選擇性地拋光碳化硅膜的方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（發(fā)明名稱：選擇性地拋光碳化硅膜的方法，申請(qǐng)日： 2009年12月4日；【申請(qǐng)?zhí)枴?00980155146. 0)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)要求2008年12月4日提交的序列號(hào)為61/200, 812的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán) 益，將其全部引入本文中作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及拋光組合物和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于從基材表面優(yōu)先于其 它材料如二氧化硅選擇性地移除碳化硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 用于基材表面的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)的組合物和方法是本領(lǐng)域中公知的。用于半 導(dǎo)體基材（例如，集成電路）表面的CMP的拋光組合物（也稱作拋光漿料、CMP漿料和CMP 組合物）典型地含有研磨劑、各種添加劑化合物等。
[0006] 通常，CMP涉及表面的同時(shí)發(fā)生的化學(xué)研磨和機(jī)械研磨，例如，上覆第一層的研 磨以暴露該第一層形成于其上的不在同一平面上的第二層的表面。一種這樣的方法描述 于Beyer等人的美國(guó)專利No. 4, 789, 648中。簡(jiǎn)言之，Beyer等人公開(kāi)了使用拋光墊和衆(zhòng) 料以比第二層快的速率移除第一層直到材料的上覆第一層的表面變成與被覆蓋的第二層 的上表面共面的CMP方法。化學(xué)機(jī)械拋光的更詳細(xì)的說(shuō)明參見(jiàn)美國(guó)專利No. 4, 671，851、 No. 4, 910, 155 和No. 4, 944, 836。
[0007] 在常規(guī)的CMP技術(shù)中，基材載體或拋光頭安裝在載體組件上且定位成與CMP裝置 中的拋光墊接觸。載體組件向基材提供可控制的壓力，迫使基材抵靠著拋光墊。該墊與載 體及其附著的基材相對(duì)于彼此移動(dòng)。該墊與基材的相對(duì)移動(dòng)起到研磨基材的表面以從基材 表面移除材料的一部分由此拋光基材的作用?；谋砻娴膾伖獾湫偷剡M(jìn)一步借助于拋光組 合物（例如，存在于CMP組合物中的氧化劑、酸、堿或其它添加劑）的化學(xué)活性和/或懸浮 于拋光組合物中的研磨劑的機(jī)械活性。典型的研磨劑材料包括二氧化硅（硅石）、二氧化鈰 (鋪土）、氧化鋁（鞏土）、氧化錯(cuò)（錯(cuò)氧土）和氧化錫。
[0008] 例如，Neville等人的美國(guó)專利No. 5, 527, 423描述了通過(guò)使金屬層的表面與包含 懸浮于含水介質(zhì)中的高純度金屬氧化物細(xì)粒的拋光漿料接觸來(lái)化學(xué)機(jī)械拋光金屬層的方 法?；蛘?，可將研磨劑材料引入到拋光墊中。Cook等人的美國(guó)專利No. 5, 489, 233公開(kāi)了具 有表面紋理或圖案的拋光墊的用途，且Bruxvoort等人的美國(guó)專利No. 5, 958, 794公開(kāi)了固 定研磨劑拋光墊。
[0009] 半導(dǎo)體晶片典型地包括其上已形成多個(gè)晶體管的基材例如硅或砷化鎵。通過(guò)將基 材中的區(qū)域和基材上的層圖案化，晶體管化學(xué)地和物理地連接至基材。晶體管和層通過(guò)主 要由某形式的二氧化硅（Si02)組成的層間電介質(zhì)（ILD)分隔。晶體管通過(guò)使用公知的多級(jí) 互連而互相連接。典型的多級(jí)互連由堆疊的薄膜構(gòu)成，所述薄膜由以下材料中的一種或多 種組成：鈦（Ti)、氮化鈦（TiN)、鉭（Ta)、鋁-銅（Al-Cu)、鋁-硅（Al-Si)、銅（Cu)、鎢（W)、 摻雜多晶硅（poly-Si)和它們的各種組合。此外，晶體管或晶體管組常常通過(guò)使用填充有 絕緣材料例如二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅的溝槽而彼此隔離。
[0010] 碳化硅（Sic)是具有使其非常適合用在電子器件中的電性質(zhì)和熱物理性質(zhì)的獨(dú) 特組合的材料。如Kerr等人的W0 2005/099388中所公開(kāi)的，這些性質(zhì)包括高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、 高的實(shí)際操作溫度、良好的電子迀移率和高的熱導(dǎo)率。與構(gòu)成集成電路的許多其它材料相 比，碳化硅具有顯著更大的硬度和相對(duì)化學(xué)惰性。該更大的硬度和化學(xué)惰性使得使用CMP 技術(shù)移除碳化硅是困難的。用常規(guī)的CMP組合物和方法移除碳化硅常常導(dǎo)致其它材料例如 二氧化硅的不想要的移除。
[0011] 盡管已知的CMP漿料組合物中的許多適合于有限的目的，但是所述常規(guī)的組合物 趨于對(duì)晶片制造中使用的絕緣體材料呈現(xiàn)出不可接受的拋光速率和相應(yīng)的選擇性水平。已 知的拋光漿料趨于產(chǎn)生對(duì)下伏膜的差的膜移除特性，或者產(chǎn)生有害的膜腐蝕，其導(dǎo)致差的 制造成品率（yield)。
[0012] 此外，已知的拋光組合物和方法未提供從半導(dǎo)體晶片選擇性地移除碳化硅而不從 同一晶片以不可接受地高的水平移除例如二氧化硅的材料的能力。隨著用于集成電路器件 的技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的材料正以新的且不同的方式使用以實(shí)現(xiàn)高級(jí)集成電路所需要的性能 水平。特別地，氮化硅、碳化硅和二氧化硅正以各種組合使用以實(shí)現(xiàn)新的且比以往任何時(shí)候 都復(fù)雜的器件配置。通常，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和性能特性因不同的應(yīng)用而變化。
[0013] 仍需要開(kāi)發(fā)提供相對(duì)高的碳化硅移除速率且優(yōu)先于半導(dǎo)體晶片表面上存在的其 它材料選擇性地移除碳化硅的新的拋光方法和組合物。本發(fā)明提供這樣的改善的拋光方法 和組合物。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及額外的發(fā)明特征將從本文中所提供的本發(fā)明的描 述明晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明包括：
[0015] 1.用于從基材表面優(yōu)先于二氧化硅選擇性地移除碳化硅的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP) 方法，該方法包括以下步驟：
[0016] (a)使該基材的表面與拋光墊和含水CMP組合物接觸；和
[0017] (b)使該基材與該拋光墊之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并同時(shí)保持該CMP組合物的一部分與 在該墊和該基材之間的表面接觸一段足以從該表面磨除存在于該基材中的碳化硅的至少 一部分的時(shí)間；
[0018] 其中該CMP組合物包含以在約0. 1重量％至約5重量％范圍內(nèi)的濃度存在的粒狀 二氧化硅研磨劑和提供在約2至約7范圍內(nèi)的pH的酸性緩沖劑，該CMP組合物能夠以比同 時(shí)發(fā)生的存在于該基材表面上的二氧化硅的磨除高的移除速率磨除存在于該基材表面上 的碳化硅。
[0019] 2.條目1的方法，其中該酸性緩沖劑包括有機(jī)酸。
[0020] 3.條目2的方法，其中該有機(jī)酸包括羧酸、膦酸、或它們的組合。
[0021] 4?條目2的方法，其中該有機(jī)酸包括乙酸。
[0022] 5.條目2的方法，其中該有機(jī)酸包括1-羥基亞乙基-1，1-二膦酸。
[0023] 6?條目2的方法，其中該有機(jī)酸包括氨基酸。
[0024] 7?條目1的方法，其中該CMP組合物包含少于約0? 5重量％的有機(jī)材料。
[0025] 8?條目1的方法，其中該酸性緩沖齊IJ包括無(wú)機(jī)酸。
[0026] 9.條目1的方法，其中該酸性緩沖劑包括磷酸。
[0027] 10.條目1的方法，其中該二氧化硅以在約0. 1重量％至約2重量％范圍內(nèi)的濃度 存在。
[0028] 11.條目1的方法，其中該二氧化硅選自膠態(tài)二氧化硅、熱解二氧化硅、氧化鋁摻 雜的二氧化硅、和前述物質(zhì)中的兩種或更多種的組合。
[0029] 12.條目1的方法，其中該二氧化硅包括具有在約40至約150納米范圍內(nèi)的平均 粒度的氧化鋁摻雜的膠態(tài)二氧化硅。
[0030] 13.條目1的方法，其中該二氧化硅具有在約20納米至約150納米范圍內(nèi)的平均 粒度。
[0031] 14.條目1的方法，其中該二氧化硅具有在約25納米至約75納米范圍內(nèi)的平均粒 度。
[0032] 15.條目1的方法，其中該二氧化硅具有在約80納米至約140納米范圍內(nèi)的平均 粒度。
[0033] 16.條目1的方法，其中該pH緩沖劑提供在約2至約5范圍內(nèi)的pH。
[0034] 17.條目1的方法，其中該CMP組合物不含表面活性劑和氧化劑。
[0035] 18.條目1的方法，其中該二氧化硅為比PETEOS二氧化硅更容易研磨的材料，且該 組合物的pH在約3至約7的范圍內(nèi)。
[0036] 19.條目18的方法，其中該組合物的pH高于3. 5。
[0037] 20.用于從基材表面優(yōu)先于二氧化硅選擇性地移除碳化硅的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP) 方法，該方法包括以下步驟：
[0038] (a)使該基材的表面與拋光墊和含水CMP組合物接觸；和
[0039](b)使該基材與該拋光墊之間發(fā)生相