技術領域

本發明大體上涉及化學機械拋光領域。具體地，本發明的涉及一種穩定的、可濃縮的(concentratable)化學機械拋光組合物和一種化學機械拋光半導體材料的方法以及，更具體地，涉及一種對在如夾層電介質(interlevel?dielectric，ILD)和淺溝槽隔離(shallow?trench?isolation，STI)方法中的半導體結構的介電質層進行化學機械拋光的方法。

背景技術

近代的集成電路是通過復雜的工藝制備的，其中由半導體設備組成的電子電路集成在小的半導體結構上。形成在半導體結構上的常規半導體設備包括電容器、電阻器、晶體管、導體、二極管等等。在先進的集成電路的制造中，大量這樣的半導體設備形成在單一的半導體結構上。

此外，集成電路可以以相鄰的芯片塊(die)布置在半導體結構的普通硅基材上。通常，在芯片塊之間設置表面水準(surface?level)劃痕區域，其中芯片塊被切割分離形成不連續的集成電路。在這些芯片塊中，半導體結構的表面的特征是由于形成半導體設備而產生的凸起區域。這些凸起區域形成陣列并且被半導體結構的硅基材上的較低高度的較低區域隔開。

有源設備(active?device)需要使用介電質(dielectric)來隔開以防止它們之間的串擾和信號干擾。通常，有兩種主要的隔離方法。一種是夾層介電質(ILD)。另一種稱為淺溝槽隔離(STI)。

ILD結構主要用于分隔集成電路中的金屬線或者插頭(plug)。介電質分隔材料(例如，二氧化硅和氮化硅)通常生長或者沉積在間隙之間和在金屬線或者插頭的頂部，這樣產生了非平面的表面，其特征為沿陣列向上延伸的較高高度的垂直凸出功能元件(feature)和較低高度的開放式槽(trough)。然后使用CMP方法把垂直凸出的功能元件的高度降低到目標高度，該高度通常是在陣列頂部水平面之上的預定距離，其中理想地形成平整的表面。

STI是廣泛使用的半導體制造方法，其形成隔離結構來電絕緣集成電路中形成的各種有源元件。在STI工藝中，第一步是在基材的預定位置形成大量的溝槽，通常是使用各向異性刻蝕法。然后，二氧化硅沉積在這些溝槽的每一個中。之后通過CMP拋光二氧化硅，直至氮化硅(停止層)以形成STI結構。為了實現有效的拋光，拋光液通常提供相對氮化硅的二氧化硅去除速率的高選擇性(“選擇性”)。

用于ILD和STI工藝的常規CMP研磨液(slurry)包括較大濃度的研磨劑來提高其有效性。不幸的是，研磨劑是昂貴的并且增加研磨劑的用量會導致過高的成本。同時，高濃度的研磨劑拋光液產生穩定性問題，即隨著時間出現的顆粒團聚以及沉降，從而在拋光時產生不能接受的性能變化。

一種具有降低的研磨劑含量的、用于去除二氧化硅的拋光組合物公開在Liu等的美國專利No.7,018,560中。Liu等公開了一種含水的拋光組合物，其包括：用于限制互連金屬去除的腐蝕抑制劑；酸性pH；研磨顆粒；以及由下式基團形成的有機含銨鹽

其中R₁、R₂、R₃和R₄是自由基，R₁是碳鏈長度為2-15個碳原子的未取代的芳基、烷基、芳烷基或者烷芳基基團并且有機含銨鹽的濃度在至少一個小于21.7kPa的拋光壓力條件下促進二氧化硅的去除和降低至少一種選自SiC、SiCN、Si₃N₄和SiCO的涂層的去除。

盡管如此，仍然需要具有改進的去除速率以及降低的研磨劑濃度的化學機械拋光組合物和化學機械拋光電介層的方法。具體地，需要的是在ILD和STI工藝中，顯示出改進的介電層去除速率以及降低的研磨劑濃度，以及提供改進的存儲穩定性和促進降低的運輸費用的可濃縮性的拋光組合物和拋光介電層的方法。

發明內容

本發明提供一種化學機械拋光組合物，該組合物包括作為原始成分的下述成分：水；研磨劑(abrasive)；如式(I)的雙季化物質(diquaternary?substance)：