專利名稱：具有可調介電拋光選擇性的漿料組合物及拋光基材的方法
技術領域：
本發明大體上涉及化學機械拋光領域。特別地，本發明涉及一種化學機械拋光漿料組合物和一種半導體材料的化學機械拋光方法以及，更特別的是涉及一種對如二氧化硅和Si3N4的介電薄膜具有可調節的去除速率和去除速率選擇性的化學機械拋光漿料組合物，該組合物用于在如高-K金屬柵、銅阻隔、夾層介電質(ILD)和淺溝槽隔離(STI)方法中化學機械拋光半導體結構的介電層。
背景技術：
在集成電路和其它電子裝置的制造中，多層導體、半導體和介電材料沉積在半導體晶片的表面之上或從半導體晶片的表面上去除。導體、半導體和介電材料的薄層可以通過多種沉積技術進行沉積。現代加工中常用的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)，也被稱做濺射，化學氣相沉積(CVD)，等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)和電化學電鍍(ECP)。由于材料層相繼地沉積和被去除，晶片的最上層表面變得不平坦。由于后續的半導體加工(例如，金屬化)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、聚結(agglomerated)材料、晶格損傷、刮傷和污染層或材料。化學機械平整，或化學機械拋光(CMP)，是常用的平整如半導體晶片的基材的技術。在常規的CMP中，晶片安裝在載體組合件上并且置于與CMP裝置中的拋光墊片接觸的位置。載體組合件(assembly)對晶片提供可控制的壓力，使其壓在拋光墊片上。通過外部的驅動力，墊片相對于晶片移動(例如，旋轉)。與此同時，拋光組合物(“漿料”)或其它拋光液被提供于晶片和拋光墊片之間。因此，晶片表面通過墊片表面和漿料的化學和機械作用被拋光和使平整。一種用于隔離(isolation)半導體裝置的元件的方法，指的是淺溝槽隔離(STI) 方法，通常涉及使用形成在硅基材上的氮化硅(Si3N4)層，在氮化硅層中形成淺溝槽并且沉積介電材料(例如，氧化物)以填充溝槽。典型地，在基材的頂部沉積過量的介電材料以保證溝槽的完全填充。之后使用化學機械平整技術去除過量的介電材料以暴露出氮化硅層。過去的裝置設計強調了二氧化硅相對于氮化硅的的化學機械平整選擇性(即相對于氮化硅的去除速率，具有更高的二氧化硅去除速率)。在這些裝置設計中，氮化硅層作為化學機械平整方法中的停蝕層(stopping layer)。在化學機械平整方法中，某些近來的裝置設計需要對于二氧化硅的選擇性優于多晶硅的拋光組合物(即相對于多晶硅的去除速率，具有更高的二氧化硅去除速率)。美國專利申請公開No. 2007/0077865中Dysard等公開了一種用于化學機械平整化方法的拋光配方，所述拋光配方提供了二氧化硅和氮化硅中的至少一種相對于多晶硅的選擇性。Dysard等公開了一種化學機械拋光基材的方法，該方法包括(i)將含有多晶硅和選自二氧化硅和氮化硅的材料的基材與化學機械拋光體系接觸，該體系包括(a)研磨劑， (b)液態載體，(c)基于液態載體和任何溶解或懸浮在其中的組分的重量計，約Ippm至約IOOppm的具有約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)拋光墊片，(ii)相對于基材移動拋光墊片，和 (iii)研磨至少一部分基材來拋光基材。在美國專利申請No. 6，6 ，968中Park等公開了另一種用于化學機械平整化方法的拋光配方，所述拋光配方提供了二氧化硅和氮化硅中的至少一種相對于多晶硅的選擇性。Park等公開了一種用于同時拋光具有二氧化硅層和多晶硅層的表面，pH值為7 至11的漿料形式的化學機械拋光組合物，所述的漿料組合物基本上由以下組分組成水， 選自二氧化硅(Si02)、氧化鋁(A1203)、二氧化鈰(Ce02)、氧化錳(Mn2O3)及其混合物的磨粒，和約0.001wt%至約5襯％的選自聚乙烯基甲基醚(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劑組成，其中聚合物添加劑改善二氧化硅層相對于多晶硅層的去除選擇比。盡管如此，為了維持半導體體系制造中的裝置設計的動態場(dynamic field)，對于能夠適應于設計變化需求的具有所期望的拋光性能平衡性的化學機械拋光組合物配方還是存在持續的需要。例如，仍然需要對如二氧化硅和Si3N4介電膜表現出可調節的去除速率和去除速率選擇性的化學機械拋光漿料組合物。

發明內容
本發明提供一種化學機械拋光漿料組合物，所述組合物包括作為初始成分的下述
組分水；研磨劑(abrasive)；如式(I)的鹵化季銨化合物
權利要求
1.ー種化學機械拋光漿料組合物，所述組合物包括作為初始成分的下述組分水；研磨劑；如式(I)的鹵化季銨化合物
2.如權利要求1所述的化學機械拋光漿料組合物，其中所述化學機械拋光漿料組合物 包括作為初始成分的下述組分水；0. l-40wt%的研磨劑；0. 001-lwt%的如式(I)的鹵化季銨化合物；和O-Iwt %的如式(II)的雙季化物質。
3.如權利要求1所述的化學機械拋光漿料組合物，其中所述化學機械拋光漿料組合物 包括作為初始成分的下述組分水；0. I-IOwt %的研磨劑；0. 002-0. 5wt %的如式(I)的鹵化季銨化合物，其中R8選自-(CH2)2-基，-CH2CHOH 基，-(CH2) 3"基和-(CH2) 2-CH0H ；其中X1是選自氯化物和溴化物的鹵化物；其中R9、Rw和R11 各自獨立地選自-CH3基和-CH2CH3基；并且式(I)中的陰離子選自氯化物陰離子和溴化物 陰離子；和，0. 002-0. 2wt%的如式(II)的雙季化物質；其中每個A為N;其中R1為-(CH2)4-基；其中 R2、R3、R4、R5、R6 和 R7 各自為-(CH2) 3CH3 基。
4.如權利要求1所述的化學機械拋光漿料組合物，其中所述化學機械拋光漿料組合物包括作為初始成分的下述組分水；0. l-10wt%的研磨劑，其中研磨劑為具有20-50nm平均粒徑的膠體二氧化硅研磨劑；0. 01-0. 2wt %的如式(I)的鹵化季銨化合物，其中R8選自-(CH2) 2-基、-CH2CHOH 基、-(CH2) 3"基和-(CH2) 2-CH0H ；其中X1是選自氯化物和溴化物的鹵化物；其中R9、!^和R11 各自獨立地選自-CH3基和-CH2CH3基；并且式(I)中的陰離子選自氯化物陰離子和溴化物陰離子；和，0. 01-0. 05wt%的如式(II)的雙季化物質；其中每個A為N;其中R1為-(CH2)4-基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自為-(CH2)3CH3基；并且其中式(II)中平衡陽離子上的2+電荷的陰離子選自鹵化物陰離子和氫氧根陰離子。
5.一種制備化學機械拋光漿料組合物的方法，所述方法包括提供水；提供研磨劑；提供一種如式(I)的鹵化季銨化合物
6.一種化學機械拋光基材的方法，所述方法包括提供基材，其中該基材包括二氧化硅和Si3N4中的至少一種；提供如權利要求1所述的化學機械拋光漿料組合物，其中選擇如式(I)的鹵化季銨化合物的濃度和任選的如式(II)的雙季化物質的濃度以調節化學機械研磨漿料組合物顯示出的對于二氧化硅和Si3N4中的至少一種的去除速率；提供具有拋光面的化學機械拋光墊片；在化學機械拋光墊片的拋光面和基材之間的界面建立動態接觸，下壓力為 0. 69-34. 5kPa ；并且，將化學機械拋光漿料組合物分配在化學機械拋光墊片和基材之間的界面處或鄰近處的化學機械拋光墊片上；其中提供的化學機械拋光漿料組合物具有小于7的pH值；其中基材被拋光；并且，其中二氧化硅和Si3N4中的至少一種的一部分被從基材去除。
7.如權利要求6所述的方法，其中所提供的化學機械拋光漿料組合物包括作為初始成分的下述組分水；0. l-10wt%的研磨劑，其中研磨劑為具有20-50nm平均粒徑的膠體二氧化硅研磨劑；0. 01-0. 2wt %的如式(I)的鹵化季銨化合物，其中R8選自-(CH2) 2-基、-CH2CHOH 基、-(CH2)3-基；其中X1是選自氯化物和溴化物的商化物；其中R9、R10和R11各自獨立地選自-CH3基和-CH2CH3基；并且其中式(I)中的陰離子選自氯化物陰離子和溴化物陰離子； 和，0.01-0. 05wt%的如式(II)的雙季化物質；其中每個A為N5R1為-(CH2)4-基；其中R2、 R3> R4、R5> R6 和 R7 各自為-(CH2) 3CH3 基；并且，所提供的化學機械拋光漿料組合物具有2-4的pH值。
8.如權利要求7所述的方法，其中基材包括二氧化硅并且其中化學機械拋光漿料組合物調節到具有200到3,000A/min的二氧化硅去除速率。
9.如權利要求7所述的方法，其中基材包括Si3N4并且其中化學機械拋光漿料組合物調節到具有300到2，000A/min的Si3N4去除速率。
10.如權利要求7所述的方法，其中基材包括二氧化硅和Si3N4并且其中化學機械拋光漿料組合物調節到顯示出1 2-10 1比的二氧化硅相對于Si3N4的去除速率選擇性。
全文摘要
一種化學機械拋光漿料組合物，包括作為初始成分的水；研磨劑；如式(I)的鹵化季銨化合物；以及，任選地，如式(II)的雙季化物質，其中每個A獨立地選自N和P；其中R1選自飽和或不飽和的C1-C15烷基、C6-C15芳基和C6-C15芳烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7各自選自氫、飽和或不飽和的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)中的陰離子可為平衡式(II)中陽離子上的2+電荷的任何陰離子或陰離子的組合。同時，提供制備化學機械拋光漿料組合物的方法和使用化學機械拋光漿料組合物拋光基材的方法。
文檔編號C09G1/02GK102559063SQ201110372479
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月22日 優先權日2010年9月22日
發明者K-A·K·雷迪, 劉振東, 張廣云, 郭毅 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司