具有高的移除速率和低的缺陷率的對于氧化物和氮化物有選擇性的化學機械拋光組合物的制作方法
【專利說明】具有高的移除速率和低的缺陷率的對于氧化物和氮化物有 選擇性的化學機械拋光組合物
【背景技術】
[0001] 用于平坦化或拋光基材表面的組合物和方法是本領域中公知的。拋光組合物（也 稱為拋光漿料）典型地含有在液體載體中的研磨材料并通過使表面與用拋光組合物飽和 的拋光墊接觸而施加至所述表面。典型的研磨材料包括二氧化娃、氧化姉、氧化侶、氧化錯 和氧化錫。拋光組合物典型地與拋光墊（例如拋光布或盤）結合使用。代替被懸浮于拋光 組合物中，或除被懸浮于拋光組合物中之外，研磨材料可被引入拋光墊中。
[0002] 作為用于隔離半導體器件的元件的方法，大量注意力被引向淺溝槽隔離（STI)工 藝，其中在娃基材上形成氮化娃層，經(jīng)由蝕刻或光刻法形成淺溝槽，且沉積介電層（例如， 氧化物）W填充所述溝槽。由于W此方式形成的溝槽或線路的深度的變化，典型地必須在 基材頂部上沉積過量的介電材料W確保完全填充所有溝槽。隨后典型地通過化學-機械平 坦化工藝移除過量的介電材料W使氮化娃層暴露。當?shù)迣颖槐┞稌r，暴露于化學-機 械拋光組合物的基材的最大區(qū)域包含氮化娃，其必須隨后被拋光W實現(xiàn)高度地平坦和均勻 的表面。
[0003] 通常，過去的實踐已強調(diào)氧化物拋光優(yōu)先于氮化娃拋光的選擇性。因此，氮化娃層 已在化學-機械平坦化工藝期間充當停止層，因為在氮化娃層暴露時總的拋光速率降低。
[0004] 近來，還已強調(diào)了氧化物拋光優(yōu)先于多晶娃拋光的選擇性。例如，添加一系列 BRIJ?和聚環(huán)氧乙燒表面活性劑、W及PLUR0NIC?k64即具有15的HLB的環(huán)氧乙燒-環(huán)氧 丙烷-環(huán)氧乙燒=嵌段共聚物被聲稱提高氧化物相對于多晶娃的拋光選擇性（參見Lee等 人，"EffectsofNonionicSurfsctsntsonOxide-t〇-PolysiliconSelectivityduring QiemicalMechanicalPolishing",J.Elect;rochem.Soc.，149(8):G477-G481(2002))。此 夕F，美國專利6, 626, 968公開了通過使用選自如下的具有親水和疏水官能團的聚合物添加 劑可改善氧化娃相對于多晶娃的拋光選擇性：聚乙締基甲基酸、聚乙二醇、聚氧乙締23月 桂基酸、聚丙酸、聚丙締酸、和聚酸二醇二（酸）。 陽0化]典型地使用常規(guī)的拋光介質(zhì)和含有研磨劑的拋光組合物拋光STI基材。然而， 已觀察到利用常規(guī)的拋光介質(zhì)和含有研磨劑的拋光組合物拋光STI基材導致在STI特征 (feature)中基材表面的過度拋光或形成凹處W及形成其它形貌缺陷，例如基材表面上的 微刮痕。該在STI特征中的過度拋光和形成凹處的現(xiàn)象稱為表面凹陷（dishing)。表面凹 陷是不合乎需要的，因為基材特征的表面凹陷可通過造成晶體管和晶體管部件（組件）彼 此隔離失敗，由此導致短路而不利地影響器件制造。另外，基材的過度拋光還可導致氧化物 損失并使下伏氧化物暴露于來自拋光或化學活性的損害，運不利地影響器件品質(zhì)和性能。
[0006] 因此，在本領域中仍然需要可提供氧化娃、氮化娃和多晶娃的合乎需要的選擇性 且具有合適的移除速率、低的缺陷率（defectivity)、和合適的表面凹陷性能的拋光組合物 和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供化學-機械拋光組合物，其包含如下物質(zhì)、基本上由如下物質(zhì)組成、或 由如下物質(zhì)組成：(a)氧化姉（ceria)研磨劑、化）式I的離子聚合物、和（C)水：
[0008]
[0009] 其中X嘴X2獨立地選自氨、-0H、和-C00H，且其中X嘴X2中的至少一個為-C00H， Z郝Z2獨立地為0或S，R1、R2、R嘴R4獨立地選自氨、CI-Ce烷基、和C7-Ci。芳基，且n為3 至500的整數(shù)，其中拋光組合物具有1至4. 5的抑。
[0010] 本發(fā)明還提供對基材進行化學-機械拋光的方法，其包括：（i)使基材與拋光墊和 化學-機械拋光組合物接觸，該化學-機械拋光組合物包含如下物質(zhì)、基本上由如下物質(zhì)組 成、或由如下物質(zhì)組成：(a)氧化姉研磨劑、化）式I的離子聚合物、和（C)水：
[0011]
[0012] 其中Xi和X2獨立地選自氨、-0H、和-C00H，且其中X1和X2中的至少一個為-C00H， Z郝Z2獨立地為0或S，R1、R2、R嘴R4獨立地選自氨、CI-Ce烷基、和C7-Ci。芳基，且n為3 至500的整數(shù)，其中拋光組合物具有1至4. 5的抑，（ii)使拋光墊和機械化學拋光組合物 相對于基材移動，和（iii)研磨基材的至少一部分W拋光基材。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明提供化學-機械拋光組合物，其包含如下物質(zhì)、基本上由如下物質(zhì)組成、或 由如下物質(zhì)組成：(a)氧化姉研磨劑、化）式I的離子聚合物、（C)水、和（d)任選的一種或 多種本文中描述的其它組分，
[0014]
陽01引 其中X嘴X2獨立地選自氨、-0H、和-C00H，且其中X嘴X2中的至少一個為-C00H， Z郝Z2獨立地為0或S，R1、R2、R嘴R4獨立地選自氨、CI-Ce烷基、和C7-Ci。芳基，且n為3 至500的整數(shù)，其中該拋光組合物具有1至4. 5的抑。
[0016] 化學-機械拋光組合物包含氧化姉研磨劑。如本領域普通技術人員所知曉的，氧 化姉為稀±金屬姉的氧化物且還稱為氧化姉（cericOXi化）、氧化姉（ceriumoxide)(例如 氧化姉（IV))、或二氧化姉。氧化姉（IV) (Ce〇2)可通過般燒草酸姉或氨氧化姉而形成。姉 還形成氧化姉（III)，例如Ce2〇3。氧化姉研磨劑可為氧化姉的運些或其它氧化物的任意一 種或多種。
[0017] 氧化姉研磨劑可具有任何合適的類型。如本文中所使用的，"濕法"氧化姉是指通 過沉淀、縮合-聚合、或類似方法制備的氧化姉（與例如火成（fumed)或熱解氧化姉相反）。 已典型地發(fā)現(xiàn)，當用于根據(jù)本發(fā)明的方法拋光基材時，包含濕法氧化姉研磨劑的本發(fā)明的 拋光組合物呈現(xiàn)較少的缺陷。不希望受特定理論的束縛，認為濕法氧化姉包括球形氧化姉 顆粒和/或較小的聚集氧化姉顆粒，從而當用于本發(fā)明方法時導致較低的基材缺陷率。說 明性濕法氧化姉為可自化Odia購得的肥-60?。
[0018] 氧化姉顆粒可具有任何合適的平均尺寸（即，平均粒徑）。如果平均氧化姉粒度太 小，則拋光組合物可無法呈現(xiàn)足夠的移除速率。相反，如果平均氧化姉粒度太大，則拋光組 合物可呈現(xiàn)不合乎需要的拋光性能，例如差的基材缺陷率。因此，氧化姉顆?？删哂蠭Onm 或更大、例如15nm或更大、20nm或更大、25nm或更大、30nm或更大、35nm或更大、40nm或更 大、45nm或更大、或50nm或更大的平均粒度。替代地，或者另外，氧化姉可具有1，OOOnm或 更小、例如750nm或更小、500nm或更小、250nm或更小、150nm或更小、IOOnm或更小、75nm 或更小、或50nm或更小的平均粒度。因此，氧化姉可具有由前述端點中的任意兩個所界定 的平均粒度。例如，氧化姉可具有10皿至1, 000皿、10皿至750皿、15皿至500皿、20皿至 250nm、20nm至 150nm、25nm至 150nm、25nm至lOOnm、或 50nm至 150nm、或 50nm至IOOnm的 平均粒度。對于非球形氧化姉顆粒，顆粒的尺寸為包圍該顆粒的最小球的直徑。氧化姉的 粒度可使用任何合適的技術測量，例如，使用激光衍射技術。合適的粒度測量儀器可自例如 MalvernInstruments(Malvern,UK)獲得。
[0019] 氧化姉顆粒優(yōu)選在本發(fā)明拋光組合物中是膠體穩(wěn)定的。術語膠體指的是氧化姉顆 粒在液體載體（例如水）中的懸浮液。膠體穩(wěn)定性指的是該懸浮液隨時間的保持性。在本 發(fā)明的上下文中，如果當將研磨劑置于100毫升量筒中并使其無攬動地靜置2小時的時間 時，量筒底部50毫升中的顆粒濃度（怔]，Wg/mL表示）與量筒頂部50毫升中的顆粒濃度 ([T]，Wg/mL表示）之間的差除W研磨劑組合物中顆粒的初始濃度（[CLWg/mL表示） 小于或等于0.5(即，{怔]-[T]}/[C]《0.5)，則認為研磨劑是膠體穩(wěn)定的。更優(yōu)選地， 怔]-[T]/[C]的值小于或等于0. 3,且最優(yōu)選小于或等于0.1。
[0020] 拋光組合物可包含任何合適的量的氧化姉研磨劑。如果本發(fā)明的拋光組合物包含 太少的氧化姉研磨劑，則該組合物可無法呈現(xiàn)足夠的移除速率。相比之下，如果拋光組合物 包含太多的氧化姉研磨劑，則拋光組合物可呈現(xiàn)不合乎需要的拋光性能和/或可不是成本 有效的和/或可缺乏穩(wěn)定性。拋光組合物可包含10重量％或更少的氧化姉，例如9重量％ 或更少、8重量％或更少、7重量％或更少、6重量％或更少、5重量％或更少、4重量％或更 少、3重量％或更少、2重量％或更少、1重量％或更少、0. 9重量％或更少、0.8重量％或更 少、0. 7重量％或更少、0.6重量％或更少的氧化姉、或0. 5重量％或更少的氧化姉。替代地， 或另外，拋光組合物可包含0.1重量％或更多，例如0.2重量％或更多、0. 3重量％或更多、 0. 4重量％或更多、0. 5重量％或更多、或1重量％或更多的氧化姉。因此，拋光組合物可包 含由上述端點中的任意兩個所定界的量的氧化姉。例如，拋光組合物可包含0.1重量％至 10重量％的氧化姉、0.1重量％至9重量％、0.1重量％至8重量％、0.1重量％至7重量％、 0.I重量％至6重量％、0.I重量％至5重量％的氧化姉、0.I重量％至4重量％、0.I重量％ 至3重量％的氧化姉、0.1重量％至2重量％的氧化姉、0.1重量％至1重量％的氧化姉、0.2 重量％至2重量％的氧化姉、0.2重量％至1重量％的氧化姉、或0. 3重量％至0. 5重量％ 的氧化姉。在一種實施方式中，拋光組合物在使用點處包含0.2重量％至0.6重量％的氧 化姉（例如0. 4重量％的氧化姉）。在另一實施方式中，拋光組合物包含2. 4重量％的氧化 姉作為濃縮物。
[0021] 化學-機械拋光組合物包含如本文中所描述的式I的離子聚合物。
[0022] 在一些實施方式中，離子聚合物具有式I，其中Xi和X2兩者均為-C00H。在一些 實施方式中，離子聚合物具有式I，其中Zi和Z2兩者均為0,且Ri、R2、R3和R4為氨。在一些 優(yōu)選實施方式中，離子聚合物具有式I，其中公和X2兩者均為-C00H，Z1和Z2兩者均為0且 1?1、1?2、1?3和1?4為氨。
[0023] 離子聚合物可具有任何合適的分子量。離子聚合物可具有250g/mol或更大、例如 300g/mol或更大、400g/mol或更大、500g/mol或更大、600g/mol或更大、750g/mol或更大、 1，000邑/111〇1或更大、1，500邑/111〇1或更大、2,000邑/111〇1或更大、2,500邑/111〇1或更大、3,000邑/ mol或更大、3, 500g/mol或更大、4,OOOg/mol或更大、4, 500g/mol或更大、5,OOOg/mol或 更大、5, 500g/mol或更大、6,OOOg/mol或更大、6, 500g/mol或更大、7,OOOg/mol或更大、或 7, 500g/mol或更大的平均分子量。替代地，或另外，離子聚合物可具有15,OOOg/mol或更 小、例如 14,OOOg/mol或更小、13,OOOg/mol或更小、12,OOOg/mol或更小、11,OOOg/mol或 更小、10,OOOg/mol或更小、9,OOOg/