[发明专利]化学机械抛光浆料组合物及使用其制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于化学机械抛光(CMP)的浆料组合物，更具体地，本发明涉及用于化学机械抛光的浆料组合物，其对于阻挡金属膜(barrier metal film)和氧化硅膜具有高抛光速率，能够控制对氮化硅膜的抛光速率，且从而具有高抛光选择比。

背景技术

在化学机械抛光工序(其为半导体器件制造工序中的一个)中，抛光工序如下进行：将待进行平坦化工序的晶片安置在台板上，使晶片表面与抛光机的垫接触，然后在提供浆料的同时使旋转板和抛光机的垫转动。也就是说，浆料在晶片表面和垫之间流动，通过浆料中的抛光颗粒和垫表面的突出物导致的机械摩擦实现晶片表面的抛光，同时通过浆料中的化学组分与晶片表面之间的化学反应而实现化学去除。

大致上，用于铜的二次CMP工序的浆料包含胶态硅石抛光材料，且具有能够去除碱性区域中的阻挡金属膜和氧化物膜的特征。然而，在碱性区域中，用作阻挡金属的钽的去除速率不高，因此需要很长时间。此外，为了提高对氧化物膜的抛光速率而使用大量的抛光材料，因此存在以下缺点：如颗料污染和高划痕出现率。

另一方面，在酸性区域中，抛光后的颗粒污染的程度倾向于低于碱性区域；然而，其缺点是到达胶态硅石(用作抛光材料)的等电点，且浆料的分散稳定性变差。

此外，近年来，半导体的集成度正接近物理极限，且三维集成电路(3D IC)工艺正成为人们关注的焦点。在3D IC工艺过程中，在配线制造工序中使用硅通孔(TSV)工艺。然而，由于用于形成硅通孔的阻挡膜、绝缘膜和抛光抑制膜的厚度趋向增加，需要在短时间内有效地对阻挡膜进行抛光。

发明内容

本发明的目的是提供用于化学机械抛光的浆料组合物，其对氧化硅膜具有显著高的抛光速率，能够选择性地防止去除氮化硅膜，不导致不均衡的抛光，能够提供优异的平坦化度，具有优异的随时间的稳定性和分散稳定性，归因于添加剂的优化组合物而产生较少的颗粒和划痕，且产生令人非常满意的阻挡金属和氧化物的抛光表面。

根据本发明一个方面的用于化学机械抛光的浆料组合物包括0.1wt％至20wt％的表面经氨基硅烷-表面处理的抛光剂；0.001wt％至5wt％的添加剂，其选自如下组成的组中的任一种：氨基酸、氨基酸衍生物、其盐及它们的组合；0.0001wt％至0.5wt％的缓蚀剂；和0.01wt％至5wt％的氧化剂；其余为溶剂。

所述用于化学机械抛光的浆料组合物对于氧化硅膜与对氮化硅膜的抛光选择比可以为大于或等于5。

所述用于化学机械抛光的浆料组合物的pH值可以为2至5。

所述氨基硅烷可选自如下组成的组：氨基丙基三烷氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、双(2-羟基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N，N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷、3-(N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基)-丙基三烷氧基硅烷、(2-N-苄基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、三烷氧基甲硅烷基丙基-N，N，N-三甲基氯化铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苄基-N，N，N-三甲基氯化铵、双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，和它们的组合。

所述氨基酸可选自如下组成的组中的任一种：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、谷酰胺、天冬酰胺酸、赖氨酸、精氨酸、苯基丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、组氨酸、脯氨酸、其衍生物、其盐，和它们的组合。

所述缓蚀剂可选自如下组成的组中的任一种：1，2，4-三唑、苯并三唑、5-甲基苯并三唑、5-氨基四唑、1-烷基-5-氨基四唑、5-羟基四唑、1-烷基-5-羟基四唑、四唑-5-硫醇、咪唑，和它们的组合。

所述氧化剂可选自如下组成的组中的任一种：过氧化氢、过硫酸盐如单过硫酸盐和二过硫酸盐，和它们的组合。

所述表面经氨基硅烷-表面处理的抛光剂可包含平均粒径为5至120nm的胶态硅石，和相对于抛光剂总量为0.001wt％至1wt％的氨基硅烷。

所述用于化学机械抛光的浆料组合物可进一步包含pH调节剂，其选自如下组成的组中的任一种：氢氧化钾、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、硝酸、盐酸、硫酸、高氯酸、磷酸，和它们的组合。