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CN1572424A - 用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法 - Google Patents

用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法 Download PDF

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CN1572424A
CN1572424A CNA2004100453934A CN200410045393A CN1572424A CN 1572424 A CN1572424 A CN 1572424A CN A2004100453934 A CNA2004100453934 A CN A2004100453934A CN 200410045393 A CN200410045393 A CN 200410045393A CN 1572424 A CN1572424 A CN 1572424A
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

一种具有不规则表面的待抛光物体的抛光方法，其中该物体具有带凸面和凹面的基质，在基质的凸面上形成的终止(stopper)层，和覆盖基质的凹面与终止层而形成的嵌入绝缘层，该方法的特征在于包括；第一抛光步骤：使用可维持500埃/分钟或更低抛光速度的淤浆(A)，使嵌入的绝缘层变平，和第二抛光步骤：使用可维持600埃/分钟或更高抛光速度的淤浆(B)，进一步抛光该嵌入的绝缘层，在待暴露的凸面上形成终止层。在制造半导体器件中，该方法可用于在浅沟槽隔离(浅沟槽隔离)过程中使晶片变平。

Description

用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法
发明背景
发明领域
本发明涉及用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，和更特别地，涉及用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中在制造半导体器件中，在浅沟槽隔离过程中可使用该方法使晶片变平。
背景技术的说明
随着半导体器件的集成化程度、多层布线等等的增加，记忆器件的储存容量显著增加。这通过微加工技术的进步来支持。然而，存在一些问题，如尽管使用多层布线等等，但芯片尺寸增加，和由于微加工技术的进步导致增加数量的生产步骤，从而生产成本增加。在这种情况下，已将化学/机械抛光技术引入到加工膜等的抛光上且已受到关注。通过采用化学/机械抛光技术，许多微加工技术如平坦技术已付诸实施。
浅沟槽隔离(STI)技术称为例如微加工技术。在浅沟槽隔离技术中，加工膜如绝缘膜的平坦是主要的。与加工膜的凸面和凹面相灵活对应的最佳磨蚀剂是必不可少的。
为了高度对应于浅沟槽隔离技术的进步，本发明的目的是提供用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，该方法可在待抛光的物体上形成具有最小凹度和划痕的非常平坦的抛光表面，即使该物体在表面上凸面和凹面。
发明概述
具体地，在具有不规则表面的待抛光物体的抛光方法中，其中该物体具有带凸面和凹面的基质，在基质的凸面上形成的终止(stopper)层，和覆盖基质的凹面与终止层而形成的嵌入绝缘层，用于本发明浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法包括第一抛光步骤：使用可维持500埃/分钟或更低抛光速度的淤浆(A)，使嵌入的绝缘层变平，和第二抛光步骤：使用可维持600埃/分钟或更高抛光速度的淤浆(B)，进一步抛光该嵌入的绝缘层，在待暴露的凸面上形成终止层。
附图的简要说明
图1是说明本发明待抛光的物体的实施方案的截面视图。
图2是说明待抛光的物体的截面视图，其中在本发明的第一抛光步骤中已抛光过嵌入的绝缘层(它是该物体的上层)。
图3是说明当终止层已暴露于本发明的第二抛光步骤时，物体的截面视图。
图4是说明抛光方式的视图。
图5是说明在实施例中使用的待抛光的物体(晶片)的截面视图。
图6是说明当终止层已暴露于本发明的第二抛光步骤时，实施例中物体的截面视图。
本发明的详细说明和优选实施方案
现详细地描述本发明。
对本发明所使用的淤浆(A)和淤浆(B)没有具体限制，只要淤浆含有磨蚀剂颗粒即可。作为磨蚀剂颗粒，可毫无具体限制地使用本领域已知的无机颗粒、有机颗粒、有机-无机络合物颗粒等等。
作为形成无机颗粒的无机材料的具体实例，可给出氧化硅、铈土、氧化铝、氧化钛、氧化铬、二氧化锰、三氧化二锰、氧化铁、氧化锆、碳化硅、碳化硼、金刚石和碳酸钡。由这些材料形成的无机颗粒可单独或结合两种或多种使用。
作为氧化硅的实例，可给出通过热解法合成的热解法氧化硅(其中在该方法中，使氯化硅、氯化铝、氯化钛等等与氧气和氢气在气相中反应)；通过溶胶-凝胶方法合成的氧化硅(其中在该方法中，由金属烷氧化物通过水解生产氧化硅)；和通过无机胶体方法合成的胶态氧化硅(其中在该方法中，通过除去杂质纯化氧化硅)。
作为形成有机颗粒的有机材料的具体实例，可给出热塑性树脂，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、含苯乙烯的共聚物、聚缩醛、饱和聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯，聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯和聚-4-甲基-1-戊烯、含烯烃的共聚物、苯氧基树脂，和(甲基)丙烯酸树脂如聚甲基丙烯酸甲酯；通过共聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等等与二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等等而获得的具有交联结构的共聚物树脂；和热固化树脂如酚醛树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、醇酸树脂和不饱和聚酯树脂。
可通过各种方法如乳液聚合方法、悬浮聚合方法、乳液分散方法和研磨方法制备由这些材料形成的有机颗粒。由这些材料形成的有机颗粒可单独或结合两种或多种使用。
作为有机-无机络合物颗粒，可在对类型与结构毫无任何具体限制的情况下，使用由无机颗粒和有机颗粒形成的任何颗粒，只要可结合无机颗粒和有机颗粒，以便在抛光过程中这些颗粒不容易分离即可。可使用聚硅氧烷等键合到至少聚合物颗粒表面上的颗粒，它是通过例如在聚合物颗粒如聚苯乙烯颗粒或聚(甲基丙烯酸甲酯)颗粒存在下，缩聚烷氧基硅烷、烷氧基铝、烷氧基钛等而制备的。所得缩聚物可直接键合到聚合物颗粒的官能团上或者可通过硅烷偶联剂等来键接。
也可使用通过使氧化硅、铈土、氧化铝等无机微粒粘合到有机颗粒如聚合物颗粒的表面上制备的有机-无机络合物颗粒。这种无机微粒可以是或者静电保留在有机颗粒上，或者通过在无机微粒上的官能团如羟基，经硅烷偶联剂等化学键合到有机颗粒上。
也可使用通过静电力键接的由有机颗粒和无机颗粒形成的颗粒作为有机-无机络合物颗粒，其中该颗粒具有带相反电荷的ζ电位。
许多有机颗粒的ζ电位在整个pH区内或在排除低pH范围的大部分区域内为负。可更确切地通过由拥有羧基、磺酸基等的聚合物生产有机颗粒，来获得具有负ζ电位的有机颗粒。另外，有可能通过生产具有氨基等的有机颗粒，可在特定的pH区内获得具有正ζ电位的有机颗粒。
另一方面，无机颗粒的ζ电位高度取决于pH和在一些pH(等电点)下变为0。在等电点周围的电荷相反。
因此，若在ζ电位的电荷相反的pH区内混合特定的有机颗粒与无机颗粒，则这些有机颗粒与无机颗粒可通过静电力一起结合成完整的络合物。即使有机颗粒与无机颗粒当混合时具有相同(正或负)的ζ电位，则可通过改变pH到使ζ电位相反，来结合这些颗粒。
此外，也可使用聚硅氧烷等键接到通过静电力使无机颗粒和有机颗粒结合而制备的这种无机-有机络合物颗粒表面上的颗粒，在此情况下，可在藉助静电力结合的络合物颗粒存在下，通过缩聚烷氧基硅烷、烷氧基铝、烷氧基钛等来获得这种颗粒。
无机颗粒、有机颗粒和无机-有机络合物颗粒可单独或结合两种或多种作为磨蚀剂颗粒来使用。
包含在以上所述的淤浆(A)或淤浆(B)中的磨蚀剂颗粒优选是至少一类选自铈土和氧化硅中的无机颗粒。
包含在以上所述的淤浆(A)或淤浆(B)中的磨蚀剂颗粒的平均粒径优选5-1000nm，更优选5-700nm，仍更优选10-500nm。若平均粒径小于5nm，则抛光速度可能不足。若平均粒径大于1000nm，则不仅可能难以充分控制凹度和磨蚀，而且磨蚀剂颗粒可能因沉淀而分离，从而削弱淤浆的稳定性。平均粒度在上述范围内的磨蚀剂颗粒可显示出高的抛光速度、充分控制凹度和磨蚀，并产生稳定的淤浆，而没有颗粒的沉淀与分离。
可使用激光分散衍射型测量仪或透射电子显微镜测量以上所述的磨蚀剂颗粒的平均粒径。
希望磨蚀剂颗粒既不含有金属如铁、镍、锌和钠，也不含有这些金属的离子，和这些金属杂质的含量优选小于10ppm。更优选这些金属杂质的含量为5ppm或更低，仍更优选含量为1ppm或更低。在抛光工艺之后，具有这种降低杂质含量的磨蚀剂颗粒不在抛光过的表面上留下残渣，且减少了产率下降的可能性。
在淤浆(A)或淤浆(B)中的磨蚀剂用量优选0.02-20重量％，更优选0.05-1-重量％，和仍更优选0.1-5重量％。
当磨蚀剂颗粒是铈土时，在淤浆(A)或淤浆(B)中的铈土含量优选0.02-5重量％，更优选0.05-4重量％，和仍更优选0.1-3重量％。当磨蚀剂颗粒是氧化硅时，在淤浆(A)或淤浆(B)中的氧化硅含量优选0.5-20重量％，更优选1-15重量％，和仍更优选2-12重量％。若磨蚀剂颗粒的含量在以上范围之外，则会削弱淤浆的稳定性。在淤浆(A)中磨蚀剂颗粒的类型与含量可相同或不同于在淤浆(B)中的那些。
淤浆(A)和淤浆(B)具有不同的抛光速度。当抛光两类或多类物体如具有不同硬度的膜时，为了调节抛光速度、通过调节抛光速度的差别来增加分散稳定性，和改进抛光性能，例如可将添加剂如水溶性聚合物、表面活性剂、酸、碱、氧化剂和多价金属离子加入到淤浆(A)或淤浆(B)中。
水溶性聚合物的实例包括，但不限于，(1)聚羧酸，如聚(甲基)丙烯酸、含聚(甲基)丙烯酸的共聚物、和铵盐、烷基铵盐(其中烷基优选具有1或2个碳原子)，或这些聚合物或共聚物的钾盐；(2)聚苯乙烯磺酸、聚异戊二烯磺酸及其铵盐或钾盐；(3)含乙烯基单体的共聚物，所述乙烯基单体如丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸(或其盐)、萘磺酸(或其盐)或异戊二烯磺酸(或其盐)和含(甲基)丙烯酰胺的亲水单体；(4)含乙烯基单体的共聚物，所述乙烯基单体如丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸(或其盐)、萘磺酸(或其盐)或异戊二烯磺酸(或其盐)、(甲基)丙烯酸酯，和疏水单体；(5)通过缩聚谷氨酸获得的聚谷氨酸；和(6)含氮聚合物如聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺。这些聚合物可单独或结合两种或多种使用。
当使用以上所述的水溶性聚合物时，通过水溶性聚合物的凝胶渗透色谱(溶剂水，此后称为“含水GPC”)测定的用聚乙二醇折合的重均分子量优选1000-100000，和更优选2000-50000。
当将水溶性聚合物加入到淤浆(A)或淤浆(B)中时，用量优选是各淤浆总量的0.001-10重量％，更优选0.005-5重量％，和最优选0.01-3重量％。在淤浆(A)和淤浆(B)中使用的水溶性聚合物的类型与含量可以相同或不同，但通常含量不同，以便获得不同的抛光速度。
作为如上所述的表面活性剂，可使用任何一种阳离子、阴离子和非离子表面化。在这些当中，作为阳离子表面活性剂，可给出脂族胺盐、脂族铵盐等。作为阴离子表面活性剂的实例，可给出脂肪酸皂；羧酸盐如烷基醚羧酸盐；磺酸盐如烷基苯磺酸盐，其中包括十二烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐和α-烯烃磺酸盐；硫酸盐如高级醇的硫酸盐，其中包括月桂醇硫酸盐、烷基醚硫酸盐和聚氧乙烯烷基苯醚硫酸盐；和磷酸盐烷基磷酸盐。作为非离子表面活性剂的实例，可给出醚型表面活性剂，如聚氧乙烯烷基醚、醚酯型表面活性剂如甘油酯的聚氧乙烯醚，和酯型表面活性剂如甘油酯和脱水山梨醇酯。这些表面活性剂可单独或结合两种或多种使用。
当将表面活性剂加入到淤浆(A)或淤浆(B)中时，用量优选是各淤浆总量的0.001-2重量％，更优选0.005-1重量％，和最优选0.02-0.5重量％。在淤浆(A)和淤浆(B)中使用的表面活性剂的类型与含量可以相同或不同，但通常含量不同，以便获得不同的抛光速度。
作为在本发明的淤浆(A)或淤浆(B)中使用的水溶性聚合物或表面活性剂，优选有机酸盐如聚(甲基)丙烯酸、含(甲基)丙烯酸的共聚物、聚苯乙烯磺酸或聚异戊二烯磺酸的钾盐或铵盐。特别优选的水溶性聚合物或表面活性剂是聚丙烯酸的钾盐或铵盐和十二烷基磺酸的钾盐或铵盐。
淤浆(A)和淤浆(B)可含有相同或不同类型的上述有机酸盐。
在本发明中，在淤浆(A)和淤浆(B)中使用的有机酸盐的类型与含量是控制由这些淤浆分别实现500埃/分钟或更低和600埃/分钟或更高的抛光速度的重要因素。例如，当淤浆(A)和淤浆(B)二者使用相同的有机酸盐时，在淤浆(A)中盐的含量应当优选大于淤浆(B)。
具体地，当淤浆(A)和淤浆(B)二者中使用的有机酸盐是聚羧酸的钾盐时，在淤浆(A)中的有机酸盐的含量优选为1.0wt％或更高，和更优选1.0-3.0wt％，和在淤浆(B)中的有机酸盐的含量优选小于1.0wt％，和更优选0.01-0.9wt％。
当淤浆(A)和淤浆(B)二者中使用的有机酸盐是聚羧酸的铵盐时，在淤浆(A)中的有机酸盐的含量优选为1.3wt％或更高，和更优选1.3-3.0wt％，和在淤浆(B)中的有机酸盐的含量优选小于1.3wt％，和更优选0.01-1.25wt％。
当淤浆(A)和淤浆(B)二者中使用的有机酸盐是十二烷基苯磺酸的铵盐时，在淤浆(A)中的有机酸盐的含量优选为0.03wt％或更高，和更优选0.03-0.3wt％，和在淤浆(B)中的有机酸盐的含量优选小于0.03wt％，和更优选0.001wt％或更高，但小于0.03wt％。
在本发明中，当在淤浆(A)和淤浆(B)二者中使用不同类型的有机酸盐时，确定待添加的优选量，以便通过这些淤浆所实现的抛光速度(根据随后所述的方法来测定)分别可以是500埃/分钟或更低和600埃/分钟或更高。
可毫无限制地使用有机酸或无机酸作为酸(它是一种添加剂)。可通过掺入酸来稳定淤浆并选择改进淤浆。
作为有机酸的实例，可给出对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、异戊二烯磺酸、葡糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、马来酸、乙醇酸、苹果酸、甲酸、草酸、琥珀酸、富马酸和邻苯二甲酸。
作为无机酸的实例，可给出硝酸、硫酸和膦酸。
这些有机酸和无机酸可分别或者单独或者结合两种或多种使用。有机酸和无机酸的组合也是可能的。
当将酸加入到淤浆(A)或淤浆(B)中时，用量优选2wt％或更低，和更优选1wt％或更低。若酸的用量在该范围内，则磨蚀剂颗粒显示出优良的分散性和可产生充分稳定的淤浆。
另外，可将碱加入到淤浆(A)或淤浆(B)中，以便根据本发明的组合物，调节淤浆的pH，从而可改进磨蚀剂颗粒的分散性、抛光速度和选择性。作为碱，可毫无具体限制地使用有机碱或无机碱。
作为有机碱的实例，可给出含氮有机化合物，如乙二胺、乙醇胺和四甲基氢氧化铵。
作为无机碱的实例，可给出氨水、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铷和氢氧化铯。这些有机碱和无机碱可分别或者单独或者结合两种或多种使用。有机碱和无机碱的组合也是可能的。
当将碱加入到淤浆(A)或淤浆(B)中时，用量优选1wt％或更低。
考虑到因素如待抛光物体的电化学特征、磨蚀剂颗粒的分散性和稳定性以及抛光速度，可合适地选择淤浆的pH在磨蚀剂颗粒于其中稳定的范围内。当氧化硅用作磨蚀剂颗粒时，优选的pH范围是9-12，和更优选的范围是10-11。当使用铈土时，优选的pH范围是3-12，和更优选的范围是5-10。在这些范围内的淤浆pH可改进抛光表面的平坦性。
作为氧化剂的实例，可给出过氧化氢、过硫酸盐和杂多酸。尽管可添加这些氧化剂，但更希望不将氧化剂添加到淤浆(A)或淤浆(B)中。作为多价金属离子的实例，可给出铝离子、钛离子和铯离子。尽管可添加这些多价金属离子，但更希望不将多价金属离子添加到淤浆(A)或淤浆(B)中。
作为淤浆的介质，可给出水、水与醇(例如乙醇)的混合物，和水与其它组分的混合物。在这些当中，特别优选单独使用水。
在本发明中，可如下所述测定淤浆(A)或(B)的抛光速度。通过使用含抛光板(由Rodel Inc.制造的“IC1000(P)”)的抛光装置(由EbaraCorp.制造的“EPO 112”)，在下述条件下，抛光没有图案的均匀PETEOS(等离子增强的TEOS)膜(如下所述)，来测量抛光速度。
(抛光条件)
载体负载：500g/cm2
载体旋转：107rpm
抛光板旋转：100rpm
淤浆原料用量：200ml/min
抛光时间：1分钟
在本发明抛光方法的第一和第二步骤中使用按照如上所述方法制备的淤浆(A)和(B)。
用于本发明浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法可优选在抛光不规则表面的物体上使用，所述物体包括具有凸面和凹面的基质，在基质的凸面上形成的终止层，和覆盖基质的凹面与终止层而形成的嵌入绝缘层。
对基质的结构和尺寸、上述凸面和凹面的结构与尺寸、凹面的深度等等没有具体限制。硅等可作为形成基质的材料。
对以上所述的终止层的厚度等没有具体限制。可在基质的凹面上形成全部或部分以上所述的终止层。对以上所述的嵌入绝缘层的厚度等也没有具体限制。
作为形成以上所述终止层或嵌入绝缘层的材料，可给出氮化硅、氧化硅(SiO2)、通过添加小量硼和磷到氧化硅中生产的硅酸磷硼玻璃(BPSG)膜，通过用氟掺杂氧化硅而形成的被称为FSG的绝缘膜(氟掺杂的硅酸盐玻璃)、具有低介电常数的含氧化硅的绝缘膜等等。
作为氧化硅的类型，可给出热氧化膜、PETEOS膜、BDP膜(高密度等离子增强的TEOS膜)，通过热CVD方法获得的氧化硅等等。
可通过将加热到高温下的硅暴露于氧化氛围下，使硅与氧或水发生化学反应，从而形成热氧化膜。
可通过化学蒸气相生长方法，由原硅酸四乙酯(TEOS)作为原料，在使用等离子的加速条件下，形成PETEOS膜。
可通过或者常压CVD方法(AP-CVD方法)或者低压CVD方法(LP-CVD方法)制备由热CVD方法获得的氧化硅膜。
可通过或者常压CVD方法(AP-CVD方法)或者低压CVD方法(LP-CVD方法)制备硅酸磷硼玻璃(BPSG)膜。
可在使用高密度等离子的加速条件下，通过化学蒸气相生长方法形成被称为FSG膜的绝缘膜。
可通过辊涂等方法将原料施加到基质上，接着在氧化氛围中加热，来制备具有低介电常数的含氧化硅的绝缘膜。作为这种绝缘膜，可给出由三乙氧基硅烷作为原料生产的HSQ(氢硅倍半氧烷)膜、除了含有四乙氧基硅烷，还含有甲基三甲氧基硅烷作为部分原料的MSQ(甲基硅倍半氧烷)膜等等。
此外，可给出由有机聚合物如聚亚芳基聚合物、聚亚芳基醚聚合物、聚酰亚胺聚合物或苯并环丁烯聚合物作为原料制备的具有低介电常数的绝缘膜。
形成终止层的材料通常不同于形成嵌入绝缘层的材料，但可以相同。
作为待抛光的物体的实例，可给出具有图1所示截面结构的待抛光物体1(此后称为“物体1”)。该物体1包括由硅等形成且具有凸面和凹面的基质11，由氮化硅等在基质11的凸面上形成的终止层12，和覆盖基质11的凹面与终止层12而形成的嵌入绝缘层13。本发明待抛光的物体在表面上具有凸面和凹面。在图1所示的物体1的情况下，凸面和凹面在嵌入的绝缘层13的表面上。对凸面和凹面的结构、位置和数量没有具体限制。彼此相邻的凸面和凹面的尺寸可以不同。在图1中，上侧是待抛光的表面。这可同样应用到其它附图中。
在本发明的抛光方法中，在第一和第二抛光步骤中分别使用淤浆(A)和淤浆(B)，来抛光物体1。
当抛光物体1时，在与不具有图案的膜的抛光速度优选为500埃/分钟或更低，更优选100-450埃/分钟，和仍更优选200-400埃/分钟的条件相同的条件下，使用淤浆(A)，在第一抛光步骤中首先使嵌入的绝缘层13变平，其中所述不具有图案的膜是由与抛光表面所使用的材料相同的材料制造的(参见图2)。在第一抛光步骤过程中，可在上述范围内改变抛光速度。若抛光速度大于500埃/分钟，则抛光表面的平坦性倾向于不足。
在第一抛光步骤过程中，抛光物体到使得不暴露在基质的凸面上形成的终止层12的程度。若抛光物体一直到暴露终止层12，则抛光表面的平坦性倾向于不足。尽管对在抛光之后，在终止层12上残留的嵌入绝缘层13的厚度没有具体限制，但这一厚度优选100-1000埃，和更优选200-600埃。
接下来，在第二抛光步骤中，在与不具有图案的膜的抛光速度优选600埃/分钟或更高，更优选700-7000埃/分钟的条件相同的条件下，使用淤浆(B)，抛光已变平的残留的嵌入绝缘层13，同时维持平坦性，直到暴露在基质的凸面上形成的终止层12。可在生产物体1的阶段中，在终止层12的最外表面上形成自然氧化膜。在这种情况下，当自然氧化膜已经抛光时，终止第二抛光步骤。在第二抛光步骤过程中，可在上述范围内改变抛光速度。若抛光速度小于600埃/分钟，则一部分嵌入的绝缘层13可保留在终止层12的最外表面上。
在用于本发明浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法中使用的抛光装置包括，例如由Ebara公司制造的“EPO-112”和“EPO-222”，由LapmasterSFT公司制造的“LPG-510”和“LPG-552”，由Applied Materials，Inc.制造的“Mirra”，由Ram Research Co.，制造的“Teres”，和由SpeedFam-IPEC Co.，Ltd.制造的“AVANTI 472”。具体地，抛光板3固定在可轴向旋转的抛光台4上，和物体1与压机顶板2的一端相连。通过旋转和自身的移动，压机顶板2可引起物体1在抛光板3上滑动，同时将物体压在抛光板3的表面上。通过从上面(例如淤浆传输区5)滴落到抛光板3的表面上的淤浆抛光物体1，同时引起物体1滑动。
可使用本领域已知的抛光板，如“IC1000/SUBA400”、“IC1010”、“SUBA”系列，和“Polytex”系列(全部由Rodel Nitta Co.制造)。在本发明的第一和第二抛光步骤中，可使用由相同或不同材料制造的板。
可在抛光装置上安装的相同抛光台或不同抛光台上进行第一抛光步骤和第二抛光步骤。当在相同抛光台上进行第一和第二抛光步骤时，可变换由淤浆传输区供应的淤浆(A)和(B)。另一方面，当使用不同的抛光台时，可在独立的抛光台上进行第一和第二抛光步骤，其中在所述步骤中使用满足不同抛光速度要求、具有不同组成的淤浆，从而可有效地进行抛光。使用不同抛光板的抛光操作也带来相同的效果。
使用抛光台的操作不限于使用在第一抛光步骤和第二抛光步骤中的不同抛光台的操作。也可使用在第一抛光步骤中的不同抛光台的操作。这两种操作显示出相同的效果。
在以上两步抛光步骤之后，可进行洗涤步骤。
实施例
以下通过实施例更详细地描述本发明。在实施例和对比例中，“份”是指“重量份”和“％”是指“wt％”，除非另有说明。
实施例1
制备淤浆(A)，它含有0.5％平均粒径为0.14微米的铈土颗粒作为磨蚀剂颗粒，和1.4％通过含水GPC测定的用聚乙二醇折合的重均分子量为8000的聚丙烯酸铵(在表中表示为“PAA-NH4”)。该淤浆用作第一抛光步骤的淤浆(A1)(此后称为“第一步”)。另一方面，制备淤浆(B)，它含有6％平均粒径为0.18微米的氧化硅颗粒，和0.05％以上的聚丙烯酸铵。该淤浆用作第二抛光步骤的淤浆(B1)(此后称为“第二步”)。
当使用抛光装置(由Ebara公司制造的“EPO 112”)，在下述抛光条件1下，抛光由PBTEOS制造的均匀膜(没有凸面和凹面)时，测定由淤浆(A1)和淤浆(B1)所实现的抛光速度。表1示出了结果。
(抛光条件1)
抛光板：由Rodel Inc.制造的ICI1000(P)
载体负载：500g/cm2
载体旋转：107rpm
抛光板旋转：100rpm
淤浆原料用量：200ml/min
抛光时间：1分钟
抛光晶片，该晶片含硅基质11(由SKW Associates，Inc.制造的“SKW-3”，参见图5)，所述硅基质11具有在200微米的节距处形成的沟槽，各沟槽的宽度为100微米和深度为约0.5微米；在硅基质11上形成的厚度为10-15nm的氧化硅膜14；在氧化硅膜14上形成的厚度为150-200nm的终止层(氮化硅膜)12，和在终止层12上由PETEOS形成的厚度为约0.8微米的嵌入绝缘层13，填充硅基质11上的干燥的绝缘膜(在嵌入的绝缘膜13上形成沟槽并使表面不规则)。具体地，在下述抛光条件2下，经表2所述的时间段进行使用淤浆(A1)的第一步，直至抛光嵌入的绝缘膜13到使得表面变平，和在其上没有凸面和凹面的程度。接着，在下述抛光条件2下，在与第一步所使用的相同抛光台上，经表2所述的时间段进行使用淤浆(B1)的第二步，直至抛光嵌入的绝缘膜13到暴露终止层12的程度。由于在第一步和第二步中使用相同的抛光台，用T1表示在表2中的抛光台。
(抛光条件2)
抛光板：由Rodel Inc.制造的ICI1010(P)
载体负载：490g/cm2
载体旋转：105rpm
抛光板旋转：100rpm
淤浆原料用量：200ml/min
抛光时间：2分钟
在抛光后，使用由KLA-Tencor公司制造的厚度测量装置“UV1280”测量氮化硅膜的厚度损失。发现厚度损失为85埃。
为了观察在嵌入到硅基质沟槽内的嵌入绝缘膜里的PETEOS部分的平坦性，断开抛光晶片的带沟槽部分。通过电子显微镜观察截面，并测量凹度(凹面离氮化硅膜的水平面的深度)，发现凹度为630埃。
使用由KLA-Tencor公司制造的晶片缺陷检测装置“KLA2351”，检测抛光表面上PETEOS部分的缺陷。随机选择100或更多个缺陷，以确定划痕的比例，和基于该比例计算划痕的数量。结果发现250条划痕。
在表2中示出了结果。
实施例2-4
以与实施例1相同的方式，测量淤浆(A2)-(A4)和淤浆(B2)-(B4)的抛光速度，其中各淤浆含有表2所述用量的聚丙烯酸铵。在表1中示出了结果。以与实施例1相同的方式，经表2所述的时间段抛光晶片，以评价如上所述淤浆的性能。在表2中示出了结果。
实施例5-8
以与实施例1相同的方式，制备淤浆(A5)-(A8)和淤浆(B5)-(B8)，所不同的是，将淤浆(A)中所使用的相同磨蚀剂颗粒(铈土颗粒)加入到淤浆(B)中，和如表3所示变化各组分的用量。以与实施例1相同的方式，测量这些淤浆的抛光速度。以与实施例1相同的方式，经表3所述的时间段抛光晶片，以评价如上所述淤浆的性能。在表3中示出了结果。
实施例9-14
以与实施例1相同的方式，制备淤浆(A9)-(A14)和淤浆(B9)-(B14)，所不同的是，如表4和表5所述变化加入到淤浆(A)和淤浆(B)中的磨蚀剂颗粒和添加剂的类型与用量，和以与实施例1相同的方式，使用具有两个或多个抛光台的抛光装置(由Applied Materials，Inc.制造的“Mirra”)。在表1中示出了结果。以与实施例1相同的方式，经表4和表5所述的时间段抛光晶片，以评价如上所述淤浆的性能。在实施例9中，使用不同的抛光台用于第一步和第二步。在实施例10-14中，使用两个不同的抛光台，两阶段地进行第一步，而仍使用另一个抛光台，进行第二步。由于使用不同的抛光台，用T1、T2和T3表示表3的抛光台。相同的标记可应用到下述实施例中。在表中，“DBS-NH4”代表十二烷基苯磺酸铵和“PAA-K”代表重均分子量为6000和中和度为80％的聚丙烯酸钾。
对比例1
以与实施例1相同的方式，经表6所述的时间段抛光晶片，所不同的是，当抛光由PETEOS制造的均匀膜时，仅使用抛光速度为1800埃/分钟的淤浆(A15)。在表6中示出了结果。
对比例2-4
以与实施例10相同的方式，测量淤浆(A16)-(A18)和淤浆(B16)-(B18)的抛光速度，所不同的是，如表6所述变化加入到淤浆(A)和淤浆(B)中的磨蚀剂颗粒和添加剂的类型与用量，和使用具有多个抛光台的抛光装置。以与实施例1相同的方式，经表6所述的时间段抛光晶片，已评价以上所述的淤浆的性能。在表6中示出了结果。
表1
                  抛光速度(/min)
    淤浆(A)     淤浆(B)
    实施例1     A1     485     B1     820
    实施例2     A2     325     B2     820
    实施例3     A3     225     B3     820
    实施例4     A4     185     B4     820
    实施例5     A5     300     B5     880
    实施例6     A6     300     B6     1220
    实施例7     A7     300     B7     1520
    实施例8     A8     300     B8     1900
    实施例9     A9     300     B9     750
    实施例10     A10     300     B10     750
    实施例11     A11     450     B11     1520
    实施例12     A12     320     B12     1520
    实施例13     A13     321     B13     1850
    实施例14     A14     340     B14     630
    对比例1     A15     1800     B15     -
    对比例2     A16     3250     B16     485
    对比例3     A17     510     B17     630
    对比例4     A18     480     B18     550
表2
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
第一步 淤浆A1 铈土 0.5 淤浆A2 铈土 0.5 淤浆A3 铈土 0.5 淤浆A4 铈土 0.5
PAA-NH4 1.4 PAA-NH4 1.6 PAA-NH4 1.8 PAA-NH4 2.0
抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1
抛光时间(秒) 65 抛光时间(秒) 80 抛光时间(秒) 120 抛光时间(秒) 180
第二步 淤浆B1 氧化硅 6.0 淤浆B2 氧化硅 6.0 淤浆B3 氧化硅 6.0 淤浆B3 氧化硅 6.0
PAA-NH4 0.05 PAA-NH4 0.05 PAA-NH4 0.05 PAA-NH4 0.05
抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1
抛光时间(秒) 30 抛光时间(秒) 30 抛光时间(秒) 30 抛光时间(秒) 30
评价 Si3N4损失(埃) 85 Si3N4损失(埃) 60 Si3N4损失(埃) 70 Si3N4损失(埃) 120
凹度(埃) 630 凹度(埃) 510 凹度(埃) 390 凹度(埃) 230
划痕数量 250 划痕数量 280 划痕数量 190 划痕数量 280
表3
实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
第一步 淤浆A5 铈土 0.5 淤浆A6 铈土 0.5 淤浆A7 铈土 0.5 淤浆A8 铈土 0.5
PAA-NH4 1.5 PAA-NH4 1.5 PAA-NH4 1.5 PAA-NH4 1.5
抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1
抛光时间(秒) 120 抛光时间(秒) 120 抛光时间(秒) 120 抛光时间(秒) 120
第二步 淤浆B5 铈土 0.5 淤浆B6 铈土 0.5 淤浆B7 氧化硅 0.5 淤浆B8 氧化硅 0.5
PAA-NH4 1.2 PAA-NH4 1.1 PAA-NH4 1.0 PAA-NH4 0.9
抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1 抛光台 T1
抛光时间(秒) 35 抛光时间(秒) 25 抛光时间(秒) 20 抛光时间(秒) 16
评价 Si3N4损失(埃) 45 Si3N4损失(埃) 60 Si3N4损失(埃) 54 Si3N4损失(埃) 75
凹度(埃) 120 凹度(埃) 160 凹度(埃) 150 凹度(埃) 250
划痕数量 210 划痕数量 220 划痕数量 105 划痕数量 110
表4
实施例9 实施例10 实施例11
第一步 淤浆A9 铈土 0.5 淤浆A10  铈土 0.5 淤浆A11 铈土 0.5
PAA-NH4 1.5 PAA-NH4 1.5 DBS-NH4 0.05
抛光台 T1 抛光台 T1+T2 抛光台 T1+T2
抛光时间(秒) 120 抛光时间(秒) 60+60 抛光时间(秒) 40+40
第二步 淤浆B9 铈土 0.5 淤浆B10 铈土 0.5 淤浆B11 氧化硅 0.5
PAA-NH4 1.2 PAA-NH4 1.2 DBS-NH4 0.02
抛光台 T2 抛光台 T3 抛光台 T3
抛光时间(秒) 30 抛光时间(秒) 30 抛光时间(秒) 20
评价 Si3N4损失(埃) 250 Si3N4损失(埃) 210 Si3N4损失(埃) 95
凹度(埃) 165 凹度(埃) 185 凹度(埃) 89
划痕数量 110 划痕数量 190 划痕数量 390
表5
实施例12 实施例13 实施例14
第一步 淤浆A12 铈土 0.5 淤浆A13 铈土 0.5 淤浆A14 氧化硅 60
DBS-NH4 0.1 PAA-K 1.2 DBS-NH4 0.05
抛光台 T1+T2 抛光台 T1+T2 抛光台 T1+T2
抛光时间(秒) 50+50 抛光时间(秒) 60+60 抛光时间(秒) 60+60
第二步 淤浆B12 铈土 0.5 淤浆B13 铈土 0.5 淤浆B14 氧化硅 6.0
DBS-NH4 0.02 PAA-K 0.02 DBS-NH4 0.01
抛光台 T3 抛光台 T3 抛光台 T3
抛光时间(秒) 20 抛光时间(秒) 20 抛光时间(秒) 20
评价 Si3N4损失(埃) 90 Si3N4损失(埃) 160 Si3N4损失(埃) 210
凹度(埃) 83 凹度(埃) 350 凹度(埃) 620
划痕数量 420 划痕数量 210 划痕数量 320
表6
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
第一步 淤浆A15 铈土 0.5 淤浆A16 铈土 0.5 淤浆A17 氧化硅 6.0 淤浆A18 铈土 0.5
PAA-NH4 1.0 PAA-NH4 0.6  DBS-NH4 0.03 PAA-NH4 1.4
抛光台 T1 抛光台 T1+T2 抛光台 T1+T2 抛光台 T1+T2
抛光时间(秒) 60 抛光时间(秒) 60+60 抛光时间(秒) 60+60 抛光时间(秒) 60+60
第二步 淤浆B15 - - 淤浆B16 铈土 0.5 淤浆B17 氧化硅 6.0 淤浆B18 铈土 0.6
- - PAA-NH4 1.4 DBS-NH4 0.01 PAA-NH4 1.35
抛光台 - 抛光台 T3 抛光台 T3 抛光台 T3
抛光时间(秒) - 抛光时间(秒) 20 抛光时间(秒) 20 抛光时间(秒) 60
评价 Si3N4损失(埃) 720 Si3N4损失(埃) 300 Si3N4损失(埃) 320 Si3N4损失(埃) -210
凹度(埃) 3400 凹度(埃) 1200 凹度(埃) 2860 凹度(埃) 420
划痕数量 350 划痕数量 2150 划痕数量 1520 划痕数量 420
表6的对比例1是仅使用第一步的实施方案。可看出，氮化硅的损失大(720埃)，和凹度大(3400埃)。对比例2是在第二步使用抛光速度小于600埃/分钟的淤浆(B16)的实施方案。凹度很大(1200)，导致产品平整度差。另外，存在非常大量的划痕(2150条划痕)。对比例3是在第一步使用抛光速度大于500埃/分钟的淤浆(A17)的实施方案。氮化硅膜的厚度损失和凹度比对比例2更差，从而导致具有平坦性差的产品。另外，存在大量的划痕(1520条划痕)。对比例4是在第二步使用抛光速度小于600埃/分钟的淤浆(B18)的实施方案。PETEOS部分残留在氮化硅膜上，这通过表6中Si3N4的损失为-210埃得到证明。
另一方面，实施例1-14抛光的产品显示出优良的平坦性，其凹度为1000埃或更低，和氮化硅膜的厚度损失小。划痕的数量不超过500条(在实施例7-9中为105-110条)，这是没有问题的一种程度。
根据本发明用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，在抛光表面上具有凸面和凹面的物体中，可在足够高的抛光速度下，有效地抛光浅沟槽隔离区域。此外，在其中绝缘材料嵌入到基质凹面内的嵌入绝缘部分内的凹度非常小，和在抛光表面上的划痕数量也非常少。因此，在浅沟槽隔离技术等中，可提供非常有用的化学/机械抛光方法。
当淤浆(A)和淤浆(B)含有含铈土或氧化硅或这二者的磨蚀剂颗粒时，可合适地选择铈土和氧化硅的用量以及添加剂的类型与用量，产生具有所需抛光速度的淤浆。可通过使用这种淤浆，获得具有优良平坦性的抛光表面。
当淤浆(A)和淤浆(B)含有相同或不同的有机酸盐时，可容易地获得具有所需抛光速度的淤浆，和可获得具有优良平坦性的抛光表面。
当淤浆(A)和淤浆(B)含有相同的有机酸盐时，若在淤浆(A)内的有机酸盐的含量大于在淤浆(B)内的有机酸盐的含量，则可容易地获得具有所需抛光速度的淤浆，和可获得具有优良平坦性的抛光表面。
当有机酸盐是选自聚丙烯酸的钾盐、聚丙烯酸的铵盐、十二苯磺酸的钾盐和十二苯磺酸的铵盐中的至少一类时，可容易地获得具有所需抛光速度的淤浆，和可获得具有优良平坦性的抛光表面。
当包含在淤浆(A)和淤浆(B)二者内的有机酸盐是聚丙烯酸的钾盐，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量为1.0wt％或更高，和在淤浆(B)内的有机酸盐的含量为小于1.0wt％时，可容易地获得具有所需抛光速度的淤浆，和可获得具有优良平坦性的抛光表面。
当包含在淤浆(A)和淤浆(B)二者内的有机酸盐是聚丙烯酸的铵盐，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量为1.3wt％或更高，和在淤浆(B)内的有机酸盐的含量为小于1.3wt％时，可容易地获得具有所需抛光速度的淤浆，和可获得具有优良平坦性的抛光表面。
当包含在淤浆(A)和淤浆(B)二者内的有机酸盐是十二烷基苯磺酸的铵盐，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量为0.03wt％或更高，和在淤浆(B)内的有机酸盐的含量为小于0.03wt％时，可容易地获得具有所需抛光速度的淤浆，和可获得具有优良平坦性的抛光表面。
当在抛光装置的抛光台上抛光物体，和在相同或不同的抛光台分别进行第一和第二抛光步骤时，化学/机械抛光方法显示出优良的可操作性。

Claims (9)

1.在具有不规则表面的待抛光物体的抛光方法中，其中该物体具有带凸面和凹面的基质，在基质的凸面上形成的终止层，和覆盖基质的凹面与终止层而形成的嵌入绝缘层，用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法包括：
第一抛光步骤：使用可维持500埃/分钟或更低抛光速度的淤浆(A)，使嵌入的绝缘层变平，和
第二抛光步骤：使用可维持600埃/分钟或更高抛光速度的淤浆(B)，进一步抛光该嵌入的绝缘层，在待暴露的凸面上形成终止层。
2.权利要求1的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中淤浆(A)和淤浆(B)含有包括至少一类选自铈土和氧化硅的磨蚀剂颗粒。
3.权利要求1的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中淤浆(A)和淤浆(B)含有相同或不同的有机酸盐。
4.权利要求3的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中当在淤浆(A)和淤浆(B)二者中使用相同的有机酸盐时，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量大于在淤浆(B)内的有机酸盐的含量。
5.权利要求3的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中有机酸盐是选自聚丙烯酸的钾盐、聚丙烯酸的铵盐、十二烷基苯磺酸的钾盐和十二烷基苯磺酸的铵盐中的至少一类。
6.权利要求3的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中当包含在淤浆(A)和淤浆(B)二者内的有机酸盐是聚丙烯酸的钾盐时，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量为1.0wt％或更高，和在淤浆(B)内的有机酸盐的含量小于1.0wt％。
7.权利要求3的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中当包含在淤浆(A)和淤浆(B)二者内的有机酸盐是聚丙烯酸的铵盐时，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量为1.3wt％或更高，和在淤浆(B)内的有机酸盐的含量小于1.3wt％。
8.权利要求3的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中当包含在淤浆(A)和淤浆(B)二者内的有机酸盐是十二烷基苯磺酸的铵盐时，在淤浆(A)内的有机酸盐的含量为0.03wt％或更高，和在淤浆(B)内的有机酸盐的含量小于0.03wt％。
9.权利要求1的用于浅沟槽隔离的化学/机械抛光方法，其中在抛光装置上提供的抛光台上抛光物体，和在相同或不同抛光台上分别进行第一和第二抛光步骤。
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