專利名稱：適用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。更具體地，本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光漿料以及使用該漿料的化學(xué)機(jī)械拋光的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置的高度集成化趨勢，導(dǎo)致了引入化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以獲得均勻平整的半導(dǎo)體裝置。通過拋光溶液的化學(xué)反應(yīng)，同時進(jìn)行化學(xué)拋光，化學(xué)機(jī)械拋光獲得了高程度平面化。拋光溶液是以漿料的形式來提供的。機(jī)械拋光是在半導(dǎo)體裝置制造期間通過拋光漿料與拋光墊的作用獲得的。
化學(xué)機(jī)械拋光可應(yīng)用于裝置隔離膜的形成工藝中，例如淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation)(STI)技術(shù)中?；瘜W(xué)機(jī)械拋光亦可以應(yīng)用于凹陷插塞(landing plug)的節(jié)點隔離工藝，該凹陷插塞連接在半導(dǎo)體基板的源極與位線之間，或者漏極與儲存節(jié)點(storage node)之間。
圖1以及圖2說明常規(guī)半導(dǎo)體裝置的平面化技術(shù)。圖3-6說明當(dāng)形成凹陷插塞時常規(guī)的節(jié)點隔離。
參考圖1與圖2說明STI工藝。使用含有氮化硅膜的掩膜圖案在半導(dǎo)體基板中形成溝槽。形成掩埋絕緣膜(buried insulating film)以包埋該溝槽。進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光并且除去該掩膜圖案，將作用區(qū)域(active region)與半導(dǎo)體基板的裝置隔離區(qū)域隔開。當(dāng)使用氮化硅膜作為拋光的終點時，優(yōu)選確?；瘜W(xué)機(jī)械拋光對于氧化硅膜比氮化硅膜具有較高的拋光選擇性。
凹陷插塞的節(jié)點隔離可參考圖3-6予以說明。在半導(dǎo)體基板上形成柵極疊加體(gate stack)。形成層間介電膜用于包埋該柵極疊加體。選擇性地除去該層間介電膜以形成介于柵極疊加體之間的凹陷插塞接觸孔。形成導(dǎo)電材料用于掩埋該凹陷插塞接觸孔。進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光以形成隔離的凹陷插塞。然后將柵極疊加體的硬掩膜作為拋光終點，優(yōu)選確保該化學(xué)機(jī)械拋光對于導(dǎo)電材料層比硬掩膜層具有較高的拋光選擇性。
當(dāng)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，拋光速率可在區(qū)域和區(qū)域之間變化，或者可能無法獲得高拋光選擇性。因此，非均一性的拋光會產(chǎn)生許多的問題。例如，晶圓的中央?yún)^(qū)域比其邊緣區(qū)域有著較高的除去速率，可造成殘余的STI膜或者晶圓中央?yún)^(qū)域的導(dǎo)電材料層厚度較薄。因此，在晶圓的中央?yún)^(qū)域與邊緣區(qū)域之間會產(chǎn)生500～1000拋光量的差異。
參見圖5，非均一性的拋光可能會造成在晶圓邊緣區(qū)域的凹陷插塞節(jié)點隔離的臨界尺寸(Critical Dimension)降低。當(dāng)使用含有高選擇性漿料，例如氧化鈰(CeO2)漿料的拋光溶液時，這樣的拋光非均一性會變得更差。
當(dāng)在半導(dǎo)體基板上或者在晶圓的中央?yún)^(qū)域上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，在半導(dǎo)體基板10或者在晶圓的中央?yún)^(qū)域中形成的掩埋絕緣膜14(請參照圖1)達(dá)到所希望的厚度。凹陷插塞48(請參照圖4)提供節(jié)點隔離。然而，晶圓的邊緣區(qū)域(請參照圖2)在包含氮化物膜的掩膜圖案12上不希望地保留有掩埋絕緣膜14’。當(dāng)進(jìn)行凹陷插塞的節(jié)點隔離處理時，該晶圓的邊緣區(qū)域(請參照圖4)無法進(jìn)行拋光到達(dá)作為拋光終點的硬掩膜42。因此，導(dǎo)電材料層46仍保留在層間介電膜44之上，造成凹陷插塞的節(jié)點隔離失效。
在除去掩膜圖案12后，該STI工藝可能會失敗，這是因為掩膜圖案12因保留的掩埋絕緣膜14’無法被充分并順利地除去。此外，在相應(yīng)區(qū)域的掩埋絕緣膜14’的不同厚度，可能會導(dǎo)致在隨后形成晶體管裝置時產(chǎn)生缺陷。
在凹陷插塞的隔離處理期間，在層間介電膜44上存在的導(dǎo)電材料層46會導(dǎo)致接觸的不完全隔離，并因此形成電橋(bridges)(A)，如圖6所示。
為了克服這樣的問題，過度拋光晶圓的中央?yún)^(qū)域。掩膜層圖案不希望地經(jīng)受過度腐蝕或去除，產(chǎn)生不牢固的點(weak point)。該硬掩膜還可經(jīng)歷過度的除去，而導(dǎo)致在自校準(zhǔn)接觸(self-aligned contact)時的缺陷。因此，由于半導(dǎo)體基板上不牢固的點(由晶圓中央?yún)^(qū)域過度拋光所造成)，該裝置的操作特性可能受到不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案提供一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其包含分散于去離子水中的研磨料，以及有機(jī)粘度改進(jìn)劑，所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。
用于本發(fā)明的粘度改進(jìn)劑可以為含有多元醇(polyhydric alcohol)的脂肪酸酯(fatty acid ester)。或者，該粘度改進(jìn)劑優(yōu)選為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇(Polyoxyethylene Sorbitan)的脂肪酸酯。
用于本發(fā)明的研磨料的例子包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆?；蛘魵獬练e后的氧化鋁研磨顆粒(fumed alumina abrasive particle)。優(yōu)選為使用氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。
該粘度改進(jìn)劑所添加的量優(yōu)選相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。
該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度至少調(diào)整為1.21cps(或1.2cps)，優(yōu)選為1.21～2.14cps(或1.2～2.2)，更優(yōu)選為1.43～2.14cps(或1.4～2.2)，特別優(yōu)選為約1.72cps(或1.7，或1.7～1.75)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料的拋光方法。該方法包括在晶圓的適當(dāng)位置上提供拋光目標(biāo)膜。將漿料提供至拋光墊，該漿料含有分散在去離子水中的研磨料和有機(jī)粘度改進(jìn)劑，而所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。利用拋光墊來拋光該拋光目標(biāo)膜。
優(yōu)選該拋光目標(biāo)膜為氧化物膜。
在本發(fā)明中所使用的粘度改進(jìn)劑為含有多元醇優(yōu)選甘油的脂肪酸酯?；蛘?，優(yōu)選該粘度改進(jìn)劑為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至至少1.21cps，優(yōu)選為1.21～2.14cps，更優(yōu)選為1.43～2.14cps，特別優(yōu)選為約1.72cps。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的拋光方法。在半導(dǎo)體基板上形成氮化硅層。選擇性蝕刻該氮化硅層，暴露出部份半導(dǎo)體基板，以形成溝槽。將氧化硅膜填入至該溝槽；利用拋光墊拋光半導(dǎo)體基板的氧化硅膜以暴露氮化硅層的表面；而該拋光墊上施有漿料，該漿料含有分散在去離子水中的研磨料和有機(jī)粘度改進(jìn)劑，而所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。使用拋光墊拋光該氧化硅膜，以暴露出氮化硅膜的表面。
該拋光目標(biāo)膜優(yōu)選為氧化物膜。
本發(fā)明所使用的粘度改進(jìn)劑為含有多元醇優(yōu)選甘油的脂肪酸酯。此外，該粘度改進(jìn)劑優(yōu)選為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
本發(fā)明所使用的研磨料的例子，包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒或蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒。優(yōu)選使用氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。
該粘度改進(jìn)劑所添加的量相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。
該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度至少調(diào)整為1.21cps，優(yōu)選為1.21～2.14cps，更優(yōu)選為1.43～2.14cps，特別優(yōu)選為約1.72cps。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的拋光方法。在半導(dǎo)體基板上形成柵極疊加體。在半導(dǎo)體基板的表面上形成介電層。形成掩膜圖案以暴露出介電膜的一部分。使用掩膜圖案蝕刻該介電膜，從而形成含有儲存節(jié)點接觸區(qū)域以及位線接觸區(qū)域的凹陷插塞接觸孔。形成導(dǎo)電材料層以填入該半導(dǎo)體基板的暴露區(qū)域以及凹陷插塞接觸孔。為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)設(shè)備配置半導(dǎo)體基板，使得基板的導(dǎo)電材料層位于CMP設(shè)備的拋光墊的對面。向拋光墊施予漿料，該漿料含有分散在去離子水中的研磨料以及有機(jī)粘度改進(jìn)劑，而所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。使用拋光墊將該導(dǎo)電材料層拋光以暴露出柵極疊加體的上表面從而形成凹陷插塞。
該導(dǎo)電材料層優(yōu)選包括多晶硅層。
本發(fā)明所使用的粘度改進(jìn)劑為含有多元醇的脂肪酸酯。優(yōu)選該脂肪酸酯粘度改進(jìn)劑包含甘油?；蛘撸瑑?yōu)選該粘度改進(jìn)劑為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
優(yōu)選本發(fā)明所使用的研磨料的實例包括氧化鈰(CeO2)研磨顆粒、氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒與蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒。
該粘度改進(jìn)劑所添加的量優(yōu)選相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，將會更清楚地理解本發(fā)明的上述或者其它實施方案、特征以及其它的優(yōu)點，其中圖1與圖2說明半導(dǎo)體裝置的常規(guī)平面化。
圖3至圖6說明在形成凹陷插塞時的常規(guī)節(jié)點隔離。
圖7是說明摩擦系數(shù)與Hersey數(shù)之間關(guān)系的圖示。
圖8是進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，摩擦系數(shù)與Hersey數(shù)之間關(guān)系的圖示。
圖9示出相對于拋光漿料層的各種不同厚度的剪切速率與粘度的改變。
圖10是說明相對于各種不同剪切速率的粘度改變的圖示。
圖11是顯示使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料時的拋光均一性的測量結(jié)果圖。
圖12至圖18說明使用本發(fā)明的漿料的化學(xué)機(jī)械拋光。
具體實施例方式
現(xiàn)參照顯示了本發(fā)明的特定實施方案的附圖更全面地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以不同的形式來表現(xiàn)，而不應(yīng)該被理解為局限于本文給出的實施方案。在附圖中，為了清楚起見，放大了各個層與區(qū)域的厚度。在整個說明書和附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
在本發(fā)明的實施方案中，提供一種用于獲得更均一的化學(xué)機(jī)械拋光的漿料組合物，以及使用該漿料的化學(xué)機(jī)械拋光方法。具體地，提供了一種拋光方法，該方法通過優(yōu)選使用含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的漿料，對于包括氮化硅膜與拋光目標(biāo)膜(例如氧化硅膜)的掩膜圖案，獲得了較高的選擇性。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，提供了一種拋光方法，該方法通過優(yōu)選使用含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的漿料，對于氧化物膜與拋光目標(biāo)膜(例如，多晶硅層)獲得了較高的選擇性。
在本發(fā)明的又一實施方案中，提供一種通過調(diào)整漿料的粘度控制拋光漿料的外流(external flow)程度或者滯留程度的技術(shù)。將該漿料提供至晶圓的中央與邊緣區(qū)域以改善在拋光處理期間的拋光均一性。
該漿料的外部排放量可以根據(jù)流體靜壓而變化，該流體靜壓對應(yīng)于從頂部至底部方向施加于拋光墊的力以及對應(yīng)于漿料剪切速率。結(jié)果，在拋光目標(biāo)膜和拋光墊之間存在的漿料的厚度根據(jù)相應(yīng)區(qū)域而有所變化。根據(jù)相應(yīng)區(qū)域而引起的漿料厚度的這一變化可導(dǎo)致拋光非均一性增加。為了避免發(fā)生拋光非均一性，提供了一種增加拋光均一性的方法，該方法通過調(diào)整和控制漿料粘度來維持并控制拋光目標(biāo)膜與拋光墊之間的漿料厚度。
在拋光處理期間，漿料的厚度在晶圓的中央?yún)^(qū)域以及邊緣區(qū)域根據(jù)兩個旋轉(zhuǎn)物體的接觸模式(例如，在拋光目標(biāo)膜與拋光墊之間的漿料下面的兩個旋轉(zhuǎn)物體的接觸模式)可呈現(xiàn)出差異。
圖7是說明摩擦系數(shù)與Hersey數(shù)之間關(guān)系的圖示。圖8是說明進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，摩擦系數(shù)與Hersey數(shù)之間關(guān)系的圖示。
參照圖7，Hersey數(shù)增加導(dǎo)致摩擦系數(shù)減少。Hersey數(shù)為軸承(bearing)工作條件下的潤滑劑與壓力之間關(guān)系的系數(shù)。Hersey數(shù)定義為由兩個運動物體之間存在的流體粘度與運動物體的速度的乘積，并除以施加在該物體上的壓力計算而得的值。Hersey數(shù)與介于兩個移動物體間的流體厚度成正比。換句話說，引起Hersey數(shù)增加的條件導(dǎo)致兩個移動物體間存在的流體層厚度的增加，隨后造成摩擦系數(shù)減小。
將摩擦系數(shù)與Hersey數(shù)之間的關(guān)系應(yīng)用于實際的化學(xué)機(jī)械拋光處理中，隨著Hersey數(shù)增加，摩擦系數(shù)減小，如圖8所示。拋光目標(biāo)膜與拋光墊之間的接觸模式為部分接觸(例如，混合固-液接觸)。該接觸模式依據(jù)拋光目標(biāo)膜與拋光墊不同的位置，而可以為直接接觸或者間接接觸。
當(dāng)該拋光目標(biāo)膜與拋光墊直接接觸時，拋光機(jī)理主要是受機(jī)械因素影響。在拋光目標(biāo)膜與拋光墊并非直接接觸的液體靜壓潤滑的條件下，拋光機(jī)理極大地受化學(xué)因素例如腐蝕而不是機(jī)械因素的影響。
如果在化學(xué)機(jī)械拋光處理中，Hersey數(shù)減少，則可以進(jìn)一步增加存在于拋光目標(biāo)膜與拋光墊之間的拋光漿料層的厚度。因此，可以減少摩擦系數(shù)，并且還可以獲得機(jī)械拋光因素的相對減少，該機(jī)械拋光因素被認(rèn)為是造成拋光非均一性的主要原因。因此，在晶圓的整個區(qū)域上可以更有效地獲得拋光均一性的增加。
圖9示出了相對于拋光漿料層的各種不同厚度，剪切速率與粘度的改變。圖10為對于各種不同的剪切速率，粘度改變的圖示。
如圖9所示，在拋光處理期間，在拋光目標(biāo)膜20與拋光墊22間的距離并非固定不變。因此，對于兩種材料間的漿料流動會出現(xiàn)剪切速率的差異。例如，當(dāng)拋光目標(biāo)膜20以1 m/sec的速度移動時(例如旋轉(zhuǎn))，在拋光目標(biāo)膜20與拋光墊22之間相距1μm的區(qū)域“a”，可以具有1000000l/sec的剪切速率。在拋光目標(biāo)膜20與拋光墊22之間相距2.5μm的區(qū)域“b”，可具有400000l/sec的剪切速率。
在拋光目標(biāo)膜20與拋光墊22間較窄的距離會造成較高的剪切速率。然而，如圖10所示，在發(fā)生實際拋光過程的具有大于1000000l/sec的相對較高的剪切速率的區(qū)域中，漿料粘度相對于剪切速率發(fā)生急劇變化。漿料粘度如此急劇的變化導(dǎo)致該漿料的流動性或可潤滑性(lubricability)顯著減少，同時導(dǎo)致機(jī)械拋光占據(jù)相對高的優(yōu)勢。
結(jié)果，顯示機(jī)械拋光因素占優(yōu)勢的區(qū)域經(jīng)歷相對高速的拋光；而顯示相對低的機(jī)械拋光的區(qū)域經(jīng)歷相對低速的拋光。拋光速率的這一差異可能造成拋光的非均一性，伴隨著在晶圓中央?yún)^(qū)域與邊緣區(qū)域之間保持的膜厚度存在實質(zhì)差異。
常規(guī)的拋光技術(shù)會使得晶圓的邊緣區(qū)域相對于晶圓的中央?yún)^(qū)域受到更高拋光速率的傷害。如上所述，這種情況的發(fā)生是由于提供至晶圓中央?yún)^(qū)域的壓力造成晶圓與拋光墊之間的距離相對縮短，因此在拋光處理中，實際漿料的粘度會急劇增加。為了處理這種拋光非均一性，首先可以考慮的是減少施加至拋光過程的壓力和降低旋轉(zhuǎn)速度?？紤]到與Hersey數(shù)的關(guān)聯(lián)性，本發(fā)明可通過增加拋光漿料的粘度來減少摩擦系數(shù)。
本發(fā)明調(diào)整介于該拋光目標(biāo)膜與該拋光墊之間的拋光漿料的粘度以增加Hersey數(shù)并因此減小摩擦系數(shù)。在拋光處理期間，減小摩擦系數(shù)增加維持的拋光漿料膜厚度以控制該拋光目標(biāo)膜的去除速率，從而控制拋光目標(biāo)膜的分布。
圖11為使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料時拋光均一性的測量結(jié)果圖。
為了增加漿料的粘度，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料包括優(yōu)選含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的研磨料，去離子水(DIW)以及用于增加漿料粘度使其高于去離子水的特性粘度的粘度改進(jìn)劑。將粘度改進(jìn)劑加入漿料并起到進(jìn)一步增加該漿料粘度的作用。該粘度改進(jìn)劑可為有機(jī)材料(例如，含有多元醇的脂肪酸酯)。該有機(jī)材料優(yōu)選具有對漿料的酸性(pH)無不良影響的化學(xué)性質(zhì)。作為優(yōu)選的有機(jī)材料，可以使用甘油?；蛘?，該粘度改進(jìn)劑可以為由含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯所組成的有機(jī)材料。所述聚氧乙烯脫水山梨糖醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)由下列式(或表達(dá)式)I表示
在式I中，每個w、x、y與z代表摩爾片段(molar fraction)，摩爾片段的總和優(yōu)選小于20。
研磨料的例子包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒、蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒與氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。優(yōu)選使用氧化鈰(CeO2)研磨顆粒以獲得氮化硅膜的高選擇性。粘度改進(jìn)劑的含量基于漿料的總重量優(yōu)選維持在高達(dá)10wt％的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料中研磨料、去離子水與粘度改進(jìn)劑的比例為約1∶3∶3(v/v)。除了上述成分之外，該漿料可進(jìn)一步包括其它添加物，例如pH調(diào)整劑、表面活性劑等。優(yōu)選該粘度改進(jìn)劑添加的量相對于去離子水為0.1～15體積％。
粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度在0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。優(yōu)選該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度在1.21～2.14cps的范圍內(nèi)。優(yōu)選該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度不超過3.2cps。另外，使用所述拋光漿料的化學(xué)機(jī)械拋光方法優(yōu)選在2～7psi的壓力下以30～110rpm進(jìn)行。
使用該粘度改進(jìn)劑調(diào)整漿料的粘度之后，測量在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光過程時除去的氧化物膜的量。圖11顯示了測量結(jié)果。該化學(xué)機(jī)械拋光過程可以在幾個預(yù)定的漿料粘度中進(jìn)行。此外，使用氧化鈰(CeO2)研磨料、去離子水(DIW)與甘油粘度改進(jìn)劑制備該拋光漿料。漿料成分的體積比設(shè)為1∶3∶3。對于拋光漿料的不同粘度，制備各種不同的樣品，當(dāng)形成窄溝槽隔離裝置時，在氧化硅膜(例如，PETEOS膜)上使用氮化硅作為掩膜(或拋光終點)進(jìn)行拋光處理。
參照圖11，將拋光目標(biāo)膜拋光至1500～2000的均勻厚度。從晶圓中央?yún)^(qū)域或邊緣區(qū)域中除去該拋光目標(biāo)膜，拋光漿料的粘度在1.21～2.14cps的范圍內(nèi)。
圖11顯示使用1.21cps(A)、1.43cps(B)、1.72cps(C)、2.14cps(D)的漿料粘度測量的數(shù)據(jù)。當(dāng)漿料的粘度保持在1.21cps進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，數(shù)據(jù)A顯示在晶圓中央與邊緣之間的拋光是明顯不均一的。如果漿料的粘度減少至低于1.21cps，晶圓的中央?yún)^(qū)域經(jīng)歷高速去除，造成更差的拋光非均一性。因此沒有列出這些結(jié)果。
數(shù)據(jù)C是在漿料的粘度維持在1.72cps時進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理而得到的。測量數(shù)據(jù)C以顯示拋光的最大均一性。當(dāng)該漿料粘度保持在1.43～1.72cps時，化學(xué)機(jī)械拋光的均一性增加。
數(shù)據(jù)D是在漿料的粘度維持在2.14cps時拋光獲得的。數(shù)據(jù)D顯示在晶圓中央與邊緣之間不明顯的化學(xué)機(jī)械拋光非均一性。如果漿料的粘度高于2.14cps，則拋光非均一性會變得明顯很高，導(dǎo)致拋光均一性惡化，使得漿料難以適用于實際過程。當(dāng)含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒漿料的漿料粘度高于3.2cps時，考慮到圖11的數(shù)據(jù)結(jié)果，難以獲得如1.21～2.14cps的漿料粘度下所示的拋光均一性。
現(xiàn)參考附圖描述使用上述化學(xué)機(jī)械拋光漿料的化學(xué)機(jī)械拋光方法。
圖12至圖18說明使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的化學(xué)機(jī)械拋光。
圖12至圖14說明當(dāng)形成半導(dǎo)體裝置的溝槽時，使用化學(xué)機(jī)械拋光漿料的化學(xué)機(jī)械拋光。
參照圖12，在半導(dǎo)體基板100中形成溝槽120。在半導(dǎo)體基版100上形成含有氮化物膜的掩膜圖案，在掩膜圖案確定溝槽形成區(qū)域。使用掩膜圖案110，在半導(dǎo)體基板100內(nèi)形成預(yù)定深度的溝槽120。該掩膜圖案可具有由氧化物膜與氮化物膜構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。雖然在圖12中未示出，但在溝槽120之上依序形成側(cè)壁氧化物膜、襯里(liner)氮化物膜以及襯里氧化物膜。
參照圖13，形成用于包埋該溝槽120的掩埋絕緣膜130。為了掩埋具有窄邊界的溝槽120，可通過反復(fù)掩埋、蝕刻并且包埋溝槽120的內(nèi)部直到預(yù)定厚度而形成掩埋絕緣膜130，即使用沉積-蝕刻-沉積工藝或沉積-蝕刻-沉積-蝕刻-沉積工藝。該掩埋絕緣膜130優(yōu)選由氧化物膜(例如高密度等離子體氧化物膜或者等離子體增強(qiáng)的TEOS氧化物膜)形成。
參照圖14，將其上形成有掩埋絕緣膜130的半導(dǎo)體基板100置于化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光墊(未示出)的對面。將漿料提供至拋光墊。該漿料包括含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒、去離子水(DIW)與粘度改進(jìn)劑的研磨料。漿料的粘度可經(jīng)由粘度改進(jìn)劑調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。使用漿料使掩埋絕緣膜130進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理。除去掩膜圖案110，以形成溝槽隔離膜140。研磨料可采用含有氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒、蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆?；蜓趸?CeO2)研磨顆粒的漿料。優(yōu)選使用含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的漿料，以獲得對氮化物膜與氧化物膜的高選擇性。
添加本文使用的粘度改進(jìn)劑來調(diào)整漿料的粘度。該粘度改進(jìn)劑為由含有多元醇的脂肪酸酯構(gòu)成的有機(jī)材料。優(yōu)選使用甘油?；蛘撸撜扯雀倪M(jìn)劑還可使用由含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯構(gòu)成的有機(jī)材料。
粘度改進(jìn)劑的含量優(yōu)選保持在總漿料的10％wt之內(nèi)。在本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料中的研磨料、去離子水(DIW)與粘度改進(jìn)劑的比例大約為1∶3∶3(v/v)。除了上述成分之外，該漿料還可進(jìn)一步包含其它添加物，例如，pH調(diào)整劑、表面活性劑等。
在氧化物膜上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，將一定量的氧化物膜除去，同時使用粘度改進(jìn)劑調(diào)整漿料的粘度。如圖11所示，從晶圓的中央與邊緣除去拋光目標(biāo)膜，拋光漿料的粘度范圍為1.21～2.14cps。然后將該拋光目標(biāo)膜拋光至1500～2000的均勻厚度。
圖11顯示使用1.21cps(A)、1.43cps(B)、1.72cps(C)與2.14cps(D)的漿料粘度測量得到的數(shù)據(jù)。在保持漿料的粘度為1.21cps下進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時得到的數(shù)據(jù)(A)顯示，晶圓中央與邊緣之間的拋光是相對不均一的。因此，如果該漿料粘度減少至1.21cps，則在晶圓的中央?yún)^(qū)域發(fā)生快速去除，造成拋光非均一性更加惡化。因此沒有列出這些結(jié)果。
當(dāng)漿料的粘度保持在1.72cps進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理時，數(shù)據(jù)C顯示拋光達(dá)到最大均一性。當(dāng)漿料粘度保持在約1.72cps(例如，在1.43～1.72cps的范圍內(nèi))時，化學(xué)機(jī)械拋光均一性增加。
在保持漿料粘度為2.14cps下進(jìn)行拋光其間所獲得的數(shù)據(jù)D顯示，介于晶圓中央?yún)^(qū)域與邊緣之間的拋光是相對非均一的。如果該漿料的粘度高于2.14cps，則拋光均一性劣化。因此，當(dāng)含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的漿料的粘度高于3.2cps時，考慮到圖11的數(shù)據(jù)結(jié)果，難以獲得如1.21～2.14cps的漿料粘度范圍下所示的拋光均一性。
當(dāng)使用具有所述粘度范圍的漿料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時，拋光目標(biāo)膜與拋光墊之間的摩擦系數(shù)減小。因此，將在摩擦力下兩種材料之間存在的漿料膜的厚度控制為恒定的厚度，可以控制拋光目標(biāo)膜的除去速率，從而形成均一的拋光分布。
圖15至18說明在形成凹陷插塞時使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的化學(xué)機(jī)械拋光。
參照圖15，在半導(dǎo)體基板200上形成柵極疊加體210，該半導(dǎo)體基板200具有由裝置隔離膜202確定的作用區(qū)域(active region)。在柵極疊加體210的兩側(cè)形成間隔膜212。每個柵極疊加體210由柵極絕緣膜204、柵極導(dǎo)電膜206以及柵極硬掩膜208所構(gòu)成。在半導(dǎo)體基板200的表面上形成用于包埋該柵極疊加體210的層間介電膜214。介電層214可以由氧化物膜或者氧化硅膜構(gòu)成。
參照圖16，在半導(dǎo)體基板200上形成用于選擇性暴露介電層214的硬掩膜圖案216。
具體地，在形成凹陷插塞接觸孔之后，在介電層214上形成作為硬掩膜的氮化物膜，該氮化物膜充當(dāng)硬掩膜圖案。在作為硬掩膜的氮化物膜上施加光致抗蝕劑膜并將其圖案化，從而形成光致抗蝕劑膜圖案(未示出)以露出將要形成凹陷插塞接觸孔的區(qū)域。使用該光致抗蝕劑膜圖案作為掩膜，蝕刻作為硬掩膜的氮化物膜以形成硬掩膜圖案216，該硬掩膜圖案216選擇性地暴露層間介電膜214。然后將該光致抗蝕劑膜圖案除去。
使用硬掩膜圖案216作為蝕刻掩膜，將柵極疊加體210之間的介電層214除去，以形成凹陷插塞接觸孔220，該凹陷插塞接觸孔220選擇性地暴露半導(dǎo)體基板200的作用區(qū)域。然后將硬掩膜圖案216除去。各個凹陷插塞接觸孔220由儲存節(jié)點接觸區(qū)域218和位線接觸區(qū)域219所構(gòu)成，儲存節(jié)點接觸區(qū)域218隨后連接至儲存節(jié)點，而位線接觸區(qū)域219隨后連接至位線。
參照圖17，沉積導(dǎo)電材料層222以確保將所暴露的半導(dǎo)體基板200的表面予以掩埋。該導(dǎo)電材料層222可由多晶硅層形成。
參照圖18，在柵極疊加體210之間形成分隔的凹陷插塞224。
具體地，將該其上沉積有導(dǎo)電材料層222的半導(dǎo)體基板200提供至化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，使導(dǎo)電材料層222置于化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的拋光墊的對面。將含有分散在去離子水中的研磨料和有機(jī)粘度改進(jìn)劑的漿料提供至拋光墊，所添加的機(jī)粘度改進(jìn)劑用以將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。拋光導(dǎo)電材料層222，直到露出柵極疊加體210的柵極硬掩膜208的表面，從而形成分隔的凹陷插塞224。
研磨料可以采用包含氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒、蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒與氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的漿料。優(yōu)選使用含有氧化鈰(CeO2)研磨顆粒的漿料，以獲得氧化物膜與多晶硅膜的高選擇性。
添加粘度改進(jìn)劑以調(diào)整漿料的粘度。該粘度改進(jìn)劑為由含有多元醇的脂肪酸酯構(gòu)成的有機(jī)材料。優(yōu)選使用甘油。粘度改進(jìn)劑的含量優(yōu)選保持在總漿料的10wt％的量之內(nèi)。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料中研磨料、去離子水(DIW)與粘度改進(jìn)劑的比例為約1∶3∶3(v/v)。除了上述成分之外，漿料可以進(jìn)一步包括其它添加物，例如pH調(diào)整劑、表面活性劑等?；蛘?，該粘度改進(jìn)劑可以是由含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯所構(gòu)成的有機(jī)材料。
當(dāng)使用具有這樣的粘度范圍的漿料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時，介于拋光目標(biāo)膜(例如，導(dǎo)電材料層222)與拋光墊間的摩擦系數(shù)減小。將在兩種材料之間存在的漿料膜的厚度控制為恒定的厚度，而這又控制拋光目標(biāo)膜的去除速率，從而形成均一的拋光分布。
本發(fā)明因凹陷插塞之間的不完全隔離而避免了電橋的形成，并且還避免了由于硬掩膜過度除去所造成的有缺陷的自校準(zhǔn)接觸(SACs)的形成。
雖然出于闡述目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到，在不背離如所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神下，可以進(jìn)行多種改進(jìn)、添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光的漿料，其包括漿料，其含有分散在去離子水中的研磨料；以及有機(jī)粘度改進(jìn)劑，所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑為含有多元醇的脂肪酸酯。
3.如權(quán)利要求2所述的漿料，其中該脂肪酸酯粘度改進(jìn)劑含有甘油。
4.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
5.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該研磨料包括氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。
6.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該研磨料包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒與蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒之一或兩者。
7.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。
8.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為至少1.2cps。
9.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為1.2～2.2cps的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為1.4～2.2cps的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的漿料，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為約1.7cps。
12.一種使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料的拋光方法，包括提供定位的晶圓的拋光目標(biāo)膜；將漿料提供至拋光墊，該漿料含有分散在去離子水中的研磨料，和有機(jī)粘度改進(jìn)劑，而所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)；以及利用拋光墊來拋光該拋光目標(biāo)膜。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該拋光目標(biāo)膜含有氧化物膜或多晶硅膜中的一種。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑為含有多元醇的脂肪酸酯。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該脂肪酸酯含有甘油。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該研磨料包括氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該研磨料包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒與蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒之一或兩者。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為至少1.2cps。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為1.2～2.2cps的范圍內(nèi)。
22.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為1.4～2.2cps的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為約1.7cps。
24.一種使用化學(xué)機(jī)械拋光漿料的拋光方法，包括在半導(dǎo)體基板上形成氮化硅層，該氮化硅層暴露出部份半導(dǎo)體基板；蝕刻該半導(dǎo)體基板的暴露部分以形成溝槽；將氧化硅膜填入至該溝槽；利用拋光墊拋光該氧化硅膜以暴露氮化硅層的表面；而該拋光墊上施有漿料，該漿料含有分散在去離子水中的研磨料，和有機(jī)粘度改進(jìn)劑，而所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑為含有多元醇的脂肪酸酯。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該脂肪酸酯含有甘油。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該研磨料包括氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該研磨料包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒與蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒之一或兩者。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為至少1.21cps。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為1.21～2.14cps的范圍內(nèi)。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為1.43～2.14cps的范圍內(nèi)。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量使得漿料的粘度調(diào)整為約1.72cps。
35.一種使用化學(xué)機(jī)械拋光漿料的拋光方法，包括在半導(dǎo)體基板上形成柵極疊加體；在半導(dǎo)體基板上形成介電層；形成掩膜圖案以暴露出該介電層的一部分；使用該掩膜圖案蝕刻該介電層以形成凹陷插塞接觸孔；將導(dǎo)電層填入該凹陷插塞接觸孔；利用拋光墊拋光該導(dǎo)電層以暴露出柵極疊加體的表面；而該拋光墊上施有漿料，該漿料含有分散在去離子水中的研磨料和有機(jī)粘度改進(jìn)劑，而所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該導(dǎo)電層包含多晶硅層。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑為含有多元醇的脂肪酸酯。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中該脂肪酸酯含有甘油。
39.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑為含有聚氧乙烯脫水山梨糖醇的脂肪酸酯。
40.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該研磨料包括氧化鈰(CeO2)研磨顆粒。
41.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該研磨料包括氧化鋁(Al2O3)研磨顆粒與蒸氣沉積后的氧化鋁研磨顆粒之一或兩者。
42.如權(quán)利要求35所述的方法，其中該粘度改進(jìn)劑所添加的量相對于漿料的重量高達(dá)10wt％。
全文摘要
一種化學(xué)機(jī)械拋光的漿料，其包含分散于去離子水中的研磨料，以及有機(jī)粘度改進(jìn)劑，所添加的粘度改進(jìn)劑用于將漿料的粘度調(diào)整至0.5～3.2cps的范圍內(nèi)。
文檔編號H01L21/304GK101070453SQ20071010325
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者崔容壽, 崔在建, 金奎顯 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司