CN101374922B - 用于抛光半导体晶片的cmp浆料及使用该浆料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CMP浆料,其中将重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物加入到包含磨粒和水且具有第一粘度的CMP浆料中,以便控制CMP浆料具有比第一粘度低5~30%的第二粘度。本发明还公开了一种使用该CMP浆料抛光半导体晶片的方法。根据本发明,CMP浆料的磨粒的团聚粒度可被减小,同时CMP浆料的粘度可降低并且抛光时晶片的整体平坦性可得到改善。因此,CMP浆料可有利地用于制造需要精细图案的半导体器件的制造过程中,并且能够在半导体制造过程中通过使用该浆料而改善半导体器件的可靠性和生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种CMP浆料,且更具体而言,涉及一种可改善晶片内的不均匀性,从而可用于制造需要精细图案的半导体器件的工艺中的CMP浆料。
背景技术
随着微电子器件持续具有较大的集成规模,用于制备这样的微电子器件的平坦化处理已经变得越来越重要。作为尽力获得超大规模集成微电子器件的一部分,多重互连技术和多层堆叠技术通常已经被用于半导体晶片。但是,在实施上述技术中的一种之后出现的非平坦化引起了许多问题。因此,平坦化处理被应用于微电子器件制备过程中的多个步骤中,从而使晶片表面的不规则性最小化。
这些平坦化技术中的一种为CMP(化学机械抛光)。在CMP处理的过程中,将晶片表面压在相对于晶片表面旋转的抛光垫上,并在抛光处理过程中向抛光垫上加入被称为CMP浆料的化学试剂和研磨料,这样通过化学和物理作用实现了晶片表面的平坦化。
浅沟槽隔离(STI)是应用CMP技术的一种实施方案。在STI技术中,形成了相对浅的沟槽,并且在晶片表面将这样的沟槽用于形成用来分隔有源区(active region)的场效应区(field region)。
图1中显示了通常的STI过程。如图1所示,在半导体晶片上依次形成垫片二氧化硅(SiO2)层101和四氮化三硅(Si3N4)102。接着,在 Si3N4层102上形成光刻胶图案。然后,部分蚀刻Si3N4层102、垫片二氧化硅层101和半导体晶片100,从而形成多个沟槽103。
此外,为形成场效应区,通过LPCVD(低压化学气相沉积)、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)或HDPCVD(高密度等离子体化学气相沉积)技术沉积绝缘二氧化硅层104,从而用层104填充沟槽103并且用层104覆盖Si3N4层102的表面。随后,抛光绝缘二氧化硅层104直到暴露出Si3N4层102为止。此外,通过蚀刻法去除Si3N4。最终,在半导体晶片的表面上形成栅二氧化硅层(gate silicon oxide layer)105。
在本文中,在用于去除绝缘二氧化硅层104的CMP处理过程中,由于其不同的化学和物理性质,绝缘二氧化硅层104和Si3N4层102显现出不同的去除速率。
绝缘二氧化硅层的去除速率与四氮化三硅层的去除速率的比被称为CMP浆料的选择性。随着CMP浆料的选择性的降低,由该浆料去除的Si3N4层的量会增加。优选不去除Si3N4层。换言之,优选绝缘二氧化硅层与Si3N4层的选择性无穷大。但是,常规的Si3N4约为4∶1。因此,在实际的CMP处理中,Si3N4层被抛光的程度超出了可接受的范围。结果,在CMP处理过程中,可能依据晶片上的位置而非均匀地除去Si3N4层图案。因此,Si3N4层在整个晶片范围内具有不同的厚度。特别是,在半导体晶片同时具有高度密集的图案和稀疏的图案的情况下,这是一个严重的问题。由于上述问题,具有场效应区的最终结构在有源区和场效应区之间存在水平面的差异,从而导致用于制备半导体器件的后续步骤的余地变小,并使晶体管和器件的质量下降。简言之,常规的CMP处理法存在的问题是:即使通过CMP处理除去氧化物层之后,也无法获得具有均匀厚度的Si3N4层图案。
除了局部平坦化中发生的这些问题之外,在晶片的整体平坦化中,常规技术存在许多问题。在分析根据常规技术抛光的晶片的整个横截面时,可以看出晶片的中央部的抛光比边缘部多,从而晶片显示U字型或W字型横截面并且具有高的晶片内的不均匀性。据知这种抛光特点的原因是晶片与抛光垫的机械压力的分布是不均匀的,从而在抛光期间磨粉浆或磨粒的分布是不均匀的,因此该晶片的中央部的抛光速率相对增大。
由于这种高的晶片内的不均匀性,在实际的半导体制造过程中,增大了四氮化三硅层的处理余地以稳定确定抛光终止时间点。例如,可以使用一种方法形成初始四氮化三硅层,其厚度比在晶片的中央部与边缘部之间抛光的四氮化三硅层的厚度差厚。然而,该方法存在引起加工效率低的问题。
现将描述关于制备这种STICMP浆料的现有技术。
日本日立化学有限公司(Hitachi Chemical Co.,Ltd.,Japan)发明的制备高选择性二氧化铈浆料的方法的下列相关专利文献公开了在二氧化铈浆料组合物中用于实现分散稳定性和高选择性的添加剂:日本专利公开No.1998-106988;日本专利公开No.1998-154672;日本专利公开No.1998-27041;日本专利公开No.2000-109794和2000-109815(2000年4月18日);日本专利公开No.2001-37951、2001-35820和2001-319900;韩国专利公开No.2001-0108048和2002-0015697;美国专利No.6,211,118B1(2001年4月24日)和6,420,269B2(2002年7月16日)。然而,根据现有技术的这些技术存在的问题是:其应用范围太宽并且没有被清晰地限定,而且仅提供了关于抛光速度和选择性比值的 基本信息。因此,这样的技术不是实际可应用的。另外,这些专利文献没有公开关于晶片的整体平坦化的内容和效果。
除上述内容外,国内的半导体和浆料制造公司已经开发出一种用于提高二氧化铈浆料的抛光选择性的添加剂,该添加剂仅包含直链聚合物或包含直链聚合物及低分子量材料。在韩国公开专利Nos.2003-0039999、2004-0057653、2004-0013299、2004-0098671、2004-0095118和2005-0004051中均公开了这样的添加剂。然而,这些专利文献仅公开了增大抛光速率和抛光选择性而没有公开整体平坦化特点的技术内容和技术效果。
同时,作为改善整体平坦化特点的现有技术,例如,加入包含有机聚合物材料的添加剂的方法是已知的。然而,该方法存在以下问题:因为要加入巨大用量的添加剂以降低晶片内的不均匀性至所需水平,所以浆料的粘度会增大。
发明内容
技术问题
本发明人已经发现,当将重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物加入到CMP浆料中时,该CMP浆料的粘度会降低,并且抛光时的晶片内的不均匀性会降低。
因此,本发明的目的是提供一种包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物的CMP浆料,以及使用该CMP浆料抛光半导体晶片的方法。
技术方案
为了实现上述目的,本发明提供一种CMP浆料,其中加入重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物至含有磨粒和水并具有第一粘度的CMP浆料中,以便控制CMP浆料具有比第一粘度低5~30%的第二粘度。
在另一技术方案中,本发明提供一种使用所述CMP浆料抛光半导体晶片的方法。
在下文中,将详细描述本发明。
本发明的CMP浆料包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物,以使所述CMP浆料的粘度降低5~30%。
本文中所用的术语第一粘度指CMP浆料(包含磨粒、水和其他分散剂)的粘度,该CMP浆料不包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物。术语第二粘度指CMP浆料的粘度,该CMP浆料包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物。
如上所述,当用其抛光晶片时,现有的CMP浆料存在呈现出很差的整体平坦性的问题。该整体平坦性被称为晶片内的不均匀性(Within-wafer Non-Uniformity,WIWNU;%),其通过用抛光后的晶片的厚度标准差(S.D.)除以平均厚度而得到。较低的WIWNU表示较好的整体平坦性。当使用本发明的包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物的CMP浆料来抛光半导体晶片时,WIWNU会减小至6.5%以下。
本发明的CMP浆料由于包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物,所以具有低的粘度,其可在晶片抛光时通过牛顿特性使抛光垫与晶片达到更加均匀接触,因此使整个晶片具有均匀的抛光表面,从而改善晶片内的不均匀性(WIWNU)。
同时,为了改善晶片内的不均匀性,现有的CMP浆料常常包含大量的含有聚合物材料的添加剂。例如,因为基于磨粒的重量,用于改善选择性的聚合物添加剂常常以180wt%的量加入,并且基于磨粒的重量,用于改善晶片内的不均匀性的聚合物添加剂常常以200~300wt%的量加入,所以该CMP浆料的粘度也会增大至2.0cPs或更大。在这种情况下,改善了晶片内的不均匀性,但是存在以下问题:因为浆料的粘度增大,二氧化硅层的抛光速率降低,导致抛光效率恶化,并且磨粒的团聚,导致粒度增大,从而增加了刮痕的出现。
然而,即使没有包含大量的聚合物添加剂,本发明的CMP浆料可呈现出极好的整体平坦性并具有适合用于CMP抛光的粘度范围。因此,本发明的包含重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的上述化合物的CMP浆料的第二粘度优选在1.1~1.9cPs的范围内(在室温下)。
如本发明所述的重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物可以单独加入,或者与其他CMP浆料成分,例如,添加剂成分或磨粒分散剂组合加入到本发明的CMP浆料中。
如图2中所示,本发明的CMP浆料中包含的化合物可含有选自羟基(OH)和羧基(COOH)中的至少一种。
所述含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物的重均分子量优选为30~500。如果该化合物的重均分子量大于500,其会造成二氧化硅层的抛光速率下降或者降低浆料的分散稳定性,从而使均匀提供浆料变得困难。
所述重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物的非限定性实例包括:含有柠檬酸的化合物(citrate-containing compounds)、含有葡萄糖酸的化合物(gluconate-containing compounds)、含有苹果酸的化合(malate-containingcompounds)、含有酒石酸的化合物(tartarate-containing compounds)、含有2-羟基异丁酸的化合物(2-hydroxyisobutyrate-containing compounds)、含有己二酸的化合物(adipate-containing compounds)、含有辛酸的化合物(octanoate-containing compounds)、含有琥珀酸的化合物(succinate-containing compounds)、含有乙二胺四乙酸(EDTA)的化合物(ethylenediaminetetracetate(EDTA)-containing compounds)、含有戊二酸的化合物(glutarate-containing compounds)和含有亚甲基丁二酸的化合物(methylenesuccinate-containing compounds)。
本文中,含有官能团的化合物不仅包括含有所述官能团的酸,例如,柠檬酸、葡萄糖酸、苹果酸、酒石酸、2-羟基异丁酸、己二酸、辛酸、琥珀酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、戊二酸和亚甲基丁二酸,而且包括由金属或有机官能团与所述官能团结合的化合物。
所述重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物的非限定性实例还包括:甘露糖、甘油-半乳-庚糖、赤型-甘露-辛糖、阿拉伯-半乳-壬糖和谷氨酰胺。本发明不限于上述物质,并且所述物质的衍生物也可包括在本发明的范围内。
在CMP浆料中,基于100重量份的磨粒,所述重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物优选以0.1~30重量份的量使用。如果该化合物的含量小于0.1重量份,则将导致选择性和整体平坦性降低,并且如果其含量超过30重量份,则将导致氧化层的抛光速率下降。
除了重均分子量为30~500且含有羟基(OH)和/或羧基(COOH)的化合物之外,本发明的CMP浆料可进一步额外包含添加剂。所述添加剂可为重均分子量为2,000~50,000的直链聚合物酸、重均分子量为1,000~20,000且包括主链和支链的接枝型聚合物酸或其混合物。
通常,四氮化三硅的表面电荷为阳离子并且二氧化硅的表面电荷为阴离子。因此,为了增加二氧化硅与四氮化三硅的抛光选择性,在阳离子带电四氮化三硅上,通过静电力吸附如聚合物酸的阴离子带电聚合物,以使阳离子带电四氮化三硅避免被抛光,从而可增大对阴离子带电二氧化硅的抛光选择性。由于这样做,使增大阴离子带电材料对阳离子带电材料的抛光选择性成为可能。
为了使阴离子带电聚合物酸在阳离子带电材料的结构上的静电吸附最大化,以及使因范德华力的吸附最小化,使用具有可控分子量的直链聚合物酸、包括主链和支链的接枝型聚合物酸或其混合物。
当在相同的分子量范围内比较接枝型聚合物酸与直链聚合物酸时,接枝型聚合物酸的主链链长比直链聚合物酸的链长短,这样接枝型聚合物酸能够使团聚现象最小化。此外,具有与主链接枝的支链的接枝型聚合物酸,能够以每单位面积的较高聚合物密度在阳离子带电材料结构上形成较大厚度的吸附层,该吸附层与支链长度成比例。当 使用接枝型聚合物酸时,不需要增加其分子量,其能够选择性地吸附在阳离子带电材料结构上至大厚度。因此,具有因静电力形成的吸附层的阳离子带电材料的结构可避免被抛光,从而可增加阴离子带电材料(例如二氧化硅)与阳离子带电材料(例如四氮化三硅)之间的抛光选择性。
同时,如果使用所述的添加剂,不仅能够提高对阴离子带电材料的抛光选择性,还能够提高对非带电材料的抛光选择性。因此,作为阴离子带电材料的等价物,非带电结构也包括在本发明的范围内。
当使用重均分子量为1,000~20,000且包含主链和支链的接枝型聚合物酸时,阴离子带电材料(例如二氧化硅)的结构与阳离子带电材料(例如四氮化三硅)的结构之间的抛光选择性可以高于上述通过使用直链聚合物酸而得到的抛光选择性。因此,当以适当比例使用重均分子量为2,000~50,000的直链聚合物酸与重均分子量为1,000~20,000且包含主链和支链的接枝型聚合物酸时,能够控制抛光选择性的范围。
优选地,所述直链聚合物酸为含有羧基的化合物,并且其具体实例包括:丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸等。市售的直链聚合物材料包括韩国Sannopco公司的Cerasprese 5468和Aldrich公司的直链聚合物等。
所述直链聚合物酸的重均分子量优选为2,000~50,000。如果直链聚合物酸的重均分子量小于2,000,则四氮化三硅层的抛光速率会增大,导致抛光选择性下降。另一方面,如果直链聚合物酸的重均分子量大于50,000,则二氧化硅层的抛光速率会下降。
同时,所述接枝型聚合物酸可由主链和支链组成。
所述接枝型聚合物酸的重均分子量为1,000~20,000,且优选为3,000~15,000。如果该接枝型聚合物酸的重均分子量小于1,000或大于20,000,则不能制得稳定的浆料组合物。此外,如果该聚合物酸的重均分子量大于20,000,则磨粒会团聚。而且,在后一种情况下,聚合物酸吸附在阴离子带电材料(例如二氧化硅)结构和阳离子带电材料(例如四氮化三硅)结构上,从而在抛光处理过程中使聚合物酸起到了保护层的作用。因此,阳离子带电材料结构的抛光速率和阴离子带电材料结构的抛光速率同时下降,从而导致抛光选择性的下降。
优选地,所述接枝型聚合物酸中的支链优选具有相当于500~2,000分子量的长度,并且所述接枝型聚合物酸中的主链具有相当于500~15,000分子量的长度。如果支链的长度太短,则聚合物酸由于较小的包层厚度而不能充分发挥保护作用。另一方面,如果支链的长度太长,则可能出现颗粒的团聚。此外,如果主链的长度太短,则会导致聚合物酸的吸附很差。另一方面,如果主链的长度太长,则可能出现颗粒团聚。
聚合物酸的主链起到了参与静电吸附的主要位置的作用。因此,所述主链优选含有大量的用于在阳离子带电材料结构上吸附目的的阴离子单元。例如,这样的阴离子单元包含如羧酸基团的官能团部分。与主链相比,支链对静电吸附的影响程度较低。因此,对于支链没有必要是阴离子带电的。但是,支链必须不是阳离子的。支链起的主要作用是形成较大厚度的吸附包层。
优选地,所述接枝型聚合物酸的支链包含由含羟基、羧基和/或磺酸基的烯键式不饱和单体的聚合反应或共聚合反应生成的大单元。而 且,接枝型聚合物酸的主链也包含由含羧基的烯键式不饱和单体生成的单元。
通常,用于抛光的浆料使用水作为分散介质。因此,优选将所述接枝型聚合物酸溶解于水中。因此,还优选形成接枝型聚合物酸的支链的大单元为亲水性的,并且优选含有由对水具有高亲合力的单体(例如含羟基、羧基和/或磺酸基的烯键式不饱和单体)生成的单元。上述大单元为短链聚合物,并且由8~16个亚单体聚合成的大单体生成并以官能团封端。这是由于如果包含大单元的支链太长,则会出现团聚现象,而如果包含大单元的支链太短,则该聚合物酸不能起到保护作用。
本发明中,可以通过采用如韩国公开专利No.2005-0113758中公开的方法制备在本发明中使用的接枝型聚合物酸,该专利的全部内容被引入本文作为参考。
所述接枝型聚合物酸优选在其支链上包含由下面通式1表示的烷氧基聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体:
[通式1]
其中,R1为氢原子或甲基;
R2O为C2~C4氧化烯基或其组合,且当R2O为C2~C4氧化烯基的至少两种的组合时,R2O可无规地或以嵌段的形式加入;
R3为C1~C4烷基;以及
m为氧化烯基的平均加成摩尔数(average addition mole number),并为1~50的整数。
具体而言,在所述聚合物酸中含有烷氧基聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体的量为10~50wt%。如果含有的单体的量低于10wt%,则难以获得高选择性,而该高选择性可从接枝型聚合物酸获得。如果含有的单体的量高于50wt%,则使用包含该单体的高选择性添加剂的最终浆料组合物可能表现出增多气泡产生的问题。
所述重均分子量为2,000~50,000的直链聚合物酸和重均分子量为1,000~20,000的接枝型聚合物酸各自可以单独或组合使用。
根据本发明,在水相中,可通过使用碱性物质将每一直链聚合物酸、接枝型聚合物酸和其混合物转化成聚合物酸盐。同样,本发明的范围可以包括不同于聚合物酸盐的聚合物酸类型。
根据本发明所述的聚合物酸盐的pH值为4.5~8.8,并优选为6.0~8.0。如果其pH值低于4.5或高于8.8,则不可能获得足够程度的抛光选择性。
当将添加剂用于CMP浆料中时,可以使用的碱性物质包括选自由氢氧化铵(NH4OH)和如氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵、氢氧化四丙铵和氢氧化四丁铵的碱性胺组成的组中的至少一种材料。可以单独或组合使用这样的碱性物质。
CMP浆料中包含的聚合物酸的量优选为0.1~10wt%。如果聚合物酸的含量小于0.1wt%,则四氮化三硅层的抛光速率会增加,从而降低了抛光选择性,并且在对图形化晶片的抛光过程中会出现凹坑现象(dishing phenomenon),并且,如果其含量大于10wt%,则二氧化硅层 的抛光速率会降低,从而导致处理时间增加且抛光选择性下降,并且会经常出现磨粒团聚。
CMP浆料中包含的磨粒的量优选为0.1~10wt%。如果该磨粒的含量小于0.1wt%,则不能充分获得氧化物层的高去除速率,并且,如果该磨粒的含量大于10wt%,则浆料的稳定性会下降。
作为磨粒,可以使用如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛和二氧化铈颗粒的纳米级陶瓷磨粒,但优选为二氧化铈。
可以通过将溶于溶剂(例如水)中的上述重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基或其两者的化合物的溶液和溶于溶剂(例如水)中的聚合物酸盐溶液加入至在分散介质中的磨粒分散物来制备所述的CMP浆料。关于这点,该聚合物酸盐水溶液的浓度优选为3~3.5wt%,并且磨粒的水分散物的浓度为4~6wt%。
因此,CMP浆料中的水可以包含在重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基或其两者的化合物溶液;聚合物酸盐溶液;或磨粒成分本身中。基于100wt%的浆料组合物的总重,CMP浆料中的水的含量优选为94~99.8wt%。如果水的量低于94wt%,则浆料的稳定性会下降。如果水的量大于99.8wt%,则浆料的材料去除速率会下降。
同时,本发明的CMP浆料可为单一成分浆料,其由含有抛光所需的全部成分的单一组合物组成,例如,磨粒、分散剂、水和其他添加剂。或者,其可为两成分的浆料,其由一组两种各自不同的组合物组成,包括磨粒的分散组合物和用于改善选择性的添加剂组合物,在抛光之前将其彼此混合。需要注意的是,两成分并非仅指两种溶液,并 且可以是两种或更多种溶液。当磨粒的分散性可因添加剂而下降时,可以使用所述两成分浆料。
本发明还提供了一种使用上述CMP浆料抛光半导体晶片的方法。可使用该方法的半导体处理方法的实例包括STI(浅沟槽隔离)法和ILD(层间电介质(Inter Layer Dielectric),ILD)法。可以根据本领域所用的常规方法进行STI或ILD法。
当使用本发明的CMP浆料组合物时,可将晶片内的不均匀性控制至小于6.5%。
附图说明
图1为常规的STI法的流程图。
图2为根据本发明的一个实施方式,重均分子量小于500且含有羟基(OH)和/或羧基的化合物的实例。
<附图标记>
100:半导体基板;101:垫片二氧化硅(SiO2)层;102:四氮化三硅(Si3N4)蚀刻停止层;103:沟槽;104:绝缘二氧化硅层;105:栅二氧化硅层;200:羟基(OH)部分;以及201:羧基(COOH)部分。
具体实施方式
在下文中,参照实施例将更加详细描述本发明。然而,应该理解的是,给出下面的实施例仅用于更加全面地描述本发明,而本发明的范围并不限于此。
实施例1
在水中以1wt%的浓度溶解葡萄糖酸,并且向其中加入氢氧化铵,使该溶液的pH值调整至7.1。同时,在水中以1wt%的浓度溶解重均分子量为7,000的直链型阴离子聚丙烯酸,并且向其中加入氢氧化铵以制备pH值调整为7.0~8.0的溶液。基于100重量份的最终CMP浆料组合物,使用5重量份的二氧化铈磨粉浆组合物(HP1-5(pH7.5-8.0),由LG化学株式会社制造),以使CMP浆料中的磨粒的含量为0.7~0.8wt%。基于100重量份的磨粒,向磨粉浆组合物中加入10重量份的上述制备的聚丙烯酸溶液,并且基于100重量份的磨粒,向其中加入葡萄糖酸溶液,以使葡萄糖酸的量为2wt%。另外,向其中加入余量的水,从而制备最终的CMP浆料。
实施例2
除了基于100重量份的磨粒,葡萄糖酸以5wt%的量使用之外,以与实施例1相同的方式制备CMP浆料。
实施例3
除了基于100重量份的磨粒,葡萄糖酸以10wt%的量使用之外,以与实施例1相同的方式制备CMP浆料。
实施例4
除了基于100重量份的磨粒,葡萄糖酸以14wt%的量使用之外,以与实施例1相同的方式制备CMP浆料。
比较实施例1
除了不使用葡萄糖酸之外,以与实施例1相同的方式制备CMP浆料。
试验实施例1
测量在上述实施例1~4和比较实施例1中制备的CMP浆料的物理性质和抛光性能。
浆料的物理性质的测量
使用pH计340(康宁,美国)测量浆料的pH值,使用135A(ORION,德国)测量离子电导率,使用Microtrap UPA150(Honeywell,美国)测量团聚粒度,以及使用RS150(Thermo HAAKE,美国)测量粘度。物理性质的测量结果显示于下表1中。
[表1]
从表1中可以看出,向CMP浆料中加入葡萄糖酸显著降低了浆料的粘度并且还抑制了磨粒的团聚。
抛光性能的测试
测试在实施例1~4和比较实施例1中制备的CMP浆料的抛光性能。在试验中,使用了POLI-400(GnP技术公司(GnP Technology))作为CMP抛光系统。作为将被抛光的晶片,使用通过PECVD在其上沉积了厚度为7,000 的二氧化硅层的晶片和通过LPCVD在其上沉积了厚度为1,500 的四氮化三硅层的晶片。用于抛光性能的测试标准如下:
[表2]
垫片 | IC 1400(Rodel,美国) |
晶片厚度的测量 | Nanospec6100(Nanometerics,美国) |
头速(Head speed) | 90rpm |
轴速(Spindle speed) | 90rpm |
下压力 | 4psi |
背压力 | 0psi |
浆料给料速度 | 100mL/分钟 |
使用在实施例1~4和比较实施例1中制备的每一CMP浆料抛光晶片,然后,基于抛光造成的厚度改变,测量材料的去除速率、去除选择性和晶片内的不均匀性。测量结果显示于下表3中。
[表3]
从上表3中可以看出,使用实施例1~4的CMP浆料的情况下,单分子物质葡萄糖酸的加入量的增加改善了整体平坦性(Delta WIWNU下降)。实施例1~4中的抛光平坦性显著高于比较实施例1中的抛光平坦性。
工业实用性
从前述中能够看出,根据本发明,CMP浆料中的磨粒的团聚粒度可被减小,同时CMP浆料的粘度可降低并且抛光时晶片的整体平坦性 可得到改善。因此,CMP浆料可有利地用于制造需要精细图案的半导体器件的制造过程中,并且能够在半导体制造过程中通过使用该浆料而改善半导体器件的可靠性和生产。本发明的CMP浆料还可以在CMP处理期间均匀去除整个晶片的Si3N4蚀刻停止层以使晶片厚度变化最小化,从而可消除晶片中有源区与场效应区之间的差值。本发明的CMP浆料不会对晶体管和器件的特性产生不利影响。
虽然已经出于说明目的描述了本发明的优选实施方式,但是本领域技术人员应理解,没有脱离本发明所附权利要求书所公开的范围和实质的各种修改、添加或替代是可能的。
Claims (9)
1.一种CMP浆料,其由重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物、磨粒、水和添加剂组成,
其中,将所述化合物加入到具有第一粘度的CMP浆料中,以便控制所述CMP浆料具有比第一粘度低5~30%的第二粘度,以及其中,所述第二粘度在1.1~1.9cPs的范围内,
其中,所述添加剂是重均分子量为2,000~50,000的直链聚合物酸、重均分子量为1,000~20,000且包含主链和支链的接枝型聚合物酸或其混合物,
其中,在CMP浆料中,基于100重量份的磨粒,所述重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物的含量为0.1~30重量份。
2.根据权利要求1所述的CMP浆料,当使用该CMP浆料抛光晶片时,该CMP浆料显示小于6.5%的晶片内的不均匀性(WIWNU)。
3.根据权利要求1所述的CMP浆料,其中,所述重均分子量为30~500且含有羟基(OH)、羧基(COOH)或其两者的化合物为选自由以下化合物组成的组中的一种或多种:含有柠檬酸的化合物、含有葡萄糖酸的化合物、含有苹果酸的化合物、含有酒石酸的化合物、含有2-羟基异丁酸的化合物、含有己二酸的化合物、含有辛酸的化合物、含有琥珀酸的化合物、含有乙二胺四乙酸(EDTA)的化合物、含有戊二酸的化合物、含有亚甲基丁二酸的化合物、甘露糖、甘油-半乳-庚糖、赤型-甘露-辛糖、阿拉伯-半乳-壬糖和谷氨酰胺。
4.根据权利要求1所述的CMP浆料,其中,基于100重量份的CMP浆料,所述添加剂的含量为0.1~10重量份。
6.根据权利要求1所述的CMP浆料,其中,所述磨粒为二氧化铈颗粒。
7.根据权利要求1所述的CMP浆料,其中,基于100重量份的CMP浆料,所述磨粒的含量为0.1~10重量份。
8.一种用于抛光半导体晶片的方法,使用如权利要求1~7的任一项所述的CMP浆料。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,将所述晶片内的不均匀性(WIWNU)控制至小于6.5%。
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