專利名稱：含有多晶硅拋光平整劑的化學(xué)機(jī)械拋光組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下公開(kāi)內(nèi)容涉及一種高選擇性的化學(xué)機(jī)械拋光組合物，其在半導(dǎo)體器件 制造技術(shù)在具有拋光平整劑薄膜和需要拋光的絕緣薄膜的半導(dǎo)體基體的平面化加工中非 常有用，并且涉及使用該化學(xué)機(jī)械拋光組合物的化學(xué)機(jī)械拋光方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的小型化和其密度的提高，采用了形成具有相對(duì)較小尺寸 的微米級(jí)圖案的方法，因此半導(dǎo)體器件的表面結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜以及半導(dǎo)體器件表面膜之間的 臺(tái)階高度(臺(tái)階深度)增加。關(guān)于半器件制造，在全世界范圍內(nèi)通常采用化學(xué)機(jī)械拋光(被 稱為‘CMP’ )工藝作為平面化方法，從半導(dǎo)體基體上形成的特殊薄膜去除臺(tái)階深度。
如上所述，由于半導(dǎo)體器件的高密度，采用了形成較小尺寸的微米級(jí)圖案 的方法。另外，半導(dǎo)體器件的高集成度以及半導(dǎo)體制備工藝的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致具有多個(gè)絕緣 薄膜的半導(dǎo)體基體的高度平面化需要必要的條件。例如，用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的基體，具有 諸如氮化硅薄膜的拋光平整劑薄膜以及諸如二氧化硅薄膜的絕緣薄膜，由CMP處理。特別 是，為了在半導(dǎo)體器件底部的淺溝道隔離(被稱為‘STI’)工藝中維持隔離絕緣薄膜的預(yù)定 厚度，使用了 CMP工藝其采用了諸如四氮化三硅的拋光平整劑薄膜。然而，由于圖案的小型 化，使絕緣薄膜部分凹陷或拋光平整劑薄膜的腐蝕所容許范圍趨于變小。因此，為了解決上 述缺點(diǎn)，存在發(fā)展一種具有高選擇性拋光速率的較高選擇性的CMP組合物的需求。
關(guān)于用于半導(dǎo)體器件底部的STI的CMP組合物，與通常使用的氮化硅薄膜 作為拋光平整劑薄膜相比，基于多晶硅的拋光平整劑薄膜顯示出顯著地減少拋光速率，從 而增加了拋光選擇性(絕緣薄膜的拋光速率拋光平整劑薄膜的拋光速率)。盡管拋光選 擇性(絕緣薄膜的拋光速率氮化硅的拋光速率)典型地在30 1到40 1的范圍內(nèi)，對(duì) 于達(dá)到優(yōu)良的平面化特征要求超過(guò)50 1的較高選擇性。
例如韓國(guó)專利公開(kāi)文本No. 2008-0003485公開(kāi)了一種CMP漿料，其包括 作為聚合物添加劑的聚乙二醇以及二氧化鈰磨料，含有酸是為了將PH值保持在2到7的范 圍。韓國(guó)專利No. 0，829，594公開(kāi)了一種CMP組合物，其含有三-嵌段共聚物作為非離子表 面活性劑吸附到多晶硅薄膜的表面從而減小拋光速率，該共聚物含有第一聚氧化乙烯重復(fù) 單元、聚氧化丙烯重復(fù)單元和第二聚氧化乙烯重復(fù)單元。韓國(guó)專利No. 0，793，240公開(kāi)了一 種CMP組合物，其包括基于聚氧乙烯醚或聚氧乙烯酯化合物的非離子表面活性劑，作為添 加劑被吸附到疏水薄膜的表面從而保護(hù)二氧化鈰磨料。
然而，用于包括多晶硅薄膜作為拋光平整劑薄膜的拋光絕緣薄膜的傳統(tǒng) CMP組合物，對(duì)多晶硅薄膜具有較差的保護(hù)性能反而在抑制低硬度的多晶硅薄膜上的缺陷方面具有困難，以及在CMP之后較差的清潔度，因此需要改善。發(fā)明簡(jiǎn)述
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及提供一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，具有的 優(yōu)點(diǎn)包括就多晶硅薄膜而言絕緣薄膜的高拋光選擇性，以至于在基體的CMP期間可以減 少元件的電特性偏差，該基體具有絕緣薄膜和使用多晶硅薄膜作為拋光平整劑薄膜；保護(hù) 低硬度的多晶硅薄膜從而充分地抑制缺陷例如刮痕的產(chǎn)生；改善CMP之后的清潔度，等等。

更具體地，本發(fā)明的目的是提供一種適合于CMP工藝的CMP組合物，該工藝 使用了例如多晶硅制備的拋光平整劑薄膜，為了維持半導(dǎo)體器件底部的STI工藝中絕緣薄 膜預(yù)定的厚度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體基體的拋光方法，該基體具有絕緣薄 膜和多晶硅薄膜，包括使用CMP組合物防止多晶硅薄膜的拋光以及抑制在如上所述的低 硬度多晶硅薄膜上產(chǎn)生表面缺陷。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種包括磨料顆粒和防止多晶硅薄膜拋 光的拋光平整劑的CMP組合物，以及使用上述CMP組合物拋光半導(dǎo)體基體的方法。
當(dāng)作為圖案晶片中拋光平整劑薄膜的多晶硅薄膜的拋光速率小于作為待 拋光物品的絕緣薄膜的速率時(shí)，在拋光之后所有晶片區(qū)域的絕緣薄膜的厚度可能是一致 的，減少了關(guān)于圖案密度的絕緣薄膜的厚度偏差，從而均勻地維持了晶片的電特性。在拋 光漿料的特征中，選擇性(絕緣薄膜的拋光速率多晶硅拋光速率的比例)可超過(guò)50 1， 而拋光平整劑薄膜(例如多晶硅薄膜)的拋光速率可小于100人/分。更優(yōu)選的選擇性大于 100 1以及拋光平整劑薄膜的拋光速率小于50A/分。最優(yōu)選地，選擇性為200 1或以上 以及拋光平整劑薄膜的拋光速率為30A/分或更小。
如上所述，在一個(gè)總體方面，對(duì)防止多晶硅薄膜拋光提供了一種包括多晶 硅拋光平整劑的CMP組合物，更具體地，其中拋光平整劑可以選自1) 一種化合物，其具有 支鏈分子，分子結(jié)構(gòu)中至少具有三個(gè)支鏈，以及含有氮或碳作為中心原子和在分子中含有 至少三個(gè)氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-),以及其鹽或它們的混合物；2) —種化合物，具有至少 一種在水溶液狀態(tài)下電離的官能團(tuán)以及至少三個(gè)氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-)，以及其鹽或它 們的混合物；或1)和2)的組合。
根據(jù)本發(fā)明的多晶硅拋光平整劑具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)例如對(duì)多晶硅薄膜優(yōu)良 的解吸作用，進(jìn)而形成對(duì)多晶硅薄膜較高的拋光防止性能；在多晶硅薄膜的表面上形成均 勻和堅(jiān)硬的保護(hù)膜，從而抑制在CMP工藝期間比絕緣薄膜硬度低的多晶硅薄膜的產(chǎn)生表面 缺陷。此外，根據(jù)本發(fā)明的多晶硅拋光平整劑在之后的CMP期間利用含有去離子水的洗滌 液可以有效地被除去。
以下，將詳細(xì)地描述本發(fā)明。
除非上下文中另外指出，否則這里所使用的專業(yè)和/或科技術(shù)語(yǔ)的含義為 本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所理解的含義。此外，可能省略對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中已知的相 同技術(shù)結(jié)構(gòu)和/或作用的重復(fù)的描述。
本發(fā)明涉及一種用CMP組合物，在半導(dǎo)體制造技術(shù)中在同時(shí)具有多晶硅薄 膜作為拋光平整劑薄膜和絕緣薄膜的半導(dǎo)體基體的平面化加工中使用，以及使用該組合物 的CMP方法。
根據(jù)本發(fā)明用于包含基體絕緣薄膜的CMP組合物可以含有⑴多晶硅拋光 平整劑，其選自1) 一種化合物，其具有支鏈分子，分子結(jié)構(gòu)中至少具有三個(gè)支鏈，以及含 有氮或碳作為中心原子和在分子中含有至少三個(gè)氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-)，以及其鹽或它 們的混合物；幻一種化合物，具有至少一種在水溶液狀態(tài)下電離的官能團(tuán)以及三個(gè)氧化乙 烯基團(tuán)(-CH2CH2O-),以及其鹽或它們的混合物；或1)和2)的組合，和(ii)至少一種選自 二氧化硅、二氧化鈰、氧化鋯、氧化鋁和沸石的磨料顆粒。
優(yōu)選地，多晶硅拋光平整劑從同時(shí)滿足上述條件(1)和(2)的化合物中選 出，也就是說(shuō)，選自一種化合物，其分子中含有3到10，000氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-)和含 有支鏈分子、分子結(jié)構(gòu)中含有至少三個(gè)支鏈、氮或碳作為中心原子和至少一種在水溶液狀 態(tài)中電離的官能團(tuán)，以及其鹽或它們的混合物。
多晶硅拋光平整劑特別包括任一由化學(xué)式1到3所代表的化合物以及它們 的混合物化學(xué)式權(quán)利要求
1.一種用于拋光絕緣薄膜的化學(xué)機(jī)械拋光(‘CMP’ )組合物，其含有(i)多晶硅拋光平整劑，其選自1) 一種化合物及其鹽或它們的混合物，該化合物具有 支鏈分子，分子結(jié)構(gòu)至少包括三個(gè)支鏈，并且含有作為中心原子的氮或碳以及在分子中至 少三個(gè)氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-)，幻一種化合物及其鹽或它們的混合物，該化合物具有至 少一種在水溶液中電離的官能團(tuán)以及至少三個(gè)氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-),或1)和2)的組 合；和( )至少一種選自二氧化硅、二氧化鈰、氧化鋯、氧化鋁或沸石的磨料顆粒。
2.權(quán)利要求1的CMP組合物，其中相對(duì)于CMP組合物的總重量，該組合物包括0.Ippm 到10，OOOppm量的多晶硅拋光平整劑和0. 01到10wt%量的基于二氧化鈰的磨料顆粒，以及 具有3到11的pH值。
3.權(quán)利要求2的CMP組合物，其中多晶硅拋光平整劑選自由化學(xué)式1到3所代表的化 合物及它們的混合物化學(xué)式1
4.權(quán)利要求2的CMP組合物，其中多晶硅拋光平整劑選自一種化合物及其鹽或它們的 混合物，該化合物具有支鏈分子，分子結(jié)構(gòu)至少包括三個(gè)支鏈、作為中心原子的氮或碳、在 分子中的5至1000個(gè)氧化乙烯基團(tuán)(-CH2CH2O-)以及至少一種在水溶液中電離的官能團(tuán)。
5.權(quán)利要求2的CMP組合物，其中多晶硅拋光平整劑選自由化學(xué)式4所代表的化合物 及其混合物化學(xué)式4
6.權(quán)利要求3的CMP組合物，其中磨料顆粒是二氧化鈰，其在分散體中的次級(jí)粒度為 10 到 1 OOOnm。
7.權(quán)利要求3的CMP組合物，其中利用至少一種以下pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值選自硝酸、 鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸、聚合物有機(jī)酸和有機(jī)酸的酸性PH調(diào)節(jié)劑；和選自氫氧化鉀、氫氧 化銨、季銨氫氧化物、胺和氨基醇的堿性PH調(diào)節(jié)劑。
8.權(quán)利要求7的CMP組合物，其中酸性pH調(diào)節(jié)劑選自硝酸、磷酸、乙酸、丙酸、琥珀酸、 己二酸、乳酸、鄰苯二甲酸、葡萄糖酸、檸檬酸、酒石酸、馬來(lái)酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物 以及它們的混合物。
9.權(quán)利要求7的CMP組合物，其中堿性pH調(diào)節(jié)劑選自乙胺、丙胺、丁胺、二乙胺、二 丙胺、二丁胺、三乙胺、三丁胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2- 二甲氨基-2-甲基-1-丙 醇、1-氨基-2-丙醇、1- 二甲氨基-2-丙醇、3- 二甲氨基-1-丙醇、2-氨基-1-丙醇、2- 二 甲氨基-I-丙醇、2- 二乙氨基-1-丙醇、2- 二乙氨基-1-乙醇、2-乙氨基-1-乙醇、1-( 二 甲氨基)-2-丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-丙基二乙醇胺、N-異丙基二乙醇胺、N-(2-甲基丙 基)二乙醇胺、N-正丁基二乙醇胺、N-叔丁基乙醇胺、N-環(huán)己基二乙醇胺、2-(2-甲氨基) 乙醇、2- 二乙氨基乙醇、2- 二丙氨基乙醇、2- 丁基氨基乙醇、2-叔丁基氨基乙醇、2-環(huán)氨基 乙醇、2-氨基-2-戊醇、2-[雙(2-羥乙基)氨基]-2-甲基-1-丙醇、2-[雙(2-羥乙基) 氨基]-2-丙醇、N，N-雙(2-羥丙基)乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三(羥甲基)氨 基甲烷、三異丙醇胺以及它們的混合。
10.權(quán)利要求7的CMP組合物，其中CMP組合物進(jìn)一步含有選自凹陷抑制劑、潤(rùn)滑劑和 防腐劑中的至少一種。
11.權(quán)利要求10的CMP組合物，其中凹陷抑制劑選自三[2-(異丙氨基)乙基]胺、三[2_(乙胺基)乙基]胺、三[2_(甲氨基)乙基]胺、1，2_雙(二甲氨基)乙烷、N，N，N'， N'-四乙基乙二胺、N，N' - 二乙基-N，N' -二乙基乙二胺、N，N' - 二乙基-N，N' -二 甲基乙二胺、N, N, N'，N”，N”-五甲基二乙撐三胺(PMDETA)、N，N' -二甲基乙二胺、N， N' -二乙基乙二胺、N，N'-雙O-羥乙基)乙二胺、N，N-二甲基-N'-乙基乙二胺、N， N-二乙基-N'-甲基乙二胺、N，N，N'-三甲基乙二胺、N，N，N'-三乙基乙二胺、N-乙 基-N'-甲基乙二胺、1-(2-氨乙基)吡咯烷、2-(2-(甲氨基)_乙胺基)_乙醇、1-(2-氨 乙基)哌啶、4-(3-氨丙基)嗎啉、4-(2-氨乙基)嗎啉、哌嗪、1-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、 1-乙基哌嗪、1-異丙基哌嗪、1-丁基哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)哌嗪、1-(2-乙氧基乙基)哌 嗪、1，2，4_三甲基哌嗪、2，3，5，6_四甲基哌嗪、1-(2-氨乙基)哌嗪、1_(2_羥乙基)哌嗪、 1，4- 二甲基哌嗪、2，6- 二甲基哌嗪、2，5- 二甲基哌嗪、2-哌嗪乙胺、1，4-雙(3-氨基丙基) 哌嗪、1-[2-( 二甲氨基)乙基]哌嗪、N，N'-雙-(2-羥乙基)-2，5-二甲基哌嗪以及它們 的混合物。
12.權(quán)利要求7的CMP組合物，其中相對(duì)于CMP組合物的總重量，該組合物含有1到 2，OOOppm量的多晶硅拋光平整劑、0. 03到3wt%量的基于二氧化鈰的磨料顆粒，以及0. 001 到10wt%量的選自酸性pH調(diào)節(jié)劑和堿性pH調(diào)節(jié)劑的至少一種pH調(diào)節(jié)劑，并且該組合物的 PH范圍為4到8。
13.權(quán)利要求10的CMP組合物，其中相對(duì)于CMP組合物的總重量，該組合物含有1到 2，OOOppm量的多晶硅拋光平整劑、0. 03到3wt%量的基于二氧化鈰的磨料顆粒，以及0. 01 到3wt%量的選自聚合物有機(jī)酸、磷酸、有機(jī)酸、氨基醇及其它們的混合物的至少一種pH調(diào) 節(jié)劑和0. 001到5wt%量的凹陷抑制劑，該組合物的pH范圍為4到8。
14.一種使用權(quán)利要求1任一的CMP組合物拋光具有絕緣薄膜的半導(dǎo)體基體的方法。
全文摘要
提供了一種用于拋光包含多晶硅薄膜和絕緣體的半導(dǎo)體器件的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物以及一種化學(xué)機(jī)械拋光方法。CMP組合物對(duì)于半導(dǎo)體元器件在較低隔離CMP工藝中尤其有效。提供了一種高選擇性的CMP組合物，包含多晶硅拋光平整劑，可以有選擇地拋光半導(dǎo)體絕緣體，這是因?yàn)樗褂昧硕嗑Ч璞∧ぷ鳛閽伖馄秸∧ぁ?br> 文檔編號(hào)C09K3/14GK102131885SQ200980132979
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者安定律, 樸休范, 樸鐘寬, 金大成 申請(qǐng)人:韓國(guó)泰科諾賽美材料株式會(huì)社