TW202033727A - 用於研磨氧化矽層的漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法 - Google Patents

用於研磨氧化矽層的漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202033727A
TW202033727A TW109106765A TW109106765A TW202033727A TW 202033727 A TW202033727 A TW 202033727A TW 109106765 A TW109106765 A TW 109106765A TW 109106765 A TW109106765 A TW 109106765A TW 202033727 A TW202033727 A TW 202033727A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
cmp
polishing
slurry composition
film
silicon oxide
Prior art date
Application number
TW109106765A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI736158B (zh
Inventor
李昇勳
李昇炫
金勝煥
Original Assignee
南韓商榮昌化工股份有限公司
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 南韓商榮昌化工股份有限公司 filed Critical 南韓商榮昌化工股份有限公司
Publication of TW202033727A publication Critical patent/TW202033727A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI736158B publication Critical patent/TWI736158B/zh

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
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for 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
    • H01L21/302—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
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • 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
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • 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
    • C09K3/1445—Composite particles, e.g. coated particles the coating consisting exclusively of metals
    • 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
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • 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
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本發明涉及一種CMP用漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法，更具體地，透過去除作為研磨料的膠態二氧化矽的ζ電位(Zeta potential)和金屬雜質，提高對氧化矽膜的研磨性能並使刮痕缺陷最小化，透過調節添加劑和研磨料的含量，可以自由地調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比以進行研磨，從而提供一種CMP用漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法，能夠有效地應用於需要去除氧化矽膜高度差的半導體製程以及需要相對於氮化矽膜選擇性地去除氧化矽膜和多晶矽膜的半導體製程中。

Description

用於研磨氧化矽層的漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法
本發明涉及一種CMP用漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法。
近來隨著半導體元件的積體化程度增加，半導體晶圓(wafer)上形成的結構物之間的高度差增加，當高度差增加時，在後續的微影(Lithography)製程中由於出現焦深(DOF,Depth Of Focusing)的問題而對準確地印刷(Printing)遮罩圖案產生困難。
因此，近來為了使得晶圓表面平坦化而廣泛使用將化學去除加工和機械去除加工結合為一個加工製程的化學機械研磨(Chemical-Mechanical Polishing，以下稱為CMP)製程。通常，CMP製程將具有高度差的晶圓表面緊貼於研磨墊(Polishing pad)上後，將含有研磨料和化學物質的研磨液漿料(Slurry)注入到晶圓與研磨墊之間，從而使得晶圓的表面平坦化。即，CMP製程簡單來講是刮除半導體晶圓的特定膜使其平坦的作業，在這種CMP製程中，研磨(Polishing)後的研磨表面的均一度非常重要。用於CMP製程的配置包括：安裝有晶圓的研磨頭、與研磨頭沿相同方向旋轉的研磨墊、以及在它們之間包含奈米尺寸的研磨粒子等的漿料；其中，晶圓透過表面張力或真空而安裝於研磨頭。在CMP製程中，透過研磨墊和漿料對晶圓進行研磨，附著有研磨墊的研磨台進行簡單的旋轉運動，並且，研磨頭同時進行旋轉運動與搖動運動，並向研磨台方向對晶圓施加一定壓力。由於研磨頭的自身荷重和所施加的壓力，使得晶圓表面和研磨墊接觸，並且，作為工作流體的漿料在該接觸面之間的微細縫隙，即研磨墊的孔隙部分之間流動。機械去除作用透過漿料中的研磨粒子和研磨墊 的表面突起來實現，而化學去除作用透過漿料中的化學成分來實現。此外，由於從晶圓的形成設備的突出部分的頂部或表面突起開始與研磨粒子形成接觸，壓力集中到該突出部分，從而相比其他部分具有相對高的表面去除速度，隨著加工進行，在整個面積上的突出部分將被均勻去除。
通常在低pH下，氮化矽膜具有正(positive)ζ電位(Zeta potential)，而氧化矽膜具有負(negative)ζ電位。根據靜電引力理論，為了實現對氧化矽膜的高研磨速率，使用具有正(positive)ζ電位作為相反電位的研磨料，以提高其與負(negative)ζ電位的氧化矽膜的吸附力。此外，作為研磨料的膠態二氧化矽中存在著製造過程中所產生或污染的金屬雜質，增加了研磨過程中的刮痕(Scratch)缺陷。去除了這些金屬雜質的高純度研磨料能夠顯著地降低刮痕的發生率。
CMP製程可以分為在製程進行過程中僅研磨同一物質以去除指定厚度的類型、以及遇到其他不同種類物質時決定研磨終點(Polishing end point)的類型。在後者的製程中，當無需研磨的層的研磨速率比需要研磨的物質的研磨速率小很多時，透過略微的過研磨而自然地決定研磨終點(PEP)。如上所述的兩種物質的研磨比稱為選擇性比。在上述CMP製程中使用的漿料中，需要在能夠引起化學反應環境的溶液中混合具有選擇性比的研磨料。換言之，在製造3D快閃記憶體(Nand flash)半導體的閘極間隙多晶矽(Gate gap poly)製程中，如上所述，需要包含研磨比不同，即選擇性比不同的兩物質的漿料，以對氧化矽膜的研磨優先，並且隨著氮化矽膜暴露即停止研磨。此外，需要開發一種對金屬層沒有損傷且減少微細刮痕，從而提高裝置的電性能的最佳CMP用漿料組成物。
另一方面，CMP的被研磨面暴露出多晶矽膜(Poly Si膜)、單晶矽膜、氧化矽膜、氮化矽膜等多種材料。以往的CMP用漿料組成物是以上述材料中的一種作為目標，透過CMP去除該目標材料。但是，如果與其他材料的研磨速度比區別太大時，則目標材料可能被過度研磨而導致凹陷或侵蝕等缺陷。此外，由於必須針對每種目標材料選擇適合各個目標材料的CMP用漿料組成物，並透過CMP將其去除，因此存在著生產力降低的問題。
從而，最近伴隨半導體設備的結構多樣化，需要同時研磨多晶矽膜、氧化矽膜及氮化矽膜三種膜。為了同時研磨這三種膜，需要開發一種不用 針對各個研磨對象提供各自適合的漿料，而能夠透過CMP漿料組成物本身來調節該些膜的選擇性比而進行研磨的技術。
本發明的目的在於提供一種CMP用漿料組成物，能夠自由地調節氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨選擇性比，從而有效地應用於需要選擇性去除氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的半導體製程。此外，本發明的目的還在於提供一種研磨漿料以及使用該研磨漿料對將要使用的絕緣膜進行平坦化的方法，能夠使用高純度並具有正(positive)ζ電位(Zeta potential)的膠態二氧化矽研磨漿料作為去除氧化矽膜的高度差的研磨料，在去除高度差的同時能夠使刮痕(Scratch)缺陷最小化。
為了達到上述目的，提供一種CMP用漿料組成物，能夠提高對氧化矽膜的研磨性能且使刮痕缺陷最小化，可以調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比以進行研磨，包括：由膠態二氧化矽組成的研磨料；選自由聚乙二醇、雜環化合物所組成的群組中的一種以上的添加劑；以及溶劑。
根據本發明的一較佳實施例，該膠態二氧化矽的ζ電位(Zeta potential)為+10至+70mV。
根據本發明的一實施例，該膠態二氧化矽中金屬(Li、B、Mg、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Ta、W、Pt、Na、Al)的含量為100ppb以下。該膠態二氧化矽的粒徑為10至120nm。
根據本發明的一實施例，該雜環化合物是具有兩個以上的氮原子的基團，選自由1,2,4H-三唑、5-甲基苯并三唑、四唑、咪唑、1,2-二甲基咪唑和哌
Figure 109106765-A0202-12-0003-6
所組成的群組中的一種以上。
根據本發明的一實施例，該添加劑由能夠對多晶矽膜調節選擇性比的聚乙二醇以及能夠對氮化矽膜調節選擇性比的雜環化合物組成。
根據本發明的一實施例，該CMP用漿料組成物以組成物的總重量為基準包含：0.2至10重量%之由膠態二氧化矽組成的研磨料；0.001至7重量% 的添加劑，選自由聚乙二醇及雜環化合物所組成的群組中的一種以上；以及餘量的溶劑。
根據本發明的一實施例，該添加劑中的聚乙二醇、雜環化合物的比例為0~5.0：0~5.0。
根據本發明的一實施例，該CMP用漿料組成物的pH為3至5。
根據本發明的一實施例，該CMP用漿料組成物對氧化矽膜的研磨速率為200~3000Å/min，並同時對由選自氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜中的兩種以上所形成的被研磨膜進行研磨。
根據本發明的一實施例，該研磨對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨選擇性比為1~50：1：1~10。
根據本發明的一實施例，該CMP用漿料組成物是在研磨料中包含添加劑而作為單一漿料使用。
根據本發明的另一實施例，提供一種使用該CMP用漿料組成物的研磨方法，包括使用該CMP漿料組成物研磨半導體晶圓的步驟。
根據本發明的一實施例，在該研磨方法中，分別注入研磨料和添加劑，並且透過調節研磨料和添加劑的含量，從而調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比以進行研磨。
根據本發明的一實施例，透過調節該膠態二氧化矽的含量來調節對氧化矽膜的研磨速率，透過調節該聚乙二醇含量來調節對多晶矽膜的選擇性比以進行研磨。
此外，透過調節雜環化合物的含量來調節氮化矽膜的選擇性比以進行研磨。
根據本發明的一實施例，該添加劑中的聚乙二醇、雜環化合物的比例為0~5.0：0~5.0。
根據本發明的CMP用漿料組成物，透過提高對氧化矽膜的研磨性能並使刮痕(Scratch)缺陷最小化，提高了製程可靠度和生產力。此外，能夠相對於氮化矽膜和多晶矽膜以高研磨選擇比對氧化矽膜進行研磨，從而能夠有效地應用於需要選擇性地去除氧化矽膜的半導體製程。另外，由於如上所述 的CMP用漿料組成物無需針對各個研磨對象選擇適合的各種漿料，從而能夠提高生產效率。
以下詳細說明本發明。
在沒有其他定義的前提下，本說明書中使用的所有技術用語和科學用語具有與本該發明所屬技術領域中具有通常知識者通常理解的含義相同的含義。一般情況下，本說明書中使用的命名法是本技術領域已經公知並通常使用的。
在本說明書全文中，記載某部分「包含」某構成要素時，在沒有特別相反記載的情況下並不排除其他構成要素，而是意味著可以包含其他構成要素。
通常，CMP(化學機械研磨，Chemical-Mechanical Polishing，以下稱為CMP)製程中的漿料(Slurry)是指包含研磨料(Abrasive)和添加劑(Additive)的漿料，此外，對單一化產品而言，僅包含研磨料也稱為漿料。本發明是透過改變研磨料和添加劑的流量來改變對被研磨膜的選擇性比的技術，因此區分為研磨料和添加劑。但是，在某些情況下，可以在研磨料中包含添加劑以製造單一漿料組成物。
本發明中的「去除率(Removal rate)」是指CMP製程中的晶圓的膜被刮除的程度，即膜的去除率。
本發明中的「選擇性比(Selectivity ratio)」是指在相同研磨條件下，對不同物質的不同去除率。
以下詳細說明本發明的CMP用漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法。
通常，CMP用漿料組成物中使用的膠態二氧化矽的ζ電位(Zeta potential)具有負(negative)的值，並且，在低pH下的氧化矽膜也具有相同的負表面電位。從而，由於研磨料與氧化矽膜之間的靜電斥力而導致研磨速率低，因此對於去除具有大的初期高度差的氧化矽膜有所侷限。考慮到適當地維持去 除率(Removal rate)，該膠態二氧化矽的ζ電位較佳為+10至+70mV，更佳為+30mV至+50mV。如果ζ電位值不足+10mV，則對膜的去除率(Removal rate)減小而使製程進行時間過長；如果ζ電位值超過70mV，則由於過快的(over)去除率容易導致刮痕(Scratch)而不理想。
通常，膠態二氧化矽在製造過程所產生的金屬雜質為10~600PPM，這在CMP製程中增加了致命的刮痕(Scratch)缺陷率。為了減少刮痕(Scratch)，該膠態二氧化矽中金屬(Li、B、Mg、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Ta、W、Pt、Na、Al)的含量較佳限制為100ppb以下，更佳為50ppb以下。
通常情況下，在低pH下的氮化矽膜的研磨效果最好，但在本發明中，可以透過降低對氮化矽膜的選擇性比以使去除率最小化，並且可以根據設備的結構特性來調節與氮化矽膜相比之對氧化矽膜和多晶矽膜的選擇性比，從而自由地調高或調低去除率以進行研磨。
如上所述，調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比的要素取決於CMP用漿料組成物的組成物質「添加劑和研磨料的含量調節」，透過調節添加劑和研磨料的含量，可以針對各個CMP製程使用最佳選擇性比來對半導體晶圓進行研磨。
從而，以往的半導體製程中使用的漿料具有根據各個研磨對象而在中途交換漿料的麻煩，但本發明所開發的漿料針對不同設備及多種製程使用一種漿料，透過調節添加劑和研磨料的含量來調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比以進行研磨，因此無需根據研磨對象在中途交換漿料，而可以連續地研磨去除該些研磨對象。
根據本發明的一實施例，提供一種CMP用漿料組成物，用於調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比以進行研磨，包含：由膠態二氧化矽組成的研磨料；選自由聚乙二醇、雜環化合物所組成的群組中的一種以上的添加劑；以及溶劑。
該膠態二氧化矽是指一種膠體溶液，其中，具有奈米粒徑的二氧化矽粒子不產生沉降且穩定地分散於溶劑中。考慮到適當地維持刮痕(Scratch)及去除率(Removal rate)，該膠態二氧化矽的粒徑較佳為10至120nm，更佳為30至80nm。如果膠態二氧化矽的粒徑不足10nm，則對膜的去除率(Removal rate) 減小而使製程進行時間過長；如果其粒徑超過120nm，則由於容易產生刮痕(Scratch)而不理想。
根據本發明一實施例的CMP用漿料組成物，該添加劑可以由可調節對多晶矽膜的選擇性比的聚乙二醇以及可調節對氮化矽膜的選擇性比的雜環化合物組成。即，當調高添加劑中的聚乙二醇的含量時，透過作為非離子界面活性劑的粉狀乳化劑的特性，可以大幅減小對多晶矽膜的研磨速度；當調高添加劑中的雜環化合物的含量時，可以抑制沉降和凝集特性從而減少對氮化矽膜的研磨速度。
此時，該雜環化合物是具有兩個以上的氮原子的基團，選自由1,2,4H-三唑、5-甲基苯并三唑、四唑、咪唑、1,2-二甲基咪唑和哌
Figure 109106765-A0202-12-0007-7
所組成的群組中的一種以上。
根據本發明一實施例的CMP用漿料組成物，該溶劑用於調節該組成物的濃度以調節對於膜的去除率，可以用添加劑稀釋使用，該溶劑可以使用去離子水、水等，較佳使用去離子水。
該CMP用漿料組成物，以組成物的總重量為基準，包含：0.2至10重量%之由膠態二氧化矽組成的研磨料；0.001至7重量%的添加劑，選自由聚乙二醇、雜環化合物所組成的群組中的一種以上；以及餘量的溶劑。
上述由膠態二氧化矽組成的研磨料，即膠態二氧化矽，以組成物的總重量為基準，含量較佳為0.2至10重量%。如果膠態二氧化矽的含量不足0.2重量%，則由於固體含量不足而導致去除率(Removal rate)減小；如果其含量超過10重量%，則由於其含量過多導致凝集現象的發生而不理想。
上述選自由聚乙二醇、雜環化合物所組成的群組中的一種以上的添加劑，以組成物的總重量為基準，含量較佳為0.001至7重量%。當添加劑的含量不足0.001重量%時，由於添加劑的含量低而幾乎沒有添加劑的作用；當其含量超過7重量%時，由於添加劑過量導致一同添加的其他種類的添加劑無法正常發揮其功能而不理想。
此時，該添加劑中的聚乙二醇、雜環化合物的比例較佳為0~5.0：0~5.0，以使氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨選擇性比滿足1~50：1：1~10的條件，較佳地，可以透過調節與氮化矽膜相比之對氧化矽膜和多晶矽膜的選擇性比，自由地調高或調低去除率以進行研磨。
根據本發明的一實施例，考慮到組成物的穩定性，該CMP用漿料組成物的pH較佳為3至5。如果pH範圍小於3，則去除率(Removal rate)不穩定；如果pH範圍超過5，則會發生膠體粒子的凝集現象及去除率(Removal rate)不穩定而不理想。為了調節至上述pH範圍，可以單獨或混合使用的鹼性物質有KOH、NH4OH、NaOH、TMAH、TBAH、HNO3等，可以單獨或混合使用的酸性物質有硝酸、硫酸、鹽酸等無機酸。由於pH與氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨速度密切相關，因此需要對其進行精密調節。
如上所述，本發明提供的CMP用漿料組成物，透過調節添加劑和膠態二氧化矽的含量，可以對由氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜中的兩種以上所形成的被研磨膜同時進行研磨。此時，該CMP用漿料組成物的氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨選擇性比可以為1~50：1：1~10。此外，對氧化矽膜的去除率(研磨速度)為200~3000Å/min，對多晶矽膜的去除率(研磨速度)為20~1000Å/min，對氮化矽膜的去除率(研磨速度)為20~200Å/min。如此，在暴露氮化矽膜的半導體製程中，能夠以高的研磨選擇性比來研磨氧化矽膜和多晶矽膜，因此能夠有效地應用於需要選擇性地去除氧化矽膜及多晶矽膜的半導體製程中。
此外，由本發明提供的CMP用漿料組成物，雖然能夠透過調節選擇性比而對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜進行研磨，但根據情況對一些其他的膜也能進行研磨。例如，對於溝槽(Trench)結構的形態，本發明的CMP用漿料組成物能夠有效用於研磨塊狀(Bulk)膜。不僅如此，通常，對於使用犧牲膜形成管狀通道(Pipe channel)區域的結構，在透過CMP製程形成結構時，為了使由管狀溝道的凹陷(Dishing)或過研磨(Over CMP)引起的溝槽變化最小化，需要使用具有不同特性的漿料。此時，可以應用可調節對於膜的選擇性比之本發明的CMP用漿料組成物。
透過將添加劑添加到研磨料中，該CMP用漿料組成物能夠用作單一漿料。
根據本發明的另一實施例，提供一種使用該CMP用漿料組成物的研磨方法，包括使用該CMP用漿料組成物來研磨半導體晶圓的步驟。該研磨方法可以分別注入研磨料和添加劑，並且可以透過調節添加劑和研磨料的含量來調節對氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的選擇性比而進行研磨。
使用該CMP用漿料組成物的研磨方法的一個示例如下。首先，向研磨平臺上的研磨墊供應CMP用漿料組成物，使其與被研磨表面接觸，並透過被研磨表面和研磨墊的相對運動來進行研磨。研磨裝置可以使用具有研磨平臺的普通研磨裝置，該研磨平臺上附著有研磨墊和夾持半導體基板的夾持器。研磨墊可以使用普通的不織布、發泡聚氨酯、多孔氟樹脂等。在研磨過程中，經由各個研磨料及添加劑的管線，使用幫浦等部件向研磨墊連續地供應CMP用漿料組成物。對於供應量沒有限制，但是較佳為使研磨墊的表面保持著持續被研磨料覆蓋的狀態的量。此時，對於該添加劑，可以透過調節聚乙二醇的含量來調節對多晶矽膜的選擇性比以進行研磨，並且可以透過調節雜環化合物的含量來調節對氮化矽膜的選擇性比以進行研磨。此時，該添加劑中的聚乙二醇、雜環化合物的比例可以為0~5.0：0~5.0。較佳地，在研磨完成之後，使用流水充分洗滌半導體基板後，利用旋轉乾燥器、燈式乾燥機等將附著在半導體基板上的水滴去除並使其乾燥。被處理物可以例如是具有被研磨表面的半導體基板，該被研磨表面由多晶矽膜、氮化矽膜及氧化矽膜中的兩種以上形成。
根據本發明的CMP用漿料組成物能夠以高選擇性比來研磨氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜，並且能夠有效地應用於具有由多晶矽膜、氮化矽膜及氧化矽膜的三種膜所形成的被研磨表面的半導體製程。如上所述的CMP用漿料組成物無需針對各個研磨對象選擇各自合適的漿料，因此能夠提高生產效率。
以下說明本發明的較佳實施例及比較例。但這些實施例僅是本發明的較佳實施例，本發明的範圍並不限於這些實施例。
<實施例1~6>
按照表1所記載的組成成分、組成比例、ζ電位值及pH製備漿料組成物，首先，準備作為研磨料的膠態二氧化矽，在含有聚乙二醇、雜環化合物5-甲基苯并三唑的添加劑中混合作為溶劑的餘量去離子水，分別調節該研磨料的ζ電位值和含量，製備了對氧化矽膜的研磨性能提高並且對氮化矽膜具有可調節的選擇性比的CMP用漿料組成物。在所製備的CMP用漿料組成物中添加pH調節劑KOH、HNO3以將pH調節為3.5。
<比較例1至比較例2>
除了將ζ電位值調節為負(Negative)值之外，按照表1所記載的組成成分、組成比例、ζ電位值及pH，以與實施例1至6相同的方法製備漿料組成物。
[表1]
Figure 109106765-A0202-12-0010-1
<特性測定(根據CMP用漿料組成物的研磨速度評估)>
評估使用上述實施例1至6及比較例1至2所製備的CMP用漿料組成物對於氧化矽膜、氮化矽膜的研磨速度。
此時，研磨設備使用CTS公司的CMP設備。
使用CMP用漿料組成物對於氧化矽膜、氮化矽膜的研磨速度的測定結果示於以下表2中。
[表2]
Figure 109106765-A0202-12-0011-2
對實施例1至6和比較例進行比較，如上表2所示，確認了作為研磨料的膠態二氧化矽的ζ電位(Zeta potential)為正(Positive)值時，氧化矽膜對氮化矽膜的研磨選擇性比增加。
但是，當ζ電位(Zeta potential)為負(Negative)值時，相反地，確認了氮化矽膜對氧化矽膜的研磨選擇性比增加。
對於在ζ電位(Zeta potential)為正(Positive)值的情況下，在「實施例1至3」中確認了這樣的結果：隨著將ζ電位值增加為15、30、50，對氮化矽膜的去除率減小、對氧化矽膜的去除率增加而使選擇性比增加；對於在ζ電位(Zeta potential)為正(Positive)值的情況下，在「實施例4至6」中同樣確認了這樣的結果：隨著將ζ電位值增加為15、30、50，對氮化矽膜的去除率減小、對氧化矽膜的去除率增加而使選擇性比增加。
另一方面，對於在相同的ζ電位值下增加研磨料含量的情況，在「實施例1和4」中確認了這樣的結果：將研磨料含量從3增加至6時，對氧化矽膜的去除率增加而使選擇性比增加；對於將研磨料的含量增加的情況，在「實施例2和5」以及「實施例3和6」中也確認了這樣的結果：將研磨料含量從3增加至6時，對氧化矽膜的去除率增加而使選擇性比增加。
因此，本發明的組成物，透過增加膠態二氧化矽的ζ電位(Zeta potential)的正值或增加研磨料含量，能夠增加對氧化矽膜的研磨速度，從而能夠以高研磨速度對具有大的初期高度差的氧化矽膜進行研磨。
此外，確認了可以提供一種CMP漿料組成物，透過相對於氮化矽膜的高研磨選擇比對氧化矽膜進行研磨，能夠有效地應用於需要選擇性地去除氧化矽膜的半導體製程中，例如閘極間隙多晶矽(Gate gap poly)製程。
<實施例7>
製備去除了金屬雜質的高純度膠態二氧化矽，並按照與實施例2相同的方法製備CMP用漿料組成物。
<比較例3>
除了使用沒有去除金屬雜質的普通膠態二氧化矽之外，按照與實施例7相同的方法製備CMP用漿料組成物。
所製備的CMP用漿料組成物中含有的金屬雜質含量、組成成分、組成比例、ζ電位值如以下表3所示。
[表3]
Figure 109106765-A0202-12-0012-3
<特性測定(根據CMP用漿料組成物的研磨速度評估)>
表3示出了按照實施例7和比較例3製備的CMP用漿料組成物研磨氧化矽膜後，使用AIT-XP測定的刮痕數。
確認了與比較例3相比，使用實施例7的漿料組成物進行研磨時刮痕數顯著減少。
因此，本發明的組成物，透過使用已去除金屬雜質的膠態二氧化矽，能夠使氧化矽膜的刮痕缺陷最小化，從而提高製程的可靠度和生產力。
<實施例8至12>
按照表4所記載的組成成分、組成比例、ζ電位值及pH製備漿料組成物，首先，準備作為研磨料的膠態二氧化矽，在含有聚乙二醇、雜環化合物5-甲基苯并三唑的添加劑中混合作為溶劑的餘量去離子水，分別調節該研磨料的ζ電位值和含量，製備了對氧化矽膜的研磨性能提高並且對氮化矽膜具有可調節的選擇性比的CMP用漿料組成物。在所製備的CMP用漿料組成物中添加pH調節劑KOH、HNO3以將pH調節為3.5。
<比較例4至5>
除了比較例4不使用聚乙二醇，以及比較例5不使用作為雜環化合物的5-甲基苯并三唑之外，按照與實施例8至12相同的方法製備比較例4至5。此時，以相同的膠態二氧化矽的種類和含量製備CMP用漿料組成物。
所製備的CMP用漿料組成物中包含的漿料含量如以下表4所示。
[表4]
Figure 109106765-A0202-12-0013-4
<特性測定(根據CMP用漿料組成物的研磨速度評估)>
評估使用上述實施例8至12及比較例4至5所製備的CMP用漿料組成物對於氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨速度。
此時，研磨設備使用CTS公司的CMP設備。
使用CMP用漿料組成物對於氧化矽膜、氮化矽膜及多晶矽膜的研磨速度的測定結果示於以下表5中。
[表5]
Figure 109106765-A0202-12-0014-5
對實施例8至12和比較例4、5進行比較，如以上表5所示，確認實施例8至12中氧化矽膜及多晶矽膜對氮化矽膜的研磨選擇性比增加。尤其，氧化矽膜對氮化矽膜的研磨選擇性比均顯著地增加為1：10以上。
相對於此，在比較例4中，在不使用聚乙二醇來調節對多晶矽膜的去除率的情況下，對多晶矽膜的去除率比對氧化矽膜的去除率高，並且可能存在有在CMP製程後留下多晶矽殘留物(residue)的問題。
在比較例5中，在不使用作為雜環化合物的5-甲基苯并三唑的情況，對氮化矽膜的去除率上升，使得氧化矽膜及多晶矽膜對氮化矽膜的選擇性比減少。
如上所示，可以確認在包含本發明的CMP用漿料組成物時，透過使用相對於氮化矽膜的高研磨選擇比對氧化矽膜及多晶矽膜進行研磨，能夠提供一種CMP用漿料組成物，可以有效地應用於需要選擇性地去除氧化矽膜及多晶矽膜的半導體製程中。

Claims (12)

  1. 一種CMP用漿料組成物，用於調節氧化矽膜或多晶矽膜對氮化矽膜的選擇性比以進行研磨，包括：0.2至10重量%之由膠態二氧化矽組成的研磨料；0.001至7重量%之由5-甲基苯并三唑或聚乙二醇組成的添加劑；以及餘量的溶劑。
  2. 如請求項1之CMP用漿料組成物，其中，該添加劑中的聚乙二醇：5-甲基苯并三唑的比例為0~5.0：大於0~5.0；
    該氧化矽膜：該氮化矽膜：該多晶矽膜的研磨選擇性比為1~50：1：1~10。
  3. 如請求項2之CMP用漿料組成物，其中，該膠態二氧化矽的ζ電位(Zeta potential)為+10至+70mV。
  4. 如請求項3之CMP用漿料組成物，其中，該ζ電位(Zeta potential)為+15至+50mV。
  5. 如請求項1之CMP用漿料組成物，其中，該膠態二氧化矽的粒徑為10至120nm。
  6. 如請求項5之CMP用漿料組成物，其中，該膠態二氧化矽的粒徑為30至80nm。
  7. 如請求項1之CMP用漿料組成物，其中，該氧化矽的去除率為200~3000Å/min。
  8. 如請求項1之CMP用漿料組成物，其中，該膠態二氧化矽中金屬的含量為100ppb以下，該些金屬包含Li、B、Mg、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Ta、W、Pt、Na或Al。
  9. 如請求項8之CMP用漿料組成物，其中，該膠態二氧化矽中該些金屬的含量為50ppb以下，該些金屬包含Li、B、Mg、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Ta、W、Pt、Na或Al。
  10. 如請求項1之CMP用漿料組成物，其中，該CMP用漿料組成物的pH為3至5。
  11. 一種使用CMP用漿料組成物的研磨方法，使用如請求項1至10中任一項所述之CMP用漿料組成物，在製造3D快閃記憶體(Nand flash)半導體的閘極間隙多晶矽(Gate gap poly)製程中，對氧化矽膜的初期高度差進行研磨，並同時對被研磨膜進行研磨，該被研磨膜由選自該氧化矽膜或一多晶矽膜中的一種或兩種以及氮化矽膜所形成。
  12. 如請求項11之研磨方法，其中，透過調節添加劑和研磨料的含量，以調節該氧化矽膜：該氮化矽膜：該多晶矽膜的選擇性比，從而同時對該被研磨膜進行研磨。
TW109106765A 2019-03-04 2020-03-02 用於研磨氧化矽層的漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法 TWI736158B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0024836 2019-03-04
KR1020190024836A KR102082922B1 (ko) 2019-03-04 2019-03-04 실리콘산화막 연마용 슬러리 조성물 및 그를 이용한 연마방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202033727A true TW202033727A (zh) 2020-09-16
TWI736158B TWI736158B (zh) 2021-08-11

Family

ID=70472197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109106765A TWI736158B (zh) 2019-03-04 2020-03-02 用於研磨氧化矽層的漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220145131A1 (zh)
EP (1) EP3936582A4 (zh)
JP (1) JP7285938B2 (zh)
KR (1) KR102082922B1 (zh)
CN (1) CN113557272B (zh)
TW (1) TWI736158B (zh)
WO (1) WO2020180061A1 (zh)

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007103515A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Fujimi Inc 研磨方法
US7923507B2 (en) * 2007-08-30 2011-04-12 Siovation, Llc Polyorganosiloxane—containing compositions
CN101407699A (zh) * 2007-10-12 2009-04-15 安集微电子（上海）有限公司 一种抛光低介电材料的抛光液
KR101206075B1 (ko) * 2010-12-16 2012-11-28 솔브레인 주식회사 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
JP2013074036A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Toshiba Corp Ｃｍｐ用スラリーおよび半導体装置の製造方法
US9299573B2 (en) * 2012-03-14 2016-03-29 Hitachi Chemical Company, Ltd. Polishing method
KR20150099718A (ko) * 2012-12-25 2015-09-01 제이에스알 가부시끼가이샤 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 화학 기계 연마 방법
KR101409889B1 (ko) * 2013-12-27 2014-06-19 유비머트리얼즈주식회사 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법
US10283373B2 (en) * 2014-07-09 2019-05-07 Hitachi Chemical Company, Ltd. CMP polishing liquid and polishing method
JP2016056254A (ja) * 2014-09-08 2016-04-21 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
KR102418496B1 (ko) * 2014-12-24 2022-07-08 솔브레인 주식회사 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 소자의 제조방법
KR101773543B1 (ko) * 2015-06-30 2017-09-01 유비머트리얼즈주식회사 연마 입자, 연마 슬러리 및 연마 입자의 제조 방법
KR101628878B1 (ko) * 2015-09-25 2016-06-16 영창케미칼 주식회사 Cmp용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법
JP6262836B1 (ja) * 2016-07-28 2018-01-17 株式会社バイコウスキージャパン 研磨砥粒、その製造方法、それを含む研磨スラリー及びそれを用いる研磨方法
CN110325614B (zh) * 2017-02-28 2022-06-28 富士胶片株式会社 研磨液、研磨液的制造方法、研磨液原液、研磨液原液收容体、化学机械研磨方法
US20200172759A1 (en) * 2018-12-04 2020-06-04 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for cobalt cmp

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020180061A1 (ko) 2020-09-10
EP3936582A4 (en) 2022-12-07
CN113557272A (zh) 2021-10-26
US20220145131A1 (en) 2022-05-12
JP7285938B2 (ja) 2023-06-02
JP2022520742A (ja) 2022-04-01
EP3936582A1 (en) 2022-01-12
KR102082922B1 (ko) 2020-04-23
CN113557272B (zh) 2022-06-28
TWI736158B (zh) 2021-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3457144B2 (ja) 研磨用組成物
TWI658133B (zh) 拋光漿料組合物
JP5326492B2 (ja) Ｃｍｐ用研磨液、基板の研磨方法及び電子部品
EP2321378B1 (en) Chemical-mechanical polishing compositions and methods of making and using the same
JP2015201644A (ja) シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を選択的に研磨するための研磨組成物及び方法
KR20070105301A (ko) 메탈레이트 개질된 실리카 입자를 함유하는 수성 슬러리
CN108026434B (zh) Cmp用浆料组合物及利用该组合物的抛光方法
WO2012005142A1 (ja) 研磨剤および研磨方法
JP2008523638A (ja) コロイド状シリカをベースとする化学機械研磨用スラリー
WO2015170436A1 (ja) Ｃｍｐ研磨剤及びその製造方法、並びに基板の研磨方法
JP2017011225A (ja) 研磨方法及び不純物除去用組成物並びに基板及びその製造方法
JP5516594B2 (ja) Ｃｍｐ研磨液、並びに、これを用いた研磨方法及び半導体基板の製造方法
WO2018120808A1 (zh) 一种用于阻挡层的化学机械抛光液
JP2004165424A (ja) 研磨剤組成物とそれによる研磨方法
TWI754376B (zh) 選擇性化學機械拋光鈷、氧化鋯、多晶矽及二氧化矽膜之方法
TWI736158B (zh) 用於研磨氧化矽層的漿料組成物及使用該漿料組成物的研磨方法
JP2009266882A (ja) 研磨剤、これを用いた基体の研磨方法及び電子部品の製造方法
CN108250972B (zh) 一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液
CN111378367A (zh) 一种化学机械抛光液
JP2015074737A (ja) 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法
KR100599329B1 (ko) 연마용 슬러리 및 기판 연마 방법
JP2023540708A (ja) 半導体工程用研磨組成物、研磨組成物の製造方法および研磨組成物を適用した半導体素子の製造方法
JP2015074707A (ja) 研磨組成物、該研磨組成物の製造方法及び研磨方法
KR20230013031A (ko) 합성석영유리기판용의 연마제 및 그 연마제의 제조방법, 및 합성석영유리기판의 연마방법
JP2020077856A (ja) 窒化ケイ素を上回って二酸化ケイ素を研磨するケミカルメカニカルポリッシング組成物及び方法