氧化硅膜研磨用浆料组合物及使用其的研磨方法技术

本发明专利技术涉及一种CMP用浆料组合物及使用其的研磨方法，更具体地，通过去除作为研磨材料的硅溶胶的ζ电位(Zeta potential)和金属杂质提高氧化硅膜的研磨性能并最小化刮伤缺陷，可以通过调节添加剂和研磨材料的含量来自由地调节对氧化硅膜、氮化硅膜及多晶硅膜的选择性比以进行研磨，从而提供一种能够有效地应用于去除氧化硅膜的段差的半导体工艺及需要相对于氮化硅膜选择性地去除氧化硅膜及多晶硅膜的半导体制造工艺中的CMP用浆料组合物及使用其的研磨方法。用其的研磨方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化硅膜研磨用浆料组合物及使用其的研磨方法


[0001]本专利技术涉及一种CMP用浆料组合物及使用其的研磨方法。

技术介绍

[0002]近来，随着半导体元件的集成度程度增加，半导体晶圆(Wafer)上形成的结构物之间的高低段差增加，当段差增加时，在后续的光刻(Lithography)工艺中，因焦深(DOF，Depth Of Focusing)问题而发生难以准确印刷(Printing)掩模图案的困难。
[0003]据此，近来为了平坦化晶圆表面而广泛使用将化学去除加工和机械去除加工合为一个加工工艺的化学机械研磨(Chemical
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Mechanical Polishing，以下称为CMP)工艺。通常，CMP工艺将具有段差的晶圆表面紧贴于研磨垫(Polishing pad)上后，将作为包含研磨材料和化学物质的研磨液的浆料(Slurry)注入到晶圆与研磨垫之间，以使晶圆的表面平坦化。即，简单而言，可以说CMP工艺是在半导体晶圆平坦地刮除特定膜质的作业，在这种CMP工艺中，研磨(Polishing)后研磨表面的均一度非常重要。用于CMP工艺的结构包括：安装晶圆的头部、与头部沿相同方向旋转的垫、及在它们之间包含纳米尺寸的研磨粒子等的浆料；其中，晶圆通过表面张力或真空而安装于头部。在CMP工艺中，通过垫和浆料研磨晶圆，附着有垫的研磨台进行单纯的旋转运动，且头部同时进行旋转运动与摇动运动，并对晶圆以一定压力向研磨台方向施压。由于头部的自身荷重和被施加的加压力，晶圆表面和垫接触，且作为加工液的浆料在该接触面之间的微细缝隙，即垫的孔隙部分之间流动。通过浆料内部的研磨粒子和垫的表面突起实现机械去除作用，并通过浆料内的化学成分实现化学去除作用。此外，由于从晶圆的形成器件的突出部分的顶部形成与研磨粒子或表面突起的接触，且压力集中到该突出部分，因此相比其他部分具有相对高的表面去除速度，且随着加工的进行，在整个面积突出部分被均匀地去除。
[0004]通常，在低pH下，氮化硅膜具有正(positive)ζ电位(Zeta potential)，相反地，氧化硅膜具有负(negative)ζ电位。根据静电引力理论，为了实现对氧化硅膜的高研磨率，使用具有正(positive)ζ电位作为相反电位的研磨材料，以提高其与具有负(negative)ζ电位的氧化硅膜的吸附力。此外，由于研磨剂硅溶胶中存在在制造过程中产生或成为污染的金属杂质，因此在研磨过程中刮伤(Scratch)缺陷有所增加。去除了这些金属杂质的高纯度研磨材料能够显著地降低刮伤的发生率。
[0005]CMP工艺可以分为在工艺进行过程中仅研磨同一物质以去除指定厚度的类型、及在遇到其他不同种类物质时确定研磨终点(Polishing end point)的类型。在工艺中，当不应该被研磨的层的研磨率比需要研磨的物质的研磨率小很多时，可以通过少许的过度研磨来自然地决定研磨终点(PEP)。如上所述的两种物质的研磨比称为选择比。上述CMP工艺中使用的浆料需要在能够引起化学反应的气氛的溶液中混合具有选择比的研磨材料。换句话说，在制造3D NAND闪存(Nand flash)半导体中，在栅极间隙多晶硅(Gate gap poly)工艺中，如上所述，需要优先研磨氧化硅膜并在暴露氮化硅膜的同时停止研磨的研磨比不同的，即选择比不同的两种物质的浆料。此外，需要开发一种无金属层损伤并通过减少微细刮伤
来提高元件的电性能的最佳CMP用浆料组合物。
[0006]另一方面，CMP的被研磨面暴露多晶硅膜(Polysilicon film)、单晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜等多种材料。以往，使用以上材料中的一种作为目标的CMP用浆料组合物，以CMP去除其目标材料。但是，当与其他材料的研磨速度比区别太大时，则目标材料可能被过度研磨而导致凹陷或侵蚀等缺陷。此外，由于每种目标材料选择适合各个目标材料的CMP用浆料组合物，并必须通过CMP去除，因此存在生产力降低的问题。
[0007]据此，进来伴随着半导体器件的结构多样化，要求同时研磨多晶硅膜、氧化硅膜及氮化硅膜三种膜质。为了同时研磨这三种膜质，需要开发一种能够脱离需选择各个研磨对象适合对象的浆料以供给浆料的工艺，而由CMP用浆料组合物自身调节膜质的选择比以进行研磨的技术。

技术实现思路

[0008]要解决的问题
[0009]本专利技术在于提供一种CMP用浆料组合物，所述组合物能够自由地调节对氧化硅膜、氮化硅膜及多晶硅膜的研磨选择比以进行研磨而能够有效地应用于需要选择性去除氧化硅膜、氮化硅膜及多晶硅膜的半导体制造工艺中。此外，本专利技术还在于提供一种研磨浆料及使用其的绝缘膜的平坦化方法，所述研磨浆料作为用于去除氧化硅膜段差的研磨材料能够使用高纯度的正(positive)ζ电位(Zeta potential)的硅溶胶，且在去除段差时能够最小化刮伤(Scratch)缺陷。
[0010]解决问题的方案
[0011]为了达到上述的目的，提供一种CMP用浆料组合物，其特征在于，包括：研磨材料，所述研磨材料由硅溶胶组成；添加剂，所述添加剂选自由聚乙二醇、杂环化合物所组成的组中的一种以上；及溶剂，以便能够提高氧化硅膜的研磨性能且最小化刮伤缺陷且能够调节对氧化硅膜、氮化硅膜及多晶硅膜的选择比以进行研磨。
[0012]在本专利技术的一优选实施例中，所述硅溶胶的ζ电位(Zeta potential)为+10至+70mV。
[0013]在本专利技术的一优选实施例中，所述金属(Li、B、Mg、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Ta、W、Pt、Na、Al)含量为100ppb以下。将粒子大小为10至120nm作为特征。
[0014]在本专利技术的一优选实施例中，其特征在于，所述杂环化合物具有两个以上的氮原子，且选自由1,2,4H
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三唑、5
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甲基苯并三唑、四唑、咪唑、1,2
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二甲基咪唑及哌嗪所组成的组中的一种以上。
[0015]在本专利技术的一优选实施例中，其特征在于，所述添加剂由对于多晶硅膜能够调节选择比的聚乙二醇及对于氮化硅膜能够调节选择比的杂环化合物组成。
[0016]在本专利技术的一优选实施例中，其特征在于，所述CMP用浆料组合物，相对于组合物的总重量，包括：由硅溶胶组成的0.2至10重量％的研磨材料；选自由聚乙二醇及杂环化合物所组成的组中的一种以上的0.001至7重量％的添加剂；及余量的溶剂。
[0017]在本专利技术的一优选实施例中，其特征在于，所述添加剂中的聚乙二醇、杂环化合物的比例为0～5.0:0～5.0。
[0018]在本专利技术的一优选实施例中，其特征在于，所述CMP用浆料组合物的pH为3至5。
[0019]在本专利技术的一优选实施例中，其特征在于，所述CMP用浆料组合物的氧化硅膜的研磨率为并同时对由选自氧化硅膜、氮化硅膜及多晶硅膜中的两种以上所形成的被研磨膜进行研磨。
[0020]在本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种CMP用浆料组合物，其特征在于，包括：由硅溶胶组成的0.2至10重量％的研磨材料；选自由5
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甲基苯并三唑或聚乙二醇所组成的0.001至7重量％的添加剂；及余量的溶剂，以使所述组合物能够调节对氮化硅膜的氧化硅膜或多晶硅膜的选择比以进行研磨。2.根据权利要求1所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，在所述添加剂中，聚乙二醇:5
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甲基苯并三唑的比例为0～5.0:0超过～5.0，氧化硅膜:氮化硅膜:多晶硅膜的研磨选择比为1～50:1:1～10。3.根据权利要求2所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，所述硅溶胶的ζ电位为+10至+70mV。4.根据权利要求3所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，所述ζ电位为+15至+50mV。5.根据权利要求1所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，所述硅溶胶的粒子大小为10至120nm。6.根据权利要求5所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，所述粒子大小为30至80nm。7.根据权利要求1所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，氧化硅膜的去除率为8.根据权利要求1所述的CMP用浆料组合物，其特征在于，所述硅溶胶的金属(Li、B、Mg、K、Ca、Ti、V、Cr、M...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昇勋，李昇炫，金胜焕，
申请(专利权)人：荣昌化学制品株式会社，
类型：发明
国别省市：