[发明专利]选择性硅石抛光的浆料组合物和方法

说明书

一种用于化学‑机械抛光的酸性浆料组合物，其包含酸性pH调节剂和包含季化芳族杂环的阳离子型抛光抑制剂。季化芳族杂环赋予硅石相对于晶体硅至少100的抛光选择性。

发明领域

本发明涉及用于化学-机械抛光(chemical-mechanical polish)包含硅石(silica)和晶体硅的基底的浆料组合物(slurry composition)以及使用该浆料组合物的方法。

背景技术

现有技术对浆料的化学机械抛光在硅石(二氧化硅(silicon dioxide))和多晶硅(晶体硅)之间显示出较差的选择性。

随着工业继续寻求生产量(production throughput)的改进以便提高成本效益，使用各种磨料同时获得高表面质量的较高的硅石对多晶硅的抛光选择性变得高度合意的。

发明简述

本发明提供了增加硅石(二氧化硅)优先于多晶硅的抛光速率(polish rate)的选择性的方法。该方法涉及含有抛光抑制剂的酸性含水浆料，所述抛光抑制剂包含阳离子型有机化合物。特别地，阳离子型有机化合物是季化芳族杂环或包含季化芳族杂环。

根据本发明的浆料组合物是酸性的。多晶硅在本领域中已知在暴露于中性和碱性含水环境时通过水解分解。这些环境可以定义为具有7和更高的pH值的水溶液。这种行为在pH水平略低于7时表现出来是可能的。在pH 7和更高的含水环境中，多晶硅通过水解分解并形成氢氧化硅。在pH 7和更高的相同的含水环境中，硅石也形成氢氧化硅。因此，在pH 7和更高的含水环境中，硅石以大于50的选择性优先于多晶硅的选择性抛光变得困难。这是因为硅石和多晶硅二者都开始分解并基本上转化为相同的材料—氢氧化硅。

根据本发明的浆料组合物可以被用于抛光包含硅石和多晶硅的非均匀基底表面，其中硅石相对于多晶硅的优先性(preference)(选择性)可以是至少50、至少75、至少100、至少125、至少150或至少175。还设想高于上述值或在上述值之间的值。

本发明还提供了使用该浆料组合物抛光非均匀基底表面的方法。

本发明的前述特征和其他特征在下文中被更充分地描述并且在权利要求中被特别指出，下面的描述详细阐述了本发明的某些说明性实施方案，然而，这些仅仅指示了可以在其中采用本发明的原理的各种方式中的一些。

发明详述

本发明提供了增加硅石优先于多晶硅的抛光速率的选择性的方法。该方法涉及含有抛光抑制剂的含水浆料，所述抛光抑制剂包含阳离子型有机化合物。特别地，阳离子型有机化合物是季化芳族杂环或包含季化芳族杂环。

本发明提供酸性含水抛光浆料组合物，其包含水(优选地去离子水)、二氧化铈颗粒、pH调节剂以及抑制多晶硅优先于硅石的抛光速率的剂。改进硅石相对于多晶硅的抛光选择性的剂是抑制剂，该抑制剂降低多晶硅的绝对抛光速率，同时保持硅石的抛光速率基本上不变，从而将硅石相对于多晶硅的抛光选择性提高约100倍。pH调节剂在浆料中存在至以下所需的程度：将pH降低至5.5或低于5.5；优选地至5或低于5，更优选地至4.5或低于4.5，并且还更优选地至4或低于4。

季化芳族杂环包括杂环芳族环结构或多环结构，该多环结构是稠合的或通过不是任一个环结构的一部分的至少一个原子彼此分离。

季化芳族杂环包含能够显示四价状态(quaternary state)的至少一个原子。这样的原子的非限制性实例包括氮(铵)和磷(鏻)。对化合物的分子量没有限制。该化合物在性质上可以是聚合的或低聚的，或者包括低分子量物质。该化合物可以包括一个四价位点或多个位点，没有限制。对侧基的长度或结构没有限制。四价(带正电荷的-阳离子)原子与带负电荷的阴离子平衡。对带负电荷的阴离子没有限制。典型的但非限制性的阴离子包括氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸根、硫酸根和磷酸根。