TWI374930B

TWI374930B - Adjuvant for controlling polishing selectivity and chemical mechanical polishing slurry comprising the same

Info

Publication number: TWI374930B
Application number: TW095145382A
Authority: TW
Inventors: Gi Ra Yi; Jong Pil Kim; Jung Hee Lee; Kwang Ik Moon; Chang Bum Ko; Soon Ho Jang; Seung Beom Cho; Young Jun Hong
Original assignee: Lg Chemical Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2012-10-21
Also published as: WO2007067001A1; US8163650B2; US20070132058A1; US8652967B2; US20120187333A1; TW200728440A; ATE527331T1; CN101326257A; EP1957599A4; CN101326257B; EP1957599B1; KR20070061343A; KR100786949B1; EP1957599A1; JP2009518851A; JP4851535B2

Description

1374930 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種作為控制研磨選擇性的辅助劑，以及包含該輔助劑之CMP(化學機械研磨）漿液。 5 【先前技術】當具有一較大積體尺寸的微電子裝置被連續開發後，做 .為製造此類微電子裝置所需的平坦化製程已日趨重要。隨著一部分成果進而獲得非常大尺寸的積體微電子裝置，多 10 重互相連結技術以及多層堆疊技術已普遍運用於半導體晶圓。然而，執行上述其中一種技術後所產生的非平坦化導致許多問題產生。因此’平坦化製程需運用於微電子裝置製造程序中的各種步驟，以便於減少晶圓表面的不平整性。此類平坦化技術的其中一種為CMP(化學機械研磨）。 15 CMP作業期間’ 一晶圓施壓於相對應晶圓表面旋轉的一研磨墊上’同時於研磨作業期間一眾所周知的化學試劑作為 1 CMP漿液注入研磨墊上。此CMP技術經由化學與物理活動完成晶圓表面的平坦化。換言之，CMP技術完成晶圓的平坦化係經由將晶圓施壓於相對應晶圓表面旋轉的研磨塾 20 上’並且在同一時間提供一化學活性漿液至具有圖案的晶圓表面。一具體實施例，其所使用的CMP技術為STI(淺溝槽隔離）。STI製程近來才被開發’可解決發生於傳統L〇COS(石夕局部氧化）的問題，並且可使晶片間電力隔絕。此乃因為當 1374930 最小線寬規格更趨嚴謹並降至〇.13μηι或更小的一程度時’傳統LOCOS製程產生一問題即所謂的鳥喙現象。在 STI技術中’形成相對較淺的溝槽，此溝槽使用於場區域内作為分隔晶圓表面的活性區域。 5 如圖1所示’於STI製程中，一襯墊氧化矽（Si〇2)層101 以及一氮化矽（SiN)層102依次地形成於半導體晶圓上。接著’ 一光阻劑圖案形成於SiN層102上。然後，以光阻劑圖案作為遮蔽物，將SiN層102，概塾氧化妙層1〇1以及 I 半導體晶圓100的部份蝕刻去除，如此形成多重的溝槽 10 103。再者，為了形成場區域，以LPCVD(低壓化學氣相沈積）、PECVD(電漿輔助化學氣相沈積）或HDPCVD(高密度電漿化學氣相沈積）方式沈積一絕緣氧化石夕層1 〇4，以便於使溝槽103填滿層1〇4，並將SiN層102表面覆蓋著層1〇4。 15 隨後’研磨絕緣氧化矽層104直到露出SiN層102。此外，SiN層102位於二相鄰活化區域間，襯墊氧化矽層1〇1 丨亦經姓刻移除。最後’一閘極氧化矽層1 〇5形成於半導體 •晶圓表面。於此，為了移除絕緣氧化矽層1〇4的CMP作業期間， 20 由於絕緣氧化矽層1〇4與SiN層102不同的化學與物理特性’可以顯示不同的移除速率。絕緣氧化矽層與氮化矽層移除速率的比例，係取決於 CMP漿液的選擇性。當CMP漿液的選擇性下降，經由漿液移除的SiN層數 6 1374930 量會增加。較佳情況為不移除SiN層。換言之，較佳為絕緣氧化矽層對SiN層的選擇性大於30:1。然而，傳統的CMP 漿液具有一絕緣氧化矽層對SiN層的低研磨選擇性，其值約為4:1。因此，在實施CMP製程中，SiN層被研磨至超 5 過可接受的程度。基於此一結果，於CMP作業期間，SiN層圖案依據在晶圓内的位置可能被不均勻的移除。因此，SiN層具有遍及整個晶圓的多變厚度。特別地，在一半導體晶圓同時具 > 有高密度圖案與稀疏圖案的一事例中，此為一相當嚴重的 10 問題。由於上述問題，具有一場區域的最終結構，具有一定程度的活化區域與場區域差異，導致製造半導體裝置的後續步驟的餘裕降低，進而使電晶體與裝置的品質下降。簡而言之，傳統CMP製程有其問題存在，即經由CMP製程移 15 除氧化層後無法獲得具有一均勻厚度的SiN層。

為了解決此問題，近來已進行諸多嘗試以便於發展一漿 f 液組成物，能夠將絕緣氧化矽層的移除速率控制在高於SiN 層。舉例之，揭露於美國專利，編號5,614,444 ;日本公開公報專利，編號 1998-106988、1998-154672、1998-270401、 20 2001-37951、2001-35820 與 2001-319900 ;以及韓國公開公報專利，編號 2001-108048、2002-0015697、2003-0039999、 2〇〇4_0057653、20〇4-0013299 與 2003-0039999 的漿液組成物。然而，依先前技術領域所述的此類技術有其運用範圍太 7 1374930 廣以及定義不明確的問題，並且僅只提供研磨速率與選擇性比例相關基本資訊。因此，此類技術並不適於使用。除了上述之外，國内半導體以及漿液製造公司已發展一添加劑作為提升氧化鈽漿液的研磨選擇性，添加劑包括〜 5單獨直鏈聚合物或混合一低分子量材料。此添加劑揭露於韓國公開公報，編號 2003_0039999、2〇〇4 〇〇98671、 2004-0095118 以及 2005-0004051 » 如上所述’為了藉由絕緣氧化矽層對SiN層的研磨逮 i 率比例的表示進而改善研磨選擇性，已針對CMp漿液組成 1〇物做密集的研究開發並持續至今日，而此漿液組成物仍然有極大的改善空間。【發明内容】本發明之一主要目的係提供一種輔助劑，係同時使用於 15研磨-陽離子充電材料結構，例如一氮化層，以及一陰離子充電材料’例如一氧化層’為了提高對陰離子充電材料丨結構的研磨選擇性，輔助劑於陽離子充電材料的結構上形成一吸附層。本發明採用具有一 2〇〇〇〜5〇〇〇〇重量平均分子量的直鏈聚電解質與重量平均分子量控制在丨，〇〇〇〜2〇〇〇〇 20的接枝型聚電解質（離子聚合物或巨離子）所構成的一組合物。依本發明所述之輔助劑’相較於僅包括直鍵聚電解質的輔助劑，可以提高研磨選擇性。藉由調整直鍵聚電解質對接枝型聚電解質的比例，亦可能獲得一所需範圍的研磨選擇性。 8 1374930 依本發明之一態樣所述，係提供一同時使用於研磨一陽離子充電材料與一陰離子充電材料之輔助劑，其在陽離子充電材料上形成一吸附層，以提高陰離子充電材料的研磨選擇性，此輔助劑包括一聚電解質鹽類，此聚電解質鹽類 • 5 包含：（a)具有一重量平均分子量為2,000〜50,000的直鏈聚 ' 電解質與具有一重量平均分子量為1,000〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈的接枝型聚電解質所組成的一混合物；以及（b)—鹼性材料。亦同時提供包含上述輔助劑以及研磨劑 • 微粒的CMP漿液。 10 依本發明之另一態樣所述，提供一 CMP漿液所用之輔助劑’其包括一聚電解質鹽類，此聚電解質鹽類包含：（a)具有一重量平均分子量為2,000〜50,000的直鏈聚電解質與具有一重量平均分子量為1，〇〇〇〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈的接枝型聚電解質所組成的一混合物；以及（b) —鹼性材 I5 料。亦同'時提供包括上述輔助劑以及研磨劑微粒的CMP漿液。 • 依本發明之另一態樣所述’係提供使用上述CMP漿液的一 STI(淺溝槽隔離）方法。依本發明之另一態樣所述，係經由使用一聚電解質鹽 2〇類’此聚電解質鹽類組成包含：（a)具有一重量平均分子量為 2,000〜50,000的直鏈聚電解質與具有一重量平均分子量為 1，000〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈的接枝型聚電解質所组成的一混合物；以及（b)—鹼性材料；進而提供控制陰極充電材料對陽極充電材料研磨選擇性的一種方法。 9 下文中，本發明將做更詳盡的敘述。本發明之特徵係為了在研磨時有效抑制陽極充電材料的結構’同時減少因研磨劑微粒所產生的微細刮痕，而於研磨製程期間使用具有一重量平均分子量為1，000〜20,000 的接枝型聚電解質結合具有一重量平均分子量為 2’⑼〇〜50,〇〇〇的直鏈聚電解質。 —般而言’氮化矽表面為陽離子充電，而氧化矽表面為陰離子充電。因此，為了提高氧化矽對氮化矽的研磨選擇 ^ 陰離子充電聚合物’例如一聚電解質，經由靜電力被吸附於陽離子充電氮化矽上，以便於預防陽離子充電氮化矽進行研磨作業，以此方式使陰離子充電氧化矽能更進一步承受研磨作業。於此’如果陰離子充電聚合物的分子量太低，吸附在陽離子充電材料結構的聚合物會過於稀疏或者以一薄吸附層的形成方式呈現。因此，可能無法有效地預防陽離子充電材料進行研磨作業。為了在研磨作業期間預防陽離子充電材料進行研磨’較佳為使陰離子充電聚合物具有一高分子量。然而’如果分子量過高，部分聚合物會經由凡得瓦力吸附在研磨劑微粒上，進而產生微粒群聚作用。再者，此群聚微粒可能在CMP作業期間產生到痕》因此，本發明之特徵係為了將以靜電力吸附在陽離子充電材料的陰離子充電聚合物增至最大量，以及因凡得瓦力所產生的吸附作用降至最低，所以除了具有一已控制分子量的直鏈聚電解質外，使用包含一骨幹與一側鏈結構的一丄374930 接枝型聚電解質◊當所包含的接枝型聚電解質與直鏈聚電解質皆處於相同分子量範圍内，接枝型聚電解質的骨幹鍵長度較短於直鏈聚電解質的鏈長，如此可減少接枝型聚電解質的群聚現象。此外，接枝型聚電解質，其具有側鍵接 5枝至骨幹上，可在陽離子充電材料上形成每單位面積具有 •較高聚合物密度，較大厚度，長度與側鏈成一定比例的一吸附層（請參考圖2)。簡而言之，依本發明所述，除了直鏈聚電解質之外使用接枝型聚電解質。以此方式，接枝型聚電解質可以選擇性 10吸附在陽離子充電材料上至一寬大厚度而不需增加其分子量。由此，陽離子充電材料的結構經由靜電力選擇性的覆蓋接枝型聚電解質，因而於研磨作業期間受到保護，如此陰極充電材料（例如氧化矽）對陽極充電材料（例如氮化矽）的研磨選擇性可以提升。 15 此外’當相較於單獨使用直鏈聚電解質的辅助劑，包含直鏈聚電解質結合接枝型聚電解質的輔助劑，顯示增強的 _ 表面保護能力，以此方式可以降低因研磨劑微粒所產生的到痕。同時，如果使用依本發明所述之辅助劑，可能不僅只提 20 升陰離子充電材料的研磨選擇性亦包含非充電材料。因此’非充電材料如同於陰離子充電材料亦包含於本發明之範圍内。當使用此處所定義之“具有一重量平均分子量為 2,000〜50,000的直鏈聚電解質”時，一陰離子充電材料結構 1374930 (例如氧化矽）對陽離子充電材料結構（例如氮化矽）的研磨選擇性可以為30:1或更高值。同時’當使用此處所定義之“具有一重量平均分子量為 1 ’000〜2〇,〇〇〇並且包含一骨幹與一惻鏈的接枝型聚電解質，， 5 時’一陰離子充電材料結構（例如氧化矽）對陽離子充電材料結構（例如氮化矽）的研磨選擇性可以高於上述使用直鏈聚電解質所獲得的研磨選擇性。因此，當使用以一適當比例，將“具有一重量平均分子 > 量為2,0〇〇〜5〇,〇〇〇的直鏈聚電解質”結合“具有一重量平均 10 刀子置位於1，〇〇〇〜20,000並且包含一骨幹與一側鏈的接枝型聚電解質”，可以將研磨選擇性範圍控制在50:1至100^。較佳地’使用於本發明之直鏈聚電解質為一包含羧基的化合物’及其特別舉例可包含：丙烯酸、甲基丙稀酸、衣康酸、順丁烯二酸或其他類似化合物。】5 直鍵聚電解質較佳為具有一重量平均分子量為 2,000〜50,000»如果直鏈聚電解質具有的重量平均分子量低丨於2,000’氮化矽層的研磨速率會增加，進而導致研磨選擇性下降。另一方面，如果直鏈聚電解質具有的重量平均分子量高於50,000，氧化矽層的研磨速率會下降。 20 如圖2所示，本發明可使用的接枝型聚電解質包含一骨幹200以及一側鏈201。依本發明所述’接枝型聚電解質具有一重量平均分子量為1,000〜20,000 ’較佳為3,000〜15,000。如果接枝型聚電解質具有的重量平均分子量低於1，000或高於2〇,〇〇〇，無法獲 12 1374930 得一穩定的漿液组成物。此外，如果聚電解質具有的重量平均分子量高於20,000,研磨劑微粒會產生群聚。更甚者，在後面事例中，$電解質吸附在陰離子充電材料（例如氧化石夕）結構以及陽離子充電材料（例如氮化硬）結構上，以至於 5使聚電解質於研磨作業期間提供作為一防護層。因此，陽 . 離子充電材料結構與陰離子充電材料結構的研磨速率在同一時間降低，致使研磨選擇性下降。較佳地，接枝型聚電解質内的側鏈較佳地具有相當於 ® 500〜2,000分子量的一長度，以及在接枝型聚電解質内的骨 ίο 幹具有相當於500〜15,〇⑻分子量的一長度。如果側鏈的長度過短，由於較小的覆蓋厚度，使聚電解質無法執行有效的保護功能。另一方面，如果側鏈長度過長，微粒的群聚作用可能產生。此外’骨幹長度過短，將導致聚電解質吸附不良。另一方面，如果骨幹長度過長，研磨劑微粒的群 15 聚作用可能產生。聚電解質的骨幹提供作為靜電吸附作用的主要發生地 ί 點。由此，骨幹較佳地包含一大量的陰離子單元，作為吸附在陽離子充電材料結構上之用。舉例之，此陰離子單元包括例如以羧基作為一部份之官能基。 20 相較於骨幹，侧鏈對靜電吸附作用的影響處於較小的程度。由此，側鏈不需為陰離子充電性。然而，側鏈必須不具陽離子性。側鏈主要提供作為形成具有大厚度的吸附覆蓋層。較佳地，接枝型聚電解質的側鏈包括從含羥基、羧基以 13 1374930 及/或礦酸基的烯系不餘和單體聚合或共聚合作用所衍生的一巨大單元^同樣地’接枝型聚電解質的骨幹包括從含幾基的烯系不餘和單鍾所衍生的一單元。一般而言，研磨用之漿液以水作為分散媒介。由此，較 5 佳為接枝型聚電解質可溶於水。如此，同樣較佳的為形成 - 接枝型聚電解質側鏈的巨大單元為親水性，以及較佳地從具有尚親水性的單體（例如，含羥基、羧基、以及/或者績酸基烯系不飽和單體）所衍生的單元。巨大單元為一短鏈聚合 • 物’衍生自從8〜16次單體以及末端覆蓋一官能基所聚合的 10 一巨大單體。因為如果側鏈包括的巨大單體過長’群聚現象可能產生’以及如果因為側鏈包括的巨大單體過短，聚電解質無法執行保護功能。使用於本發明的接枝型聚電解質可以經由使用韓國公開公報專利編號第2005-01 13758所揭露的方式進行製備， 15 所有内容併入於此作為參考之用。同時，使用作為形成接枝型聚電解質的主要單體包括羧 § 酸，例如丙烯酸。然而，當此類單體使用水進行聚合時，所產生的問題為由於其高黏性而使形成聚合物的反應混合物無法進行攪拌。更甚者’為了降低黏性而減少反應混合 20 物的固體含量時’在製造聚合物的成本效應考量上是不明智的。因此，依本發明所述，當執行單體聚合反應時，使用水與異丙醇的一水性混合物以便於獲得一所需範圍的分子量，同時聚合混合物的固體含量維持在約4〇%。此外，聚合反應在相當於異丙醇沸點的一溫度下進行。再者，異丙 “7493ο

l〇 ·15 醇的功能亦如同於一鏈轉移劑，由此可有效製造具有一所需分子量範圍的接枝型聚電解質。接枝型聚電解質較佳地可包含一烷氧基聚伸烷基乙二醇單丙稀酸（甲）酯單體，其側鏈可由下述分子式所表示： [分子式1] R1

I CH2 = C-COO-(R2〇)mR3 其中R1為一氫原子或甲基； R Ο為一 C2〜C4氧伸烧或其一組合物，以及當其為至少二種C2〜C4的氧伸烷基團的一組合物時，可以隨意添加或以一組形式添加； R3為一 C1〜C4烷基：以及 m為氧伸烷基的一平均添加莫耳數，以〗〜5〇的整數表 TJx 〇特別地，烷氧基聚伸烷基乙二醇單丙烯酸（甲）酯單體包含於聚電解質内的含量為10〜50wt%。如果被包含的單體數麗低於10%，對於獲得面選擇性有其困難，其以不同方式從接枝型聚電解質處獲得。如果被包含的單體數量高於50%，包含相同方式使用一高選擇性添加劑的一最終漿液合成物可能會有氣泡生成增加的問題。依本發明所述，各個直鏈聚電解質、接枝型聚電解質及其混合物，經由使用位於水相内的—鹼性材料，可以轉換聚電解質鹽類》同樣地，本發明之範圍可以包括除了聚電解質鹽類的聚電解質型態。 15 20 1374930 依本發明所述之聚電解質鹽類具有4.5〜8.8的酸鹼度 (pH) ’以及較佳值為6 〇〜8 〇。如果pH低於4.5或高於8.8，可能無法獲得足夠程度的研磨選擇性。當本發明所述之輔助劑添加至CMP漿液中，可使用的驗. 5 性材料包括至少一種材料選自由氫氧化銨（NH4OH)以及鹼性按類例如氫氧化四曱銨、氫氧化四乙銨、氫氧化四丙銨以及氫氧化四丁銨所組成之群組。此鹼性材料可以單獨使用或以組合方式使用。 I 除了上述輔助劑之外，本發明亦提供一 CMP漿液，其包 10 括：（i) 一輔助劑’其包括（a)具有一重量平均分子量為 2,000〜50,000的直鏈聚電解質與具有一重量平均分子量為 1，000〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈的接枝型聚電解質所組成的一混合物，以及（b)一鹼性材料；（Η)研磨劑微粒；以及（iii)水。 15 CMP漿液内輔助劑較佳的使用量為0.1〜l〇wt%。如果使用量低於O.lwt% ’氮化矽層的研磨速率增加進而降低研磨 > 選擇性並且於研磨一圖案化晶圓的過程中會產生一碟形現象。另一方面，如果使用量高於1 〇wt%，氧化石夕層的研磨速率降低，導致製成時間上升以及研磨選擇性下降。 2〇 CMP漿液内研磨劑微粒的使用量為〇丨〜⑺〜％。如果使用量低於O.lwt%，氧化層的高移除速率無法充份完成。另一方面’如果使用量高於1 〇wt%，漿液顯示貧乏穩定性。奈米尺寸陶莞研磨劑微粒’例如氡化石夕、氧化紹、氧化錯·、氧化鈦或氧化飾微粒可以使用作為研磨劑微粒。較佳 16 1374930 地，使用氧化鈽微粒。經由使用聚電解質鹽類溶於一溶劑中（例如水），以及將研磨劑微粒分散於一分散媒介（例如水）中，可以製備CMP 榮液°較佳地’聚電解質鹽類的水溶液具有3〜3 5wt%的濃 5 度，以及研磨劑微粒的水分散液濃度為4〜6wt%。因此，形成CMP漿液的水可能來自包含聚電解質鹽類或研磨劑微粒的合成物中所呈現的水❶水的使用量為調整漿液的總重量至lOOwt%。較佳地，水的使用量為 I 94〜99.8wt%。如果使用量低於94wt%，漿液穩定性方面會 10 降低。如果使用量高於99.8wt%，研磨速率會降低。再者，本發明提供使用CMP漿液的一 STI(淺溝槽隔離）方法0 當使用依本發明所述之CMP漿液時，由於氧化矽層對氮化矽層的高選擇性，可以均勻的移除涵蓋晶圓所有範圍的 15 SiN層。由此’可以減少厚度變化。基於此一結果，活化區域與場區域間僅有些微差異，同時對電晶體以及微電子裝 > 置的品質不會產生不利影響。此外，漿液合成物可以減少於CMP作業時所產生的微細刮痕。因此，本發明之運用可以適用於製造需要微型圖案的非常大尺寸的積體半導體裝 20 置，從而提供可靠度以及生產力。再者’本發明係提供一種方法，經由使用具有一重量平均分子量為2,000〜50,000的直鏈聚電解質與具有一重量平均分子量為1,000〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈的接枝型聚電解質所組成的一混合物，進而控制陰極充電材料對 17 1374930 陽極充電材料的研磨選擇性。舉例之，依本發明所述，經由使用“具有一重量平均分子量為2,000〜50,000的直鏈聚電解質”適當地結合“具有一重量平均分子量為1，〇〇〇〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈 5 的接枝型聚電解質，，’可以將研磨選擇性範圍控制在50:1至 100:1。

【實施方式】下述將具體說明本發明之較佳實施例，但本發明所主張之權力範圍自應以申請專利範圍為準，而非僅限於下述實施例。製備例1:直鏈聚電解質之製備 2L的玻璃反應器裝置一溫度計、一攪拌器、一滴液漏斗、一氮氣注入管以及一回流冷凝管’ 160重量份的蒸餾水以及240重量份的異丙醇置入其中，反應下在攪拌下以氮氣淨化，並且在氮氣氣壓下將反應混合物加熱至80«>c。包含300重量份丙烯酸混合250重量份蒸餾水的單體水溶液以及以包含9.7wt%氫氧化按的90重量份的水溶液作為起始劑以超過3小時的時間逐滴添加至反應器中。完成 20 添加作業後’為使反應混合物成熟，維持在80°C下2小時以便於完成聚合反應。聚合反應後，以超過2〜3小時的時間，將壓力從大氣壓力逐步提高至高於100托耳（torr)，以便於從反應混合物中萃取出異丙醇以及水。然後，將反應混合物冷卻至室溫， 18 1374930 以29wt%的氨水進行中和i小時以便於獲得直鏈聚電解質鹽類。直鏈聚電解質鹽類經凝膠滲透層析法（Gpc)測量後，顯示其具有15,239的重量平均分子量。 5 製備例2:接枝型聚電解質之製備除了單體水溶液包含210重量份的丙烯酸以及以9〇重量份甲氧基聚乙烯乙二醇單丙烯酸甲酯（環氧乙烷基團的平均添加莫耳數:6莫耳）取代3〇〇重量份的丙烯酸之外，其齡餘製備丙烯酸-甲氧基聚乙烯乙二醇單丙烯酸甲酯接枝型 10 聚電解質的方式如同製備例1的方式。接枝型聚電解質具有17,896的重量平均分子量。 (製備CMP漿液用之辅助劑）首先’從製備例1所獲得的1〇〇重量份直鏈聚電解質混合從製備例2所獲得的〇重量份接枝型聚電解質，將此混 15合物以水稀釋至3糾％的一濃度。然後，以氫氧化銨作為一鹼性材料添加至聚電解質溶液，將pH調整至7·〇〜8·〇以變丨於提供CMP漿液所需之辅助劑。 (CMP漿液） CMP漿液之製備係以1:3:3的體積比例混合上述所獲得 20的CMP漿液所用之輔助劑、研磨劑微粒以及水。然後，將漿液的pH調整至約pH7.5〜8.〇。實施例2〜5 除了直鍵聚電解質與接枝型聚電解質的混合比例如下面表格1所顯示之外，其餘CMP漿液用之輔助劑以及包含 1374930 該辅助劑之CMP漿液的提供方式皆相同於前述

想也m 衣两CMP 水夜用之辅助劑及CMP漿液方式。

[表格1J

------- 直鏈聚電解質接枝型 1〇ί —----- 90重量份實施例3 --Ξ---- 75重量份 25重|^^~ 卜 50重 - 實施例4 50重量份實施例5 25重量份 75重量份 ——--I 5 比較例1 除了不使用CMP漿液用之輔助劑之外，其餘提供cMp 漿液的方式皆相同於前述製備CMP漿液用之辅助劑及 CMP漿液之方式。比較例2

•1〇除了使用從 Hitachi Co.(日本）取得的 HS8〇〇5 Gp(pAA 類直鍵聚電解質）取代前述製備CMP漿液用之辅助劑方式 t所使用的直鏈聚電解質之外，其餘CMp漿液用之輔助劑以及包含該輔助劑之CMP漿液的提供方式皆相同於前述製備CMP漿液用之輔助劑及CMP漿液之方式。 15 〈實驗例> 評估從實施例2〜5以及比較例i與2所獲得的CMp漿液。為此測試，使用從GnP科技所取得的一 p〇LI4〇〇之 CMP設備。研磨晶圓，此類晶圓包括在其上方沈積一 7,〇〇〇a 20 1374930 厚度氧化矽層的氡化物晶圓以及在其上方沈積一 1，50〇A厚度氮化矽層的氮化物晶圓。如下面表格2所顯示之條件進行研磨測試》 I表格2] 研磨墊 ICI400(Rodel, USA) 晶圓厚度測量 Nanospec6100(Nanometerics, USA) 研磨頭速度 90 rpm 轉轴速度 90 rpm 下壓力 4 psi 背壓 0 psi 漿液供給速率 100 Ml/min 依據上述條件，藉由使用從實施例2〜5以及比較例1 與2所獲得的CMP漿液執行CMP作業1分鐘。然後，測量研磨後厚度變化、研磨速率以及研磨選擇性。結果顯示於下面表格3中。 10 [表格3】

氡化物層研磨速率（A/min) WIWNU (%) 氮化物層研磨速率(A/min) 研磨選擇性實施例2 4234 3.58 67 63:1 實施例3 4268 2.89 64 67:1 實施例4 4380 3.48 59 74:1 實施例5 4518 2.78 55 82:1 比較例1 5241 5.92 957 5:1 21 1374930 比較例2 4182 7.34 71 59:1 [附註]WIWNU(晶圓表面不均勻度）-晶圓平均厚度除以研磨後晶圓厚度標準偏差所獲得的數值。一較低 WIWNU象徵一較高平坦化等級。由表格3可知，相較於比較例1，使用依實施例2〜5所製備，包含一直鏈聚電解質與一接枝型聚電解質所構成之混合物的CMP漿液用之輔助劑而獲得的CMP漿液，提供 Φ5 氧化物層一較高研磨速率以及氮化物層一較低研磨速率。由此可提供一增加的研磨選擇性。同時’從表格3中實施例2〜5的結果可知，經由控制直鏈聚電解質對接枝型聚電解質的比例，可以控制研磨選擇性。 10 由前文可知，依本發明所述CMP漿液所用之輔助劑，其包括運用於CMP製程由一直鏈聚電解質與一接枝型聚電解質所組成的一混合物，可以降低因研磨劑微粒所產生的 ® 微細刮痕’以及相較於僅使用直鏈聚電解質之CMp漿液，可増加研磨選擇性。此外，藉由控制直鏈聚電解質對接枝 15 型聚電解質的比例，可以獲得一所需範圍的研磨選擇性《雖然本發明已以目前最實用的與較佳的具體實施例來做說明，吾人應當瞭解本發明並非只限於此處所揭露之具體實例與圖示，相反地，而是意指涵蓋在隨附申請專利範固之精神與範圍下所做的各種修飾與變化。【圖式簡單說明】 22 20 1374930 圖1係為一繪示一傳統STI(淺溝槽隔離）製程之流程圖0 圖2係為一顯示依本發明較佳具體實施例所述之接枝型聚電解質之示意圖。【主要元件符號說明】 · 1〇ι 襯墊氧化矽層 SiN 增 103 溝槽 104 絕緣氡化矽層 105 閘極氡化矽層 2〇〇骨幹 201 側鏈

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Claims

1374930

十、申請專利範圍： 5

種同時使用於研磨一陽離子充電材料與一陰離子充電^料之辅助劑，其在陽離子充電材料上形成一吸附層以提高陰離子充電材料的研磨選擇性，其中該輔助劑包括一聚電解質鹽類，該聚電解質鹽類包含： (a)/、有重量平均分子量為2,000〜50,〇〇〇的陰離子充電直鏈聚電解質與具有—重量平均分子量為^刪〜麵並且包括一骨幹與一側鏈的陰離子充電接枝型聚電解質所組成的一混合物，其令’該直鏈聚電解質之量係該混合物總重量的25,重量份，且該枝型聚電解質之量係該混合物總重量的10〜75重量份，其中接枝型聚電解質包含一烷氧基聚伸烷基二醇單（甲）丙烯酸酯單體，其側鏈可由下述分子式丨所表示： [分子式1] R1 I CH2 = C-CO〇-(R2〇)mR3 其中R1為一氫原子或甲基； R20為一C2〜C4氧伸烷或其組合物，以及當其為至少二種C2〜C4的氧伸烷基團的組合物時，可以隨意添加或以一組形式添加； 20 R3為一C1-C4烷基；以及 m為氧伸烷基的一平均添加莫耳數，及代表卜％的整數；以及 24 1374930 (b) —鹼性材料；其中’直鍵聚電解質為包含一羧基的化合物；以及，接枝型聚電解質包括：一衍生自包含至少一個官能基選自由羥基、羧基以及磺 5 酸基的烯系不飽和單體的聚合作用或共聚合作用之巨大單體，其係作為側鏈；以及一衍生自含羧基烯系不飽和單體之單元，其係作為骨幹， I 其中鹼性材料（b)為氫氧化銨或鹼性銨類（basic amine) ^ 10 2.—種CMP(化學機械研磨）聚液用之辅助劑，其包括一聚電解質鹽類’該聚電解質鹽類包含： (a)具有一重量平均分子量為2,〇〇〇〜5〇,〇〇〇的陰離子充電直鏈聚電解質與具有一重量平均分子量為1〇〇〇〜2〇〇〇〇並且包括一骨幹與一側鏈的陰離子充電接枝型聚電解質所 15 組成的一混合物，其中，該直鏈聚電解質之量係該混合物總重量的25〜90重量份，且該枝型聚電解質之量係該混合物 | 總重量的10〜75重量份，其中接枝型聚電解質包含一烷氧基聚伸烷基二醇單（甲）丙烯酸酯單體’其側鏈可由下述分子式1所表示： 20 [分子式1] R1 I CH2 = C-CO〇-(R2〇)mR3 其中R1為一氫原子或甲基； 25 R Q為一C2〜C4氧伸烷或其組合物，以及當其為至少二種C2 C4的氧伸烷基團的組合物時可以隨意添加或以一組形式添加； R3為一 C卜C4烷基；以及 m為氧伸烷基的一平均添加莫耳數，及代表丨〜5〇的整數；以及 (b)—驗性材料；其中’直鏈聚電解質為包含一羧基的化合物；以及，接枝型聚電解質包括：一衍生自包含至少一個官能基選自由羥基、羧基以及磺酸·基的稀系不飽和單體的聚合作用或共聚合作用之巨大單體’其係作為側鏈；以及一衍生自含羧基烯系不飽和單體之單元，其係作為骨幹，其中驗性材料（b)為氫氧化敍或驗性敍類（basic amine) β 3·如申請專利範圍第1或2項所述之輔助劑，其中羧基衍生自至少一種酸類選自由丙稀酸、甲基丙稀酸、衣康酸以及順丁稀二酸所組成之群組。 4. 如申請專利範圍第1或2項所述之輔助劑，其中側鏈具有相當於500〜2,000分子量的一長度，以及骨幹具有相當於 500〜15,0〇〇分子量的一長度。 5. 如申請專利範圍第1或2項所述之輔助劑，其中烷氧基聚伸烷基乙二醇單丙烯酸（甲）酯單體所呈現的數量佔接枝型聚電解質的1 0〜50wt%。 1374930 6. 如申請專利範圍第1或2項所述之輔助劑，其中出現在接枝塑聚電解質的骨幹，衍生自含羧基烯系不飽和單體之早元，係為衍生自甲基丙稀酸或丙稀酸。 7. 如申請專利範圍第1或2項所述之輔助劑，其中出現在 5 接枝型聚電解質的骨幹’衍生自含羧基烯系不飽和單體之單元’其使用量佔骨幹總重的65〜100重量份。 8. 如申請專利範圍第1或2項所述之辅助劑，其具有一酸驗度（pH)為4.5〜8.8。 • 9.一種CMP(化學機械研磨）漿液，其包括： 10 (a) 0.1〜如申請專利範圍第1或2項所定義之輔助劑； (b) 0.1〜l〇wt%研磨劑微粒；以及 (c) 佔漿液總重量1〇〇 wt%的平衡水量。 10.—種STI(淺溝槽隔離）方法，包含： 15 依次地形成一襯墊氧化矽（Si〇2)層以及一氮化矽（SiN) 層於一半導體晶圓上； Φ 形成一光阻劑圖案於該氮化矽層上；以光阻劑圖案作為遮蔽物，部分蝕刻該氬化矽層、該襯墊氧化矽層以及該半導體晶圓，以形成多重之溝槽； 20 沈積一絕緣氧化矽層，以使該溝槽填滿該絕緣氧化矽層’並覆蓋該絕緣氧化矽層於該氮化矽層之表面；使用如申請專利範圍第9項所定義之CMP漿液研磨該該絕緣氧化矽層直到露出該氮化矽層；移除5欢位於一相鄰活化區域間之氮化石夕層，概塾氧化石夕 27 1374930 層亦經蝕刻移除；以及形成一閘極氧化矽層形成於該半導體晶圓之表面。 11· 一種於研磨作業期間控制陰離子充電材料對陽離子充電材料研磨選擇性的方法’該方法利用具有一重量平均 .5 分子量為2,000〜50,000的陰離子充電直鍵聚電解質與具有 - 一重莖平均分子重為1，〇〇〇〜20,000並且包括一骨幹與一側鏈的陰離子充電接枝型聚電解質所組成的一混合物，其中該陰離子充電材料對陽離子充電材料研磨選擇性，藉由增 •加該混合物中接枝型聚電解質對直鏈聚電解質之比例而增 10 加。 12.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中研磨選擇性控制在50:1〜100:1的一範圍内。 28