專利名稱：高選擇性膠態(tài)二氧化硅漿液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于基片化學(xué)機械拋光/平面化的高選擇性含水漿液。本發(fā)明的漿液適用于拋光半導(dǎo)體裝置的絕緣膜，尤其用于加工半導(dǎo)體基片上的淺溝隔離結(jié)構(gòu)。所述漿液包括水介質(zhì)、未改性的膠態(tài)二氧化硅磨料顆粒以及一種或多種有機化合物，該有機化合物可除去二氧化硅，而選擇性地不除去氮化硅。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械拋光/平面化(CMP)已成為集成電路(IC)制造領(lǐng)域的—種有效方法。該方法使半導(dǎo)體基片的表面平面化，隨后鋪設(shè)電路圖。盡管拋光和平面化在此可互換利用，但本領(lǐng)域技術(shù)人員理解CMP包括了兩者。制造高性能超大規(guī)模(ULSI)裝置時，通常利用拓?fù)洳考恼w平面化。具有日益減小的裝置尺寸、增大的封裝密度以及多重金屬隔離線路層的結(jié)構(gòu)對平面化有迫切的需要。光刻掩模的焦深要求(Depth-of-focus requirements)還額外需要地形高度(topographicalheight)變化，因為非平面化會影響到IC裝置的產(chǎn)量和性能。
淺溝隔離(STI)在IC生產(chǎn)中已成為可行的技術(shù)，其中鄰近晶體管的數(shù)目已增多，使平面化得到改善，因此對于次250nm的裝置，STI替代了硅的局部氧化(LOCOS)技術(shù)。
STI方法中，利用氮化硅蝕刻掩模，將絕緣溝槽等離子體蝕刻在硅片中，再用二氧化硅過量填充所述溝槽，該二氧化硅由高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)或等離子體增強CVD(PECVD)沉積。此后，通過CMP將氧化物拋光為平面。將犧牲的氮化硅層化學(xué)剝離，在暴露的二氧化硅區(qū)域中生產(chǎn)有源器件。
STI CMP方法的性能特征在于后拋光溝槽氧化物的厚度和有效面積的氮化硅厚度，以及內(nèi)模(WID)和內(nèi)晶片(WIW)厚度范圍。在除去氮化物終止層后，該套參數(shù)最終決定晶體管的有效硅區(qū)域和溝槽中氧化物之間的高度。
理想的是，CMP過程在氮化物阻擋層上停止。然而，由于局部拋光差異，小部件拋光比大部件快，而去除速率與圖案密度成反比例(即窄溝中氧化物拋光比寬溝慢)。由此導(dǎo)致所謂的氮化物侵蝕(即在變化尺寸的有效區(qū)域部件和圖案密度之間WID氮化物厚度的變化)。區(qū)域氧化物損失或所謂的溝槽氧化物凹陷是另一個CMP相關(guān)的問題，會對表面平面化產(chǎn)生負(fù)面影響。
已開放出各種不同的手段和集成方法，以減少STI CMP的圖案依賴性影響，如添加啞元部件、變化堆棧式焊盤(varying pad stack)、使用固定磨料焊盤(fixed-abrasive pad)、以及漿液工程。
一種對直接STI CMP有效的集成方法是基于使用高選擇性漿液。STI漿液的選擇性定義為氧化物的材料去除速率(RR)與氮化硅的去除速率之比。
一種推薦用于STI CMP法的高選擇性漿液體系為二氧化鈰基漿液。由于二氧化鈰顆粒在低顆粒濃度下去除速率高，在含水體系中其被用作磨料組分。例如，Hosali等人在US5,738,800，6,042,714，6,132,637和6,218,305中公開了一種用于拋光二氧化硅和氮化硅的復(fù)合材料的拋光漿液組合物。該漿液包括高達5重量％的二氧化鈰、由二氧化硅和氮化硅絡(luò)合的復(fù)合物、以及影響氮化硅去除的表面活性劑。
另一種二氧化鈰基STI漿液組合物公開于Srinivasan等人的申請公開號為20020195421和20030006397的美國專利中。要求保護二氧化鈰磨料與氨基酸的組合物作為選擇性增強化合物，以提供用于覆蓋膜(blanket film)的100和更高的氧化物/氮化物的選擇性。
US6,114,249和6,436,835描述了一種含有二氧化鈰和水溶性有機化合物的組合物，該有機化合物具有至少一個-COOH、-COOMx(其中Mx為能取代H原子或官能團而形成鹽的原子或官能團)、-SO3H或SO3My(其中My為能取代H原子而形成鹽的原子或官能團)基團。
市售的二氧化鈰基漿液包括Hitachi HS-8005漿液以及HS-8102GP(一種專利的選擇性添加劑)。后者漿液的缺點之一是該漿液為雙組分體系，在使用前需要混合?；旌媳葧绊憹{液的性能，包括去除速率、選擇性和凹陷情況。另外，人們發(fā)現(xiàn)處理和適用期(即混合組分后的漿液存留)影響工藝性能。因此，組分的混合變得極為重要，需要利用專門的就地拌和系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的混合并將漿液的存留時間最小化。參見T-C.Tseng等人的《STI CMP Process with High-Selectivity slurry》，2002 CMP-MIC學(xué)報，255-259頁；Benjamin A.Bonner等人的《Development of a Direct Polish Process for Shallow Trench Isolation Modules》，2001CMP-MIC學(xué)報，572-579頁。
關(guān)于前述二氧化鈰基漿液的另一個缺陷是二氧化鈰為CeO2的磨料粉。該粉末與膠粒相比具有相當(dāng)?shù)偷膽腋》€(wěn)定性。因此，二氧化鈰基漿液需要保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，以防止顆粒的沉積和結(jié)塊。
而且，由于粉末狀二氧化鈰磨料顆粒比膠態(tài)二氧化硅顆粒硬，并具有更大的平均尺寸和規(guī)則形態(tài)，因此使用該磨料顆粒會導(dǎo)致拋光晶片表面的質(zhì)量降低，包括但不限于較高的表面粗糙度和疵點。另外，使用二氧化鈰基漿液時，晶片表面上微痕的形成是很大的問題。
用于STI CMP的另一種類型的二氧化鈰基體系被稱之為“外形選擇性(topography selective)”漿液。參見Patrick Leduc等人的《CMPAiming for PerfectPlanarization》，2002 CMP-MIC學(xué)報，239-246頁。一般，外形選擇性漿液屬于所謂的“壓力敏感漿液”一類。這類漿液廣泛地定義為去除速率和壓力之間具有非線性關(guān)系(即non-Prestonian)。所述漿液被認(rèn)為在磨料顆粒、添加劑和拋光膜之間具有不同相互作用的機制。其在覆蓋層晶片上表現(xiàn)出很低的氧化物去除速率，但在具有明確外形的圖案晶片上的去除速率增大(即局部壓力不同)。
盡管使用STI CMP漿液時，記錄顯示出很好的平面化效率和低氮化物侵蝕，外形選擇性漿液的主要缺陷是氧化物拋光率對掩膜線路的依賴性強。需要仔細(xì)控制過量填充的氧化物厚度，使得晶片完全透明。參見Ping-Ho Lo等人的《Characterization of Selective-CMP》，《Dummy Pattern and Reverse MaskApproaches in STI Planarization Process》，1999 CMP-MIC學(xué)報，333-335頁。
去除殘余氧化物有一定困難(例如外形變得比較不明確時)，對于低密度圖案，氧化物去除速率顯著降低。因此，漿液對特殊的STI形成工藝無效，不會產(chǎn)生明顯的陡度(explicit step height)。
提倡使用集中基于膠態(tài)二氧化硅顆粒的漿液體系用于STI CMP。膠態(tài)二氧化硅漿液比較穩(wěn)定，不會沉淀，因而無需為防止沉淀、結(jié)塊和硬填料而攪拌體系。而且，更小的顆粒尺寸和球形形態(tài)降低了使用二氧化鈰磨料顆粒時晶片表面上可能出現(xiàn)的缺陷(即微痕)。
由于所述優(yōu)點，一些半導(dǎo)體芯片的制造者將傳統(tǒng)、無選擇性的膠態(tài)二氧化硅基漿液用于STI-CMP。所述漿液在覆蓋層膜內(nèi)提供34的氧化物/氮化物選擇性比；在圖案晶片上的選擇性可能進一步降低。上述情況經(jīng)常導(dǎo)致過拋光、拋光不足和厚度不勻。為了克服所述問題，采用減慢拋光率、嚴(yán)格的工藝和終端控制以獲得所需產(chǎn)品質(zhì)量。上述措施降低了效率、生產(chǎn)量，并增大了制造成本。已采用有效的工作以增大所述漿液的選擇性。
Silvestri等人在US4,525,631中描述了一種含有約6重量％膠態(tài)二氧化硅的漿液，其pH用KOH調(diào)節(jié)為約12。漿液提供的氧化物/氮化物選擇性為約10。類似地，Sees等人在US6,019,806中公開了一種通過增加膠態(tài)二氧化硅的pH到約13而增強選擇性的方法。得到的最高選擇性為約15。
Beyer等人在US 5,671,851中描述到添加少量二氯異氰脲酸鈉和碳酸鈉，以達到選擇率為6.2。Canaperi等人在US6,114,249中公開了一種含有三乙醇胺的膠態(tài)二氧化硅漿液，以達到選擇性為28。
US5,759,917描述了一種STI CMP漿液，含有霧態(tài)二氧化硅顆粒、羧酸以及可溶的鈰化合物。如其實施例所示，選擇性低于20。
Morrison等人在歐洲專利0846740中公開了通過添加四甲基銨的氫氧化物和過氧化氫將常規(guī)膠態(tài)二氧化硅漿液的選擇性增加到30。
所述膠態(tài)二氧化硅漿液的一些缺點包括選擇性不夠高，尤其是拋光圖案晶片時。用于高級改進型IC裝置的集成材料需要極低的氧化物凹陷和氮化物損失。當(dāng)裝置間距繼續(xù)縮小時，隔離溝槽縱橫比增大，并且氮化物層變厚。由此STI CMP工藝中由于氮化物損失而產(chǎn)生的空白減少。
為了克服所述領(lǐng)域漿液的缺陷、并滿足小部件尺寸裝置的高平面化的需要，提供一種高選擇性膠態(tài)二氧化硅基漿液。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種單成分、制成即用的漿液體系。
本發(fā)明的另外目的是提供一種漿液體系，以高產(chǎn)量生產(chǎn)高級裝置，而且對選擇性具有終端控制。
本發(fā)明的另一目的是提供一種非改性膠態(tài)二氧化硅基漿液，可將氮化硅的侵蝕最小化。
通過這里所附的說明書、附圖和權(quán)利要求的評述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的高選擇性漿液組合物、體系以及方法來實現(xiàn)前述目的。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種高選擇性含水漿液組合物。該組合物包括在水溶液中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物。二氧化硅與氮化硅的選擇性比為約50-約700的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體裝置的化學(xué)機械拋光/平面化(CMP)方法。所述方法包括將高選擇性漿液施加到拋光墊和半導(dǎo)體裝置之間的拋光界面上，該半導(dǎo)體裝置包含二氧化硅和氮化硅。高選擇性漿液包括在水溶液中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物。漿液優(yōu)先于氮化硅選擇性地拋光二氧化硅，其去除選擇性為約50-約700。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種拋光/平面化半導(dǎo)體裝置的淺溝隔離結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括提供一種高選擇性漿液，該漿液包括在水介質(zhì)中約5-約50重量％的非改性磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物。將高選擇性漿液施加到拋光墊和裝置之間的拋光界面上，所述裝置包括二氧化硅和氮化硅。優(yōu)先于氮化硅，二氧化硅被選擇性地拋光，選擇性為約50-約700。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備高選擇性含水漿液組合物的方法。所述方法包括提供在水溶液中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物，其中二氧化硅與氮化硅的選擇性比為約50-約700。


參考附圖，將更好地理解本發(fā)明，附圖中同樣的數(shù)字全部表示相同部件，其中圖1表示本發(fā)明STI漿液的選擇性作為pH值的函數(shù)；以及圖2表示含有不同有機化合物的本發(fā)明STI漿液的選擇性。
具體實施例方式
制備IC裝置需要很多在基片上形成各種部件所必需的復(fù)雜步驟。本發(fā)明涉及一種新的漿液組合物，用以在半導(dǎo)體裝置的制造過程中進行CMP步驟，尤其是淺溝隔離生產(chǎn)。特別是，本發(fā)明是一種單成分高選擇性含水漿液體系。這里使用的術(shù)語“單成分”是指一種制成即用的體系，無需與在使用前進行成分混合。因此，簡化了漿液處理，無需使用精確的混合設(shè)備。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，整個說明書和附加的權(quán)利要求所使用的術(shù)語“選擇性”描述了CMP法中以相同漿液組合物/體系除去二氧化硅的速率與除去氮化硅的速率之比。選擇性通過二氧化硅薄膜被去除的速率(通常以/min為單位表示)除以氮化硅薄膜被去除的速率來確定。
本發(fā)明的漿液體系包括在水介質(zhì)中研磨的非改性二氧化硅顆粒以及一種有機化合物(或有機化合物的混合物)。加入到漿液中的所述有機化合物，可有效地抑制氮化硅的去除，同時不會影響二氧化硅的去除速率。由此形成的漿液為高選擇性漿液，具有高的氧化物比氮化物的選擇性。
含水漿液介質(zhì)中使用的非改性磨料顆粒起到機械拋光的作用。所述非改性二氧化硅基磨料可選自膠態(tài)、霧態(tài)、沉淀的和磨成粉末的二氧化硅。優(yōu)選磨料為膠態(tài)二氧化硅顆粒。非改性膠態(tài)二氧化硅基磨料是指未經(jīng)如鋁、鉻、鎵、鈦或鋯的三價或四價金屬氧化物改性的膠態(tài)二氧化硅顆粒。由于磨料顆粒的基本球形形態(tài)和在含水介質(zhì)中穩(wěn)定的顆粒懸浮(即非結(jié)塊)，其特別有效。非改性膠態(tài)二氧化硅可通過本領(lǐng)域公知的任意方法制備，如硅酸鹽的離子交換或溶膠凝膠技術(shù)(如金屬醇鹽的水解或冷凝，或通過沉淀的水合二氧化硅的膠溶作用，等等)。由于拋光步驟后如鐵、鎳和鉛等金屬離子雜質(zhì)可能在半導(dǎo)體裝置內(nèi)遷移，因而導(dǎo)致裝置生產(chǎn)率低，所以使用的非改性膠態(tài)二氧化硅為高純度。
二氧化硅顆粒的平均粒徑為約10nm-約200nm，優(yōu)選為約20nm-約140nm，更優(yōu)選為約30nm-約90nm。平均粒徑低于10nm時，不能制得去除氧化物薄膜的速率足夠高的漿液。另一方面，當(dāng)粒徑大于200nm時，導(dǎo)致拋光表面瑕疵和不希望的粗造度增加。這里所用的“粒徑”應(yīng)理解為其表示通過標(biāo)準(zhǔn)粒徑測量工具和方法，如動態(tài)光散射、激光擴散衍射、或超離心機分析技術(shù)測量的顆粒平均直徑。
水介質(zhì)中的非改性二氧化硅顆粒含量為漿液體系總重的約5-約50重量％，優(yōu)選約10-約40重量％，更優(yōu)選為約25-約35重量％。如果二氧化硅含量低于5重量％，二氧化硅薄膜的去除速率很低。另一方面，如果其含量高于50重量％，漿液體系可能不穩(wěn)定。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，添加到含水漿液介質(zhì)的有機化合物成分可抑制氮化硅的去除，因此認(rèn)為是一種增強選擇性的成分。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于增強選擇性的有機化合物屬于下述種類—醇硫酸鹽；—磺酸及其鹽；—硫酸醚鹽。
上述醇硫酸鹽類中優(yōu)選的有機化合物為醇硫酸銨、鈉、鉀、鎂、和鈣，如十二烷基硫酸鹽、癸基硫酸鹽、辛基硫酸鹽、乙基己基硫酸鹽等；也優(yōu)選烷基硫酸胺，如三乙醇胺、二乙醇胺等。
磺酸及其鹽類有烷基苯磺酸、十二烷基和十三烷基苯磺酸鹽、萘磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽等。
選自硫酸醚鹽類的示例性的有機化合物為較高醇醚硫酸銨、鈉等，烷基酚醚硫酸鹽等。
前述種類的優(yōu)選化合物中，用于在本發(fā)明的STI漿液中作為選擇性增強組分的最優(yōu)選的有機化合物為—十二烷基硫酸鹽，尤其是十二烷基硫酸銨、十二烷基硫酸二乙醇胺、十二烷基硫酸三乙醇胺；—十二烷基苯磺酸及其鹽，尤其是十二烷基苯磺酸銨或鉀，以及十二烷基苯磺酸三乙醇胺或異丙胺；和—線性烷基化磺酸三乙醇胺、二乙醇胺或異丙醇胺。
盡管不希望受到任何特別的理論限制，可以認(rèn)為本發(fā)明漿液體系中的有機化合物抑制磨料顆粒侵蝕氮化硅薄膜的表面，由此在CMP法中顯著降低了去除速率。
漿液中的有機化合物含量可高達臨界膠束濃度，優(yōu)選為約0.001-約2.0重量％，更優(yōu)選約0.05-約1.5重量％，最優(yōu)選約0.1-約0.9重量％。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白有機化合物含量若超過所述范圍的上限，可能導(dǎo)致不希望的效果如起泡或漿液不穩(wěn)定。
所述有機化合物表現(xiàn)出陰離子表面活性劑的性能，并且當(dāng)將其添加到非改性膠態(tài)二氧化硅中時，生成了氧化物二氧化硅的去除選擇性為約50-約700(取決于所選擇的特定有機化合物以及漿液的pH值)的漿液。
漿液組合物/體系可任選包含其他組分，如調(diào)整pH值的組分，包括無機和/或有機堿和酸、pH緩沖劑、控制起泡的添加劑和粘度改性劑如表面活性劑。
如前所述，通過控制pH值可調(diào)整漿液的選擇性。如圖1所示以及實施例所述，選擇性在pH為約1.5-約8的范圍內(nèi)變化兩個數(shù)量級。pH值的選擇是基于關(guān)于最優(yōu)化特定CMP法所需要的選擇性，同時還考慮到漿液的長期穩(wěn)定性。優(yōu)選的pH范圍為約1.5-約4.5，最優(yōu)選為約2.0-約3.0。
調(diào)整pH值的示例性組分包括堿金屬氫氧化物，如氫氧化鉀、氫氧化鈉等。其他示例性組分包括氨以及有機堿如三乙醇胺、四甲基銨的氫氧化物等。
在本發(fā)明中也可使用表面活性劑。表面活性劑調(diào)整表面張力，并控制漿液體系的發(fā)泡。含有全氟烷基基團的表面活性劑(氟代表面活性劑)是表面張力降低劑的優(yōu)選種類。小含量的該類表面活性劑有效，并在酸和堿存在下穩(wěn)定存在于含水分散液中。該類表面活性劑的實例包括ZONYL，其為由DuPont制備的氟代表面活性劑。
通過混合所述組分形成本發(fā)明的漿液。不按順序，然而在將該漿液施加到拋光墊和復(fù)合裝置之間的界面上之前要形成含水漿液組合物。這就允許單成分體系在使用之前被貯存。當(dāng)貯存必要或方便時，組合物在低于約30℃、但高于漿液組合物的凍結(jié)溫度下貯存。
本發(fā)明的含水漿液體系的特征在于二氧化硅和氮化硅之間的高去除速率比，其中比例(選擇性)為約50-約700。
參考下述實施例將進一步詳細(xì)描述本發(fā)明的非改性膠態(tài)二氧化硅漿液，然而其不能解釋為對本發(fā)明的限制。
實施例下述實施例1-12的含水漿液用于拋光200mm覆蓋層的二氧化硅(等離子體增強四乙基原硅酸鹽(PETEOS)，15K厚度的薄膜以及氮化硅(低壓Si3N4)，2K厚度的薄膜)晶片。
拋光條件如下—CMP工具IPEC/Speedfam 472；—拋光墊IC-1000堆積墊，由Podel Co.，Inc.制造的SubaIV subpad；—Down force4psi；—后壓力1psi；—壓板旋轉(zhuǎn)速率60rpm；—晶片負(fù)載旋轉(zhuǎn)速率40rmp；—漿液流動速率200mill/min；—拋光時間2分鐘；—墊板狀態(tài)原位；—拋光速率(/min)＝每個薄膜的初始厚度減去拋光后薄膜厚度再除以拋光時間。氧化物和氮化物薄膜厚度的數(shù)據(jù)通過Prometric FT650工具獲得；49點極性掃描用于計量學(xué)。
實施例1通過將42g十二烷基硫酸銨(ALS)(如30％的ALS水溶液，Sigma-Aldrich)加入到2.5升市售的pH為2.20的非改性二氧化硅膠體(LEVASIL，H.C.Starck，Inc.)中而制備漿液；漿液中二氧化硅含量為30重量％，平均粒徑為45nm。漿液pH等于2.45；漿液中ALS的含量為0.4重量％。
結(jié)果，前述的拋光測試中，二氧化硅薄膜的去除速率(RR)為2189/min，氮化硅層的RR很低，為12/min；氧化物氮化物的RR選擇性為186。
實施例2
除變化pH值和ALS量外，采用與制備實施例1的漿液相似的方法制備實施例2-4的漿液。實施例2的漿液中，pH等于2.20；通過添加0.5N的KOH水溶液，調(diào)整實施例3和4的漿液pH值。而且，使用市售的產(chǎn)品Stepanol AMV(Stepan Co.)作為ALS源(如28％的ALS水溶液)。
如前所述，在覆蓋層晶片上進行拋光測試，并與不含有機化合物的漿液比較。將結(jié)果制成表1，如下。
表1.含有ALS的HS STI漿液的去除速率和選擇性

從數(shù)據(jù)中可見，使用本發(fā)明的漿液，氧化物氮化物的選擇性已高達600；另外還觀察到隨著漿液pH值增大，選擇性降低。
此外，注意到二氧化硅薄膜的去除速率為約2000/min，幾乎與ALS的存在無關(guān)。覆蓋層晶片上相對高的氧化物RR表明本發(fā)明的HS STI漿液沒有外形敏感性，但是由于ALS的存在，通過抑制氮化硅薄膜的去除而產(chǎn)生高選擇性。
為了證明添加到膠態(tài)二氧化硅分散液中的ALS對于氮化硅的去除產(chǎn)生抑制作用，對與實施例1-4同樣、但不含ALS的非改性膠態(tài)二氧化硅漿液進行上述拋光測試。從表1看出，該漿液作為典型的本領(lǐng)域公知的常規(guī)膠態(tài)二氧化硅漿液，獲得3.3的極低選擇性。
實施例5-7通過將150g十二烷基苯磺酸銨(NH4DDBS)的水溶液加入到4.0升非改性二氧化硅在水中的分散液中而制備實施例5-6的漿液，NH4DDBS的含量為0.31重量％。實施例5和6分別通過添加NH4OH(如1M的水溶液)將漿液pH調(diào)整到2.28-2.93。漿液中二氧化硅的含量為30重量％，平均粒徑為65nm。
實施例5和6的漿液所用的NH4DDBS溶液是通過將65ml、1M的NH4OH水溶液加入到220g、12.5重量％的十二烷基苯磺酸(DDBSA)水溶液中而制備的。得到的NH4DDBS的水溶液pH值為7.82。
實施例7的漿液是通過將150g的NH4DDBS水溶液和10gZONYL氟代表面活性劑(DuPont Co.，Inc)加入到4.0L非改性膠態(tài)二氧化硅在水中的分散液中而制備；調(diào)整漿液pH值為3.13。
如上所述在覆蓋層晶片上進行拋光測試，并將結(jié)果制成表2，如下。
表2.含有NH4DDBS的HS STI漿液的去除速率和選擇性

從表1和2的數(shù)據(jù)比較可以看出，含有NH4DDBS的HS STI漿液與含有ALS的漿液表現(xiàn)出類似的基于pH值調(diào)整的相關(guān)性(即微調(diào))。
實施例8為了進一步研究基于pH值調(diào)整的去除選擇性，除通過添加NH4OH(如1M的水溶液)將pH值調(diào)整到3.4-8.1外，采用與制備實施例5的漿液類似的方法制備幾種含有NH4DDBS的HS STI漿液。
如上所述在覆蓋層晶片上進行拋光測試。選擇性的結(jié)果與實施例5-7的結(jié)果一起表示在圖1中。
從圖1中看出，去除選擇性極大地取決于漿液pH值，pH值從2增加到8時，選擇性的降低大于兩個數(shù)量級。因此，本發(fā)明的HS STI漿液優(yōu)選的pH值范圍為約1.5-約4.5，優(yōu)選為約2.0-約3.0。
氧化物氮化物的去除選擇性與pH的極大相關(guān)性意味著通過調(diào)整漿液pH可將選擇性最優(yōu)化(即微調(diào))，以滿足特定STI CMP法的要求。
實施例9通過將225g、12.7重量％的十二烷基苯磺酸(DDBSA)水溶液加入到2.5升、pH值為9.30的非改性膠態(tài)二氧化硅在水中的分散液中而制備漿液；漿液中二氧化硅含量為30重量％，平均粒徑為40nm。漿液pH值等于2.96；漿液中DDBSA的量為0.9重量％。
如前述在覆蓋層晶片上進行拋光測試，氧化物比氮化物薄膜的去除選擇性為175。
實施例10-11實施例10-11的漿液通過將十二烷基苯磺酸三乙醇胺水溶液(345g、4重量％的TEA-DDBS水溶液)加入到4.0升、pH值為2.20的非改性膠態(tài)二氧化硅在水中的分散液中而制備；漿液中二氧化硅含量為25重量％，平均粒徑為72nm。將市售的產(chǎn)品BioSoft N300(60重量％的TEA-DDBS水溶液，由Stepan Co制備)用作TEA-DDBA源。將漿液pH值分別調(diào)整到2.45-2.75。漿液中的TEA-DDBS量為0.3重量％。
如前所述在覆蓋層晶片上進行拋光測試；將結(jié)果制成表3，如下。
表3.含有TEA-DDBS的HS STI漿液的去除速率和選擇性

實施例12比較實施例1-11的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明HS STI漿液的氧化物比氮化物薄膜的去除選擇性，根據(jù)前述漿液含有的有機化合物-氮化物抑制劑-的種類而顯著變化。
圖2表示由不同有機化合物制備的漿液的去除選擇性，圖2的全部漿液使用的有機化合物濃度為0.3重量％，pH值已調(diào)整到2.2。
如圖2所示，漿液A(含有ALS)的選擇性比漿液D(含有TEA-DDBS)的選擇性高約4倍。
因此，本發(fā)明含水漿液的氧化物氮化物薄膜的去除選擇性可以通過使用不同的前述有機化合物來調(diào)整，以滿足特定STI CMP法的需要。
通過參考具體實施方案已詳細(xì)描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒有超出所附權(quán)利要求的范圍時，可以進行各種變化和改進，以及使用其等同物。
權(quán)利要求
1.一種高選擇性含水漿液組合物，其包括在水溶液中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物，其中二氧化硅與氮化硅的選擇性比為約50-約700。
2.權(quán)利要求1的高選擇性含水漿液組合物，其中所述非改性二氧化硅基磨料顆粒選自膠態(tài)二氧化硅、霧狀二氧化硅、沉淀的二氧化硅顆粒以及粉末狀研磨的二氧化硅。
3.權(quán)利要求1的高選擇性含水漿液組合物，其中所述非改性磨料顆粒為膠態(tài)并具有約10-200nm的平均粒徑。
4.權(quán)利要求1的高選擇性含水漿液組合物，其中所述有機化合物為高選擇性增強化合物，其選自醇硫酸鹽類、磺酸及其鹽類、硫酸醚鹽類及其混合物。
5.權(quán)利要求4的高選擇性含水漿液組合物，其中所述磺酸鹽類有機化合物選自烷基苯磺酸、十二烷基和十三烷基苯磺酸鹽、萘磺酸鹽和烷基萘磺酸鹽。
6.權(quán)利要求4的高選擇性含水漿液組合物，其中醇硫酸銨、鈉、鉀、鎂和鈣類有機化合物選自十二烷基硫酸鹽、癸基硫酸鹽、辛基硫酸鹽、乙基己基硫酸鹽、烷基硫酸胺。
7.權(quán)利要求1的高選擇性含水漿液組合物，其pH值在約1.5-約8的范圍。
8.一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置的化學(xué)機械拋光/平面化(CMP)方法，其包括將高選擇性漿液施加到拋光墊和復(fù)合裝置之間的拋光界面上，該復(fù)合裝置含有二氧化硅和氮化硅，該高選擇性漿液包括在水溶液中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物，并且優(yōu)先于氮化硅而選擇拋光二氧化硅的選擇性為約50-約700。
9.一種拋光/平面化淺溝隔離結(jié)構(gòu)的方法，其包括下述步驟提供一種高選擇性漿液，其包括在水介質(zhì)中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物；將高選擇性漿液施加到拋光墊和裝置之間的拋光/平面化界面上，所述裝置含有二氧化硅和氮化硅；以及以約50-約700的選擇性比優(yōu)先于氮化硅而選擇性拋光二氧化硅。
10.一種制備高選擇性含水漿液組合物的方法，其包括提供在水溶液中約5-約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001-約2.0重量％的有機化合物，其中二氧化硅與氮化硅的選擇性比為約50-約700。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新的高選擇性含水漿液組合物及其使用方法。所述組合物包括在水溶液中約5－約50重量％的非改性二氧化硅基磨料顆粒和約0.001－約2.0重量％的有機化合物，其中二氧化硅與氮化硅的選擇性比為約50－約700。
文檔編號H01L21/304GK1637110SQ20041010470
公開日2005年7月13日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者I·貝洛夫, L·普佩, G·W·帕辛 申請人:普萊克斯S.T.技術(shù)有限公司, H.C.施塔克股份有限公司