[发明专利]化学机械抛光组合物及其相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光组合物及其制备和使用方法。更具体来说，本发明涉及用来对包含氧化硅材料和氮化硅材料的基材进行抛光的化学机械抛光组合物。

背景技术

人们使用浅沟隔离(STI)结构将晶体管和晶体管部件，例如源/漏结或通道截断分隔开。STI结构通常通过以下方式形成：在基材上沉积一系列介电材料，然后对基材进行抛光，以除去多余的介电材料。常规的STI结构的一个例子包括在形成于硅基材上的氧化物层上沉积一个氮化硅层，对基材进行图案化和蚀刻，形成特征限定件，沉积氧化硅，填充所述特征限定件，然后对基材表面进行抛光，除去多余的氧化硅，形成特征。在所述基材中蚀刻特征的过程中，所述氮化硅层作为阻挡层、硬掩模，而在随后的抛光过程中作为抛光停止层。所述STI制造工艺需要对氧化硅层进行抛光，直至氮化硅层，同时氮化硅除去量极少，以防对下方覆盖的材料造成破坏。

最广泛使用的抛光STI基材的方法是通过三个独立的抛光步骤，使用三种不同的抛光浆液的化学机械抛光浅沟隔离(CMP-STI)工艺。第一个抛光步骤通常使用具有高磨料含量的基于氧化硅的浆液，以便大批去除氧化物。第二个抛光步骤通常使用对氧化硅/氮化硅具有高选择性(例如＞15)的基于氧化铈的浆液。然后是第三个抛光步骤，该步骤是一个擦光步骤，帮助从晶片表面清除颗粒。所述第三个抛光步骤可以除去一些氧化硅和氮化硅，以便校正形貌。所述第三抛光步骤是最终步骤，因此该步骤之后基材表面的平整度和缺陷度是很关键的。

随着器件的几何结构缩小，STI工艺的平整度要求变得更为严格。随着目前成本上的压力，越来越多的芯片制造商不再采用昂贵得多且耗时的反掩模STI制备法，转而采用直接抛光CMP-STI。CMP-STI的关键工艺性能标准是抛光后的凹槽氧化物厚度，活性区域氮化物厚度，以及模头内(WID)和晶片内(WIW)厚度范围。

Prabhu等人在美国专利第7,063,597号中揭示了一种用来满足直接抛光CMP-STI法的需求的方法。Prabhu等人揭示了一种用来处理基材的方法，该方法包括：提供一种基材，所述基材包括设置在图案化的介电材料上的大体积介电材料，其量足以填充所述图案化的介电材料的特征限定件；使用第一抛光组合物以及不含磨料的抛光制品对基材进行抛光，直至基本上除去了大体积介电材料；使用第二抛光组合物和固定磨料抛光制品对所述基材进行抛光，以除去残余的大体积介电材料，使得特征限定件之间的图案化的介电材料暴露出来。

尽管如此，人们仍然需要可调节的化学机械抛光(CMP)组合物和方法，促进氧化硅和氮化硅的去除，用于所述三步CMP-STI法的最终步骤。

发明内容

在本发明的一个方面，提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质作为初始组分：式I的第一物质

式中R¹，R²，R³，R⁴，R⁵，R⁶和R⁷各自是化学式为-(CH₂)_n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数，任选地第一物质中的一个或多个氮原子可以以季氮形式提供，其中氮带正电荷；式II的第二物质

其中R⁸，R⁹，R¹⁰，R¹¹和R¹²各自选自氢和具有1-6个碳原子的烷基，其中任选地，R⁸，R⁹，R¹⁰，R¹¹和R¹²中的两种或更多种结合成环状结构，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷；磨料；和水。

在本发明的另一个方面，提供一种用来制备化学机械抛光组合物的方法，其包括：提供式I的第一物质

式中R¹，R²，R³，R⁴，R⁵，R⁶和R⁷各自是化学式为-(CH₂)_n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数，任选地第一物质中的一个或多个氮原子可以以季氮形式提供，其中氮带正电荷；提供式II的第二物质