CN114686117A - 半导体工艺用抛光组合物、基板和半导体器件的制造方法 - Google Patents

半导体工艺用抛光组合物、基板和半导体器件的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114686117A
CN114686117A CN202111612498.3A CN202111612498A CN114686117A CN 114686117 A CN114686117 A CN 114686117A CN 202111612498 A CN202111612498 A CN 202111612498A CN 114686117 A CN114686117 A CN 114686117A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polishing
polishing composition
functional group
semiconductor processing
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111612498.3A
Other languages
English (en)
Inventor
洪承哲
韩德洙
金桓铁
朴韩址
李亨株
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Enpulse Co Ltd
Original Assignee
SKC Solmics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKC Solmics Co Ltd filed Critical SKC Solmics Co Ltd
Publication of CN114686117A publication Critical patent/CN114686117A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76819—Smoothing of the dielectric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本实施方式提供一种半导体工艺用抛光组合物、基板和半导体器件的制造方法等。本实施方式可以提供半导体工艺用抛光组合物，其抛光率、选择比等提高，且分散性得到改善，还可提供适用该半导体工艺用抛光组合物来抛光的基板的制造方法。

Description

半导体工艺用抛光组合物、基板和半导体器件的制造方法
技术领域
本实施方式涉及适用能够实现选择比优异的抛光、分散性提高、确保分散稳定性的抛光组合物的基板的抛光方法、抛光组合物、通过基板的抛光方法进行抛光的基板等。
背景技术
随着半导体器件变得更加细微化和高密度化，正在使用更精细的图案形成技术。相应地，半导体器件的表面结构也变得更加复杂，层间的台阶差也越来越大。在制造半导体器件时，作为用于去除形成在基板上的特定膜中产生的台阶差的平坦化技术，使用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing：以下简称为“CMP”)工艺。
在CMP工艺中，将浆料供给至抛光垫，在加压和旋转基板的同时抛光表面。待平坦化的对象根据工艺步骤而不同，此时所适用的浆料的物理性能也存在差异。
至于在形成金属布线之后的抛光，需要在使凹陷或腐蚀等最小化的同时保持足够的抛光率和抛光速度。
现有技术文献
专利文献
韩国公开专利第10-2019-0105770号
韩国公开专利第10-2019-0060226号
发明内容
发明要解决的问题
本实施方式的目的在于，提供一种用于半导体工艺的抛光组合物，其抛光率、选择比等提高，且分散性得到改善。
本实施方式的另一目的在于，提供适用用于半导体工艺的抛光组合物来制造抛光的基板的方法。
解决问题的方案
为了达到上述目的，根据一实施例的用于半导体工艺的抛光组合物包含在表面上暴露有官能团的金属氧化物颗粒作为磨料颗粒。
上述表面包含在末端具有环氧基的第一官能团和在末端具有胺基的第二官能团，上述第二官能团的含量大于上述第一官能团的含量。
在一实施例中，上述金属氧化物颗粒可以是用在一末端具有上述第一官能团的硅烷化合物和具有上述第二官能团的硅烷化合物进行改性的金属氧化物颗粒。
在一实施例中，上述第一官能团和上述第二官能团之比率可以为1:1至 15的摩尔比。
在一实施例中，上述金属氧化物颗粒可以为选自由胶态二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、二氧化钛、氧化锆及其组合组成的组中的任意一种。
在一实施例中，上述金属氧化物颗粒的直径(D50)可以为10nm至120nm。
在一实施例中，上述用于半导体工艺的抛光组合物还可以包含非离子聚合物和螯合剂。
在一实施例中，上述用于半导体工艺的抛光组合物的pH可以为2至5。
在一实施例中，上述用于半导体工艺的抛光组合物可以由下式1表示的氧化硅膜抛光指数为
Figure BDA0003435472190000023
以上。
[式1]
氧化硅膜抛光指数＝氧化硅膜抛光率
Figure BDA0003435472190000022
/用于半导体工艺的抛光组合物中的金属氧化物颗粒浓度(wt％)
在一实施例中，在上述用于半导体工艺的抛光组合物中，以钨的抛光率为基准的氧化硅膜的抛光率即选择比可以为25以上。
在一实施例中，在上述用于半导体工艺的抛光组合物中，以D50为基准，颗粒粒度增加10％以上的时间点可以为12个月以上。
在一实施例中，在上述用于半导体工艺的抛光组合物中，可以同时抛光钨、扩散阻挡膜和氧化硅膜。
为了达到上述目的，根据一实施例的基板的制造方法包括通过使用如上所述的用于半导体工艺的抛光组合物对基板进行抛光的过程。
为了达到上述目的，根据一实施例的半导体器件制造方法包括：在基板上形成绝缘膜的步骤；根据预先设计的布线形式对上述绝缘膜的一部分进行抛光的步骤；在抛光后的绝缘膜上形成钨金属膜，以制备抛光前基板的步骤；以及对上述抛光前基板进行抛光的抛光步骤。
上述抛光步骤包括通过使用用于半导体工艺的抛光组合物作为浆料来对上述抛光前基板进行抛光的过程。
发明的效果
本实施方式可以提供用于半导体工艺的抛光组合物，其抛光率、选择比等提高，且分散性改善的。本实施方式可以提供储存稳定性进一步提高的用于半导体工艺的抛光组合物。当使用用于半导体工艺的抛光组合物时，在钨、扩散阻挡膜及绝缘膜都存在的表面上也可以以优异的选择比进行平坦化。
具体实施方式
在此更详细地描述本实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地执行本发明。然而，本实施方式可以以许多不同的形式来体现，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例。
在本说明书中，当描述一个组件“包括”另一个组件时，除非另有相反的记载，否则意味着还可以包括其他组件，而不是排除其他组件。
在本说明书中，当描述一个组件与另一个组件“连接”时，它不仅包括“直接连接”的情况，还包括“其中间隔着其他组件而连接”的情况。
在本说明书中，“B位于A上”是指B以与A直接接触的方式位于A上，或是指B以在A与B之间夹着其他层的状态下位于A上，而不限于B以与A 的表面接触的方式位于A上的意思。
在本说明书中，作为马库什型描述中包含的术语“其组合”是指，从由马库什型描述的多个构成要素组成的组中选择的一种以上的混合或组合，从而表示包括从由上述多个构成要素组成的组中选择的一种以上。
在本说明书中，“A和/或B”的记载是指“A、B或A和B”。
在本说明书中，除非另有说明，如“第一”、“第二”或“A”、“B”等术语用于将相同的术语彼此区分。
在本说明书中，除非另有说明，单数的表示可解释为包括从文脉解读的单数或复数的含义。
下面，对本发明进行更详细说明。
用于达成上述目的的一实施方式提供一种用于半导体工艺的抛光组合物，该用于半导体工艺的抛光组合物包含在表面上暴露有官能团的金属氧化物颗粒作为磨料颗粒，上述表面包含在末端具有环氧基的第一官能团和在末端具有胺基的第二官能团，上述第二官能团的含量大于上述第一官能团的含量。
作为金属氧化物颗粒，可以采用适用于用于半导体工艺的抛光组合的金属氧化物颗粒。例如，金属氧化物可以为选自由胶态二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、二氧化钛、氧化锆及其组合组成的组中的任意一种。具体而言，作为上述金属氧化物颗粒，可以使用胶态二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化铈或其混合物。
金属氧化物颗粒具有暴露有官能团的表面。例如，为了提高对于氧化硅膜的抛光率，用胺基等对具有纳米级尺寸的胶态二氧化硅的表面进行改性。然而，这会导致金属氧化物颗粒的表面zeta电位发生变化，并且这样的zeta 电位值的变化可能对用于半导体工艺的抛光组合物的长期存储性产生不利影响。为了改善这一点，在本实施方式中同时引入用于将表面改性成正电荷性质的官能团和用于将表面改性成非离子官能团的官能团。
金属氧化物颗粒具有改性的表面。
上述表面包含在末端具有环氧基的第一官能团和在末端具有胺基的第二官能团。
在上述表面，上述第二官能团的含量可以大于上述第一官能团的含量。当具有这种表面的金属氧化物颗粒用作磨料颗粒时，可以对于抛光垫具有适当的反弹力。并且，可以进一步降低在抛光基板时由于磨料颗粒可发生的如划痕等缺陷的发生。
上述第一官能团和上述第二官能团之比率可以为1:1至15的摩尔比。上述第一官能团和上述第二官能团之比率可以为1:1至12的摩尔比。上述第一官能团和上述第二官能团之比率可以为1:1至8的摩尔比。上述第一官能团和上述第二官能团之比率可以为1:1至6的摩尔比。上述第一官能团和上述第二官能团之比率可以为1:1.2至3.8的摩尔比。当以这种比率适用上述第一官能团和上述第二官能团时，可以降低在抛光时发生缺陷的可能性，同时可以进一步提高抛光组合物的储存稳定性。
例如，可以通过将在一末端具有上述官能团的硅烷化合物适用于上述金属氧化物颗粒，以在上述金属氧化物表面上导入上述官能团。
例如，具有第一官能团的硅烷化合物可以为氨基硅烷、脲基硅烷及其组合，或也可以为氨基硅烷。
例如，上述氨基硅烷可以为选自由3-氨基丙基三乙氧基硅烷、双[(3-三乙氧基甲硅烷基)丙基]胺、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、双[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、N-双[3-(三甲氧基甲硅烷基) 丙基]-1,2-乙二胺、N-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、二亚乙基三氨基丙基三甲氧基硅烷、二亚乙基三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、二乙基氨基甲基三乙氧基硅烷、二乙氨基丙基三甲氧基硅烷、二乙氨基丙基三乙氧基硅烷、二甲氨基丙基三甲氧基硅烷、N-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]丁胺及其组合组成的组中的任意一种。
上述脲基硅烷可以为选自由3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷及其组合组成的组中的任意一种。
具有上述第二官能团的硅烷化合物可以为环氧硅烷。
例如，上述环氧硅烷为选自由3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、2- (3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷及其组合组成的组中的任意一种。
基于100重量份的上述金属氧化物颗粒，可以使用1重量份至10重量份的硅烷化合物。基于100重量份的上述金属氧化物颗粒，可以使用3重量份至8重量份的硅烷化合物。在此情况下，可以充分进行金属氧化物颗粒的表面改性，而且不会在金属氧化物颗粒上形成薄膜层，因此可以将磨料颗粒的抛光速度保持在所需的水平。
上述硅烷化合物的含量为具有第一官能团的硅烷化合物的含量和具有第二官能团的硅烷化合物的含量之和。
上述金属氧化物颗粒的直径(D50)可以为10nm至120nm。上述金属氧化物颗粒的直径(D50)可以为20nm至100nm。上述金属氧化物颗粒的直径 (D50)可以为20nm至60nm。当上述金属氧化物颗粒的直径超过120nm时，可能增加在抛光对象基板等产生如划痕等缺陷的可能性。当上述直径小于 20nm时，颗粒的分散性可能会差。当上述直径为20nm至60nm时，当用作具有精细布线宽度的基板的抛光浆料时，可以获得优异的物理性能。
在上面说明的直径以通过动态光散射(dynamic light scattering，DLS)方法测量颗粒粒度的英国马尔文(Malvern)公司的Nano-ZS设备为基准。
基于用于半导体工艺的抛光组合物整体，磨料颗粒的含量可以为0.5重量％至8重量％。基于用于半导体工艺的抛光组合物整体，磨料颗粒的含量可以为0.5重量％至5重量％。基于用于半导体工艺的抛光组合物整体，磨料颗粒的含量可以为2重量％至4重量％。当用于半导体工艺的抛光组合物包含上述含量范围内的磨料颗粒时，可以同时获得分散稳定性效果和抛光的基板表面的缺陷减少效果。上述用于半导体工艺的抛光组合物还可包含非离子聚合物。
非离子聚合物可以提高磨料颗粒的分散性。具体而言，非离子聚合物可以吸附到上述磨料颗粒上以增加分散性，而未被吸附的非离子聚合物由于空间位阻效应等而可以进一步增加分散稳定性。并且，由于上述聚合物的非离子性质，上述用于半导体工艺的抛光组合物即使在下述的酸性环境下也具有更稳定的分散稳定性。此外，可以减少在抛光过程中由于对基板进行抛光而导致的缺陷发生。
上述非离子聚合物可以为选自由聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚烷基氧化物、聚环氧乙烷、聚环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、纤维素、甲基纤维素、甲基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、磺乙基纤维素及羧甲基磺乙基纤维素组成的组中的至少任意一种。
非离子聚合物的可以适用具有小于25,000g/mol的重均分子量的非离子聚合物。当上述非离子聚合物的重均分子量小于25,000g/mol时，非离子聚合物可以具有优异的溶解度和分散性。非离子聚合物可以适用具有1,000g/mol以上且小于25,000g/mol的重均分子量的非离子聚合物。当使用在上述范围内的非离子聚合物时，用于半导体工艺的抛光组合物可以具有更优异的溶解性、分散稳定性等，在抛光特性方面也有利。
基于用于半导体工艺的抛光组合物整体，非离子聚合物的含量可以为0.01 重量％至5重量％。基于用于半导体工艺的抛光组合物整体，非离子聚合物的含量可以为0.1重量％至2重量％。在此情况下，抛光的基板表面的缺陷发生减少，并且可以有效地抑制在抛光后颗粒重新附着在抛光的基板表面上。
螯合剂吸附金属或金属离子以促进去除。具体而言，在抛光过程中可产生的金属很可能重新附着到抛光的表面或在后续过程中残留而导致缺陷。尤其，如钨等的金属在特定环境中比较容易溶解，但具有容易再次附着于表面的特性，因此可以将螯合剂用作防止发生这种情况的封闭剂。
例如，螯合剂可以为选自由丁酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、草酸、乙酸、己二酸、癸酸、己酸、辛酸、羧酸、戊二酸、谷氨酸、乙醇酸、巯基乙酸、甲酸、扁桃酸、富马酸、乳酸、月桂酸、苹果酸、马来酸、丙二酸、肉豆蔻酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、柠康酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸、戊酸、苯甲酸、苯乙酸、萘甲酸、天冬氨酸、氨基酸及乙二胺四乙酸组成的组中的至少一种。作为上述氨基酸，可以使用甘氨酸、α-丙氨酸、β- 丙氨酸、L-天冬氨酸、N-甲基甘氨酸(甲基甘氨酸)及其组合。
螯合剂可以在分子中包含两个以上的羧基或醇基。作为螯合剂，可以使用分子中含有两个以上羧基或醇基的两种以上螯合剂。具体而言，上述螯合剂可以包括选自由乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA)、甘氨酸(Glycine)、羧酸类及其组合组成的组中的一种。上述羧酸是指分子中含有至少一个或两个以上羧基的化合物。
基于上述用于半导体工艺的抛光组合物整体，螯合剂的含量可以为0.003 重量％至0.5重量％。基于上述用于半导体工艺的抛光组合物整体，螯合剂的含量可以为0.005重量％至0.3重量％。当上述螯合剂的含量小于0.003重量％时，抛光率降低，或发生凹陷等表面缺陷的可能性会增加。当上述螯合剂的含量大于0.5重量％时，发生过度抛光的可能性增加。
用于半导体工艺的抛光组合物还可包含氧化剂。
氧化剂通过氧化如钨等的金属来形成更容易平坦化的环境，且起到提高抛光速度和蚀刻速度的作用。
氧化剂可以为选自由过氧化氢、尿素过氧化氢、尿素、过碳酸盐、高碘酸、高碘酸盐、高氯酸、高氯酸盐、过溴酸、过溴酸盐、过硼酸、过硼酸盐、高锰酸、高锰酸盐、过硫酸盐、溴酸盐、氯酸盐，亚氯酸盐、铬酸盐、碘酸盐、碘酸、过氧化硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化钙、过氧化钡、过氧化钠及过氧化脲组成的组中的至少任意一种。
基于上述用于半导体工艺的抛光组合物整体，氧化剂的含量可以为0.01 重量％至5重量％。当上述氧化剂的含量小于0.01重量％时，抛光速度太慢，或对于如钨等的金属部分的抛光不够充分。当上述氧化剂的含量超过5重量％时，氧化膜反而会在金属部分上生长，因此可能会降低抛光的表面的平坦度等质量。
用于半导体工艺的抛光组合物可以是酸性溶液。具体而言，上述用于半导体工艺的抛光组合物的pH可以为2至5。上述用于半导体工艺的抛光组合物的pH可以为3至4.5。当酸性环境保持在上述范围内时，能够防止金属成分或抛光装置的过度腐蚀的同时，可以将抛光速度和质量保持在一定水平以上。
为了将用于半导体工艺的抛光组合物制备为酸性溶液，除了溶剂之外，还可以向上述组合物中加入酸成分。上述酸成分可以与pH调节剂一起适用于用于半导体工艺的抛光组合物。
例如，酸成分可以为选自由盐酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、溴酸、碘酸、甲酸、丙二酸、马来酸、草酸、乙酸、己二酸、柠檬酸、丙酸、富马酸、乳酸、水杨酸、庚二酸、苯甲酸、琥珀酸、邻苯二甲酸、丁酸、戊二酸、谷氨酸、乙醇酸、天冬氨酸、酒石酸及其盐组成的组中的至少任意一种。
上述pH调节剂可以为选自由氨、氨甲基丙醇、四甲基氢氧化铵、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、咪唑及其组合组成的组中的一种。
上述酸成分和pH调节剂可以根据所意图的pH以合适的量适用。
在用于半导体工艺的抛光组合物中，作为除上述各成分和下面将描述的附加的各成分之外的剩余成分，还可包含溶剂。上述溶剂可以是水，优选可以适用超纯水。
当用于半导体工艺的抛光组合物包含上述特征成分时，具有优异的抛光性能和优异的储存稳定性。
具体而言，以上述磨料颗粒的D50为基准，颗粒粒度增加10％以上的时间点可以是12个月以上。与本实施方式中未进行特定表面改性的颗粒相比，该效果相当于约2倍以上的效果。具有这种效果的磨料颗粒具有提高的分散稳定性，因此即使在实质上长时间储存后，颗粒也能够稳定分散，并且易于长时间储存。
并且，就部分用于半导体工艺的抛光组合物而言，在即将使用之前，可以将酸成分混入上述抛光组合物中，以保持颗粒分散稳定性。本实施方式的用于半导体工艺的抛光组合物在包含所有酸成分的状态下也具有非常优异的颗粒分散稳定性，这是能够进一步提高使用便利性的特征。
用于半导体工艺的抛光组合物可以同时抛光钨、扩散阻挡膜及氧化硅膜。
正在对用于半导体工艺的抛光组合物进行持续研究，使得用于半导体工艺的抛光组合物根据复杂且多阶段化的半导体制造的每个步骤分别具有合适的特性。
随着半导体器件的布线宽度变窄，需要实现使用如钨等的金属的7μm至 10μm的微细线宽。通过在绝缘层上根据布线设计形成抛光部分，在抛光部分上形成钨布线层后，对其进行平坦化，从而形成布线。此时，抛光包括去除块状钨的一次抛光过程以及同时抛光绝缘层和钨布线层的二次抛光过程。
在钨的情况下，金属钨和氧化钨之间的抛光性能可能存在显著差异。因此，若在上述一次抛光过程中适用具有较强化学抛光性能的抛光组合物，则在上述二次抛光过程中难以适用与一次抛光过程中相同的抛光组合物。这是因为，当对同时暴露绝缘层和钨布线层的表面进行平坦化工作时，由于它们的抛光程度不同而出现缺陷的可能性增加。
出于提高粘合性能等的目的，阻挡层(扩散阻挡层)可以位于如SiO2等的绝缘层和钨布线层之间。示例性地，上述阻挡层可以包含钛或氮化钛。
当在基板上适用阻挡层时，在上述二次抛光过程中，绝缘层、阻挡层及布线层都暴露在一个平面内并被抛光。由于上述层的各个材料的强度及对于抛光液的抛光程度存在差异，因此，难以将上述层以保持一定水平以上的抛光速度的同时进行抛光而没有凹陷等缺陷发生。
用于半导体工艺的抛光组合物的选择比可以为25以上，上述选择比是指以钨的抛光率为基准的氧化硅膜的抛光率。这意味着与钨的抛光率相比，氧化硅膜的抛光率大25倍。上述选择比可以为30以上。上述选择比可以为50 以下。上述选择比可以为45以下。上述选择比可以为40以下。当上述选择比在上述范围内时，在二次抛光过程中，可以对抛光对象表面适当地进行抛光，而没有如凹陷等的缺陷发生。
用于半导体工艺的抛光组合物还具有氧化硅膜的抛光指数在一定水平以上的特征，该抛光指数是将氧化硅膜的抛光率以在组合物中所含的磨料颗粒的每单位重量表示的。
氧化硅膜抛光指数由下式1表示。
[式1]
氧化硅膜抛光指数＝氧化硅膜抛光率
Figure BDA0003435472190000111
/用于半导体工艺的抛光组合物中的金属氧化物颗粒浓度(wt％)
用于半导体工艺的抛光组合物的上述氧化硅膜抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000112
Figure BDA0003435472190000113
以上。上述抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000114
以上。用于半导体工艺的抛光组合物的上述氧化硅膜抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000115
以下。上述抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000116
以下。上述抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000117
以下。当上述氧化硅膜抛光指数小于250时，氧化硅膜抛光速度低，因此会导致抛光效率降低，当上述氧化硅膜抛光指数大于500时，发生抛光缺陷的可能性会增加。
用于半导体工艺的抛光组合物还具有钨抛光指数在一定水平以上的特征，该钨抛光指数表示组合物中所含的用于半导体工艺的抛光组合物的每单位重量的钨的抛光率。
钨抛光指数如下式2表示。
[式2]
钨抛光指数＝钨抛光率
Figure BDA0003435472190000118
/用于半导体工艺的抛光组合物中的金属氧化物颗粒浓度(wt％)
用于半导体工艺的抛光组合物的上述钨抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000119
以上。上述抛光指数可以为
Figure BDA00034354721900001110
以上。用于半导体工艺的抛光组合物的上述氧化硅膜抛光指数可以为
Figure BDA00034354721900001111
以下。上述抛光指数可以为
Figure BDA0003435472190000121
以下。当上述钨抛光指数小于8时，钨抛光速度低，因此会导致抛光效率降低，当上述钨抛光指数大于15时，发生抛光缺陷的可能性会增加。
根据本实施方式的抛光的基板的制造方法，包括通过适用如上所述的用于半导体工艺的抛光组合物作为浆料来对基板进行抛光的过程。
上述基板可以是半导体基板。具体而言，可以是如下所述的基板：在平坦化的半导体基板上形成绝缘膜，根据预先设计的布线形状对上述绝缘膜的一部分进行抛光后，在抛光的部分上形成钨金属膜。根据需要，可以在上述绝缘膜和上述钨金属膜之间形成扩散阻挡层。
作为用于形成上述绝缘膜、上述钨金属膜、上述扩散阻挡层等的材料，只要是通常可使用的材料，就可不受限制地使用。
对基板进行抛光的过程可以以至少两个步骤进行。
对上述基板进行抛光的过程可以包括：一次抛光过程，对实质上暴露有钨金属膜的表面(简称为块状钨层)进行平坦化；以及二次抛光过程，对经过一次抛光过程的基板的暴露有绝缘层、钨金属膜等的表面进行平坦化。
如上所述的用于半导体工艺的抛光组合物可以适用于二次抛光过程。
关于用于半导体工艺的抛光组合物的具体说明与上述说明重复，因此将省略其记载。
以如上所述的方式制备的抛光的基板，可以具有缺陷更减少的抛光的表面。
下面，通过具体实施例对本发明进行更具体说明。下述实施例仅是用于帮助理解本发明的例示，本发明的范围并不限定于此。
1.抛光组合物的制备
制备了适用对D50为40μm的胶态二氧化硅颗粒进行表面改性而成的颗粒作为金属氧化物颗粒的磨料颗粒。用硅烷化合物对上述胶态二氧化硅颗粒进行表面改性，使基于100重量份的上述胶态二氧化硅颗粒，作为胺基硅烷的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropylethoxysilane)和作为环氧基硅烷的 3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷(3-glycidoxypropyltriethoxysilane)的总和为 5重量份，从而制备金属氧化物颗粒。各硅烷化合物的适用比率(摩尔基准) 以下表1中所示的含量为基准。
适用超纯水作为溶剂，适用3％重量的上述磨料颗粒，适用0.1％重量的甘氨酸作为螯合剂，以及适用50ppm(基于重量)的氟基表面活性剂(重均分子量为350g/mol)作为分散剂，并进一步加入醋酸，从而制备pH4的用于半导体工艺的抛光组合物。
表1
Figure BDA0003435472190000131
2.抛光组合物的物理性能评价
(1)抛光评价
对厚度为约
Figure BDA0003435472190000132
的钨晶圆和厚度约
Figure BDA0003435472190000133
的氧化硅膜晶圆进行抛光评价。具体而言，在压力为2.2psi、载体速度为103rpm、压板速度为57rpm、浆料流速为300ml/min的条件下进行抛光60秒。
在上述抛光过程完成后，测量每个晶圆的厚度，并由此分别计算该浆料组合物的对钨膜和氧化硅膜的抛光率(抛光速度；
Figure BDA0003435472190000134
)。结果示于表中。
(2)缺陷的评价
在与CMP评价相同的条件下抛光后，在刷子(Brush)的转速为500rpm 的条件下以2000毫升/分钟(cc/min)的流量喷洒自制清洁化学(cleaning chemcial)溶液60秒来进行清洁工序。完成清洁工序的钨和氧化硅晶圆以密封在前端开启式晶圆传送盒(frontopening unified pod，FOUP)中的状态下，使用SKC公司保存的AIT-XP+设备测量总缺陷数(total defect)。用于测量的毯覆式钨晶圆和毯覆式硅晶圆是分别具有300mm直径的圆形晶圆，并且利用3.5μm激光源评价上述晶圆的整个面。
(3)存储稳定性(Life time，使用寿命)的评价
各个抛光组合物均在45℃下储存。在储存前测量磨料颗粒的粒径，并且每隔1个月再次测量粒径，将粒径增加5％以上的时间点示于下表2中。
表2
Figure BDA0003435472190000141
*抛光指数为通过式1和式2评价的值。
参照上表1和上表2可知，具有本实施方式的表面特性的实施例在钨抛光率和氧化硅膜抛光率方面均表现出适当水平以上的结果，并且缺陷也相对较低。在比较例3的情况下，抛光速度整体上优异，但氧化硅膜的缺陷过多，在比较例1、2、4的情况下，在抛光速度方面有缺点。在比较例3的情况下，与其他实施例和比较例相比，储存稳定性降低了一半以上。
以上对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明的要求保护范围并不限定于此，利用以下发明要求保护范围中所定义的本发明的基本概念的本发明所属技术领域的普通技术人员的各种变形及改良形态也属于本发明的要求保护范围。

Claims (13)

1.一种半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
包含在表面上暴露有官能团的金属氧化物颗粒作为磨料颗粒，
上述表面包含在末端具有环氧基的第一官能团和在末端具有胺基的第二官能团，
上述第二官能团的含量大于上述第一官能团的含量。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
上述金属氧化物颗粒是通过在一末端具有上述第一官能团的硅烷化合物和具有上述第二官能团的硅烷化合物进行改性的金属氧化物颗粒。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
上述第一官能团和上述第二官能团之比率为1:1至15的摩尔比。
4.根据权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
上述金属氧化物颗粒为选自由胶态二氧化硅、气相二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、二氧化钛、氧化锆及其组合组成的组中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
上述金属氧化物颗粒的直径D50为10nm至120nm。
6.根据权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
还包含：
非离子聚合物；及
螯合剂。
7.根据权利要求6所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
pH为2至5。
8.根据权利要求6所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
由下述第一式表示的氧化硅膜抛光指数为
Figure FDA0003435472180000011
以上，
第一式：
氧化硅膜抛光指数＝氧化硅膜抛光率
Figure FDA0003435472180000012
/用于半导体工艺的抛光组合物中的金属氧化物颗粒浓度(wt％)。
9.根据权利要求6所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
作为以钨的抛光率为基准的氧化硅膜的抛光率的选择比为25以上。
10.根据权利要求6所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
以D50为基准，颗粒粒度增加10％以上的时间点为12个月以上。
11.根据权利要求6所述的半导体工艺用抛光组合物，其特征在于，
同时抛光钨、扩散阻挡膜和氧化硅膜。
12.一种基板的制造方法，其特征在于，
包括通过适用权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物作为浆料来对基板进行抛光的过程。
13.一种半导体器件制造方法，其特征在于，
包括：
在基板上形成绝缘膜的步骤，
根据预先设计的布线形式对上述绝缘膜的一部分进行抛光的步骤，
在抛光后的绝缘膜上形成钨金属膜，以制备抛光前基板的步骤，以及
对上述抛光前基板进行抛光的抛光步骤；
上述抛光步骤包括通过适用权利要求1所述的半导体工艺用抛光组合物作为浆料来对上述抛光前的基板进行抛光的过程。
CN202111612498.3A 2020-12-29 2021-12-27 半导体工艺用抛光组合物、基板和半导体器件的制造方法 Pending CN114686117A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0185626 2020-12-29
KR1020200185626A KR102577164B1 (ko) 2020-12-29 2020-12-29 반도체 공정용 연마 조성물 및 연마 조성물을 적용한 기판의 연마방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114686117A true CN114686117A (zh) 2022-07-01

Family

ID=82119933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111612498.3A Pending CN114686117A (zh) 2020-12-29 2021-12-27 半导体工艺用抛光组合物、基板和半导体器件的制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220208552A1 (zh)
JP (1) JP7329035B2 (zh)
KR (1) KR102577164B1 (zh)
CN (1) CN114686117A (zh)
TW (1) TWI815260B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006147993A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Hitachi Chem Co Ltd Ｃｍｐ用研磨液及び研磨方法
CN1809620A (zh) * 2003-04-21 2006-07-26 卡伯特微电子公司 用于cmp的涂覆金属氧化物颗粒
CN101802116A (zh) * 2007-09-21 2010-08-11 卡伯特微电子公司 利用经氨基硅烷处理的研磨剂颗粒的抛光组合物和方法
CN102027074A (zh) * 2008-04-18 2011-04-20 纳米树脂股份公司 表面改性的二氧化硅颗粒
CN102341463A (zh) * 2009-03-13 2012-02-01 阿克佐诺贝尔化学国际公司 硅烷化二氧化硅水分散体
TW201430115A (zh) * 2012-12-28 2014-08-01 Fujimi Inc 研磨用組成物
CN105802512A (zh) * 2014-12-29 2016-07-27 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其应用
CN106104763A (zh) * 2014-03-11 2016-11-09 嘉柏微电子材料股份公司 用于钨化学机械抛光的组合物
CN108250974A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
JP2019196467A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 日立化成株式会社 Ｃｍｐ研磨剤及びその製造方法、並びにｃｍｐ研磨方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1209429C (zh) * 1999-07-07 2005-07-06 卡伯特微电子公司 含硅烷改性研磨颗粒的化学机械抛光(cmp)组合物
AU2009236192B2 (en) * 2008-04-18 2011-09-22 Saint-Gobain Abrasifs Hydrophilic and hydrophobic silane surface modification of abrasive grains
WO2010085324A1 (en) 2009-01-20 2010-07-29 Cabot Corporation Compositons comprising silane modified metal oxides
KR101076625B1 (ko) * 2009-02-10 2011-10-27 솔브레인 주식회사 텅스텐 배선 형성용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR101243331B1 (ko) 2010-12-17 2013-03-13 솔브레인 주식회사 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 소자의 제조 방법
WO2016132676A1 (ja) * 2015-02-19 2016-08-25 株式会社フジミインコーポレーテッド シリコンウェーハ研磨用組成物および研磨方法
JP2017061612A (ja) * 2015-09-25 2017-03-30 Jsr株式会社 化学機械研磨用組成物および化学機械研磨方法
KR20190060226A (ko) 2017-11-24 2019-06-03 에스케이씨 주식회사 Cmp용 슬러리 조성물
KR102084164B1 (ko) 2018-03-06 2020-05-27 에스케이씨 주식회사 반도체 공정용 조성물 및 반도체 공정
JP7120780B2 (ja) 2018-03-20 2022-08-17 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1809620A (zh) * 2003-04-21 2006-07-26 卡伯特微电子公司 用于cmp的涂覆金属氧化物颗粒
CN102127370A (zh) * 2003-04-21 2011-07-20 卡伯特微电子公司 用于cmp的涂覆金属氧化物颗粒
JP2006147993A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Hitachi Chem Co Ltd Ｃｍｐ用研磨液及び研磨方法
CN101802116A (zh) * 2007-09-21 2010-08-11 卡伯特微电子公司 利用经氨基硅烷处理的研磨剂颗粒的抛光组合物和方法
CN102027074A (zh) * 2008-04-18 2011-04-20 纳米树脂股份公司 表面改性的二氧化硅颗粒
CN102341463A (zh) * 2009-03-13 2012-02-01 阿克佐诺贝尔化学国际公司 硅烷化二氧化硅水分散体
TW201430115A (zh) * 2012-12-28 2014-08-01 Fujimi Inc 研磨用組成物
US20150322294A1 (en) * 2012-12-28 2015-11-12 Fujimi Incorporated Polishing composition
CN106104763A (zh) * 2014-03-11 2016-11-09 嘉柏微电子材料股份公司 用于钨化学机械抛光的组合物
CN105802512A (zh) * 2014-12-29 2016-07-27 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液及其应用
CN108250974A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
JP2019196467A (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 日立化成株式会社 Ｃｍｐ研磨剤及びその製造方法、並びにｃｍｐ研磨方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220208552A1 (en) 2022-06-30
KR20220094421A (ko) 2022-07-06
JP2022104814A (ja) 2022-07-11
TW202227585A (zh) 2022-07-16
TWI815260B (zh) 2023-09-11
KR102577164B1 (ko) 2023-09-08
JP7329035B2 (ja) 2023-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3681964B1 (en) Composition for tungsten cmp
EP2071615B1 (en) Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method for semiconductor device
EP2017318B1 (en) Chemical mechanical polishing aqueous dispersion preparation set, method of preparing chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing aqueous dispersion, and chemical mechanical polishing method
JP5614498B2 (ja) 非酸化物単結晶基板の研磨方法
US20070037892A1 (en) Aqueous slurry containing metallate-modified silica particles
WO2012165376A1 (ja) 研磨剤および研磨方法
EP2123726A1 (en) Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method, and chemical mechanical polishing aqueous dispersion preparation kit
JP2019071413A (ja) 帯電した研磨剤を含有する研磨組成物
TW201936882A (zh) 可得到經改善之表面形狀的鎢緩衝拋光組合物
JP2006352042A (ja) 半導体研磨用組成物
JP2012248569A (ja) 研磨剤および研磨方法
JP2021055041A (ja) 研磨用組成物及び研磨方法
TWI815260B (zh) 半導體製程用研磨組成物及基板和半導體器件的製造方法
JP4368495B2 (ja) 研磨液組成物
EP4261257A1 (en) Composition for semiconductor processing and manufacturing method of semiconductor device using the same using the same
WO2023085009A1 (ja) 化学機械研磨用組成物および研磨方法
US20230332016A1 (en) Composition for semiconductor processing and polishing method of semiconductor device using the same
KR102455159B1 (ko) 금속막 연마용 슬러리 조성물
TWI821407B (zh) 研磨用組合物、研磨方法及基板之製造方法
KR102544609B1 (ko) 텅스텐 막 연마 슬러리 조성물
CN116333686A (zh) 化学机械研磨用组合物及研磨方法
KR20220043854A (ko) 연마용 조성물 및 그 제조 방법, 연마 방법 그리고 기판의 제조 방법
JPWO2021095412A1 (ja) 化学機械研磨用組成物及び化学機械研磨方法
KR20230103343A (ko) 컨택 공정용 금속막 슬러리 조성물
CN114730710A (zh) 化学机械研磨用组合物、化学机械研磨方法及化学机械研磨用粒子的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Gyeonggi Do, South Korea

Applicant after: SK Enpus Co.,Ltd.

Address before: Gyeonggi Do, South Korea

Applicant before: SKC SOLMICS Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information