用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料和化學(xué)機(jī)械拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料，其包含：研磨劑顆粒(a)；具有pKa值大于9的氨基和不少于3個羥基的化合物(b)；和水。
【專利說明】用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料和化學(xué)機(jī)械拋光方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料和使用所述漿料的化學(xué)機(jī)械拋光方法，所述 漿料優(yōu)選用于半導(dǎo)體基板的制造。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過經(jīng)由構(gòu)成回路的晶體管、電阻、配線等的小型化而實(shí)現(xiàn)的高密集化、或者同 時通過高速響應(yīng)，已使半導(dǎo)體回路顯示出高的性能。另外，配線的積層化（layering)已 使得能夠?qū)崿F(xiàn)較高的密集化和較高的集成化。已使得能夠?qū)崿F(xiàn)以上的半導(dǎo)體制造技術(shù)包 括STI (淺溝槽隔離）、層間介電膜的平坦化、鑲嵌（damascene)工藝、和金屬插塞（metal plug)。STI是晶體管元件隔離的一種，鑲嵌是金屬配線的埋置（embedding)技術(shù)的一種，且 金屬插塞是具有穿透層間介電膜的結(jié)構(gòu)的使用金屬的三維配線的一種。對于每一步驟而言 必需的技術(shù)是CMP (化學(xué)機(jī)械拋光），其不斷地用于STI形成、層間介電膜的平坦化、鑲嵌工 藝以及金屬插塞埋置的每一步驟。這些精細(xì)圖案是通過經(jīng)由光刻法步驟形成的抗蝕劑掩模 的轉(zhuǎn)錄形成的。隨著小型化的繼續(xù)進(jìn)行，用于光刻法的投影器透鏡的焦點(diǎn)深度變淺，并且， 由于晶片上的凹陷和凸起需要比所述深度小，因此，所要求的平坦性水平變高。通過經(jīng)由 CMP使被加工的表面平坦化，可獲得納米級或原子水平的平坦表面，且通過三維配線（即， 積層化）所導(dǎo)致的高性能變?yōu)榭赡堋?br> [0003] 在STI形成步驟中，在將溝槽形成為元件隔離區(qū)且在除凹槽之外的區(qū)域上形成拋 光終止膜之后，在所述凹槽內(nèi)部和在所述拋光終止膜上形成用于元件隔離的絕緣膜。然后， 通過經(jīng)由CMP的拋光移除過量的絕緣膜，直至所述拋光終止膜出現(xiàn)，并平坦化。作為終止 膜，通常使用氮化硅，并且，作為絕緣膜，經(jīng)常使用氧化硅。
[0004] 為了高的平坦化和元件保護(hù)，當(dāng)暴露出終止膜時，降低拋光終止膜和絕緣膜的速 率是必要的。為了確實(shí)地在晶片的整個表面上暴露出終止膜，晶片上的其中拋光速率快的 區(qū)域甚至在暴露出終止膜之后還被拋光相當(dāng)長的時間。因此，當(dāng)絕緣膜的拋光速率甚至在 暴露出終止膜之后也是高的時，圖案的作為元件隔離區(qū)（STI區(qū)）的凹陷部分上的絕緣膜被 過分地移除（表面凹陷（dishing)現(xiàn)象），且元件的性質(zhì)和可靠性降低。
[0005] 目前，對于STI形成，主要使用包含組合的鈰土（氧化鈰）研磨劑顆粒和陰離子型 聚合物的漿料來實(shí)現(xiàn)高的平坦化和抑制當(dāng)過度拋光時的拋光（例如，專利文獻(xiàn)1和2)。另 夕卜，使用組合的陰離子型聚合物和聚乙烯基吡咯烷酮、陽離子型化合物和兩性化合物的體 系也是已知的（例如，專利文獻(xiàn)3)。此外，使用選自特定的氨基醇、氨基羧酸、羥基羧酸等的 低分子量化合物的體系也是已知的（例如，專利文獻(xiàn)4和5)。
[0006] [文獻(xiàn)列表]
[0007] [專利文獻(xiàn)]
[0008] 專利文獻(xiàn) I :JP-B-3672493
[0009] 專利文獻(xiàn) 2 :JP-B-3649279
[0010] 專利文獻(xiàn) 3 :JP-A-2007-273973
[0011] 專利文獻(xiàn) 4 : JP-A-2006-520530
[0012] 專利文獻(xiàn) 5 :JP-A-2008-539581


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明所要解決的問題
[0014] STI區(qū)通常可通過下列步驟形成。圖1-圖4為逐步顯示半導(dǎo)體器件的制造過程中 的STI形成步驟的示意性截面圖。對圖中各部分的尺寸進(jìn)行設(shè)定以促進(jìn)理解，而且，各部分 與各部分之間的尺寸比例不必與實(shí)際的比例一致。
[0015] 首先，在基板1表面上的氧化絕緣膜2 (氧化硅等）上積層（layer)終止膜3。然 后，在氧化絕緣膜2和終止膜3積層于其上的基板1上通過光刻法積層抗蝕劑膜（未示出）， 且在蝕刻之后，移除抗蝕劑膜以形成溝槽4 (經(jīng)蝕刻的部分）（圖1)。通過CVD等積層絕緣 膜5 (氧化硅等）以填充溝槽4 (圖2)。然后，通過經(jīng)由CMP的拋光移除在終止膜3上形成 的多余的絕緣膜5以完全暴露出終止膜。在理想的拋光中，埋置在溝槽4中以形成STI區(qū) 6的終止膜3和絕緣膜5不具有臺階高度且是平坦的（圖3)。
[0016] 由于絕緣膜5在終止膜3及溝槽4上的初始高度不同（圖2)，且絕緣膜5的拋光 速率高于終止膜3的拋光速率，因此，當(dāng)通過拋光移除終止膜3上的絕緣膜5時，填充在溝 槽4中的絕緣膜傾向于被過度移除。結(jié)果，在形成STI區(qū)6的絕緣膜5和終止膜3之間產(chǎn) 生臺階高度h，且用于元件隔離的絕緣膜5的膜厚度t變薄（圖4)，由此，半導(dǎo)體元件的可 靠性易于發(fā)生降低。
[0017] 此外，由于基板具有波紋度且在基板上的漿料和壓力的分布不是完全均勻的，因 此，實(shí)際上難以均勻地拋光整個基板。當(dāng)拋光基板以使其上的整個終止膜3完全暴露時，出 現(xiàn)如下問題：在早期階段中所暴露出的終止膜3的一部分中，填充在溝槽4中的絕緣膜5被 過度地拋光（過拋光）。在被過拋光的部分中，臺階高度進(jìn)一步增高，且用于元件隔離的絕 緣膜5的膜厚度也進(jìn)一步降低。
[0018] 專利文獻(xiàn)1-5中描述的用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料不必令人滿意地使絕緣膜和終 止膜之間的臺階高度最小化。另外，專利文獻(xiàn)5中描述的用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料有時未 能完全移除在終止膜上的絕緣膜，且導(dǎo)致元件中的缺陷。
[0019] 因此，本發(fā)明旨在提供在使待拋光的膜平坦化的能力（在下文中有時簡寫為"平 坦化性能"）和移除多余的絕緣膜的能力方面優(yōu)良的用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料，特別是能夠 在STI形成步驟中使絕緣膜和終止膜之間的臺階高度極小的用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料（在 下文中有時簡寫為"用于CMP的漿料"）、以及使用所述漿料的化學(xué)機(jī)械拋光方法（在下文 中有時簡寫為"CMP"）。
[0020] 用于解決問題的手段
[0021] 本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了深入細(xì)致的研宄并發(fā)現(xiàn)，包含研磨劑顆粒（a)和具有pKa大 于9的氨基和不少于3個羥基的化合物（b)(在下文中有時簡寫為"化合物（b) "）以及水 的用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，且完成了下面的本發(fā)明。
[0022] [1]用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料，包含
[0023] 研磨劑顆粒（a)，
[0024] 具有pKa大于9的氨基和不少于3個羥基的化合物（b)，和
[0025] 水。
[0026] [2]前述[1]的漿料，其中
[0027] 前述研磨劑顆粒（a)的濃度為0. 1-20質(zhì)量％，和
[0028] 前述化合物（b)的濃度為0· 001-1質(zhì)量％。
[0029] [3]前述[1]或[2]的漿料，其中前述研磨劑顆粒（a)為選自氧化鈰、氧化錳、氧化 鐵、氧化鈦、氧化鎂、氧化鋯和氧化鉭的至少一種。
[0030] [4]前述[1]-[3]中任一項(xiàng)的漿料，其中前述化合物（b)的所述氨基的PKa為 9. 2~10, 5〇
[0031] [5]前述[1]-[4]中任一項(xiàng)的漿料，其中前述化合物（b)的所述氨基的數(shù)量為1。
[0032] [6]前述[1]-[5]中任一項(xiàng)的漿料，其中前述化合物（b)具有100-1000的分子量。
[0033] [7]前述[1]_[6]中任一項(xiàng)的漿料，其中前述化合物（b)為葡糖胺和/或其衍生 物。
[0034] [8]前述[1]_[7]中任一項(xiàng)的漿料，進(jìn)一步包含濃度為0. 001-5質(zhì)量％的水溶性聚 合物（c)。
[0035] [9]前述[8]的漿料，其中前述水溶性聚合物（c)為陰離子型聚合物和/或非離子 型聚合物。
[0036] [10]前述[8]或[9]的漿料，其中前述水溶性聚合物（c)為選自如下的至少一種：
[0037] 水溶性聚合物（cl)，其通過如下獲得：使25-100質(zhì)量％的選自（甲基）丙烯酸、 馬來酸、衣康酸和乙烯基吡咯烷酮的至少一種單體和75-0質(zhì)量％的另外的具有不飽和雙 鍵的單體聚合；
[0038] 水溶性聚合物（c2)，其通過如下獲得：使50-100質(zhì)量％的通過水解形成乙烯醇骨 架的單體和50-0質(zhì)量％的另外的具有不飽和雙鍵的單體聚合，隨后水解；
[0039] 水溶性多糖（c3);
[0040] 具有羧基和/或聚氧乙烯基團(tuán)的水溶性聚氨酯（c4);和
[0041] 它們的水溶性衍生物（c5)。
[0042] [11]前述[1]-[10]中任一項(xiàng)的漿料，進(jìn)一步包含濃度為0.0001-1質(zhì)量％的具有 由式⑴或⑵示出的結(jié)構(gòu)的化合物（d)
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 用于化學(xué)機(jī)械拋光的漿料，包含： 研磨劑顆粒（a)， 具有PKa大于9的氨基和不少于3個羥基的化合物（b)，和 水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的漿料，其中 所述研磨劑顆粒（a)的濃度為0. 1-20質(zhì)量％，和 所述化合物（b)的濃度為0.001-1質(zhì)量％。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的漿料，其中所述研磨劑顆粒（a)為選自氧化鈰、氧化錳、氧化 鐵、氧化鈦、氧化鎂、氧化鋯和氧化鉭的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的漿料，其中所述化合物（b)的所述氨基的pKa為 9. 2~10, 5〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的漿料，其中所述化合物（b)的所述氨基的數(shù)量為1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的漿料，其中所述化合物（b)具有100-1000的分子量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的漿料，其中所述化合物（b)為葡糖胺和/或其衍生物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的漿料，進(jìn)一步包含濃度為0. 001-5質(zhì)量％的水溶性聚 合物（c)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的漿料，其中所述水溶性聚合物（c)為陰離子型聚合物和/或非離 子型聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的漿料，其中所述水溶性聚合物（c)為選自如下的至少一種： 水溶性聚合物（cl)，其通過如下獲得：使25-100質(zhì)量％的選自（甲基）丙烯酸、馬來 酸、衣康酸和乙烯基吡咯烷酮的至少一種單體和75-0質(zhì)量％的另外的具有不飽和雙鍵的 單體聚合； 水溶性聚合物（c2)，其通過如下獲得：使50-100質(zhì)量％的通過水解形成乙烯醇骨架的 單體和50-0質(zhì)量％的另外的具有不飽和雙鍵的單體聚合，隨后水解； 水溶性多糖（c3); 具有羧基和/或聚氧乙烯基團(tuán)的水溶性聚氨酯（c4);和 它們的水溶性衍生物（c5)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的漿料，進(jìn)一步包含濃度為〇. 0001-1質(zhì)量％的具有由 式⑴或⑵示出的結(jié)構(gòu)的化合物（d)
其中R1、R2和R3各自獨(dú)立地為具有1-6個碳原子的亞烷基， R4為氫原子或具有1-3個碳原子的烷基，和η為0-9的整數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的漿料，其中所述化合物（d)為選自如下的至少一種：亞氨基二 乙酸、N-(2-羥基乙基）亞氨基二乙酸、天冬氨酸-N，N-二乙酸、次氨基三乙酸、N-(2-羥基 乙基）乙二胺-N，N'，N' -三乙酸、乙二胺-N，N，N'，N' -四乙酸、丙二胺-N，N，N'，N' -四 乙酸、乙二醇醚二胺-Ν，Ν，Ν'，Ν' -四乙酸、1，2-二氨基環(huán)己烷-Ν，Ν，Ν'，Ν' -四乙酸、二亞 乙基三胺-Ν，Ν，Ν'，Ν"，Ν"_五乙酸、三亞乙基四胺-Ν，Ν，Ν'，Ν"，Ν"'，Ν"' -六乙酸、3-羥 基-2, 2' -亞氨基二琥珀酸和乙二胺二琥珀酸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的漿料，具有3-11的pH。
14. 化學(xué)機(jī)械拋光方法，該方法包括通過使用權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的漿料來拋光絕 緣膜。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其用于形成淺溝槽隔離。
【文檔編號】C09K3/14GK104471684SQ201380037343
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】加藤充, 岡本知大, 加藤晉哉 申請人:可樂麗股份有限公司