CN101512732A - 利用水溶性氧化剂的碳化硅抛光方法 - Google Patents

利用水溶性氧化剂的碳化硅抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明的方法包括用包含液体载体、研磨剂及氧化剂的抛光组合物对包含至少一层碳化硅的基板进行化学机械抛光。

Description

利用水溶性氧化剂的碳化硅抛光方法
技术领域
本发明涉及抛光碳化硅基板的方法。
背景技术
非常需要具有更有效地操作以实现功率消耗显著降低的能力的半导体。通常，硅基板用于制造这样的器件，然而，由于硅的固有特性，进一步的发展受到限制。下一代半导体器件的发展强调使用具有更大硬度及其它独特性质的材料。例如，当与氧化硅相比时，碳化硅具有更高的热导率、更大的耐辐射性、更高的介电强度，且能够经受更高的温度，这使其适于多种应用。然而，碳化硅的使用因半导体制造技术而受到限制。
为了制造碳化硅半导体，必须抛光碳化硅基板表面以提供平滑表面且获得表面的精确尺寸。使碳化硅成为这种有用的基板的性质对于抛光方法提出了独特挑战。由于碳化硅的硬度，通常使用金刚石磨粒来机械抛光碳化硅基板。
化学机械抛光(CMP)技术广泛用于整个半导体工业中以抛光当代的硅器件。CMP包括使用含有研磨剂及含水物质的抛光组合物(也称为抛光浆料)，其通过使表面与用该抛光组合物饱和的抛光垫接触而施用于该表面上。抛光组合物也可含有氧化剂，其使得基板的侵蚀性机械磨损较少，因而减少由研磨过程引起的对基板的机械损坏。使用这样的技术来抛光碳化硅基板可通过减少抛光时间及降低对基板的损坏而大大降低制造半导体的成本。
使CMP技术适于碳化硅抛光相对而言并不成功。含有胶体二氧化硅的抛光组合物导致低的碳化硅移除速率，因此需要在50℃左右的温度下持续数小时的长的抛光周期，其可能导致对碳化硅基板的损坏。Zhou等人，J.Electrochemical Soc.，144，第L161至L163页(1997)；Neslen等人，J.ElectronicMaterials，30，第1271至1275页(2001)。长的抛光周期使该方法增加相当大的成本且其是阻碍碳化硅在半导体工业中的普遍使用的障碍。因此，仍存在对于抛光包含碳化硅的基板的替代抛光***及方法的需要。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使包含至少一层单晶碳化硅的基板与化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：(a)液体载体，(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，其中该研磨剂为平均粒度为40纳米至130纳米的基本上为球形的二氧化硅颗粒，及(c)选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂(oxone)、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物的氧化剂；(ii)相对于该基板移动该抛光组合物；及(iii)磨除该基板的至少一部分所述碳化硅以抛光该基板。
本发明进一步提供一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使包含至少一层单晶碳化硅的基板与化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：(a)液体载体，(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，其中该研磨剂为氧化铝且以基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的3重量％或更少的量存在，及(c)氧化剂，其中该氧化剂以基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的0.001重量％至0.5重量％的量存在，且选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物；及(ii)相对于该基板移动该抛光组合物；及(iii)磨除该基板的至少一部分所述碳化硅以抛光该基板。
本发明还提供一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使包含至少一层碳化硅的基板与化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：(a)液体载体，(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，及(c)氧化剂，其中该氧化剂以基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的0.001重量％至0.5重量％的量存在，且选自过硫酸氢钾制剂、过硫酸钾、及其混合物；(ii)相对于该基板移动该抛光组合物；及(iii)磨除该基板的至少一部分所述碳化硅以抛光该基板。
具体实施方式
本发明提供一种化学机械抛光包含碳化硅的基板的方法。该方法包括：(i)接触包含至少一层单晶碳化硅的基板，(ii)相对于该基板移动抛光组合物，及(iii)磨除该基板的至少一部分碳化硅以抛光该基板。该抛光组合物包含以下物质，基本上由以下物质组成或由以下物质组成：(a)液体载体，(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，及(c)氧化剂。
在第一实施方式中，研磨剂为平均粒度为40纳米至130纳米的基本上为球形的二氧化硅颗粒，且氧化剂选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物。在第二实施方式中，研磨剂为氧化铝且以基于液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的3重量％或更少的量存在，氧化剂以基于液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的0.001重量％至0.5重量％的量存在，且选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物。在第三实施方式中，氧化剂以基于液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的0.001重量％至0.5重量％的量存在，且选自过硫酸氢钾制剂、过硫酸钾、及其混合物。
将使用本发明的方法进行抛光的基板可为包含至少一层碳化硅的任何合适的基板。合适的基板包括，但不限于，平板显示器、集成电路、存储器或硬盘、金属、层间介电(ILD)器件、半导体、微机电***、铁电体及磁头。碳化硅可包含任何合适的碳化硅，基本上由任何合适的碳化硅组成或由任何合适的碳化硅组成，其中的许多是本领域中已知的。碳化硅可为单晶或多晶的。碳化硅具有许多不同类型的晶体结构，各晶体结构具有其自身独特的一组电子性能。然而，仅这些多型体中的少数可以可接受的形式再生产以用作半导体。这些多型体可为立方的(例如，3C碳化硅)或非立方的(例如，4H碳化硅、6H碳化硅)。这些多型体的性质是本领域中公知的。
抛光垫可为任何合适的抛光垫，其中的许多是本领域中已知的。合适的抛光垫包括，例如，编织及非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。
抛光垫可包含在抛光垫的抛光表面上或在抛光垫的抛光表面内的固定研磨剂颗粒，或者抛光垫可基本上不含固定研磨剂颗粒。固定研磨剂抛光垫包括具有通过胶粘剂、粘合剂、陶瓷聚合体(ceramer)、树脂等附着至抛光垫的抛光表面的研磨剂颗粒或已浸渍在抛光垫内以便形成抛光垫的必要构成部分的研磨剂的垫，诸如用含有研磨剂的聚氨酯分散体浸渍的纤维毡。
抛光垫可具有任何合适的构型。例如，抛光垫可为圆形的，且在使用时通常具有围绕垂直于垫表面所限定的平面的轴的旋转运动。抛光垫可为圆柱形的，其表面其抛光表面的作用，且在使用时通常具有围绕该圆柱体的中心轴的旋转运动。抛光垫可为环带形式，其在使用时通常具有相对于正被抛光的切割边缘的线性运动。抛光垫可具有任何合适的形状，且在使用时具有沿平面或半圆的往复或轨道运动。许多其它变化对本领域技术人员是显而易见的。
抛光组合物包含研磨剂，其合意地悬浮于液体载体(例如，水)中。研磨剂通常呈颗粒形式。具体而言，研磨剂包含基本上为球形的二氧化硅或氧化铝，基本上由基本上为球形的二氧化硅或氧化铝组成或由基本上为球形的二氧化硅或氧化铝组成。基本上为球形的二氧化硅也被本领域技术人员称为胶体二氧化硅。优选地，基本上为球形的二氧化硅为沉淀或缩聚二氧化硅，其使用溶胶-凝胶法制备。缩聚二氧化硅颗粒通常通过使Si(OH)4缩合以形成基本上为球形的颗粒而制备。前体Si(OH)4可例如通过高纯度烷氧基硅烷的水解或通过硅酸盐水溶液的酸化而获得。这些研磨剂颗粒可根据美国专利5,230,833制备或者可以作为各种市售产品的任一者获得，诸如来自EKAChemicals的Bindzil；Fuso的PL-1、PL-2及PL-3产品；及Nalco 1034A、1050、2327及2329产品；以及可得自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical及Clariant的其它类似产品。优选地，氧化铝为晶种凝胶法(seeded gel process)α氧化铝，其可从诸如Saint Gobain(α氧化铝)的制造商得到。基本上为球形的二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒可具有任何合适的粒度。例如，基本上为球形的二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒的平均粒度可为10纳米或更大(例如，20纳米或更大、30纳米或更大、40纳米或更大、或者50纳米或更大)。基本上为球形的二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒的平均粒度可为200纳米或更小(例如，180纳米或更小、170纳米或更小、160纳米或更小、150纳米或更小、130纳米或更小、110纳米或更小、或者100纳米或更小)。因此，基本上为球形的二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒的平均粒度可为40纳米至130纳米(例如，45纳米至125纳米、50纳米至120纳米、55纳米至115纳米、或者60纳米至110纳米)。颗粒的粒度为包围该颗粒的最小球体的直径。
任何合适的量的研磨剂可存在于抛光组合物中。通常，0.01重量％或更多(例如，0.05重量％或更多)的研磨剂存在于抛光组合物中。更通常，0.1重量％或更多(例如，1重量％或更多、5重量％或更多、7重量％或更多、10重量％或更多、或者12重量％或更多)的研磨剂存在于抛光组合物中。抛光组合物中研磨剂的量通常为50重量％或更少，更通常为40重量％或更少(例如，15重量％或更少、10重量％或更少、5重量％或更少、3重量％或更少、1重量％或更少、0.6重量％或更少、或者0.3重量％或更少)。因此，抛光组合物中研磨剂的量可为2重量％至50重量％，且更优选为5重量％至40重量％(例如，10重量％至35重量％、15重量％至35重量％、或者20重量％至35重量％)。
使用液体载体以有助于将研磨剂及任何任选的添加剂施用至待抛光(例如，平坦化)的合适基板的表面上。液体载体可为任何合适的液体，例如，溶剂，包括低级醇(例如，甲醇、乙醇等)、醚(例如，二噁烷、四氢呋喃等)、水、及其混合物。优选地，液体载体包含水、基本上由水组成或由水组成，其中所述水更优选为去离子水。
抛光组合物包含氧化剂，其可为针对将用抛光组合物进行抛光的基板的一种或多种材料的任何合适的氧化剂。优选地，氧化剂选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物。高碘酸盐、碘酸盐及过硫酸盐可为任何高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、或者高碘酸盐、碘酸盐及过硫酸盐的组合，例如，高碘酸钾、碘酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。更优选地，氧化剂为过硫酸氢钾制剂或过硫酸钾。该氧化剂可以任何合适的量存在于抛光组合物中。通常，抛光组合物包含0.001重量％或更多(例如，0.005重量％或更多、0.01重量％或更多、0.05重量％或更多、或者0.1重量％或更多)的氧化剂。抛光组合物优选包含20重量％或更少(例如，15重量％或更少、10重量％或更少、5重量％或更少、2重量％或更少、或者0.5重量％或更少)的氧化剂。优选地，抛光组合物包含0.001重量％至20重量％(例如，0.001重量％至15重量％、0.005重量％至10重量％、0.01重量％至5重量％、或者0.05重量％至2重量％)的氧化剂。更优选地，抛光组合物包含0.001重量％至0.05重量％、0.001重量％至0.1重量％、0.001重量％至0.5重量％、或者0.001重量％至2重量％的氧化剂。
抛光组合物，明确而言，具有任何溶解或悬浮于其中的组分的液体载体，可具有任何合适的pH值。抛光组合物的实际pH值将部分地取决于被抛光的基板的类型。抛光组合物的pH值可为11或更小(例如，9或更小、7或更小、5或更小、4或更小、3或更小、或者2或更小)。抛光组合物的pH值可为1或更大(例如，4或更大、6或更大、8或更大、或者9或更大)。例如，pH值可为1至11(例如2至10、3至9、4至8、或者5至7)。
抛光组合物的pH值可通过任何合适的手段获得和/或保持。更具体而言，抛光组合物可进一步包含pH值调节剂、pH值缓冲剂、或其组合。pH值调节剂可包含任何合适的pH值调节化合物，基本上由任何合适的pH值调节化合物组成或由任何合适的pH值调节化合物组成。例如，pH值调节剂可为任何合适的酸，诸如，无机酸、有机酸、或其组合。例如，该酸可为硝酸。pH值缓冲剂可为任何合适的缓冲剂，例如，磷酸盐、乙酸盐、硼酸盐、磺酸盐、羧酸盐、铵盐等。抛光组合物可包含任何合适的量的pH值调节剂和/或pH值缓冲剂，只要这样的量足以获得和/或保持抛光组合物的所需pH值，例如在本文所列范围内的pH值。
抛光组合物任选地包含螯合剂或络合剂。络合剂为任何合适的化学添加剂，其提高正在被移除的基板层的移除速率，或者在硅抛光中移除痕量金属污染物。合适的的螯合剂或络合剂可包括，例如，羰基化合物(例如，乙酰基丙酮化物等)、简单羧酸盐(例如，乙酸盐、芳基羧酸盐等)、含有一个或多个羟基的羧酸盐(例如，乙醇酸盐、乳酸盐、葡糖酸盐、没食子酸及其盐等)、二羧酸盐、三羧酸盐及多羧酸盐(例如，草酸盐、草酸、邻苯二甲酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、乙二胺四乙酸盐(例如，EDTA二钾盐)、其混合物等)、含有一个或多个磺酸基和/或膦酸基的羧酸盐等。合适的螯合剂或络合剂还可包括，例如，二元醇、三元醇或多元醇(例如，乙二醇、邻苯二酚、连苯三酚、鞣酸等)，多膦酸盐诸如Dequest 2010、Dequest 2060或Dequest 2000(可自Solutia Corp.得到)，及含胺化合物(例如，氨、氨基酸、氨基醇、二元胺、三元胺及多元胺等)。
应理解，上述化合物中的许多可以盐(例如，金属盐、铵盐等)、酸的形式或者作为偏盐存在。例如，柠檬酸盐包括柠檬酸以及其单盐、二盐及三盐；邻苯二甲酸盐包括邻苯二甲酸以及其单盐(例如，邻苯二甲酸氢钾)及二盐；高氯酸盐包括相应的酸(即，高氯酸)及其盐。此外，一些化合物或试剂可执行多于一种的功能。例如，一些化合物可起到螯合剂与氧化剂二者的作用(例如，硝酸铁(II)、硝酸铁(III)等)。
抛光组合物任选地进一步包含一种或多种其它添加剂。这些添加剂包括包含一个或多个丙烯酸类亚单元的丙烯酸酯(例如，乙烯基丙烯酸酯及苯乙烯丙烯酸酯)及其聚合物、共聚物及低聚物、及其盐。
抛光组合物可包含表面活性剂和/或流变调节剂，包括粘度增强剂及促凝剂(例如，聚合物流变调节剂，诸如，氨基甲酸酯聚合物)。合适的表面活性剂可包括，例如，阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、其混合物等。优选地，抛光组合物包含非离子表面活性剂。合适的非离子表面活性剂的实例为乙二胺聚氧乙烯表面活性剂。抛光组合物中表面活性剂的量通常为0.0001重量％至1重量％(优选为0.001重量％至0.1重量％，且更优选为0.005重量％至0.05重量％)。
抛光组合物可包含消泡剂。消泡剂可为任何合适的消泡剂。合适的消泡剂包括，但不限于，基于硅及基于炔二醇的消泡剂。抛光组合物中消泡剂的量通常为10ppm至140ppm。
抛光组合物可包含杀生物剂。杀生物剂可为任何合适的的杀生物剂，例如，异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中杀生物剂的量通常为1至50ppm，优选为10至20ppm。
抛光组合物优选具有胶体稳定性。术语胶体是指在液体载体中的颗粒的悬浮体。胶体稳定性是指该悬浮体随时间的保持性。若出现如下情形便认为抛光组合物是胶体稳定的：当将抛光组合物置于100ml量筒中且使其无干扰地静置2小时的时间时，量筒底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为单位)与量筒顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差值除以抛光组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)。优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，更优选小于或等于0.1，甚至更优选小于或等于0.05，最优选小于或等于0.01。
抛光组合物可通过任何合适的技术来制备，其中的许多技术是本领域技术人员已知的。抛光组合物可以间歇或连续方法制备。通常，抛光组合物可通过按任何顺序组合其各组分来制备。本文所用的术语“组分”包括单独的组分(例如，氧化剂、研磨剂等)以及各组分(例如，水、卤素阴离子、表面活性剂等)的任何组合。
抛光组合物可作为包含液体载体、研磨剂、氧化剂及任选的的其它添加剂的单包装体系提供。或者，一些组分(诸如氧化剂)可以干燥形式或作为在液体载体中的溶液或分散体提供于第一容器中，且剩余组分(诸如研磨剂及其它添加剂)可提供于第二容器或多个其它容器中。抛光组合物各组分的其它两个容器、或者三个或多个容器组合在本领域技术人员的知识范围内。
固体组分(诸如研磨剂)可以干燥形式或作为在液体载体中的溶液置于一个或多个容器中。此外，第一、第二或其它容器中的组分适于具有不同的pH值，或者适于具有基本上相似乃至相等的pH值。抛光组合物的组分可部分或全部彼此独立地提供且可例如在使用前不久(例如，使用前1周或更短时间，使用前1天或更短时间，使用前1小时或更短时间，使用前10分钟或更短时间，或使用前1分钟或更短时间)由最终使用者组合。
抛光组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物意欲在使用之前用适量液体载体进行稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可包含液体载体及任选的的其它组分，其量使得在用适量液体载体稀释浓缩物时，各组分将以上文对于各组分所述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。例如，各组分可以上文对抛光组合物中的各组分所述的浓度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)的量存在于浓缩物中，使得当用适当体积的液体载体(例如，分别用等体积的液体载体、2倍等体积的液体载体、3倍等体积的液体载体、或4倍等体积的液体载体)稀释浓缩物时，各组分将以上文对各组分所述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如由本领域技术人员所理解的，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分数的液体载体，以确保抛光组合物的其它组分至少部分或完全溶解或悬浮于浓缩物中。
本发明的抛光基板的方法特别适于与化学机械抛光(CMP)装置结合使用。通常，该装置包括：压板(platen)，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动所产生的速度；抛光垫，其与压板相接触且在运动时随着压板一起移动；及载体(carrier)，其固持待通过接触抛光垫的表面并相对于抛光垫的表面移动而进行抛光的基板。基板的抛光通过如下发生：将基板放置成与抛光垫及抛光组合物(其一般置于基板与抛光垫之间)接触，使抛光垫相对于基板移动，以便磨除基板的至少一部分以抛光基板。
合意地，抛光终点通过监测碳化硅基板的重量来确定，碳化硅基板的重量用以计算从基板移除的碳化硅的量。这样的技术是本领域中公知的。
抛光是指移除表面的至少一部分以抛光该表面。可通过移除凿孔、凹坑、凹痕等进行抛光以提供具有降低的表面粗糙度的表面，但也可进行抛光以引入或恢复以平面区段的相交为特征的表面几何形状。
本发明的方法可用于抛光包含至少一层碳化硅的任何合适的基板。碳化硅可以任何合适的速率移除以实现基板的抛光。例如，碳化硅可以5纳米/小时或更高(例如，10纳米/小时或更高、20纳米/小时或更高、50纳米/小时或更高、70纳米/小时或更高、100纳米/小时或更高、或者200纳米/小时或更高)的速率移除。碳化硅可以800纳米/小时或更低(例如，500纳米/小时或更低、300纳米/小时或更低、250纳米/小时或更低、或者200纳米/小时或更低)的速率移除。因此，碳化硅可以5纳米/小时至1500纳米/小时(例如，10纳米/小时至1000纳米/小时、20纳米/小时至800纳米/小时、30纳米/小时至500纳米/小时、40纳米/小时至300纳米/小时、或者50纳米/小时至180纳米/小时)的速率从基板移除。更优选地，碳化硅可以下列速率从基板移除：20纳米/小时至180纳米/小时、70纳米/小时至180纳米/小时、100纳米/小时至180纳米/小时、30纳米/小时至1000纳米/小时、100纳米/小时至500纳米/小时、或者200纳米/小时至400纳米/小时。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
该实施例证明在抛光组合物中存在基本上为球形的二氧化硅以及氧化剂对碳化硅移除速率的影响。
用10种不同的抛光组合物抛光6H半绝缘单晶碳化硅晶片。各抛光组合物的含量及pH值示于表1中。对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表1中。
表1
 
抛光组合物   研磨剂浓度 氧化剂浓度 pH值 碳化硅移除速率(纳米/小时)
1A(对比) 30重量％的热解二氧化硅 N/A 10-10.5 0
1B(对比) 30重量％的热解二氧化硅 0.5重量％的H2O2 10-10.5 46.5
1C 30重量％的 1.0重量％的H2O2 10-10.5 77.5
 
(对比) 热解二氧化硅
1D(对比) 30重量％的热解二氧化硅 2.0重量％的H2O2 10-10.5 69.75
1E(对比) 30重量％的基本上为球形的二氧化硅     N/A 10 0
1F(本发明) 30重量％的基本上为球形的二氧化硅     1重量％的过硫酸铵 10 77.5
1G(本发明) 30重量％的基本上为球形的二氧化硅     1重量％的过硫酸铵 10 93
1H(本发明) 30重量％的基本上为球形的二氧化硅     1重量％的KIO3 11 124
1I(本发明) 30重量％的基本上为球形的二氧化硅     2重量％的过硫酸铵 10 124
1J(本发明) 30重量％的基本上为球形的二氧化硅     2重量％的过硫酸氢钾制剂            10 93
从表1中所示数据明显看出，当抛光组合物包含与氧化剂诸如过硫酸铵、碘酸钾或过硫酸氢钾制剂组合的基本上为球形的二氧化硅颗粒时，碳化硅移除速率增加。
实施例2
该实施例证明在本发明的抛光组合物中存在不同的氧化剂对碳化硅移除速率的影响。
用7种不同的抛光组合物抛光4HN单晶碳化硅晶片。各抛光组合物含有30重量％的基本上为球形的二氧化硅。如表2中所示，通过添加过硫酸铵或硝酸铈铵对这些抛光组合物中的6种进行进一步调整。
对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表2中。
表2
 
抛光组合物 氧化剂浓度 pH值 碳化硅移除速率(纳米/小时)
2A(对比) N/A 10 0
2B(本发明) 1重量％的过硫酸铵 10 105
 
2C(本发明) 1重量％的过硫酸铵 10 87.5
2D(本发明) 1重量％的过硫酸铵 10 126
2E(本发明) 1重量％的过硫酸铵 10 182
2F(本发明) 2重量％的过硫酸铵 10 105
2G(本发明) 1重量％的硝酸铈铵 1.7 126
从表2中所示数据明显看出，抛光组合物中过硫酸铵或硝酸铈铵的存在使碳化硅移除速率从0增加至高达182纳米/小时。
实施例3
该实施例证明在抛光组合物中存在氧化剂对碳化硅移除速率的影响。
用3种不同的抛光组合物抛光4HPSI单晶碳化硅晶片。各抛光组合物含有30重量％的基本上为球形的二氧化硅且调节至pH值为10。如表3中所示，通过添加过硫酸铵对这些抛光组合物中的两种进行进一步改性。
对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表3中。
表3
 
抛光组合物 氧化剂浓度 碳化硅移除速率(纳米/小时)
3A(对比) N/A 0
3B(本发明) 1重量％的过硫酸铵 22.75
3C(本发明) 1重量％的过硫酸铵 21
从表3中所示数据明显看出，当抛光组合物包含过硫酸铵时，碳化硅移除速率增加。
实施例4
该实施例证明在抛光组合物中存在氧化剂及研磨剂对碳化硅移除速率的影响。
用15种不同抛光组合物抛光4H单晶碳化硅晶片。各抛光组合物的含量及pH值示于下表4中。对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表4中。
表4
 
抛光组合物 研磨剂浓度 pH值 氧化剂浓度 碳化硅移除速率(纳米/小时)
4A(对比) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Bindzil)     10 N/A 76
4B(本发明) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Bindzil)     10 0.5重量％的H2O2 105
4C(本发明) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Bindzil)     10 0.5重量％的高碘酸钾            102
4D(本发明) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Bindzil)     10 0.5重量％的过硫酸钾            104
4E(对比) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Nalco 1034)   2 N/A 97
4F(对比) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Nalco 1034)   2 0.5重量％的H2O2 96
4G(本发明) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Nalco 1034)   2 0.5重量％的高碘酸钾            122
4H(本发明) 20重量％的基本上为球形的二氧化硅(Nalco 1034)   2 0.5重量％的过硫酸钾            116
4I(对比) 0.5重量％的二氧化铈 5 N/A 0
4K(对比) 0.5重量％的二氧化铈 5 3000ppm高碘酸钾 0
4L(本发明) 0.5重量％的二氧化铈 5 3000ppm过硫酸钾 64
4M(对比) 7.5重量％的晶种凝胶法α氧化铝              3 N/A 0
4N(本发明) 7.5重量％的晶种凝胶法α氧化铝              3 0.5重量％的H2O2 37
4O(本发明) 7.5重量％的晶种凝胶法α氧化铝              3 0.5重量％的高碘酸钾            59
4P(本发明) 7.5重量％的晶种凝胶法α氧化铝              3 0.5重量％的过硫酸钾            350
从表4中所示数据明显看出，当添加氧化剂至抛光组合物中时，碳化硅移除速率通常增加。晶种凝胶法α氧化铝与过硫酸钾的组合在增加碳化硅移除速率方面特别有效。
实施例5
该实施例证明在抛光组合物中存在不同类型的氧化铝研磨剂对碳化硅移除速率的影响。
用6种不同的抛光组合物抛光4H单晶碳化硅晶片。各抛光组合物含有3重量％的研磨剂及1.0重量％的过硫酸钾，且调节至pH值为3。用于各抛光组合物中的氧化铝研磨剂的类型示于下表5中。
对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表5中。
表5
 
抛光组合物 氧化铝类型 氧化铝制造商 平均粒度(nm)     碳化硅移除速率(纳米/小时) 
5A(本发明) 晶种凝胶法α氧化铝   Saint Gobain(α) <100 315
5B(本发明) 热解氧化铝 Degussa(RMU3-11) 120 109
5C(本发明) 热解氧化铝 Cabot(RMWA-11) 120 129
5D(本发明) 聚合物涂覆的氧化铝   Cabot Microelectronics(TPA6)               120 58
5E(本发明) α氧化铝 Saint Gobain PN 7955.35 350 121
5F(本发明) α氧化铝 Saint Gobain PN 7955.80 800 151
从表5中所示数据明显看出，使用晶种凝胶法α氧化铝导致比用含有其它类型的氧化铝的组合物所获得的碳化硅移除速率显著更大的速率。
实施例6
该实施例证明抛光组合物中的过硫酸钾浓度对碳化硅移除速率的影响。
用5种不同的抛光组合物抛光4HN单晶碳化硅晶片。各抛光组合物含有3重量％的晶种凝胶法α氧化铝且调节至pH值为4。通过添加过硫酸钾对这些抛光组合物中的4种进行进一步调整。
对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表6中。
表6
 
抛光组合物 过硫酸钾浓度(重量％) 胶体稳定性 碳化硅移除速率(纳米/小时)
6A(对比) 0 稳定 15
6B(本发明) 0.002 稳定 290
6C(本发明) 0.005 稳定 336
6D(本发明) 0.03 稳定 270
6E(本发明) 0.1 不稳定 288
从表6中所示数据明显看出，碳化硅移除速率随着过硫酸钾的浓度增加至高达0.005重量％至0.03重量％的过硫酸钾浓度而持续增加。
实施例7
该实施例证明抛光组合物中的晶种凝胶法α氧化铝的浓度对碳化硅移除速率的影响。
用2种不同的抛光组合物抛光4HN单晶碳化硅晶片。各抛光组合物含有0.1重量％的过硫酸钾且调节至pH值为4。抛光组合物还含有浓度为0.1重量％或0.5重量％的晶种凝胶法α氧化铝。
对于各抛光组合物测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表7中。
表7
 
抛光组合物 氧化铝浓度(重量％) 碳化硅移除速率(纳米/小时)
7A(本发明) 0.1 213
7B(本发明) 0.5 288
从表7中所示数据明显看出，尽管2种组合物在抛光碳化硅晶片方面皆有效，但含有较高浓度氧化铝的组合物获得较高的碳化硅抛光速率。
实施例8
该实施例证明抛光组合物对几种不同类型的碳化硅晶片的移除速率的影响。
用含有0.6重量％的晶种凝胶法α氧化铝及0.03重量％的过硫酸钾且pH值调节至4的抛光组合物抛光9种不同类型的单晶碳化硅晶片。
对于各类型晶片测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表8中。
表8
 
碳化硅晶片类型 碳化硅移除速率(纳米/小时)
4HN 282
6HPSI 235
6HPSI 222
6HPSI 241
4HN 322
6HPSI 341
6HPSI 358
6HPSI 345
4HN 316
从表8中所示数据明显看出，本发明的抛光组合物能够成功地抛光所测试的各类型的碳化硅晶片。
实施例9
该实施例证明用抛光组合物通过使用不同的抛光工具参数抛光碳化硅基板对碳化硅移除速率的影响。
用含有1重量％的晶种凝胶法α氧化铝及0.3重量％的过硫酸钾且pH值调节至4的抛光组合物，使用5组不同的抛光工具参数抛光化学气相沉积(CVD)多晶碳化硅晶片。
对于各组抛光条件测定碳化硅移除速率(纳米/小时)，且结果示于表9中。
表9
 
抛光条件 压板速度(rpm) 向下的力(psi) 碳化硅移除速率(纳米/小时)
9A(本发明) 60 0.96 63
 
9B(本发明) 60 2.87 221
9C(本发明) 100 2.87 655
9D(本发明) 120 4.78 978
9E(本发明) 120 4.78 982
从表9中所示数据明显看出，碳化硅移除速率随着抛光垫的压板转速及基板对抛光垫的下压力的增加而增加。

Claims (26)

1.一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：
(i)使包含至少一层单晶碳化硅的基板与化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：
(a)液体载体，
(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，其中该研磨剂为平均粒度为40纳米至130纳米的基本上为球形的二氧化硅颗粒，及
(c)选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物的氧化剂，及
(ii)相对于该基板移动该抛光组合物，及
(iii)磨除该基板的至少一部分所述碳化硅以抛光该基板。
2.权利要求1的方法，其中该研磨剂的存在量为5重量％至40重量％，基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量。
3.权利要求1的方法，其中该液体载体包括水。
4.权利要求1的方法，其中该基本上为球形的二氧化硅为缩聚二氧化硅。
5.权利要求1的方法，其中该氧化剂的存在量为0.001重量％至2重量％，基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量。
6.权利要求1的方法，其中具有任何溶解或悬浮于其中的组分的该液体载体的pH值为9或更大。
7.权利要求1的方法，其中具有任何溶解或悬浮于其中的组分的该液体载体的pH值为3或更小。
8.权利要求1的方法，其中该碳化硅以20纳米/小时至180纳米/小时的速率从该基板移除。
9.权利要求1的方法，其中该氧化剂为高碘酸钾、碘酸钾、过硫酸铵或过硫酸钾。
10.一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：
(i)使包含至少一层单晶碳化硅的基板与化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：
(a)液体载体，
(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，其中该研磨剂为氧化铝且以基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的3重量％或更少的量存在，及
(c)氧化剂，其中该氧化剂以基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的0.001重量％至0.5重量％的量存在，且选自过氧化氢、过硫酸氢钾制剂、硝酸铈铵、高碘酸盐、碘酸盐、过硫酸盐、及其混合物，及
(ii)相对于该基板移动该抛光组合物，及
(iii)磨除该基板的至少一部分所述碳化硅以抛光该基板。
11.权利要求10的方法，其中该研磨剂的存在量为1重量％或更少，基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量。
12.权利要求10的方法，其中该研磨剂包含平均粒度为130纳米或更小的颗粒。
13.权利要求10的方法，其中该液体载体包括水。
14.权利要求10的方法，其中该氧化剂的存在量为0.001重量％至0.1重量％，基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量。
15.权利要求10的方法，其中具有任何溶解或悬浮于其中的组分的该液体载体的pH值为5或更小。
16.权利要求10的方法，其中该氧化剂为高碘酸钾、碘酸钾、过硫酸铵或过硫酸钾。
17.权利要求10的方法，其中该氧化铝为晶种凝胶法α氧化铝。
18.权利要求10的方法，其中该碳化硅以30纳米/小时至1000纳米/小时的速率从该基板移除。
19.一种化学机械抛光基板的方法，该方法包括：
(i)使包含至少一层碳化硅的基板与化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：
(a)液体载体，
(b)悬浮于该液体载体中的研磨剂，及
(c)氧化剂，其中该氧化剂以基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量的0.001重量％至0.5重量％的量存在，且选自过硫酸氢钾制剂、过硫酸钾、及其混合物，及
(ii)相对于该基板移动该抛光组合物，及
(iii)磨除该基板的至少一部分所述碳化硅以抛光该基板。
20.权利要求19的方法，其中该研磨剂为平均粒度为40纳米至130纳米的氧化铝或基本上为球形的二氧化硅。
21.权利要求19的方法，其中该碳化硅为单晶碳化硅。
22.权利要求19的方法，其中该液体载体包含水。
23.权利要求19的方法，其中该氧化剂的存在量为0.001重量％至0.1重量％，基于该液体载体及任何溶解或悬浮于其中的组分的重量。
24.权利要求19的方法，其中具有任何溶解或悬浮于其中的组分的该液体载体的pH值为5或更小。
25.权利要求19的方法，其中该氧化剂为过硫酸钾。
26.权利要求19的方法，其中该碳化硅以30纳米/小时至1000纳米/小时的速率从该基板移除。
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