CN1237141C - 研磨浆液及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于半导体及IC制造过程的研磨浆液，其包含氧化铈、铝的氢氧化物、铈的盐类及水，本发明的研磨浆液任选可进一步包含酸性物质，以使本发明浆液具有小于5的pH值。本发明的研磨浆液特别适用于半导体或IC制造过程的浅沟槽绝缘处理中作为绝缘介电层的研磨剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于集成电路(IC)或半导体制造过程中之研磨浆液，特定言之，本发明的研磨浆液可有效地应用于IC或半导体制造过程之浅沟槽绝缘(shallow trench isolation，STI)的方法中的介电层平坦化作用。
背景技术
氧化铈由于对二氧化硅具有非常高的磨除率，在传统应用中，用于玻璃的研磨。然而，在IC制造过程的二氧化硅介电层之研磨中，传统上以煅制硅石(fumed silica)或胶态硅石(colloidal silica)所制得之研磨液进行绝缘介电层之研磨，此等研磨液中均需加入氢氧化钾以提高其研磨速率。由于添加氢氧化钾会产生碱金属离子扩散之问题，及无法提供对二氧化硅/氮化硅可接受之磨除选择率，此种传统上所使用之研磨液，并不适用于IC制造过程中浅沟槽绝缘层之研磨。因此，本领域中欲寻求一种可有效应用于IC及半导体制造过程中，并能提供较高二氧化硅/氮化硅磨除选择率之研磨组合物。
美国专利5,264,010揭示一种用于研磨半导体表面之研磨浆液，其包含氧化铈、煅制硅石、沉淀硅石(precipitated silica)、及水。此专利还教导了在其研磨浆液中添加表面活性剂，以于研磨浆液中作为悬浮剂。
美国专利5,759,917揭示一种用于半导体及IC制造过程中研磨二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)、且能获得较高SiO2/Si3N4研磨选择率之化学机械研磨组合物，该组合物包含一种盐类、可溶性铈化合物及一种羧酸，并且该组合物之pH值介于3-11之间。
美国专利5,891,205涉及一种使用化学机械磨光浆液以将半导体器件(semiconductor device)之氧化物层磨光之方法，其所使用的磨光浆液包含氧化铈与二氧化硅混合磨粒的碱性含水分散液。
美国专利5,766,279揭示了一种以氧化铈精细颗粒与氧化硅为基质的磨光浆液，其中是将氧化铈精细颗粒及硅石溶胶(silica sol)经混合、干燥、及热处理后，与液体介质混合形成该磨光浆液。
美国专利5,938,505揭示了一种用于半导体制造过程之STI处理中的、用于提高氧化硅/氮化硅磨除选择率的研磨浆液，其包含四甲基铵之盐类、碱及过氧化氢，其中，该四甲基铵之盐类优选为氟化四甲基铵，且研磨浆液优选具有11至13之pH值。
台湾专利公告第301024号揭示了一种研磨组合物，其包括100重量份之氧化铝或氧化硅，及5-25重量份之氧化铈。
日本公开特许公报特开平10-233378揭示一种用于STI平坦化方法中的化学机械磨光浆液，其具有11-13的pH值、8-16％的高固体含量、并包含氟化物，该浆液可提供高达10∶1的氧化物/氮化物选择性。
当应用于STI平坦化方法中作为研磨浆液之磨料时，氧化铈本身由于具有较高之密度，因此非常容易于浆液中沉淀。然而在现有技术中，完全未教示或提及任何可增进氧化铈悬浮性质的有效方法。现有技术虽已教示使用表面活性剂以增加研磨浆液之悬浮性，然而，在贮存过程中，研磨颗粒因受重力影响而产生沉降，此时由于颗粒具有极佳之流动性而导致颗粒重排，并形成不可逆之致密饼状物(cake)。因此，本发明之目的即在于提供一种可克服氧化铈沉淀问题、并具有有利的氧化硅/氮化硅磨除选择率之研磨浆液。
发明内容
本发明提供一种用于半导体及IC制造过程之研磨浆液，其包含氧化铈、铝的氢氧化物、铈的盐类及水，本发明的研磨浆液任选进一步包含酸性物质，以使本发明浆液具有小于5的pH值。本发明研磨浆液特别适用于半导体或IC制造过程之STI处理中作为绝缘介电层之研磨剂。
具体实施方式
以下对本发明进行详细的说明。
本发明提供一种用于半导体或IC制造过程之研磨浆液，其包含氧化铈、铝的氢氧化物、铈的盐类、及水，本发明的研磨浆液视需要可进一步包含酸性物质，以使本发明浆液具有小于5之酸碱值。本发明的研磨浆液特别适用于半导体及IC制造过程之STI处理中作为绝缘介电层之研磨剂。
本发明的发明人发现，本发明研磨浆液中所包含的铝的氢氧化物，可在酸性条件下增进氧化铈的悬浮性，其主要原因在于，铝的氢氧化物在酸性条件下可于氧化铈表面形成一包覆层，而使氧化铈可均匀地悬浮于水性介质中。表面上具有铝的氢氧化物包覆层的氧化铈颗粒，由于具有促变行为，颗粒之间因彼此作用力之存在，而使颗粒间彼此相互牵制，因而不致产生沉淀或可产生可逆式之凝集(reversible flocculation)。本案发明人发现，当氧化铈表面包覆铝之氢氧化物时，会降低氧化铈对二氧化硅之活性，而导致所得浆液之研磨速率下降，本发明组合物因此另外包含铈之盐类，以克服氧化铈表面之钝化作用，并同时提高二氧化硅/氮化硅之磨除选择率。根据下文所述实例可知，本发明研磨浆液可提供高于5、优选高于7，更优选高达10以上之二氧化硅/氮化硅磨除选择率。
因此，本发明研磨浆液中所包含之铝之氢氧化物，可为任何可增进氧化铈悬浮性者，例如勃姆石(boehmite)、类勃姆石(pseudo boehmite)、铝溶胶(aluminum sol)、或氢氧化铝、或两或多种此等物质的混合物。根据本发明的优选实施方案，当本发明的研磨浆液包含100重量份水时，铝的氢氧化物的用量范围为0.1至5重量份。
本发明的研磨浆液所包含的铈的盐类可为任何本领域中所已知者，且水溶性的较为优选。该铈的盐类的实例例如可为硝酸铈的盐类，例如硝酸铈铵、硫酸铈、氯化铈、碳酸铈、或两或多种此等化合物的混合物。以100重量份水为基准，本发明浆液可包含0.01至2重量份该铈的盐类。
本发明的研磨浆液视需要可包含酸性物质，以使本发明浆液具有小于5的pH值。该酸性物质可为任何现有技术中用于调节溶液酸碱性者，例如硝酸、盐酸、醋酸、磷酸、硫酸、或两或多种此等酸之混合物。
以下实例将对本发明作进一步说明，唯其非用以限制本发明之范围，任何本领域的熟练人员可轻易达成之修饰及改变，均涵盖于本发明之范围内。
研磨测试
A.仪器：IPEC/Westech 472
B.条件：压力：3psi
背压：0psi
温度：25℃
主轴转速：50rpm
台板转速：60rpm
垫座型式：IC1400
浆液流速：200毫升/分钟
C.晶片：氧化硅薄膜及氮化硅薄膜，购自Silicon Valley
Microelectonics，Inc.，是以LPCVD技术于6英寸硅晶
圆上淀积0.85微米±5％之氧化硅薄膜及氮化硅薄
膜。
研磨测试流程：
在研磨前后，均须以膜厚测定仪测定膜之厚度。本发明采用KLA-Tencor公司的SM 300型机器测定介电层之膜厚。磨光速率之测定方法系先以上述RS 300型机器测得介电层膜厚T1，分别以实例中之浆液研磨1分钟后，以固态仪器公司(Solid State Equipment Corporation)的Evergreen Model 10X型机器清洗晶圆，之后，将晶圆吹干。再以SM 300型机器测定介电层之膜厚T2。将T1-T2即为介电层之磨光速率。
实施例1
将1重量份CeO2加入100重量份去离子中以制备研磨浆液。所得浆液之研磨之研磨测试结果，如表1所示。
表1
| CeO2(重量份) | 勃姆石(重量份) | 硝酸铈铵(重量份) | SiO2(/min) | Si3N4(/min) | 选择率 | |
| 1 | 1 | - | - | 4895.3 | 1043.5 | 4.69 |
实施例2-7
将不同重量份之CeO2与O.1重量份之硝酸加入100重量份之去离子水中，并加入不同重量份之勃姆石，以制备实例2-7之研磨浆液。所得研磨浆液之研磨测试结果，如表2所示。
表2
| CeO2(重量份) | 勃姆石(重量份) | 硝酸铈铵(重量份) | SiO2(/min) | Si3N4(/min) | 选择率 | |
| 2 | 1 | 0.16 | - | 3269.3 | 888.3 | 3.68 |
| 3 | 0.5 | 0.16 | - | 2130 | 840.98 | 2.53 |
| 4 | 5 | 0.16 | - | 5489 | 731.77 | 7.50 |
| 5 | 1 | 0.32 | - | 2563.3 | 760.85 | 3.36 |
| 6 | 1 | 0.5 | - | 677.99 | 334.21 | 2.02 |
| 7 | 1 | 1.6 | - | 54.9 | 75.64 | 0.71 |
实施例8-14
将1重量份之CeO2与0.1重量份之硝酸加入100重量份之去离子水中，并加入不同重量份之勃姆石及适量之硝酸铈铵((NH4)2Ce(NO3)6)，以制备实例8-14之研磨浆液。所得研磨浆液之研磨测试结果，如表3所示。
表3
| CeO2(重量份) | 勃姆石(重量份) | 硝酸铈铵(重量份) | SiO2(/min) | Si3N4(/min) | 选择率 | |
| 8 | 1 | 0.16 | 0.1 | 2082.1 | 194.12 | 10.73 |
| 9 | 1 | 1 | 0.05 | 464 | 47 | 9.87 |
| 10 | 1 | 1 | 0.1 | 785 | 78 | 10.06 |
| 11 | 1 | 1 | 0.2 | 1720 | 234 | 7.32 |
| 12 | 1 | 1.3 | 0.15 | 450 | 61 | 7.37 |
| 13 | 1 | 1.6 | 0.15 | 1115 | 107 | 10.72 |
| 14 | 1 | 1 | 1 | 3317.3 | 976.6 | 3.40 |
实施例15
将1重量份之CeO2加入100重量份之去离子水中，并加入0.5重量份之勃姆石及0.1重量份之硝酸铈铵，以制备实施例15之研磨浆液。所得研磨浆液之研磨测试结果，如表4所示。
表4
| CeO2(重量份) | 勃姆石(重量份) | 硝酸铈铵(重量份) | SiO2(/min) | Si3N4(/min) | 选择率 | |
| 15 | 1 | 0.5 | 0.1 | 2282.8 | 49.78 | 45.86 |
Claims (14)
1、一种研磨浆液，其包含CeO2、铝的氢氧化物、铈的盐类及水，并且研磨浆液具有小于5的pH值。
2、根据权利要求1所述的浆液，其中所述铝的氢氧化物选自勃姆石、类勃姆石、铝溶胶、氢氧化铝以及两种或多种以上所述物质的混合物。
3、根据权利要求1所述的浆液，其中以100重量份水计，所述铝的氢氧化物的用量范围为0.1至5重量份。
4、根据权利要求1所述的浆液，其中所述铈的盐类是水溶性盐类。
5、根据权利要求4所述的浆液，其中所述铈的盐类选自硝酸铈铵、硫酸铈、氯化铈、碳酸铈及其混合物。
6、根据权利要求1所述的浆液，其中以100重量份水计，所述铈的盐类的用量范围为0.01至2重量份。
7、根据权利要求1所述的浆液，其中任选含有硝酸、盐酸、醋酸、磷酸、硫酸或其混合物用于调节研磨浆液的pH值至小于5的范围。
8、一种用于半导体或集成电路制造过程中研磨浅槽绝缘层的方法，其包含以一研磨浆液研磨该浅槽绝缘层，所述研磨浆液包含CeO2、铝的氢氧化物、铈的盐类及水，并且使研磨浆液具有小于5的pH值。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述铝的氢氧化物是选自勃姆石、类勃姆石、铝溶胶、氢氧化铝以及两种或多种以上所述物质的混合物。
10、根据权利要求8所述的方法，其中所述研磨浆液以100重量份水计，包含0.1至5重量份的所述铝的氢氧化物。
11、根据权利要求8所述的方法，其中所述铈的盐类是水溶性盐类。
12、根据权利要求11所述的浆液，其中所述铈的盐类选自硝酸铈铵、硫酸铈、氯化铈、碳酸铈及其混合物。
13、根据权利要求8所述的方法，其中所述研磨浆液以100重量份水计，包含0.01至2重量份所述铈的盐类。
14、根据权利要求8所述的方法，其中任选使用硝酸、盐酸、醋酸、磷酸、硫酸或其混合物以调节研磨浆液的pH值至小于5的范围。
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