專利名稱：：化學(xué)-機(jī)械平面化組合物、系統(tǒng)及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明整體涉及用于化學(xué)-機(jī)械平面化(CMP)的組合物。更具體地講，本發(fā)明涉及可在CMP系統(tǒng)和方法中與固定磨料制品一起使用的組合物。
背景技術(shù)：
：在集成電路制造過程中，用于半導(dǎo)體制造的半導(dǎo)體晶片通常要經(jīng)過包括沉積、圖案化和蝕刻步驟在內(nèi)的多個工序。半導(dǎo)體晶片的這些制造步驟的詳情由Tonshoff等人在公布于AnnalsoftheInternationalInstitutionforProductionEngineeringResearch(國際生產(chǎn)工禾呈石開究學(xué)會年報(bào))，(第39/2/1990巻)，第621-635頁的"AbrasiveMachiningofSilicon"(硅的研磨加工)中有所報(bào)道。在每個制造步驟中，常常有必要或期望改變或精修晶片的暴露表面，以準(zhǔn)備晶片用于后續(xù)制造或制備步驟。例如，具有淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片在進(jìn)一步加工之前需要對電介質(zhì)材料平面化。一種改變或精修晶片暴露表面的方法采用這樣的工藝使用含有多個分散在液體中的松散磨粒的漿液處理晶片表面。通常將該漿液施加到拋光墊上，然后打磨晶片表面，或?qū)⒕砻嫦鄬伖鈮|移動，以便移除或帶走晶片表面的材料。一般來講，漿液還包含添加劑，該添加劑與晶片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且可以提供CMP加工的選擇性，例如，"保留氮化物"選擇性。這類方法通常稱為漿液基化學(xué)-機(jī)械平面化(CMP)加工。然而，漿液基CMP加工的一個缺陷是，必須小心監(jiān)控漿液研磨加工，以實(shí)現(xiàn)所需的晶片表面外形，并避免在晶片表面形成碟陷。第二個缺陷是，使用松散磨料的漿液有可能劃傷晶片表面。另一個缺陷是漿液造成的臟亂，并且在后續(xù)晶片處理時必須移除和處置晶片表面的大量磨粒。處理和處置這些漿液會為半導(dǎo)體晶片制造商帶來額外的加工成本。漿液基CMP加工的替代形式是使用磨料制品來改變或精修半導(dǎo)體表面。使用磨料制品的CMP加工已經(jīng)(例如)由Bruxvoort等人在美國專利No.5,958,794禾BKaisaki等人在美國專利No.6,194,317中有所報(bào)道。本發(fā)明所公開的磨料制品可以具有包含分散在粘結(jié)劑中的磨粒的紋理化研磨表面。使用時，可以將磨料制品與半導(dǎo)體晶片表面接觸(通常在存在流體或工作液的情況下)，從而得到平坦均勻的晶片表面。使用磨料制品克服了與CMP漿液相關(guān)的一些(但非所有)缺陷。本領(lǐng)域在不斷地為無漿液CMP工藝尋找新的和改善的磨料組合物和方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明整體涉及改變半導(dǎo)體晶片暴露表面的組合物、系統(tǒng)和方法。更具體地講，本發(fā)明涉及能夠通過調(diào)節(jié)以控制氧化物移除速率和選擇性比率的組合物，以便使用固定磨料CMP工藝改變半導(dǎo)體晶片。在一個方面，本發(fā)明提供了基本上不含磨粒并包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑的工作液。在一些實(shí)施例中，該工作液可用于使用固定磨料制品的化學(xué)-機(jī)械平面化(CMP)。在另一方面，本發(fā)明提供了晶片平面化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三維紋理化的固定磨料制品以及包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑的工作液。在一些實(shí)施例中，該固定磨料制品包括多個磨粒和粘結(jié)劑。在某些實(shí)施例中，工作液具有9至11的pH值，并且基本上不含磨粒。在某些系統(tǒng)中，磨料制品包括精確成形的磨料復(fù)合物。在又一方面，本發(fā)明提供了用于拋光晶片的方法，該方法包括提供包括具有二氧化硅的第一區(qū)域和具有氮化硅的第二區(qū)域的晶片，將晶片與包含多個磨粒和粘結(jié)劑的三維紋理化的固定磨料制品接觸，并在存在包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑的液體介質(zhì)的情況下，將晶片和固定磨料制品相對移動。在一些實(shí)施例中，工作液具有9至ll的pH值。在某些實(shí)施例中，工作液具有10至10.5的pH值。本發(fā)明的組合物和方法能夠出乎意料地增強(qiáng)使用固定磨料而非拋光墊和漿液的化學(xué)-機(jī)械平面化加工的性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在固定磨料CMP加工中使用含有脯氨酸的含氟化合物表面活性劑溶液可以實(shí)現(xiàn)高電介質(zhì)氧化物材料移除速率，同時保持保留氮化物選擇性。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)材料(如，諸如二氧化硅的金屬氧化物)的移除速率可以是受工作流體組成(尤其是含氟化合物表面活性劑的濃度)影響的固定磨料CMP加工的重要特性。在一些實(shí)施例中，所選工作液使氧化物移除速率為至少約500埃/分(A/min)。在其他實(shí)施例中，所選工作液使氧化物移除速率為至少700A/min。在另外的實(shí)施例中，所選工作流體的組成能夠至少部分地增加氧化物移除速率和選擇性比率。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在堿性PH條件下使用含氟化合物表面活性劑與脯氨酸，可以增加淺溝槽隔離(STI)中的氧化物移除速率并同時保持氮化物移除速率，從而增加與在STI固定磨料CMP加工的工作流體中使用脯氨酸相關(guān)的氧化物對氮化物的選擇性比率。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物可以產(chǎn)生至少約500A/min的氧化物移除速率，以及至少5的氧化物對氮化物的選擇性比率。在其他示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物可以產(chǎn)生至少700A/min的氧化物移除速率，以及至少30的選擇性比率。在一些實(shí)施例中，所選含氟化合物表面活性劑的濃度可以至少部分地控制氧化物移除速率。在示例性實(shí)施例中，按重量計(jì)，所選含氟化合物表面活性劑的濃度大于工作液的0.005%，并在某些實(shí)施例中，為工作液的至少0.02%。在其他示例性實(shí)施例中，按重量計(jì)，含氟化合物表面活性劑的濃度小于1.0%，并在某些實(shí)施例中不超過0.6%。相比與漿液基CMP加工有關(guān)的技術(shù)，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了某些優(yōu)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，相對于漿液基CMP加工，本發(fā)明的組合物、系統(tǒng)和方法可以提供減少的晶片表面碟陷、使用較低CMP拋光墊壓力的能力以及對CMP加工的改善控制。相比與固定磨料CMP有關(guān)的技術(shù)，本發(fā)明的其他實(shí)施例提供了某些優(yōu)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物、系統(tǒng)和方法可以甚至在適度堿性的PH條件下(例如，pH9-11)提供快速的氧化物移除速率，并增加氧化物對氮化物選擇性比率。上述
發(fā)明內(nèi)容并非意圖描述本發(fā)明每一個公開的實(shí)施例或每種實(shí)施方式及其優(yōu)點(diǎn)。以下具體實(shí)施方式將更具體地舉例說明示例性實(shí)施例。通過本公開，其他優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯而易見的。具體實(shí)施方式在本發(fā)明的上下文中"磨料復(fù)合物"是指多個成形團(tuán)粒中的一個，這些團(tuán)粒共同形成包含分散在粘結(jié)劑中的磨粒的紋理化三維磨料制品；"固定磨料制品"是指除了在平面化加工中可能產(chǎn)生未附接磨粒外，基本上不含未附接磨粒的一體化磨料制品；"精確成形磨料復(fù)合物"是指具有與模具腔體(從模具移除復(fù)合物之后保留下來)相反的模制形狀的磨料復(fù)合物，其中在磨料制品尚未使用之前，該復(fù)合物可以基本上不含突出其形狀的暴露表面的磨粒，如Pieper等人在美國專利No.5,152,917中所述；"紋理化磨料制品"是指具有凸起部分和凹陷部分的磨料制品，其中至少凸起部分包括磨粒和粘結(jié)劑；"三維磨料制品"是指具有貫穿其厚度的至少一部分延伸的眾多200780047734.3說明書第5/18頁磨粒的磨料制品，使得在平面化過程中移除一些磨粒會暴露能夠執(zhí)行平面化功能的另外磨粒；"晶片"是指空白晶片(即，在進(jìn)行加工以增加諸如金屬化和絕緣區(qū)域的外形特征之前的晶片)或已加工晶片(即，經(jīng)過一個或多個工序，在晶片表面增加了外形特征之后的晶片)形式的半導(dǎo)體晶片；"氧化物移除速率"是指在CMP加工期間可以從晶片上移除電介質(zhì)氧化物材料的速率或速度，通常以埃/分(A/min)表示。"選擇性比率"是指在CMP加工期間可以從晶片上移除第一材料(如，諸如二氧化硅的電介質(zhì)氧化物材料)的速率與移除第二材料(如，諸如氮化硅的阻隔材料)的速率的比率。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了組合物、系統(tǒng)和方法，其中在固定磨料CMP加工中使用了基本上不含磨粒并包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑的工作液。在一些實(shí)施例中，該組合物為在固定磨料CMP系統(tǒng)中與固定磨料制品一起使用的工作液。固定磨料CMP組合物、系統(tǒng)和方法可用于圖案化晶片的淺溝槽隔離(STI)，其中可能有利的是在工作液中使用選擇性化學(xué)物質(zhì)，以獲得"保留氮化物"移除氧化物選擇性，如授予Rueb等人的美國專利No.6,997,785中所述。在STI中，提供了具有基部和多個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的晶片。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)通常通過下列方法形成沉積并圖案化氮化硅層以在晶片表面形成掩模，然后采用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何蝕刻方法形成溝槽。在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面上和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間的空間內(nèi)可以沉積電介質(zhì)層?？梢允褂枚喾N電介質(zhì)材料，例如，二氧化硅。如本發(fā)明的上下文所用，"二氧化硅"是指二氧化硅以及摻雜質(zhì)的二氧化硅變體，例如，摻氟、硼和/或磷的二氧化硅。然后，使用本發(fā)明的CMP方法移除電介質(zhì)層的一部分，以形成所需圖案。拋光的電介質(zhì)材料和氮化物掩模層形成基本平坦的表面。掩模層用作CMP加工的終止層，以避免淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)暴露到CMP加工中。掩模層通常采用氮化物材料制備，例如，氮化硅。已經(jīng)證明，相比漿液基CMP加工，使用根據(jù)本發(fā)明的固定磨料制品和工作液可以在固定磨料CMP加工中提供減少的晶片碟陷?？捎糜诒景l(fā)明的方法的CMP機(jī)械可以商購獲得，并且是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。示例性CMP機(jī)械可從AppliedMaterials,SantaClara,California商購獲得，例如，以商品名"APPLIEDMATERIALSMirra化學(xué)-機(jī)械平面化拋光機(jī)"(APPLIEDMATERIALSMIRRACMPPOLISHER)禾卩"REFLEXIONWEB"銷售的機(jī)械?？捎糜诒景l(fā)明的方法的CMP機(jī)械可以裝配固定磨料拋光制品，例如，Bruxvoort等人在美國專利No.5,958,794中以及Kaisaki等人在美國專利No.6,194,317中所報(bào)道。磨料制品可以在存在液體介質(zhì)(即工作液)的情況下用于拋光晶片的暴露表面?？捎糜诒景l(fā)明的方法的磨料制品通常具有在250至1，000毫米范圍內(nèi)的直徑。磨料制品可以以至少5轉(zhuǎn)/分(rpm)的速度旋轉(zhuǎn)，更優(yōu)選10rpm。磨料制品優(yōu)選地以至多10,000rpm、更優(yōu)選地以至多1,000rpm、還要優(yōu)選地以至多250rpm、最優(yōu)選地以至多60rpm的速度旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，磨料制品和晶片可以同向旋轉(zhuǎn)。在其他實(shí)施例中，晶片和磨料制品可以反向旋轉(zhuǎn)。磨料制品也可具有其他構(gòu)造，包括(例如)片、巻筒或束帶。在這些構(gòu)造中，磨料制品可以(例如)在拋光操作過程中直線送入CMP工藝。磨料制品可以選用耐久型，例如，所選磨料制品可以至少部分地拋光最小數(shù)量的不同晶片。也可以根據(jù)氧化物移除速率選擇磨料制品。另外，可以根據(jù)其產(chǎn)生具有所需平整度、表面光潔度和最低限碟陷的半導(dǎo)體晶片的能力選擇磨料制品。用于制備磨料制品的材料、所需紋理和方法都會對是否達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生影響?？捎糜诒景l(fā)明的CMP方法的磨料制品包括Bruxvoort等人在美國專利No.5,958,794中和Kaisaki等人在美國專利No.6,194,317中所報(bào)道的那些磨料制品。在某些實(shí)施例中，使用了三維紋理化的固定磨料制品。在一些實(shí)施例中，磨料制品包含二氧化鈰磨粒。在另一些實(shí)施例中，磨料制品包括精確成形的磨料復(fù)合物?？捎糜诒景l(fā)明的方法的示例性磨料制品(具有包含二氧化鈰磨粒的精確成形的磨料復(fù)合物)包括可從3M公司(St.Paul,MN)商購獲得并以"3M無漿液CMP固定磨料3152"(3MSLURRYFREECMPFIXEDABRASIVE3152)和"3M無漿液CMP固定磨料3154"(3MSLURRYFREECMPFIXEDABRASIVE3154)銷售的那些。當(dāng)前優(yōu)選的具有精確成形的磨料復(fù)合物的磨料制品為3M公司(St.Paul,MN)以產(chǎn)品名SWR542-125/10銷售的固定研磨墊。在使用本發(fā)明的方法進(jìn)行CMP加工過程中，工作液存在于磨料制品和晶片之間的界面上。通常，在平面化過程中，磨料制品和晶片之間的界面上的工作液流量不變。液體流量通常為至少約10毫升/分(ml/min)，更優(yōu)選至少25ml/min。液體流量通常為至多約10,000ml/min，更優(yōu)選至多約500ml/min，最優(yōu)選至多約250ml/min。本發(fā)明的工作液包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑，并且基本上不含磨粒。在一些實(shí)施例中，可將L-脯氨酸與含氟化合物表面活性劑一起使用。工作液還可以包含水和添加劑，例如絡(luò)合劑、緩沖劑、分散劑等。在一些實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH至少約9。在其他實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH至少約10。在某些當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH約10.5。在某些這類實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH不大于約11。在一些實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH不大于約10.5。在一些實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH在約9至約11的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，工作液被調(diào)節(jié)為pH在約IO至約10.5的范圍內(nèi)。可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方法和溶液調(diào)節(jié)pH值，包括(例如)添加KOH或NH40H。在一些實(shí)施例中，工作液被緩沖。在一些實(shí)施例中，可以使用其他氨基酸來緩沖工作液，例如，組氨酸、甘氨酸、賴氨酸、精氨酸等。在一些實(shí)施例中，工作液包含至少0.1重量％的脯氨酸。在其他實(shí)施例中，工作液包含至少0.5重量％的脯氨酸。在另一些實(shí)施例中，工作液包含至少1重量％的脯氨酸。在一些實(shí)施例中，工作液包含約2.5重量％的脯氨酸。在某些這類實(shí)施例中，工作液包含至多8重量％的脯氨酸。在一些實(shí)施例中，工作液包含至多5重量％的脯氨酸。在另一些實(shí)施例中，工作液包含至多3重量％的脯氨酸。含氟化合物表面活性劑事實(shí)上可以為表現(xiàn)出表面活性特性的任何高度氟化或完全氟化的化合物。在一些實(shí)施例中，含氟化合物表面活性劑為非離子表面活性劑。在某些當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，含氟化合物表面活性劑具有下式RtCH2CH20(CH2CH20)xH，其中R！為F(CF2CF2)3.8，x為>1的整數(shù)。合適的含氟化合物表面活性劑包括Zonyl表面活性劑(由E丄DuPontdeNemours公司，Wilmington,DE制造)和FluoradTM表面活性劑(由3M公司，St.Paul,MN制造)。優(yōu)選的含氟化合物表面活性劑包括ZonylFSN以及3ML19909、3ML19330和3MNovec4432表面活性劑?？捎糜诒景l(fā)明方法中的含氟化合物表面活性劑的濃度("濃度")可經(jīng)過選擇，以控制電介質(zhì)(如二氧化硅)移除速率、電介質(zhì)對阻擋層(如二氧化硅對氮化硅)的選擇性、或它們的組合。在一些示例性實(shí)施例中，含氟化合物表面活性劑的濃度經(jīng)選擇為大于0.005%。在某些示例性實(shí)施例中，含氟化合物表面活性劑的濃度經(jīng)選擇為工作液的至少0.01重量％。在其他示例性實(shí)施例中，可以采用至少0.02重量％的含氟化合物表面活性劑濃度。在另外的示例性實(shí)施例中，可以采用至少0.2重量％的含氟化合物表面活性劑濃度。在其他的示例性實(shí)施例中，可以采用至少0.6重量％的含氟化合物表面活性劑濃度。通過(例如)在CMP加工過程中開始聽到摩擦產(chǎn)生的"嘯聲"，可以容易地確定含氟化合物表面活性劑的最大優(yōu)選濃度，某些含氟化合物表面活性劑可能出現(xiàn)嘯聲時的濃度大于約0.2重量％。作為另外一種選擇，通過(例如)目測將晶片從固定研磨墊表面移除(即"釋放")過程中產(chǎn)生的不良滑動現(xiàn)象，可以確定含氟化合物表面活性劑的最大優(yōu)選濃度，某些含氟化合物表面活性劑產(chǎn)生不良滑動時的濃度大于約0.5重量％。在某些示例性實(shí)施例中，可以使用小于1.0%的含氟化合物表面活性劑濃度。在其他示例性實(shí)施例中，可以使用不超過0.6%的含氟化合物表面活性劑濃度。在另外的示例性實(shí)施例中，含氟化合物表面活性劑濃度不超過0.2重量％，尤其在一些示例性實(shí)施例中，不超過工作液的0.02重量％。技術(shù)人員可以在本發(fā)明的指導(dǎo)下選擇本發(fā)明的工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)所需的移除速率和/或選擇性。例如，可以調(diào)節(jié)脯氨酸和含氟化合物表面活性劑的濃度以及工作液的pH值，以控制電介質(zhì)材料的移除速率。在一些實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)含氟化合物表面活性劑的濃度來控制電介質(zhì)材料的移除速率。為了確定實(shí)現(xiàn)所需移除速率或選擇性所必需的含氟化合物表面活性劑的正確濃度，可以測試一系列(至少兩種)不同濃度的工作液，以確定最佳濃度。同樣，為了確定實(shí)現(xiàn)所需移除速率或選擇性的工作液pH值，可以測試一系列(至少兩種)不同pH水平的工作液，以確定最佳pH水平。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)材料(如，諸如二氧化硅的金屬氧化物)的移除速率可以是受工作流體組成(尤其是含氟化合物表面活性劑的濃度)影響的固定磨料CMP加工的重要特性。在一些實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約500埃/分(A/min)的氧化物移除速率。在其他實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少1000A/min的氧化物移除速率。在另一些實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少2,000A/min的氧化物移除速率。在另外的實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少2,500A/min的氧化物移除速率。在另外的實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約3,000A/min的氧化物移除速率。選擇性比率，即氧化物移除速率與氮化物移除速率的比率，可以看作是CMP中可用的(尤其是淺溝槽隔離中可用的)保留氮化物選擇性的量度。在一些實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約5的電介質(zhì)(如氧化物)對阻擋層(如氮化物)選擇性比率。在其他實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約20的電介質(zhì)對阻擋層選擇性比率。在某些實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約50的電介質(zhì)對阻擋層選擇性比率。在另外的實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約100的電介質(zhì)對阻擋層選擇性比率。在另一些實(shí)施例中，工作液經(jīng)選擇為具有至少約250的電介質(zhì)對阻擋層選擇性比率。在另一些實(shí)施例中，工作流體的組成經(jīng)選擇至少部分地增加氧化物移除速率和選擇性比率。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在堿性PH條件下使用含氟化合物表面活性劑與脯氨酸，可以增加淺溝槽隔離(STI)中的氧化物移除速率并同時保持氮化物移除速率，從而增加與在STI固定磨料CMP加工的工作流體中使用脯氨酸相關(guān)的氧化物對氮化物的選擇性比率。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物可以產(chǎn)生至少約500A/min的氧化物移除速率，以及至少5的氧化物對氮化物選擇性比率。在一些示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物可以產(chǎn)生至少700A/min的氧化物移除速率，以及至少30的選擇性比率。在其他示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物可以產(chǎn)生至少1000A/min的氧化物移除速率，以及至少50的氧化物對氮化物選擇性比率。在另一些實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物通過改進(jìn)可以產(chǎn)生至少2000A/min的氧化物移除速率，以及至少100的氧化物對氮化物選擇性比率。在另外的實(shí)施例中，本發(fā)明的組合物通過改進(jìn)可以產(chǎn)生至少約3000A/min的氧化物移除速率，以及至少250的氧化物對氮化物選擇性比率。下列實(shí)例進(jìn)一步說明了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和其他實(shí)施例，但在這些實(shí)例中所引用的特定材料及其量，以及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的不當(dāng)限制。例如，工作液的組成和陽離子的選擇以及濃度可以改變。除非另外指明，否則所有份數(shù)和百分比均按重量計(jì)。實(shí)例在表1中所示的材料名稱用于所有實(shí)例。下列實(shí)例中所有組成百分比均以工作液的重量百分比表示。表l:實(shí)例中使用的含氟化合物表面活性劑名稱材料ZonylFSN具有以下通式的含氟化合物表面活性劑RiCH2CH20(CH2CH20)xH，其中R！為F(CF2CF2)3.8，x為》1的整數(shù)，可得自E.I.DuPontdeNemours公司，Wilmington,DE3ML19909含氟化合物表面活性劑，85-95%w/w的氟代脂族聚酯和5-10%w/w的聚醚聚合物在<2%的l-甲基-2-吡咯垸酮/甲苯/2-丙烯酸共混物中的溶液，可得自3M公司，St.Paul,MN3ML19330含氟化合物表面活性劑，50%w/w的氟代丙烯酸酯共聚物在乙酸乙酯中的溶液，可得自3M公司，St.Paul,MN3MFC4432含氟化合物表面活性劑，87-93%w/w的氟代脂族聚酯和5-10%w/w的聚醚聚合物在<6%的l-甲基-2-口比咯垸酮/甲苯/2-丙烯酸共混物中的溶液，可得自3M公司，St.Paul,MN比較例A下列拋光測試使用SWR542-125/10三維紋理化的固定研磨墊(得自3M公司，St.Paul,MN)在Mirra工具(得自AppliedMaterials公司,SantaClara,CA)上進(jìn)行。在所述的每H^—個晶片測試序列之前，通過使用MorganCMP-20000TS調(diào)節(jié)器(MorganAdvancedCeramics公司，Hayward,CA)以4kg(91bs)的下壓力、50轉(zhuǎn)/分(rpm)的工作轉(zhuǎn)速以及用去離子水每分鐘沖洗5次將表面調(diào)節(jié)36秒準(zhǔn)備此前使用的固定研磨墊。在調(diào)節(jié)之后，使用包含2.5。/。L-脯氨酸去離子水溶液的工作液(已使用氫氧化鉀調(diào)節(jié)至pH10.5)，以20.7kPa(3psi)的壓力和30rpm的轉(zhuǎn)速將10片200mm的原硅酸四乙酯(TEOS)無圖形晶片拋光60秒。拋光溶液以200mL/min的流量供應(yīng)。接著用待測工作液將10片200mm的TEOS無圖形晶片拋光，以確定硅氧化物移除速率，然后拋光一片此前清除過的0.17微米DRAM晶片，以確定氮化硅移除速率。使用Optiprobe2600(Therma-Wave，F(xiàn)remont,CA)測量各材料拋光前后的厚度以獲得移除速率。表2給出了固定磨料CMP加工中在無含氟化合物表面活性劑的情況下，使用pH值為10.5的2.5%L-脯氨酸進(jìn)行拋光的結(jié)果。表2:比較例A的數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實(shí)例1pH值為10.5的含0.02%ZonylFSN和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生1006.90A/min的平均氧化物移除速率、12.0A/min的氮化物移除速率和83.9的選擇性比率。實(shí)例2pH值為10.5的含0.2%ZonylFSN和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生1250.80A/min的平均氧化物移除速率、5.0A/min的氮化物移除速率和250.16的選擇性比率。實(shí)例3pH值為10.5的含0.02%ZonylFSN和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生801.20A/min的平均氧化物移除速率、ll.OA/min的氮化物移除速率和72.83的選擇性比率。實(shí)例4pH值為10.5的含0.2%ZonylFSN和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生1050.38A/min的平均氧化物移除速率、29.0A/min的氮化物移除速率和38.11的選擇性比率。比較例B使用pH值為10.5的含2.5%L-脯氨酸的工作液拋光一系列200mm的TEOS無圖形晶片(共7組，每組10片)和一片此前清除過的0.17微米動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)晶片。氧化物移除速率為477.42±104.0lA/min、氮化硅移除速率為21.43±6.08A/min、選擇性比率為23.76±7.43。按照下列方式進(jìn)行了另外的測試。使用MorganCMP-20000TS調(diào)節(jié)器將新的SWR542-125/10三維紋理化的固定研磨墊初步調(diào)節(jié)300秒，其中調(diào)節(jié)器下壓力為4kg(91bs)、工作轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分(rpm)并用去離子水每分鐘沖洗12次。在調(diào)節(jié)之后，使用包含2.5%L-脯氨酸去離子水溶液的工作液(已使用氫氧化鉀調(diào)節(jié)至pH10.5)，以20.7kPa(3psi)的壓力和30rpm的轉(zhuǎn)速將25片200mm的TEOS無圖形晶片拋光60秒。在每6個晶片測試序列之前，使用MorganCMP-20000TS調(diào)節(jié)器將表面調(diào)整5分鐘準(zhǔn)備研磨墊，其中調(diào)節(jié)器下壓力為4kg(91bs)、工作轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分(rpm)并用去離子水每分鐘沖洗12次。在調(diào)整之后，使用包含2.5。/。L-脯氨酸去離子水溶液的工作液(已使用氫氧化鉀調(diào)節(jié)至pH10.5)，以20.7kPa(3磅/平方英寸，psi)的壓力和30rpm的轉(zhuǎn)速將5片200mm的TEOS無圖形晶片拋光60秒。拋光溶液以200mL/min的流量供應(yīng)。接著用待測工作液將3片200mm的TEOS無圖形晶片拋光，以確定氧化物移除速率，然后拋光一片此前清除過的0.17微米DRAM晶片，以確定氮化硅移除速率。使用Optiprobe2600測量各材料拋光前后的厚度以獲得移除速率。實(shí)例5pH值為10.5的含0.2%3ML19330含氟化合物表面活性劑和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生513.67A/min的平均氧化物移除速率、2.0A/min的氮化物移除速率和256.83的選擇性比率。比較例C本比較例示出了使用含氟化合物表面活性劑(低于可獲得500A/min的氧化物移除速率的有效量)的情況。pH值為11.0的含0.005%3ML19909和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生260.33A/min的平均氧化物移除速率、24.0A/min的氮化物移除速率和10.84的選擇性比率。實(shí)例6pH值為11.0的含0.02。/o3ML19909和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生705.33A/min的平均氧化物移除速率、8.0A/min的氮化物移除速率和88.16的選擇性比率。實(shí)例7pH值為11.0的含0.2%3ML19909和2.5%L-脯氨酸的工作液產(chǎn)生547.00A/min的平均氧化物移除速率、9.0A/min的氮化物移除速率和60.78的選擇性比率。實(shí)例1-8與比較例B和C的結(jié)果匯總在表3中。表3:實(shí)例l-8與比較例B和C的數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>比較例D使用pH值為10.5的含2.5%L-脯氨酸的工作液拋光一系列200mm的TEOS無圖形晶片(共3組，每組3片)。氧化物移除速率為475.55A/min。實(shí)例9對三種含氟化合物表面活性劑(3ML19909、3MFC4432和DuPontZonylFSN，如表1所述)進(jìn)行了單獨(dú)評價，三種表面活性劑在pH值為10.5的含2.5。/。L-脯氨酸的工作液中的濃度不同，SWR542-125/10固定研磨墊(可得自3M公司，St.Paul,MN)裝在MIRRACMP拋光機(jī)(可得自AppliedMaterials,SantaClara,California)上。將用過的SWR542研磨墊布置在Mirra載臺上。以4kg(9磅)的下壓力、50rpm的轉(zhuǎn)速和每分鐘12次的去離子水沖洗頻率，該研磨墊在調(diào)節(jié)5分鐘后第一次斷裂。將IO片無圖形TEOS晶片在20.7kPa(3psi)的壓力下，以30rpm的轉(zhuǎn)速在pH值為10.5的含2.5%L-脯氨酸的工作液中運(yùn)轉(zhuǎn)60秒。接著以下列方式運(yùn)轉(zhuǎn)一系列工作液1.運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘的調(diào)節(jié)周期(如上所述)；2.如上所述將5片無圖形TEOS晶片在L-脯氨酸化學(xué)液中運(yùn)轉(zhuǎn);3.如上所述將5片無圖形TEOS晶片在L-脯氨酸化學(xué)液中運(yùn)轉(zhuǎn)，其中L-脯氨酸化學(xué)液中的含氟化合物表面活性劑按表4所示濃度添加。如表4所示，表面活性劑濃度為0.02%時，3ML19909提供的拋光速率至少和ZonylFSN—樣高，并大約為無含氟化合物表面活性劑的對照物的兩倍。濃度為0.2%時，氧化物移除速率甚至更高，但使用FC4432和L19909表面活性劑產(chǎn)生的摩擦更大。拋光過程中，摩擦產(chǎn)生響亮的高音調(diào)"嘯聲"噪音。另外，3MFC4432和3ML19909濃度為0.6%時，若干晶片在釋放(將晶片從研磨墊表面移除)過程中產(chǎn)生滑動。ZonylFSN并未呈現(xiàn)出摩擦產(chǎn)生的嘯聲，釋放過程中晶片也未產(chǎn)生滑動。表4:實(shí)例9和比較例C的數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>應(yīng)當(dāng)理解，盡管上述公開示出了本發(fā)明的許多特性和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，但本公開仍然只是示例性的?？赡軙诩?xì)節(jié)上作出更變，尤其是關(guān)于工作液內(nèi)表面活性劑的濃度和在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)(在表述所附權(quán)利要求時采用的術(shù)語的含義所指明的最大范圍內(nèi))使用的方法，以及這些結(jié)構(gòu)和方法的等同形式。根據(jù)上述具體實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說同樣顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和原理的情況下，可以進(jìn)行多種修改，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不應(yīng)受到上文所述的示例性實(shí)施例的不當(dāng)限制。已經(jīng)描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例。這些實(shí)施例和其他實(shí)施例均在以下權(quán)利要求書范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種用于固定磨料化學(xué)-機(jī)械平面化的工作液，包含脯氨酸；以及含氟化合物表面活性劑，其中，所述工作液基本上不含磨粒，并且其中當(dāng)所述工作液用于具有包括二氧化硅的第一區(qū)域和包括氮化硅的第二區(qū)域的晶片的化學(xué)-機(jī)械平面化時，所述脯氨酸和所述含氟化合物表面活性劑分別以能有效獲得至少500埃/分id="icf0001"file="A2007800477340002C1.tif"wi="15"he="4"top="78"left="71"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>的氧化物移除速率和至少5的選擇性比率的量存在。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的工作液，其中所述氧化物移除速率為至少700A/min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作液，其中所述選擇性比率為至少30。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作液，其中所述工作液具有9至11的pH值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作液，其中所述工作液具有10至10.5的pH值。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的工作液，其中所述含氟化合物表面活性劑為非離子表面活性劑。7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的工作液，其中所述含氟化合物表面活性劑具有下式R4CH2CH20(CH2CH20)xH，其中為F(CF2CF2)3.8，x為>1的整數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作液，其中所述含氟化合物表面活性劑的濃度大于0.005重量％，并且小于1.0重量％。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的工作液，其中所述含氟化合物表面活性劑的濃度在0.2重量％至0.6重量％的范圍內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作液，其中所述脯氨酸的濃度在1.0重量％至4重量％的范圍內(nèi)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作液，其中所述脯氨酸的濃度在2.0重量％至3重量％的范圍內(nèi)。12.—種晶片平面化系統(tǒng)，包括三維紋理化的固定磨料制品，其包含多個磨粒和粘結(jié)劑；以及工作液，其包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑，其中所述工作液具有9至11的pH值，并且基本上不含磨粒。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶片平面化系統(tǒng)，其中所述磨料制品包括精確成形的磨料復(fù)合物。14.一種用于晶片的化學(xué)-機(jī)械平面化的方法，包括提供晶片，所述晶片具有包含電介質(zhì)氧化物的第一表面區(qū)域和包含氮化物阻隔材料的第二表面區(qū)域；將所述第一表面區(qū)域和第二表面區(qū)域與三維紋理化的固定磨料制品接觸，所述磨料制品包含多個磨粒和粘結(jié)劑；以及在存在包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑的液體介質(zhì)的情況下，將所述晶片和所述固定磨料制品相對移動。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述液體介質(zhì)具有9至11的pH值。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述含氟化合物表面活性劑具有下式R線CH20(CH2CH20)xH，其中為F(CF2CF2)3.8，x為》1的整數(shù)。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述含氟化合物表面活性劑在所述液體介質(zhì)中的濃度大于0.005重量％，并且小于1.0重量％。18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述脯氨酸在所述液體介質(zhì)中的濃度在1.0重量％至5重量％的范圍內(nèi)。19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述氧化物移除速率為至少700A/min。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述選擇性比率為至少5。全文摘要本發(fā)明涉及化學(xué)-機(jī)械平面化(CMP)拋光組合物，所述組合物包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑。所述晶片拋光組合物可以基本上不含磨粒的溶液使用，其組成可經(jīng)過調(diào)節(jié)，以控制使用固定磨料CMP工藝進(jìn)行半導(dǎo)體晶片淺溝槽隔離(STI)加工中的氧化物移除速率和氧化物對氮化物選擇性比率。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于固定磨料CMP的工作液，所述工作液包含脯氨酸和含氟化合物表面活性劑，所述工作液的pH值為9至11。當(dāng)用于固定磨料CMP系統(tǒng)和STI方法中時，示例性工作液可以產(chǎn)生至少500埃/分的氧化物移除速率，以及至少5的氧化物對氮化物選擇性比率。文檔編號C09K3/14GK101568613SQ200780047734公開日2009年10月28日申請日期2007年12月10日優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日發(fā)明者帕特里西亞·M·薩武,約翰·J·加格里亞蒂申請人:3M創(chuàng)新有限公司