[发明专利]CMP用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法

说明书

本发明涉及CMP用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法，更详细地说，提供如下的CMP用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法：通过调节添加剂以及溶剂的含量，可自由调节氧化硅膜、氮化硅膜以及多晶硅膜的选择比来进行抛光，因此可有效地适用于要求对于氧化硅膜选择性去除氮化硅膜以及多晶硅膜的半导体制造工艺。

技术领域

本发明涉及CMP用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度增加，形成在半导体晶片(Wafer)上的结构的高度差也在增大，当高度差加大时，在后续的光刻工艺中出现焦深(DOF:Depth Of Focusing)问题，存在很难准确地印刷掩模图案的问题。

据此，近来正在广泛利用将化学去除工艺和机械去除工艺合成一个加工工艺的化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing；以下称为CMP)工艺，以用于晶片表面的平坦化。

通常，CMP工艺是将具有高度差的晶片表面紧贴于抛光垫(Polishing pad)上，然后在晶片与抛光垫之间注入作为抛光液(含有抛光材料和化学物质)的浆料(Slurry)，从而将晶片表面平坦化。即，CMP工艺仅仅是在半导体晶片中将特定膜质削平作业，并且在该CMP工艺中抛光(Polishing)后的抛光面的均匀度非常重要。

在用于CMP工艺的结构具有：用于安装晶片的头部；以与该头部相同方向旋转的抛光垫；含有纳米尺寸的抛光颗粒等的浆料；其中，晶片通过表面张力或真空吸附于头部。在CMP工艺中，通过抛光垫和浆料抛光晶片，并且带有抛光垫的抛光台进行简单的旋转，同时头部进行旋转运动和摆动运动，以预定的压力向抛光台方向加压晶片。通过头部自身的下重与施加的压力使晶片表面和抛光垫相互接触，向该接触面之间的微小的间隙(即，抛光垫的气孔部分之间)流动浆料作为加工液。通过浆料内部的抛光颗粒和抛光垫的表面凸起达到机械性去除作用，通过浆料中的化学成分达成化学去除作用。另外，晶片的器件从形成的凸出部分的上部与抛光颗粒或者表面凸起接触，在该凸出的部分集中压力，因此相比于其他部分具有相对较快的表面去除速度，并且在进行加工的同时均匀地去除整个区域的凸出的部分。在所述平坦化工艺中必须在出现氧化硅膜的层停止抛光。CMP工艺可分为以下两种类型：在执行工艺期间只抛光相同的物质去除指定的厚度；遇到其他种类的物质同时决定抛光终点(Polishing end point)的类型。如果在工艺中不应抛光的层的抛光率远小于抛光的物质的抛光率，则能够以稍微过度的抛光自然地决定抛光终点(PEP)。如上所述的两种物质的抛光比率称为选择比。在所述CMP工艺中使用的浆料是必须在能够引起化学反应的溶液混合具有选择比率的抛光材料。也就是说，需要两种物质的抛光比不同(即，选择比不同)的浆料，在镶嵌工艺(Damascene)期间如上所述优先抛光氮化硅膜，在暴露氧化硅膜同时停止抛光。并且，需要无金属层损伤且提高器件的电气性特性的浆料。然而，由于氧化硅膜的抛光速率远高于氮化硅膜的抛光速率，所以存在现有技术开发的浆料无法用于所述镶嵌工艺的问题。据此，在大部分情况是CMP工艺的能力取决于浆料的特性，因此需要开发最佳的CMP用浆料组合物。

另一方面，CMP中的被抛光面暴露各种各样的材料，多晶硅膜、单晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜等。通常，利用使用上述材料中的一种作为目标的CMP用浆料组合物通过CMP去除该目标材料。但是，如果与其他材料的抛光速度比不同，则目标材料被过度抛光，会产生凹陷、侵蚀等缺陷。此外，针对每种目标材料选择适合于目标材料的CMP浆料组合物，并只能通过CMP去除，所以存在降低生产率的问题。

因此，近年来随着半导体器件结构的多样化，要求同时抛光多晶硅膜、氧化硅膜和氮化硅膜这三种膜质。为了同时抛光这三种薄膜，相比于对每个抛光对象选择并供应适合抛光对象的浆料的工艺，需开发用CMP用浆料组合物本身调节膜质的选择比来进行抛光。