用于浅沟槽隔离的化学机械平面化抛光的制作方法

背景技术：

1、本发明涉及用于浅沟槽隔离(sti)工艺的化学机械平面化(cmp)。

2、在微电子器件的制造中，所涉及的重要步骤是抛光，尤其是为了回收所选材料和/或使结构平面化的目的而用于化学机械抛光的表面。

3、例如，sin层在sio2层下沉积以用作抛光停止。这种抛光停止的作用在浅沟槽隔离(sti)结构中特别重要。选择性特征性地表示为氧化物抛光速率与氮化物抛光速率的比率。实例是与氮化硅(sin)相比增加的二氧化硅(sio2)的抛光选择性比率。

4、在图案化sti结构的整体平面化中，减少氧化物沟槽凹陷是要考虑的关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的电流泄漏。跨管芯(管芯内)的非均匀沟槽氧化物损失将影响晶体管性能和器件制造产率。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致晶体管的不良隔离，从而导致器件故障。因此，重要的是通过在sti cmp抛光组合物中减少氧化物沟槽凹陷来减少沟槽氧化物损失。

5、美国专利6,491,943公开了用于浅沟槽隔离(sti)抛光应用的抛光组合物，其含有作为二氧化铈或二氧化钛颗粒的磨料颗粒和α-氨基酸。所报告的实施例仅列出氧化物及sin去除速率和氧化物:sin选择性，在所列出的任何实施例中完全没有凹陷数据。

6、美国专利8,409,990公开了用于浅沟槽隔离(sti)抛光应用的使用二氧化铈颗粒作为磨料和香草酸或脯氨酸或异丙醇作为化学添加剂的抛光组合物。所报告的实施例仅列出氧化物移除速率，在所列出的任何实施例中完全没有sin去除速率和凹陷数据。

7、美国专利申请20130248756a1教导了抛光，其包括：作为磨料的二氧化铈，两亲性非离子表面活性剂，其中两亲性非离子表面活性剂选自水溶性线性聚氧化烯嵌段聚合物、水溶性分支聚氧化烯嵌段共聚物、水分散性线性聚氧化烯嵌段聚合物和水分散性分支聚氧化烯嵌段共聚物。在所报告的实施例中，列出了氧化物:多晶硅的高选择性，但总体而言，所报告的sin去除速率仍高于并且在所列出的任何实施例中完全没有凹陷数据。

8、美国专利6,616,514公开了一种化学机械抛光浆料，其用于通过化学机械抛光优先于氮化硅从制品表面去除第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包含磨料、水性介质和不离解质子的有机多元醇，所述有机多元醇包括具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的化合物，或由至少一种具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的单体形成的聚合物。

9、美国专利申请us20160160083a1教导了抛光组合物，其使用二氧化铈颗粒作为磨料，和具有羧酸或磷酸官能团的阴离子聚合物作为添加剂，或使用一些多羟基有机化合物作为用于sti cmp应用的添加剂。在所报告的实施例中，报告了氧化物、sin、多晶硅去除速率及其相关选择性，但在所列任何实施例中完全没有报告凹陷数据。

10、美国专利申请20190093051a1教导了一种用于表面处理待抛光的抛光物体的表面处理组合物，所述待抛光物体是在用抛光组合物抛光之后获得的，所述抛光组合物包含二氧化铈、具有羧基或其盐的聚合物添加剂或多价羟基化合物。在所报告的实施例中，没有报告氧化物、sin、多晶硅去除速率及其相关的选择性，并且在所列任何实施例中完全没有报道凹陷数据。

11、然而，那些先前公开的浅沟槽隔离(sti)抛光组合物没有涉及氧化物沟槽凹陷减少的重要性。

12、从上述内容应该显而易见的是，在本领域中仍然需要，除二氧化硅的高去除速率以及二氧化硅相对于氮化硅的高选择性外，可以在sti化学和机械抛光(cmp)工艺中提供减少的氧化物沟槽凹陷和改善的抛光窗口稳定性的化学机械抛光的组合物、方法和系统。

技术实现思路

1、本发明通过提供用于浅沟槽隔离(sti)cmp应用的化学机械抛光(cmp)组合物来满足上述需要。通过在酸性、中性和碱性ph条件下引入三种化学添加剂作为氧化物沟槽凹陷减少添加剂，该组合物提供了减少的氧化物沟槽凹陷，并因此提供改善的过抛光窗口稳定性。

2、所公开的用于浅沟槽隔离(sti)cmp应用的化学机械抛光(cmp)组合物具有使用无机氧化物颗粒和合适的化学添加剂作为氧化物沟槽凹陷减少添加剂的独特组合。

3、更具体地，本发明提供sti cmp组合物，其使用三种不同化学添加剂的组合来抑制sin而同时抑制多晶硅去除速率，因此提供所需的氧化物:sin或氧化物:多晶硅的高去除选择性，同时提供减少的氧化物沟槽凹陷。

4、在一个方面，提供了一种sti cmp抛光组合物，其包含：

5、磨料颗粒；

6、至少两种，优选至少三种不同的化学添加剂；

7、溶剂；和

8、任选地

9、杀生物剂；和

10、ph调节剂；

11、其中组合物的ph为2至12，优选3至10，且更优选4至9。

12、磨料颗粒包括但不限于无机氧化物颗粒、金属氧化物涂覆的无机氧化物颗粒、有机聚合物颗粒、金属氧化物涂覆的有机聚合物颗粒、表面改性的无机氧化物颗粒及其组合。

13、无机氧化物颗粒包括但不限于二氧化铈、煅烧二氧化铈、胶体二氧化硅、高纯度胶体二氧化硅、热解二氧化硅、胶体二氧化铈、氧化铝、二氧化钛和氧化锆颗粒。

14、煅烧二氧化铈颗粒的实例是由研磨方法制备的煅烧二氧化铈颗粒。

15、金属氧化物涂覆的无机氧化物颗粒包括但不限于二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒，如二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的氧化铝、二氧化铈涂覆的二氧化钛、二氧化铈涂覆的氧化锆和任何其它二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒。

16、有机聚合物颗粒包括但不限于聚苯乙烯颗粒、聚氨酯颗粒、聚丙烯酸酯颗粒和任何其它有机聚合物颗粒。

17、金属氧化物涂覆的有机聚合物颗粒包括但不限于二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒和氧化锆涂覆的有机聚合物颗粒。

18、表面改性的无机氧化物颗粒包括但不限于sio2-r-nh2和-sio-r-so3m；其中r可以是例如(ch2)n基团，其中n的范围为1至12，并且m可以是例如钠、钾或铵。这种表面化学改性的二氧化硅颗粒的实例包括但不限于来自fuso chemical company的fuso pl-2c。

19、无机氧化物颗粒的粒度范围为10nm至500nm，优选的粒度范围为20nm至300nm，更优选的粒度范围为50nm至250nm。

20、优选的磨料颗粒是煅烧二氧化铈。

21、溶剂包括但不限于去离子(di)水、蒸馏水和醇溶剂。

22、组合的至少两种、优选至少三种不同的化学添加剂一起起作用以减少氧化物沟槽凹陷并抑制多晶硅去除速率，从而提高氧化物相对于多晶硅的去除选择性。

23、第一类型的化学添加剂包括在其分子结构中含有至少两个或更多个，优选四个或更多个，更优选六个或更多个羟基官能团的有机聚合物。第一类型的化学添加剂用作氧化物沟槽凹陷减少剂。

24、这些化学添加剂中的一些具有如下所列的一般分子结构：

25、

26、n选自2至5,000，优选的n为3至12，且更优选的n为4至7。

27、r1、r2、r3和r4可以是相同或不同的原子或官能团。

28、它们可以独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合；其中它们中的至少两个或更多个，优选四个是氢原子。

29、当r1、r2、r3和r4全部为氢原子时，化学添加剂携带多个羟基官能团。此类化学添加剂的一些实例的分子结构如下所列：

30、

31、优选的第一类型的化学添加剂包括但不限于d-甘露糖、l-甘露糖、核糖醇(d-核糖醇)、木糖醇、内-赤藓糖醇、d-山梨糖醇、甘露糖醇、卫矛醇、艾杜糖醇、麦芽糖醇、果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、d-核糖和肌醇。

32、sti cmp浆料含有浓度范围为0.001重量％至2.0重量％、0.025重量％至1.0重量％或0.05重量％至0.5重量％的第一类型化学添加剂。

33、第二类型的化学添加剂是含羧酸基团或其盐的有机聚合物。

34、第二类型的化学添加剂起氧化物沟槽凹陷减少剂的作用。

35、含羧酸基团或其盐的有机聚合物包括但不限于聚丙烯酸酯、聚丙烯酸及其盐，其具有如下所列的一般分子结构：

36、

37、r包括但不限于h，包括但不限于铵、钾和钠离子的离子。n表示单体重复单元的数量，并且可以在14至13889、14至139或14至70的范围内。或者n的数量给出了范围在1,000至1,000,000、1,000至10,000或1,000至5,000的有机聚合物的分子量。

38、sti cmp浆料含有浓度范围为0.001重量％至2.0重量％、0.005重量％至1.0重量％或0.01重量％至0.5重量％的第二类型的化学添加剂。

39、第三类型的化学添加剂是聚乙二醇(peg)，或含peg的共聚物。聚乙二醇(peg)主要用作多晶硅去除速率抑制剂。

40、peg的一般结构如下所列：

41、

42、单体重复单元的数量n在4至22727的范围内，其对应于分子量范围为200至1,000,000的peg分子。

43、sti cmp浆料含有浓度范围为0.0001重量％至1.0重量％、0.00025重量％至0.5重量％、0.0005重量％至0.1重量％或0.00075重量％至0.05重量％的第三类型的化学添加剂。

44、在另一个方面，提供了一种在浅沟槽隔离(sti)工艺中使用上述化学机械抛光(cmp)组合物对具有至少一个包含二氧化硅的表面的衬底进行化学机械抛光(cmp)的方法。

45、在另一个方面中，提供一种在浅沟槽隔离(sti)工艺中使用上述化学机械抛光(cmp)组合物对具有至少一个包含二氧化硅的表面的衬底进行化学机械抛光(cmp)的系统。

46、抛光的氧化物膜可以是化学气相沉积(cvd)、等离子体增强cvd(pecvd)、高密度沉积cvd(hdp)或旋涂氧化物膜。

47、以上公开的衬底可进一步包含至少一个含有多晶硅、氮化硅或多晶硅和氮化硅两者的表面。sio2:多晶硅的去除选择性大于10，优选大于20，并且更优选大于30。sio2:sin的去除选择性大于10，优选大于20，并且更优选大于30。