的抛光典型地进一步借助于抛光组 合物（例如，存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂）的化学活性和/或悬浮 于抛光组合物中的研磨剂的机械活性。典型的研磨剂材料包括二氧化硅（硅石）、二氧化铈 (铺土）、氧化铝（巩土）、氧化错（错氧土）和氧化锡。
[0008] 例如，Neville等人的美国专利No. 5, 527, 423描述了通过使金属层的表面与包含 悬浮于含水介质中的高纯度金属氧化物细粒的抛光浆料接触来化学机械抛光金属层的方 法。或者，可将研磨剂材料引入到抛光垫中。Cook等人的美国专利No. 5, 489, 233公开了具 有表面纹理或图案的抛光垫的用途，且Bruxvoort等人的美国专利No. 5, 958, 794公开了固 定研磨剂抛光垫。
[0009] 半导体晶片典型地包括其上已形成多个晶体管的基材例如硅或砷化镓。通过将基 材中的区域和基材上的层图案化，晶体管化学地和物理地连接至基材。晶体管和层通过主 要由某形式的二氧化硅（Si02)组成的层间电介质（ILD)分隔。晶体管通过使用公知的多级 互连而互相连接。典型的多级互连由堆叠的薄膜构成，所述薄膜由以下材料中的一种或多 种组成：钛（Ti)、氮化钛（TiN)、钽（Ta)、铝-铜（Al-Cu)、铝-硅（Al-Si)、铜（Cu)、钨（W)、 掺杂多晶硅（poly-Si)和它们的各种组合。此外，晶体管或晶体管组常常通过使用填充有 绝缘材料例如二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅的沟槽而彼此隔离。
[0010] 碳化硅（Sic)是具有使其非常适合用在电子器件中的电性质和热物理性质的独 特组合的材料。如Kerr等人的W0 2005/099388中所公开的，这些性质包括高的击穿场强、 高的实际操作温度、良好的电子迀移率和高的热导率。与构成集成电路的许多其它材料相 比，碳化硅具有显著更大的硬度和相对化学惰性。该更大的硬度和化学惰性使得使用CMP 技术移除碳化硅是困难的。用常规的CMP组合物和方法移除碳化硅常常导致其它材料例如 二氧化硅的不想要的移除。
[0011] 尽管已知的CMP浆料组合物中的许多适合于有限的目的，但是所述常规的组合物 趋于对晶片制造中使用的绝缘体材料呈现出不可接受的抛光速率和相应的选择性水平。已 知的抛光浆料趋于产生对下伏膜的差的膜移除特性，或者产生有害的膜腐蚀，其导致差的 制造成品率（yield)。
[0012] 此外，已知的抛光组合物和方法未提供从半导体晶片选择性地移除碳化硅而不从 同一晶片以不可接受地高的水平移除例如二氧化硅的材料的能力。随着用于集成电路器件 的技术的进步，传统的材料正以新的且不同的方式使用以实现高级集成电路所需要的性能 水平。特别地，氮化硅、碳化硅和二氧化硅正以各种组合使用以实现新的且比以往任何时候 都复杂的器件配置。通常，结构复杂性和性能特性因不同的应用而变化。
[0013] 仍需要开发提供相对高的碳化硅移除速率且优先于半导体晶片表面上存在的其 它材料选择性地移除碳化硅的新的抛光方法和组合物。本发明提供这样的改善的抛光方法 和组合物。本发明的这些和其它优点以及额外的发明特征将从本文中所提供的本发明的描 述明晰。
【发明内容】
[0014] 本发明包括：
[0015] 1.用于从基材表面优先于二氧化硅选择性地移除碳化硅的化学机械抛光（CMP) 方法，该方法包括以下步骤：
[0016] (a)使该基材的表面与抛光垫和含水CMP组合物接触；和
[0017] (b)使该基材与该抛光垫之间发生相对运动并同时保持该CMP组合物的一部分与 在该垫和该基材之间的表面接触一段足以从该表面磨除存在于该基材中的碳化硅的至少 一部分的时间；
[0018] 其中该CMP组合物包含以在约0. 1重量％至约5重量％范围内的浓度存在的粒状 二氧化硅研磨剂和提供在约2至约7范围内的pH的酸性缓冲剂，该CMP组合物能够以比同 时发生的存在于该基材表面上的二氧化硅的磨除高的移除速率磨除存在于该基材表面上 的碳化硅。
[0019] 2.条目1的方法，其中该酸性缓冲剂包括有机酸。
[0020] 3.条目2的方法，其中该有机酸包括羧酸、膦酸、或它们的组合。
[0021] 4?条目2的方法，其中该有机酸包括乙酸。
[0022] 5.条目2的方法，其中该有机酸包括1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸。
[0023] 6?条目2的方法，其中该有机酸包括氨基酸。
[0024] 7?条目1的方法，其中该CMP组合物包含少于约0? 5重量％的有机材料。
[0025] 8?条目1的方法，其中该酸性缓冲齐IJ包括无机酸。
[0026] 9.条目1的方法，其中该酸性缓冲剂包括磷酸。
[0027] 10.条目1的方法，其中该二氧化硅以在约0. 1重量％至约2重量％范围内的浓度 存在。
[0028] 11.条目1的方法，其中该二氧化硅选自胶态二氧化硅、热解二氧化硅、氧化铝掺 杂的二氧化硅、和前述物质中的两种或更多种的组合。
[0029] 12.条目1的方法，其中该二氧化硅包括具有在约40至约150纳米范围内的平均 粒度的氧化铝掺杂的胶态二氧化硅。
[0030] 13.条目1的方法，其中该二氧化硅具有在约20纳米至约150纳米范围内的平均 粒度。
[0031] 14.条目1的方法，其中该二氧化硅具有在约25纳米至约75纳米范围内的平均粒 度。
[0032] 15.条目1的方法，其中该二氧化硅具有在约80纳米至约140纳米范围内的平均 粒度。
[0033] 16.条目1的方法，其中该pH缓冲剂提供在约2至约5范围内的pH。
[0034] 17.条目1的方法，其中该CMP组合物不含表面活性剂和氧化剂。
[0035] 18.条目1的方法，其中该二氧化硅为比PETEOS二氧化硅更容易研磨的材料，且该 组合物的pH在约3至约7的范围内。
[0036] 19.条目18的方法，其中该组合物的pH高于3. 5。
[0037] 20.用于从基材表面优先于二氧化硅选择性地移除碳化硅的化学机械抛光（CMP) 方法，该方法包括以下步骤：
[0038] (a)使该基材的表面与抛光垫和含水CMP组合物接触；和
[0039](b)使该基材与该抛光垫之间发生相