[发明专利]对包含多晶硅以及氧化硅和氮化硅中的至少一种的基片进行抛光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光方法。更具体来说，本发明涉及用来在氧化硅和氮化硅中的至少一种的存在下，对包含多晶硅的基片进行抛光的化学机械抛光方法。

背景技术

在集成电路和其它电子器件的制造中，在半导体晶片的表面上沉积多层的导电材料、半导体材料和介电材料，或者将这些材料层从半导体晶片的表面除去。可以使用一些沉积技术沉积导电材料、半导体材料和介电材料的薄层。现代晶片加工中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀覆(ECP)等。

当材料层被依次沉积和除去的时候，晶片最上层的表面变得不平。因为随后的半导体加工(例如镀覆金属)需要晶片具有平坦的表面，所以晶片需要平面化。平面化可用来除去不希望出现的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。

化学机械平面化，即化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片之类的基片进行平面化的常用技术。在常规的CMP中，将晶片安装在支架组件上，设置在与CMP设备中的抛光垫接触的位置。所述支架组件为晶片提供可控制的压力，将其压向抛光垫。通过外界驱动力使得抛光垫相对于晶片运动(例如转动)。与此同时，在晶片和抛光垫之间提供抛光组合物(“浆液”)或者其它的抛光溶液。因此，通过抛光垫表面以及浆液的化学作用和机械作用，对晶片的表面进行抛光使其成为平的。

一种用来隔离半导体器件的元件的方法被称作浅槽隔离(STI)工艺，其通常包括采用形成于硅基片上的氮化硅层，在氮化硅层中形成浅槽，沉积介电材料(例如氧化物)来填充所述槽。通常会在基片的顶部沉积过量的介电材料，以确保完全填充所述槽。然后使用化学机械平面化技术除去所述过量的介电材料层，露出所述氮化硅层。

过去的器件设计侧重于氧化硅/氮化硅的化学机械平面化选择性(即，相对于氮化硅的去除速率，氧化硅的去除速率更高)。在这些器件设计中，氮化硅层作为化学机械平面化工艺的停止层。

近来的一些器件设计需要用于化学机械平面化工艺的抛光组合物，该组合物为氧化硅和氮化硅中的至少一种提供优于多晶硅的选择性(即，相对于多晶硅的去除速率，氧化硅和氮化硅中的至少一种的去除速率更高)。

Dysard等在美国专利申请公开第2007/0077865号中揭示了一种用于化学机械平面化工艺的抛光配方，此种配方提供对氧化硅和氮化硅中的至少一种相对于多晶硅的选择性。Dysard等揭示了一种对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括：(i)使得包含多晶硅以及选自氧化硅和氮化硅的材料的基片与化学机械抛光体系接触，所述化学机械抛光体系包含：(a)磨料，(b)液体载体，(c)以所述液体载体以及溶解或悬浮在其中的任意组分的重量为基准，约1-100ppm的HLB约等于或小于15的聚环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物，以及(d)抛光垫，(ii)使得所述抛光垫相对于所述基片运动，以及(iii)磨掉所述基片的至少一部分，从而抛光所述基片。

Park等在美国专利第6,626,968号中揭示了另一种用于化学机械平面化工艺的抛光配方，此种配方提供对氧化硅和氮化硅中的至少一种相对于多晶硅的选择性。Park等揭示了一种化学机械抛光组合物，该组合物为浆液的形式，pH值为7-11，用来同时对包括氧化硅层和多晶硅层的表面进行抛光，所述浆液主要由以下组分组成：水；磨料颗粒，其选自二氧化硅(SiO₂)，氧化铝(Al₂O₃)，二氧化铈(CeO₂)，氧化锰(magania，Mn₂O₃)以及它们的混合物；以及约0.001-5重量％的聚合物添加剂，其选自聚乙烯基甲基醚(PVME)，聚乙二醇(PEG)，聚氧乙烯(23)月桂基醚(POLE)，聚丙酸(PPA)，聚丙烯酸(PAA)，聚醚二醇二醚(PEGBE)，以及它们的混合物；其中，所述聚合物添加剂改进了氧化硅层去除相对于多晶硅层去除的选择性比。

尽管如此，为了支持用于半导体制造系统中器件设计的不断变化的方面，人们仍然一直需要配制化学机械抛光组合物，以提供所希望的适合变化的设计要求的抛光性质之间的平衡。例如，人们仍然需要具有以下性质的化学机械抛光组合物：该组合物显示特定的去除速率和去除速率选择性，相对于多晶硅，有利于除去氮化硅和氧化硅中的至少一种。

发明内容