[发明专利]用于对多晶硅膜进行抛光的化学机械抛光浆料组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对多晶硅(Poly-Si)膜进行抛光的化学机械抛光浆料，和制备该浆料的方法。更具体地，本发明涉及一种制造半导体设备的方法，该方法通过使用对多晶硅膜比作为抛光终止层的设备隔离膜具有更高抛光选择性的、能够改善晶片内不均匀性(WIWNU)的浆料，形成闪存设备的自对准浮栅。

背景技术

通过半导体设备的高性能和高集成，集成电路技术进入了以512M位和1G位的超高密度集成的动态随机存储器(DRAMs)为代表的超大型集成(VLSI)时代。由于设备制造所需的最小加工尺寸变得更小，因此目前使用60纳米和70纳米的线宽来制造下一代设备。

集成电路(ICs)的集成使得设备尺寸减小，也使得多层内部连接成为需要。为了满足这个需要，有必要使用有效的平版印刷术使待抛光的整个表面变平坦。在这种情况下，目前，化学机械抛光作为一项新的平面化技术而倍受关注。高度集成半导体设备是通过一层接一层地反复交替沉积导电材料和绝缘材料而形成图案(pattern)而制造的。当形成图案的各个材料层的表面不平整的时候，很难在其上形成新的图案层。也就是说，在新的层不断地叠积在材料层间不平整的表面时，入射光从折射层以不同的角度反射出去，从而导致光抗蚀剂的图案在显影时不准确。因此，人们广泛地认识到了对化学机械抛光(以下简称为“CMP”)的需要。由于在半导体制造过程中多晶硅材料广泛用于形成设备的接点和线路，因而，CMP显得特别重要。

CMP技术的原理是将作为磨料溶液的浆料应用于晶片与抛光垫表面接触的部分，使浆料与晶片表面发生化学反应，同时，抛光垫相对于晶片发生移动，从而物理地除去晶片表面存在的不规则部分。

用于半导体CMP过程的浆料含有去离子水、金属氧化物、调节pH的碱或酸、控制抛光速率和选择性的添加剂，等等。主要使用的金属氧化物为由烟化法或溶胶凝胶法制备的二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化铈(CeO₂)、氧化锆(ZrO₂)、二氧化钛(TiO₂)，或其它。关于添加剂，主要使用胺类添加剂生成大量的氢氧根离子以实现对多晶硅膜的高抛光速率，同时，实现对绝缘层的低抛光速率。

为了提高抛光速率尝试了各种方法。例如，US 4169337中公开了添加一种腐蚀剂，如氨基乙基乙醇胺。US 3262766和3768989中公开了通过在制备SiO₂的过程中共沉积少量如CeO₂的其它颗粒的方法来制备抛光组合物。而且，在Mechanism of Glass Polishing Vol.152，1729，1971中公开了向浆料中添加包括Ce(OH)₄、NH₄SO₄和Fe(SO₄)在内的无机盐添加剂。许多专利公告中均公开了提高抛光速率和选择性的浆料。例如，US 4169337中描述了一种由二氧化硅/胺/有机盐/多元醇组成的浆料，US 5139571中描述了由二氧化硅/季铵盐组成的浆料，US 5759917中描述了一种由二氧化铈/羧酸/二氧化硅组成的浆料，US 5938505中公开了一种由四甲基铵盐/过氧化氢组成的浆料，US 6009604中描述了一种由供电子化合物/四甲基氢氧化铵(TMAH)/二氧化硅组成的浆料。

通常用于抛光多晶硅膜的浆料对多晶硅膜具有较高的抛光选择性是因为绝缘氧化物层用作终止层。由于化学机械作用，较高的抛光选择性导致了多晶硅膜的表面凹坑。表面凹坑的发生又反过来影响随后的曝光过程，引起形成的多晶硅线的高度不同。这样，使电路内部的电学性能和接触性能变差。

因此，需要开发一种能够克服凹坑问题并能够改善晶片内不均匀性的新型浆料。

发明内容

因此，本发明是鉴于现有技术存在的上述问题而作出的，本发明的目的在于提供一种具有较高选择性的化学机械抛光(CMP)浆料，该浆料含有在超纯水中的金属氧化物磨料颗粒和添加剂的混合物，该添加剂包括非离子氟类表面活性剂和季铵碱。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于抛光多晶硅膜的CMP浆料组合物，该组合物含有

(a)金属氧化物；

(b)季铵碱；和

(c)如式1所示的氟类表面活性剂：

CF₃(CF₂)_nSO₂X    (1)