CN113195658A

CN113195658A - 用于sti工艺的抛光料浆组合物

Info

Publication number: CN113195658A
Application number: CN201980084398.2A
Authority: CN
Inventors: 金廷润; 黄晙夏; 朴光洙; 梁海元
Original assignee: KCTech Co Ltd
Current assignee: KC Tech Co Ltd; KCTech Co Ltd
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-07-30
Also published as: KR20200076991A; US20220177727A1; TW202024288A; WO2020130256A1; TWI732300B

Abstract

本发明涉及一种用于STI工艺的抛光料浆组合物，并且更具体地涉及用于STI工艺的抛光料浆组合物，所述抛光料浆组合物包括：具有抛光粒子的抛光液；以及添加液，所述添加液包括具有酰胺键的聚合物，以及包括具有与一个以上的原子连接的三个以上链的单体的多晶硅膜抛光抑制剂。

Description

用于STI工艺的抛光料浆组合物

技术领域

本发明涉及具有高抛光率的同时能够减少凹陷的用于STI工艺的抛光料浆组合物。

背景技术

随着半导体元件越来越多样且高度集成化，开始使用一种能够形成细微图案的技术，由此使得半导体元件的表面结构越来越复杂，表面膜的阶梯差也越来越大。在制造半导体元件的过程中使用化学机械抛光(CMP，chemical mechanical polishing)的平坦化技术来去除形成在基板的特定膜上的阶梯差。多作为去除为了层间绝缘而过量成膜的绝缘膜的工艺、在层间绝缘膜(interlayer dielectric，ILD)与芯片(chip)之间进行绝缘的浅槽隔离(shallow trench isolation；STI)用绝缘膜的平坦化工艺、以及形成布线、接触插塞、接触过孔等金属导电膜的工艺使用。

STI(Shallow Trench Isolation)工艺采用蚀刻隔离(isolation)部分并形成沟槽(trench)，并在沉积氧化物后利用CMP进行平坦化的技术。此时，需要一种选择性的抛光特性，即提高作为绝缘膜的氧化物层的抛光率，降低作为扩散障碍的氮化物层的抛光率。

特别是对单元型(Cell Type)图案进行过度抛光时，也要减少作为图案膜的多晶硅膜质的损失。目前适用于STI工艺的商用料浆组合物使用具有负ζ电位的料浆添加液组合物，其采用分散为负电荷的料浆及阴离子性高分子添加剂。然而，使用具有负ζ电位的料浆添加液组合物对单元型(Cell Type)图案进行抛光时多发生缺陷、刮痕等，还具有过度抛光时绝缘膜的凹陷程度大的问题。

发明内容

[发明要解决的问题]

本发明的目的在于解决上述问题，为此提供一种用于STI工艺的抛光料浆组合物，对抛光对象膜具有高抛光速度及抛光选择比的同时，当暴露于抛光停止膜时能够改善抛光停止性能和保护性能，减少抛光停止膜的损失以及在图案晶片的抛光工艺后发生的凹陷及缺陷。

然而，本发明要解决的问题并非受限于上述言及的问题，未言及的其他问题将通过下面的记载由本领域普通技术人员所明确理解。

[解决问题的技术手段]

根据本发明的一实施例，本发明涉及一种用于STI工艺的抛光料浆组合物，包括：包括抛光粒子的抛光液；以及添加液，所述添加液包括多晶硅膜抛光抑制剂，所述多晶硅膜抛光抑制剂包括具有酰胺键的聚合物及具有与一个以上的原子连接的三个以上链的单体。

根据本发明的一实施例，所述具有酰胺键的聚合物包括表示为化学式1的聚合物中的至少任一种，

[化学式1]

在所述化学式1中，

R₁、R₃及R₄分别从氢、羟基、C_1-30的烷基、C_2-30的烯基、C_2-30的炔基、C_1-30的烷氧基、C_6-30的芳基、C_5-30的杂芳基(包括一个以上的N、O或S的杂原子)、C_4-30的杂环基(包括一个以上的N、O或S的杂原子)、C_7-30的芳烷基(aralkyl)、胺基、-NH(R₄)-R₅(其中，R₄是C_1-30的亚烷基或C_2-30的亚烯基，R₅是氢或羟基)、氨氧基、叠氮基及硫醇基中选择，

R₂是单纯结合、置换或非置换的C_1-30的亚烷基、C_2-30的亚烯基、C_7-30的环亚烷基、C_6-30亚芳基、C_7-30芳基亚烷基或C_2-30亚炔基，n是1以上的正数。

根据本发明的一实施例，所述聚合物包括从由聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有羟基末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有α-苄基及ω-叠氮末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有叠氮末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有哌嗪末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有炔烃末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有α-苄基及ω-硫醇末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有α-甲基及ω-羟乙胺末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有胺末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有哌嗪末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、聚(2-丙基-2-恶唑啉)、具有叠氮末端的聚(2-丙基-2-恶唑啉)及它们的衍生物组成的组中选择的至少任一种。

根据本发明的一实施例，所述聚合物的重均分子量是1000至5000000。

根据本发明的一实施例，所述聚合物是所述添加液中的0.001重量％至1重量％。

根据本发明的一实施例，所述单体与所述聚合物形成交联，

所述单体包括从由四乙烯五胺(tetraethylenepentamine，TEPA)、五乙烯六胺(pentaethylenehexamine，PEHA)、六乙烯七胺(hexaethyleneheptamine，HEHA)、七乙烯八胺(heptaethyleneoctamine，HEOA)、三乙烯四胺(triethylenetetramine)、羟乙基三乙烯四胺(hydroxyethyltriethylenetetramine，HETETA)、羟乙基四乙烯五胺(hydroxyethyltetraethylenepentamine，HETEPA)、三丙烯四胺(tripropylenetetraamine)、N-(3-氨基丙基)乙二胺(N-(3-aminopropyl)ethylenediamine，Am3)、N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺(N，N'-bis(3-aminopropyl)ethylenediamine，Am4)、N,N,N’-三(3-氨基丙基)乙二胺(N，N，N'-tris(3-aminopropyl)ethylenediamine，Am5)、N-3-氨基丙基-1,3-丙二胺(N-(3-aminopropyl)-1，3-propanediamine)、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,3-二氨基丙烷(N，N'-bis(3-Aminopropyl)-1，3-diaminopropane)、N,N,N’-三(3-氨基丙基)-1,3-二氨基丙烷(N，N，N'-tris(3-aminopropyl)-1，3-diaminopropane)、二乙烯三胺(diethylenetriamine，DETA)、双(3-氨基丙基)胺(bis(3-aminopropyl)amine)、双(六亚甲基)三胺(bis-hexamethylene-triamine)、二乙烯三胺(dipropylenetriamine)、4-(2-氨基乙基)-N-(2-氨基乙基)-N’-{2-{(2-氨基乙基)氨基}乙基}-1,2-乙二胺)(4-(2-aminoethyl)-N-(2-aminoethyl)-N'-{2-{(2-aminoethyl)amino}ethyl}-1，2-ethanediamine)、氨乙基哌嗪(aminoethylpiperazine)、1-(2-氨基乙基)-4-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]-哌嗪(1-(2-aminoethyl)-4-[(2-aminoethyl)amino]ethyl]-piperazine)及(1-[2-[[2-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]氨基]乙基]-哌嗪)((1-[2-[[2-[(2-aminoethyl)amino]ethyl]amino]ethyl]-piperazine))组成的组中选择的至少任一种。

根据本发明的一实施例，所包括的所述聚合物与所述单体的比例是1:0.01至2(摩尔分数)。

根据本发明的一实施例，所包括的所述聚合物及所述单体是高分子交联化合物的形态。

根据本发明的一实施例，所述抛光粒子以固相法或液相法制备，抛光粒子表面具有正电荷。

根据本发明的一实施例，所述抛光粒子包括金属氧化物、经有机物或无机物涂覆的金属氧化物、及胶体状态的所述金属氧化物中至少任一种，所述金属氧化物包括从由二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钡二氧化钛、氧化锗、氧化锰及氧化镁组成的组中选择的至少任一种。

根据本发明的一实施例，所述抛光粒子的大小是5nm至150nm的一次粒子，30nm至300nm的二次粒子，所述抛光粒子是所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的0.1重量％至10重量％。

根据本发明的一实施例，还包括水，并且，所述抛光液：水：添加液的比例是1：3至10：1至10(体积比)。

根据本发明的一实施例，所述添加液还包括两性化合物，所述两性化合物包括从由赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、色氨酸、谷氨酰胺、甜菜碱(betaine)、椰油酰胺丙基甜菜碱(cocomidopropylbetaine)、月桂基甜菜碱、硬脂基甜菜碱(laurylpropylbetaine)、月桂基丙基甜菜碱、椰油二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基α-羧乙基甜菜碱、十六烷基二甲基羧甲基甜菜碱、氨基羧酸盐、咪唑甜菜碱、2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱、月桂基二甲基氧化胺及卵磷脂组成的组中选择的至少任一种。

根据本发明的一实施例，所述两性化合物是所述添加液的0.001重量％至2重量％。

根据本发明的一实施例，所述添加液还包括从由羧酸、硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、溴酸、碘酸、庚二酸、苹果酸、丙二酸、马来酸、乙酸、己二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、富马酸、丙酸、丁酸、羟基丁酸、天冬氨酸、衣康酸、丙三羧酸、辛二酸、苯甲酸、苯乙酸、萘甲酸、扁桃酸、吡啶甲酸、烟碱酸、异烟酸、喹啉酸、邻氨基苯甲酸、镰刀菌酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、吡啶二羧酸、水杨酸、谷氨酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物、聚磺酸、聚-α-甲基苯乙烯磺酸、聚-ρ-甲基苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基磺酸、聚磺酸共聚物、聚磺酸/丙烯酰胺共聚物及聚丙烯酰胺甲基丙磺酸内酯组成的组中选择的至少任一种酸性物质。

根据本发明的一实施例，所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的pH范围是3至7，所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的ζ电位范围是+5mV至+70mV。

根据本发明的一实施例，绝缘膜：多晶硅膜的抛光选择比是10：1至1000：1。

[发明的效果]

本发明提供一种料浆组合物，对抛光对象膜(例如绝缘膜层)具有高抛光速度以及对抛光停止膜(例如多晶硅层)具有优秀的抛光抑制性能，由此提高高选择比和自动停止功能。

本发明的料浆组合物在单元型(Cell Type)图案晶片中保护图案多晶硅层，减少由于图案晶片的过度抛光产生的缺陷、刮痕等，减少多晶硅层的损失。

本发明的料浆组合物能够在图案晶片的图案多晶硅层暴露时，防止位于图案之间的绝缘膜层的过度抛光，由此抑制绝缘膜凹陷(dishing)。并且，能够保持相对较高的绝缘膜去除速度，在抛光后展现出优秀的平坦度改善效果。

本发明的料浆组合物用于半导体元件的浅槽分离(shallow trench isolation；STI)工艺等，制造可靠性及性能更加优秀的半导体元件。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施例进行详细说明。在对本发明进行说明的过程中，当判断对于相关公知功能或构成的具体说明会不必要地混淆实施例时，省略其详细说明。并且，本发明中使用的术语用于恰当地说明本发明的优选实施例，能够基于使用者、采用者的意图或本发明所属领域的惯例有所不同。因此，对本发明中术语进行定义时应基于说明书的整体内容。各附图中相同的附图标记表示相同部件。

在整体说明书中，当表示一个部件位于另一部件“上”时，一个部件能够接触另一部件，或者两个部件之间能够包括其他部件。

在整体说明书中，当说明一个部分“包括”一种构成要素时，并非代表排除其他构成要素的情况，也能够包括其他构成要素。

下面，参照实施例及附图对本发明的用于STI工艺的抛光料浆组合物进行说明。然而，本发明并非受限于实施例。

根据本发明的一实施例的用于STI工艺的抛光料浆组合物包括具有抛光粒子的抛光液；及添加液，对抛光对象膜具有高抛光率的同时，基于抛光停止膜暴露时的抛光抑制与膜保护功能而具有高选择比与自动抛光停止功能。

所述抛光粒子是所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的0.1重量％至10重量％。当所述抛光粒子的含量不到1重量％时，会出现降低抛光速度的问题，当超过10重量％时，由于抛光速度过高以及抛光粒子数量的增加会导致基于残留在表面的粒子吸附性出现表面缺陷。

能够通过固相法或液相法制备所述抛光粒子，并进行分散使得抛光粒子的表面具有正电荷。液相法是通过使抛光粒子前驱体在水溶液中发生化学反应，使结晶生长从而获得微粒子的溶胶-凝胶(sol-gel)法，或者是将抛光粒子离子在水溶液中进行沉淀的共沉法，以及在高温高压中形成抛光粒子的水热合成法等进行制备。所述固相法是将抛光粒子前驱体在400℃至1000℃的温度下进行煅烧而进行制备。

所述抛光粒子包括从由金属氧化物、经有机物或无机物涂覆的金属氧化物，及胶体状态的所述金属氧化物组成的组中选择的至少任一种，所述金属氧化物包括从由二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钡二氧化钛、氧化锗、氧化锰及氧化镁组成的组中选择的至少任一种。

所述抛光粒子分散为正电荷，例如，能够是分散为正电荷的二氧化铈。通过将分散为正电荷的二氧化铈与活化为正电荷的添加液进行混合，实现更高的阶梯差去除功能、优秀的抛光速度，及自动抛光停止功能。

所述抛光粒子能够包括5nm至150nm的一次粒子和30nm至300nm的二次粒子。所述抛光粒子的平均粒径是能够通过扫描电子显微镜分析或动态光散射测量的视野范围内的多个粒子粒径的平均值。为确保粒子均匀性，一次粒子的大小应为150nm以下，并且当不到5nm时会降低抛光率，对于用于STI工艺的抛光料浆组合物的二次粒子，当二次粒子大小不到30nm时，会由于研磨产生过多的小粒子，降低洗涤性，并且在晶片表面产生过多缺陷，当超过300nm时，会过度抛光而导致难以调节选择比，具有发生凹陷、侵蚀及表面缺陷的可能性。

所述抛光粒子除了单一大小的粒子外，还可以使用包括多分散(multidispersion)形态的粒子分布的混合粒子，例如混合两种具有不同平均粒度的抛光粒子而形成双峰(bimodal)模式的粒子分布，或者混合三种具有不同平均粒度的抛光粒子而形成具有三个峰值的粒度分布。或者混合四种以上的具有不同平均粒度的抛光粒子而形成多分散形态的粒子分布。通过混合相对较大的抛光粒子和相对较小的抛光粒子能够实现更优秀的分散性，能够期待减少晶片表面的刮痕的效果。

根据本发明的一实施例，所述添加液提供对抛光对象膜的优秀的抛光率的同时，改善暴露抛光停止膜时的抛光停止膜的抛光速度抑制及保护功能，尤其在抛光图案晶片后，提供对于绝缘膜层的优秀的抛光性能，同时防止过度抛光，从而减少凹陷等问题。

所述添加液能够包括具有酰胺键的聚合物及单体。

所述具有酰胺键的聚合物是所述添加液的0.001重量％至1重量％。当所述聚合物的含量不到0.001重量％时，难以实现对于多晶硅膜的自动抛光停止功能，当超过1重量％时，由于高分子网络难以充分抛光并且会残留杂质。即，当对图案晶片进行抛光时，由于绝缘膜层无法得到充分抛光，使得在图案上残留绝缘膜层。

具有酰胺键的聚合物包括表示为下列化学式1的化合物中的至少任一种。

[化学式1]

在所述化学式1中，R₁、R₃及R₄分别从氢、羟基、C_1-30的烷基、C_2-30的烯基、C_2-30的炔基、C_1-30的烷氧基、C_6-30的芳基、C_5-30的杂芳基(包括一个以上的N、O或S的杂原子)、C_4-30的杂环基(包括一个以上的N、O或S的杂原子)、C_7-30的芳烷基(aralkyl)、胺基、-NH(R₄)-R₅(其中，R₄是C_1-30的亚烷基或C_2-30的亚烯基，R₅是氢或羟基)、氨氧基、叠氮基及硫醇基中选择，

R₂是单纯结合、置换或非置换的C_1-30的亚烷基、C_2-30的亚烯基、C_7-30的环亚烷基、C_6-30亚芳基、C_7-30芳基亚烷基或C_2-30亚炔基，

N是1以上的正数，例如能够是1至100的正数。

例如，所述聚合物能够包括从由聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有羟基末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有α-苄基及ω-叠氮末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有叠氮末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有哌嗪末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有炔烃末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有α-苄基及ω-硫醇末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有α-甲基及ω-羟乙胺末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有胺末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有哌嗪末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、聚(2-丙基-2-恶唑啉)、具有叠氮末端的聚(2-丙基-2-恶唑啉)及它们的衍生物组成的组中选择的至少任一种。

对于所述聚合物，所述聚合物的分子量(重均分子量)能够是1000至5000000、1000至1000000，或1000至500000。

所述单体能够与所述聚合物形成交联结合并静电吸附于抛光停止膜，从而保护抛光停止膜并提供抑制抛光的功能。

即，所述聚合物与单体能够作为多晶硅膜的抛光抑制剂使用。例如，当暴露多晶硅图案时，所述单体与聚合物的交联结合物吸附于膜从而调节多晶硅膜的抛光速度，由此提供高的选择比，保护多晶硅膜与绝缘膜，从而防止过度抛光并降低绝缘膜的凹陷程度。

所述单体能够是具有与一个以上的原子连接的三个以上链的胺化合物，例如，所述单体包括从由四乙烯五胺(tetraethylenepentamine，TEPA)、五乙烯六胺(pentaethylenehexamine，PEHA)、六乙烯七胺(hexaethyleneheptamine，HEHA)、七乙烯八胺(heptaethyleneoctamine，HEOA)、三乙烯四胺(triethylenetetramine)、羟乙基三乙烯四胺(hydroxyethyltriethylenetetramine，HETETA)、羟乙基四乙烯五胺(hydroxyethyltetraethylenepentamine，HETEPA)、三丙烯四胺(tripropylenetetraamine)、N-(3-氨基丙基)乙二胺(N-(3-aminopropyl)ethylenediamine，Am3)、N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺(N，N'-bis(3-aminopropyl)ethylenediamine，Am4)、N,N,N’-三(3-氨基丙基)乙二胺(N，N，N'-tris(3-aminopropyl)ethylenediamine，Am5)、N-3-氨基丙基-1,3-丙二胺(N-(3-aminopropyl)-1，3-propanediamine)、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,3-二氨基丙烷(N，N'-bis(3-Aminopropyl)-1，3-diaminopropane)、N,N,N’-三(3-氨基丙基)-1,3-二氨基丙烷(N，N，N'-tris(3-aminopropyl)-1，3-diaminopropane)、二乙烯三胺(diethylenetriamine，DETA)、双(3-氨基丙基)胺(bis(3-aminopropyl)amine)、双(六亚甲基)三胺(bis-hexamethylene-triamine)、二乙烯三胺(dipropylenetriamine)、4-(2-氨基乙基)-N-(2-氨基乙基)-N’-{2-{(2-氨基乙基)氨基}乙基}-1,2-乙二胺)(4-(2-aminoethyl)-N-(2-aminoethyl)-N'-{2-{(2-aminoethyl)amino}ethyl}-1，2-ethanediamine)、氨乙基哌嗪(aminoethylpiperazine)、1-(2-氨基乙基)-4-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]-哌嗪(1-(2-aminoethyl)-4-[(2-aminoethyl)amino]ethyl]-piperazine)及(1-[2-[[2-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]氨基]乙基]-哌嗪)((1-[2-[[2-[(2-aminoethyl)amino]ethyl]amino]ethyl]-piperazine))组成的组中选择的至少任一种。

所述单体是所述添加液的0.001重量％至1重量％。当所述单体的含量不到0.001重量％时，由于抛光停止膜的保护功能弱，使得在图案晶片的过度抛光时在图案多晶硅膜之间出现过多凹陷，当超过1重量％时，会导致选择比降低或者在绝缘膜上出现缺陷及刮痕等。

所述聚合物与单体并非简单混合，而是形成交联，因此所包括的所述聚合物与单体是高分子交联化合物的形态。

所包括的所述聚合物与单体能够是1:0.01至2(摩尔分数)，当包括在所述摩尔分数时能够形成聚合物与单体的高度交联，基于抛光速度调节及膜保护功能实现高抛光选择比，降低在抛光后出现绝缘膜的凹陷、缺陷、刮痕等问题。

所述添加液还能够包括两性化合物。所述两性化合物用于调节料浆的分散稳定性与选择比，两性化合物是指对酸性物质起到碱的作用，对碱性物质起到酸的作用的化合物。本发明的两性化合物包括具有两性电荷的氨基酸。氨基酸在一个分子中同时具有酸性的羧基(-COOH)与碱性的氨基(-NH₂)。由于在水中融化后根据pH起到酸或碱的作用，因此将氨基酸称为两性化合物。根据溶液的pH，在分子结构中同时具有接受氢离子(H⁺)的(碱)阳离子(-NH₂+H⁺>>>-NH₃ ⁺)与放出氢离子(H+)的(酸)阴离子(-COOH>>>-COO^-+H⁺)，因此形成两性离子。

例如，包括从由赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、色氨酸、谷氨酰胺、甜菜碱(betaine)、椰油酰胺丙基甜菜碱(cocomidopropylbetaine)、月桂基甜菜碱、硬脂基甜菜碱、月桂基丙基甜菜碱(laurylpropylbetaine)、椰油二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基α-羧乙基甜菜碱、十六烷基二甲基羧甲基甜菜碱、氨基羧酸盐、咪唑甜菜碱、2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱、月桂基二甲基氧化胺及卵磷脂组成的组中选择的至少任一种。

所述两性化合物能够是所述添加液的0.001至1重量％。包括在所述范围内时，能够获得调节选择比并改善抛光性能的效果。

所述添加液还能够包括酸性物质。所述酸性物质能够包括从由羧酸、硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、溴酸、碘酸、庚二酸、苹果酸、丙二酸、马来酸、乙酸、己二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、富马酸、丙酸、丁酸、羟基丁酸、天冬氨酸、衣康酸、丙三羧酸、辛二酸、苯甲酸、苯乙酸、萘甲酸、扁桃酸、吡啶甲酸、烟碱酸、异烟酸、喹啉酸、邻氨基苯甲酸、镰刀菌酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、吡啶二羧酸、水杨酸、谷氨酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物、聚磺酸、聚-α-甲基苯乙烯磺酸、聚-ρ-甲基苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基磺酸、聚磺酸共聚物、聚磺酸/丙烯酰胺共聚物及聚丙烯酰胺甲基丙磺酸内酯组成的组中选择的至少任一种。

例如，所述聚丙烯酸共聚物能够是聚丙烯酸-磺酸共聚物(polyacrylic acid-sulfonic acid copolymer)、聚丙烯酸/苯乙烯共聚物、聚丙烯酸-丙二酸共聚物(polyacrylic acid-malonic acid copolymer)及聚丙烯酸-聚苯乙烯共聚物(polyacrylic acid-polystyrene copolymer)等。

所述酸性物质能够是所述添加液的0.001重量％至1重量％。当所述酸性物质在所述用于STI工艺的抛光料浆组合物中不到0.001重量％或超过1重量％时，无法确保料浆组合物的稳定性从而无法体现期待的性能，或者存在发生缺陷的问题。

所述添加液还包括碱性物质，所述碱性物质能够是pKa9以上。例如，所述碱性物质能够包括从由四甲基氢氧化铵、氨、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化铷、氢氧化铯、碳酸氢钠、碳酸钠、甲胺、乙醇胺、丙胺、丁胺、异丙胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二丙胺、乙二胺、丙二胺、三乙胺、三丁胺、四甲基胺、聚乙烯四胺、四乙烯五胺、N-甲基二乙醇胺、N-丙基二乙醇胺、N-异丙基二乙醇胺、N-(2-甲基丙基)二乙醇胺、N-正丁基二乙醇胺、N-叔丁基乙醇胺、N-氰基己基二乙醇胺、N，N-双(2-羟丙基)乙醇胺、三异丙醇胺、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、1-二甲基氨基-2-丙醇、3-二甲基氨基-1-丙醇、2-二甲基氨基-1-丙醇、2-二乙基氨基-1-丙醇、2-二乙基氨基-1-乙醇、2-乙基氨基-1-乙醇、1-(二甲基氨基)-2-丙醇、3-氨基-1-丙醇、2-氨基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇、1-氨基-戊醇、2-(二甲基氨基)乙醇、2-二乙基氨基乙醇、2-二丙基氨基乙醇、2-丁基氨基乙醇、2-叔丁基氨基乙醇、2-环氨基乙醇、2-氨基-2-戊醇、2-[双(2-羟乙基)氨基]-2-甲基-1-丙醇、2-[双(2-羟乙基)氨基]-2-丙醇及2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三(羟甲基)氨基甲烷组成的组中选择的至少任一种。

所述碱性物质是所述添加液的0.01重量％至1重量％。当所述碱性物质的含量不到0.01重量％或者超过1重量％时，无法确保料浆组合物的稳定性，存在无法获得期待的性能，或者发生缺陷的问题。

所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的pH范围是3至7。当pH超过上述范围时，会导致分散稳定性急剧下降，引起出现凝结的问题。

所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的制备工艺能够包括浓缩制备及稀释(Dilution)工艺。例如，STI抛光工艺用料浆组合物还包括水，所述抛光液：水：添加液的比例是1：3至10：1至10。水能够包括去离子水、离子交换水及超纯水等。当所述添加液的比例范围在1至4时，添加液的比例越小越适合对大块(bulk)的高阶梯差抛光，在5至10的范围时，添加液的比例越大多晶硅膜的抛光停止功能越强，由此在STI抛光工艺中有效地实现浅槽分离。

根据本发明的一实施例，能够是分别准备抛光液与添加液之后，在抛光前混合使用的二液型，也能够是抛光液与添加液混合在一起的一液型。

根据本发明的一实施例，所述用于STI工艺的抛光料浆组合物能够是具有正(positive)电荷的正的料浆组合物，所述料浆组合物的ζ电位范围能够在+5mV至+70mV。正电荷的抛光粒子能够保持高分散稳定性，由此不会发生抛光粒子凝结的问题，减少微小刮痕的发生。

根据本发明的一实施例，用于STI工艺的抛光料浆组合物的绝缘膜：多晶硅膜的抛光选择比能够是10：1至1000：1。所述绝缘膜抛光率能够是

至

所述多晶硅的抛光率能够是

以下。更具体地，所述多晶硅的抛光率能够是

以下。

例如，在毯覆式晶片中绝缘膜：多晶硅膜的抛光选择比能够是10：1至1000：1，在图案晶片中绝缘膜：多晶硅膜的抛光选择比能够是10：1至1000：1。

本发明的用于STI工艺的抛光料浆组合物包括具有酰胺键的聚合物及形成交联的单体，在多晶硅膜的表面抑制抛光起到对多晶硅膜的自动抛光停止功能，减少过度抛光时发生的多晶硅膜的损失以及绝缘膜的凹陷。即，通过本发明的用于STI工艺的抛光料浆组合物，能够实现对绝缘膜层的高抛光率以及对多晶硅图案层的抛光抑制，从而保护多晶硅层。并且，在对图案晶片进行抛光时减少绝缘膜凹陷(dishing)的发生。由此，适用于半导体元件的浅槽隔离(shallow trench isolation；STI)工艺等，制造具有优秀的可靠性与特性的半导体元件。

下面，参照实施例对本发明进行更详细的说明。但下面的实施例仅作为本发明的示例，本发明的技术思想并非限定于此。

[实施例1至7]

如表1所示，制备添加液，并制备包括粒子大小为150nm的二氧化铈抛光粒子的抛光液。即，以抛光液：水：添加液为1：6：3的比例制备STI抛光工艺用料浆组合物。

[抛光条件]

1.抛光装置：AP-300(300mm，KCTECH公司)

2.垫：IC 1000(DOW公司)

3.抛光时间：60秒

4.压板RPM(Platen RPM)：93rpm

5.主轴RPM(Spindle RPM)：87rpm

6.压力：3psi

7.流量(Flow rate)：250ml/min

8.使用的晶片：

晶片：PE-TEOS

P-Poly

图案晶片：STI多晶硅图案晶片

沟槽深度

表1中示出了实施例及比较例的用于STI工艺的抛光料浆组合物，以及使用料浆组合物对STI多晶硅图案晶片进行抛光时氧化膜(TEOS)及多晶硅膜的去除速率(RemovalRate：RR)。

【表1】

聚合物*：聚(2-乙基-2-恶唑啉)

PEHA：五乙烯六胺

TEPA：四乙烯五胺

TETA：三乙烯四胺

AEP：氨乙基哌嗪

AETETA：4-(2-氨基乙基)-N-(2-氨基乙基)-N'-{2-{(2-氨基乙基)氨基}乙基}-1，2-乙二胺)

AEPEEDA：(1-(2-氨基乙基)-4-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]-哌嗪)

PEDETA：(1-[2-[[2-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]氨基]乙基]-哌嗪)

参照表1，本发明的包括具有酰胺键的聚合物及形成交联的单体的用于STI工艺的抛光料浆组合物，对氧化膜具有高抛光速度与抛光选择比，对多晶硅膜具有自动停止功能。

本发明通过使用包括具有酰胺键的聚合物及形成交联的单体的料浆添加液及分散为正电荷的抛光粒子，提供一种用于STI工艺的抛光料浆组合物，不仅对抛光对象膜具有优秀的抛光性能，能够通过高抛光选择比实现自动抛光停止功能并抑制凹陷，刮痕等的发生。

综上，通过有限的附图对实施例进行了说明，本领域普通技术人员能够基于所述记载进行多种更改与变形。例如，所说明的技术按照与说明的方法不同的顺序执行，和/或所说明的构成要素按照与说明的方法不同的形态进行结合或组合，或者由其他构成要素或者等同物置换或代替，也能得到适当的结果。由此，其他体现，其他实施例以及权利要求范围的等同物，均属于本发明的权利要求范围。

Claims

1.一种用于STI工艺的抛光料浆组合物，包括：

包括抛光粒子的抛光液；以及

添加液，

所述添加液包括多晶硅膜抛光抑制剂，所述多晶硅膜抛光抑制剂包括具有酰胺键的聚合物及具有与一个以上的原子连接的三个以上链的单体。

2.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述具有酰胺键的聚合物包括表示为化学式1的聚合物中的至少任一种，

[化学式1]

在所述化学式1中，

R₁、R₃及R₄分别从氢、羟基、C_1-30的烷基、C_2-30的烯基、C_2-30的炔基、C_1-30的烷氧基、C_6-30的芳基、C_5-30的杂芳基(包括一个以上的N、O或S的杂原子)、C_4-30的杂环基(包括一个以上的N、O或S的杂原子)、C_7-30的芳烷基、胺基、-NH(R₄)-R₅(其中，R₄是C_1-30的亚烷基或C_2-30的亚烯基，R₅是氢或羟基)、氨氧基、叠氮基及硫醇基中选择，

3.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述聚合物包括从由聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有羟基末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有α-苄基及ω-叠氮末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有叠氮末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、具有哌嗪末端的聚(2-甲基-2-恶唑啉)、聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有炔烃末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有α-苄基及ω-硫醇末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有α-甲基及ω-羟乙胺末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有胺末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、具有哌嗪末端的聚(2-乙基-2-恶唑啉)、聚(2-丙基-2-恶唑啉)、具有叠氮末端的聚(2-丙基-2-恶唑啉)及它们的衍生物组成的组中选择的至少任一种。

4.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述聚合物的重均分子量是1000至5000000。

5.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述聚合物是所述添加液中的0.001重量％至1重量％。

6.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述单体与所述聚合物形成交联，

所述单体包括从由四乙烯五胺(TEPA)、五乙烯六胺(PEHA)、六乙烯七胺(HEHA)、七乙烯八胺(HEOA)、三乙烯四胺、羟乙基三乙烯四胺(HETETA)、羟乙基四乙烯五胺(HETEPA)、三丙烯四胺、N-(3-氨基丙基)乙二胺(Am3)、N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺(Am4)、N,N,N’-三(3-氨基丙基)乙二胺(Am5)、N-3-氨基丙基-1,3-丙二胺、N,N’-双(3-氨基丙基)-1,3-二氨基丙烷、N,N,N’-三(3-氨基丙基)-1,3-二氨基丙烷、二乙烯三胺(DETA)、双(3-氨基丙基)胺、双(六亚甲基)三胺、二乙烯三胺、4-(2-氨基乙基)-N-(2-氨基乙基)-N’-{2-{(2-氨基乙基)氨基}乙基}-1,2-乙二胺)、氨乙基哌嗪、1-(2-氨基乙基)-4-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]-哌嗪及(1-[2-[[2-[(2-氨基乙基)氨基]乙基]氨基]乙基]-哌嗪)组成的组中选择的至少任一种。

7.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所包括的所述聚合物与所述单体的比例是1:0.01至2(摩尔分数)。

8.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所包括的所述聚合物及所述单体是高分子交联化合物的形态。

9.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述抛光粒子以固相法或液相法制备，抛光粒子表面具有正电荷。

10.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述抛光粒子包括金属氧化物、经有机物或无机物涂覆的金属氧化物、及胶体状态的所述金属氧化物中至少任一种，

所述金属氧化物包括从由二氧化硅、二氧化铈、氧化锆、氧化铝、二氧化钛、钡二氧化钛、氧化锗、氧化锰及氧化镁组成的组中选择的至少任一种。

11.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述抛光粒子的大小是5nm至150nm的一次粒子，30nm至300nm的二次粒子，

所述抛光粒子是所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的0.1重量％至10重量％。

12.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

还包括水，

并且，所述抛光液：水：添加液的比例是1：3至10：1至10(体积比)。

13.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述添加液还包括两性化合物，

所述两性化合物包括从由赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、色氨酸、谷氨酰胺、甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂基甜菜碱、硬脂基甜菜碱、月桂基丙基甜菜碱、椰油二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基羧甲基甜菜碱、月桂基二甲基α-羧乙基甜菜碱、十六烷基二甲基羧甲基甜菜碱、氨基羧酸盐、咪唑甜菜碱、2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉甜菜碱、月桂基二甲基氧化胺及卵磷脂组成的组中选择的至少任一种。

14.根据权利要求13所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述两性化合物是所述添加液的0.001重量％至2重量％。

15.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述添加液还包括从由羧酸、硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、溴酸、碘酸、庚二酸、苹果酸、丙二酸、马来酸、乙酸、己二酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、富马酸、丙酸、丁酸、羟基丁酸、天冬氨酸、衣康酸、丙三羧酸、辛二酸、苯甲酸、苯乙酸、萘甲酸、扁桃酸、吡啶甲酸、烟碱酸、异烟酸、喹啉酸、邻氨基苯甲酸、镰刀菌酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、吡啶二羧酸、水杨酸、谷氨酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物、聚磺酸、聚-α-甲基苯乙烯磺酸、聚-ρ-甲基苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基磺酸、聚磺酸共聚物、聚磺酸/丙烯酰胺共聚物及聚丙烯酰胺甲基丙磺酸内酯组成的组中选择的至少任一种酸性物质。

16.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的pH范围是3至7，

所述用于STI工艺的抛光料浆组合物的ζ电位范围是+5mV至+70mV。

17.根据权利要求1所述的用于STI工艺的抛光料浆组合物，

绝缘膜：多晶硅膜的抛光选择比是10：1至1000：1。