专利名称：具有可调介电抛光选择性的浆料组合物及抛光基材的方法
技术领域：
本发明大体上涉及化学机械抛光领域。特别地，本发明涉及一种化学机械抛光浆料组合物和一种半导体材料的化学机械抛光方法以及，更特别的是涉及一种对如二氧化硅和Si3N4的介电薄膜具有可调节的去除速率和去除速率选择性的化学机械抛光浆料组合物，该组合物用于在如高-K金属栅、铜阻隔、夹层介电质(ILD)和浅沟槽隔离(STI)方法中化学机械抛光半导体结构的介电层。
背景技术：
在集成电路和其它电子装置的制造中，多层导体、半导体和介电材料沉积在半导体晶片的表面之上或从半导体晶片的表面上去除。导体、半导体和介电材料的薄层可以通过多种沉积技术进行沉积。现代加工中常用的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)，也被称做溅射，化学气相沉积(CVD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学电镀(ECP)。由于材料层相继地沉积和被去除，晶片的最上层表面变得不平坦。由于后续的半导体加工(例如，金属化)需要晶片具有平坦表面，因此晶片需要被平整化。平整化用于去除不期望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、聚结(agglomerated)材料、晶格损伤、刮伤和污染层或材料。化学机械平整，或化学机械抛光(CMP)，是常用的平整如半导体晶片的基材的技术。在常规的CMP中，晶片安装在载体组合件上并且置于与CMP装置中的抛光垫片接触的位置。载体组合件(assembly)对晶片提供可控制的压力，使其压在抛光垫片上。通过外部的驱动力，垫片相对于晶片移动(例如，旋转)。与此同时，抛光组合物(“浆料”)或其它抛光液被提供于晶片和抛光垫片之间。因此，晶片表面通过垫片表面和浆料的化学和机械作用被抛光和使平整。一种用于隔离(isolation)半导体装置的元件的方法，指的是浅沟槽隔离(STI) 方法，通常涉及使用形成在硅基材上的氮化硅(Si3N4)层，在氮化硅层中形成浅沟槽并且沉积介电材料(例如，氧化物)以填充沟槽。典型地，在基材的顶部沉积过量的介电材料以保证沟槽的完全填充。之后使用化学机械平整技术去除过量的介电材料以暴露出氮化硅层。过去的装置设计强调了二氧化硅相对于氮化硅的的化学机械平整选择性(即相对于氮化硅的去除速率，具有更高的二氧化硅去除速率)。在这些装置设计中，氮化硅层作为化学机械平整方法中的停蚀层(stopping layer)。在化学机械平整方法中，某些近来的装置设计需要对于二氧化硅的选择性优于多晶硅的抛光组合物(即相对于多晶硅的去除速率，具有更高的二氧化硅去除速率)。美国专利申请公开No. 2007/0077865中Dysard等公开了一种用于化学机械平整化方法的抛光配方，所述抛光配方提供了二氧化硅和氮化硅中的至少一种相对于多晶硅的选择性。Dysard等公开了一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括(i)将含有多晶硅和选自二氧化硅和氮化硅的材料的基材与化学机械抛光体系接触，该体系包括(a)研磨剂， (b)液态载体，(c)基于液态载体和任何溶解或悬浮在其中的组分的重量计，约Ippm至约IOOppm的具有约15或更小的HLB的聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物(polyethyleneoxide/ polypropylene oxide copolymer)，和(d)抛光垫片，(ii)相对于基材移动抛光垫片，和 (iii)研磨至少一部分基材来抛光基材。在美国专利申请No. 6，6 ，968中Park等公开了另一种用于化学机械平整化方法的抛光配方，所述抛光配方提供了二氧化硅和氮化硅中的至少一种相对于多晶硅的选择性。Park等公开了一种用于同时抛光具有二氧化硅层和多晶硅层的表面，pH值为7 至11的浆料形式的化学机械抛光组合物，所述的浆料组合物基本上由以下组分组成水， 选自二氧化硅(Si02)、氧化铝(A1203)、二氧化铈(Ce02)、氧化锰(Mn2O3)及其混合物的磨粒，和约0.001wt%至约5衬％的选自聚乙烯基甲基醚(PVME)、聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯 (oxyethylene)23 月桂基醚(POLE)、聚丙酸(poly propanoic acid，PPA)、聚丙烯酸(PAA)、 聚醚乙二醇二醚(poly ether glycol bis ether, PEGBE)及其混合物的聚合物添加剂组成，其中聚合物添加剂改善二氧化硅层相对于多晶硅层的去除选择比。尽管如此，为了维持半导体体系制造中的装置设计的动态场(dynamic field)，对于能够适应于设计变化需求的具有所期望的抛光性能平衡性的化学机械抛光组合物配方还是存在持续的需要。例如，仍然需要对如二氧化硅和Si3N4介电膜表现出可调节的去除速率和去除速率选择性的化学机械抛光浆料组合物。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光浆料组合物，所述组合物包括作为初始成分的下述
组分水；研磨剂(abrasive)；如式(I)的卤化季铵化合物
权利要求
1.ー种化学机械抛光浆料组合物，所述组合物包括作为初始成分的下述组分水；研磨剂；如式(I)的卤化季铵化合物
2.如权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物，其中所述化学机械抛光浆料组合物 包括作为初始成分的下述组分水；0. l-40wt%的研磨剂；0. 001-lwt%的如式(I)的卤化季铵化合物；和O-Iwt %的如式(II)的双季化物质。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物，其中所述化学机械抛光浆料组合物 包括作为初始成分的下述组分水；0. I-IOwt %的研磨剂；0. 002-0. 5wt %的如式(I)的卤化季铵化合物，其中R8选自-(CH2)2-基，-CH2CHOH 基，-(CH2) 3"基和-(CH2) 2-CH0H ；其中X1是选自氯化物和溴化物的卤化物；其中R9、Rw和R11 各自独立地选自-CH3基和-CH2CH3基；并且式(I)中的阴离子选自氯化物阴离子和溴化物 阴离子；和，0. 002-0. 2wt%的如式(II)的双季化物质；其中每个A为N;其中R1为-(CH2)4-基；其中 R2、R3、R4、R5、R6 和 R7 各自为-(CH2) 3CH3 基。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物，其中所述化学机械抛光浆料组合物包括作为初始成分的下述组分水；0. l-10wt%的研磨剂，其中研磨剂为具有20-50nm平均粒径的胶体二氧化硅研磨剂；0. 01-0. 2wt %的如式(I)的卤化季铵化合物，其中R8选自-(CH2) 2-基、-CH2CHOH 基、-(CH2) 3"基和-(CH2) 2-CH0H ；其中X1是选自氯化物和溴化物的卤化物；其中R9、!^和R11 各自独立地选自-CH3基和-CH2CH3基；并且式(I)中的阴离子选自氯化物阴离子和溴化物阴离子；和，0. 01-0. 05wt%的如式(II)的双季化物质；其中每个A为N;其中R1为-(CH2)4-基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自为-(CH2)3CH3基；并且其中式(II)中平衡阳离子上的2+电荷的阴离子选自卤化物阴离子和氢氧根阴离子。
5.一种制备化学机械抛光浆料组合物的方法，所述方法包括提供水；提供研磨剂；提供一种如式(I)的卤化季铵化合物
6.一种化学机械抛光基材的方法，所述方法包括提供基材，其中该基材包括二氧化硅和Si3N4中的至少一种；提供如权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物，其中选择如式(I)的卤化季铵化合物的浓度和任选的如式(II)的双季化物质的浓度以调节化学机械研磨浆料组合物显示出的对于二氧化硅和Si3N4中的至少一种的去除速率；提供具有抛光面的化学机械抛光垫片；在化学机械抛光垫片的抛光面和基材之间的界面建立动态接触，下压力为 0. 69-34. 5kPa ；并且，将化学机械抛光浆料组合物分配在化学机械抛光垫片和基材之间的界面处或邻近处的化学机械抛光垫片上；其中提供的化学机械抛光浆料组合物具有小于7的pH值；其中基材被抛光；并且，其中二氧化硅和Si3N4中的至少一种的一部分被从基材去除。
7.如权利要求6所述的方法，其中所提供的化学机械抛光浆料组合物包括作为初始成分的下述组分水；0. l-10wt%的研磨剂，其中研磨剂为具有20-50nm平均粒径的胶体二氧化硅研磨剂；0. 01-0. 2wt %的如式(I)的卤化季铵化合物，其中R8选自-(CH2) 2-基、-CH2CHOH 基、-(CH2)3-基；其中X1是选自氯化物和溴化物的商化物；其中R9、R10和R11各自独立地选自-CH3基和-CH2CH3基；并且其中式(I)中的阴离子选自氯化物阴离子和溴化物阴离子； 和，0.01-0. 05wt%的如式(II)的双季化物质；其中每个A为N5R1为-(CH2)4-基；其中R2、 R3> R4、R5> R6 和 R7 各自为-(CH2) 3CH3 基；并且，所提供的化学机械抛光浆料组合物具有2-4的pH值。
8.如权利要求7所述的方法，其中基材包括二氧化硅并且其中化学机械抛光浆料组合物调节到具有200到3,000A/min的二氧化硅去除速率。
9.如权利要求7所述的方法，其中基材包括Si3N4并且其中化学机械抛光浆料组合物调节到具有300到2，000A/min的Si3N4去除速率。
10.如权利要求7所述的方法，其中基材包括二氧化硅和Si3N4并且其中化学机械抛光浆料组合物调节到显示出1 2-10 1比的二氧化硅相对于Si3N4的去除速率选择性。
全文摘要
一种化学机械抛光浆料组合物，包括作为初始成分的水；研磨剂；如式(I)的卤化季铵化合物；以及，任选地，如式(II)的双季化物质，其中每个A独立地选自N和P；其中R1选自饱和或不饱和的C1-C15烷基、C6-C15芳基和C6-C15芳烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自选自氢、饱和或不饱和的C1-C15烷基、C6-C15芳基、C6-C15芳烷基和C6-C15烷芳基；并且其中式(II)中的阴离子可为平衡式(II)中阳离子上的2+电荷的任何阴离子或阴离子的组合。同时，提供制备化学机械抛光浆料组合物的方法和使用化学机械抛光浆料组合物抛光基材的方法。
文档编号C09G1/02GK102559063SQ201110372479
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月22日 优先权日2010年9月22日
发明者K-A·K·雷迪, 刘振东, 张广云, 郭毅 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司