TWI779015B - 用於化學機械研磨的漿料組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明有關於一種用於化學機械研磨的漿料組成物。更具體地，本發明有關於一種用於化學機械研磨的漿料組成物及利用它的半導體基板的研磨方法，使用具有磷酸鹽基的化合物作為研磨選擇比調節劑且選擇性地與上述研磨選擇比調節劑一起進一步使用三級胺化合物，與以往相比，可對氮化矽膜等絕緣膜或鎢等金屬膜單獨或同時進行研磨，尤其可調節它們的研磨速度，從而可使半導體元件的層與層之間段差最小化。

Description

用於化學機械研磨的漿料組成物
本申請案主張於2017年04月27日及2018年02月21日 提交韓國智慧財產局，申請號分別為10-2017-0054609及10-2018-0020654的韓國專利申請的優先權，其全部內容以引用的方式併入本申請案。
本發明有關於一種用於化學機械研磨的漿料組成物。更詳細地，本發明有關於一種用於化學機械研磨的漿料組成物及利用它的研磨方法，該漿料組成物包含磷酸鹽化合物作為選擇比調節劑，可以調節研磨對象的選擇比。
隨著半導體元件高積體化、高密度化及多層結構化，使用更微細的圖案形成技術，因此半導體元件的表面結構變得複雜，而且層間膜之間的段差也變得更大。
當該些層間膜之間有段差時，半導體元件製程中會產生不良，所以使段差最小化變得很重要。因此，為了減小該些層間膜之間的段差，使用半導體基板的平坦化技術。
在上述半導體基板的平坦化技術中，為了在半導體製程中清除鎢等金屬，使用反應離子蝕刻法或化學機械研磨法（chemical mechanical polishing：CMP）等。該反應離子蝕刻法存在實施製程後半導體基板上產生殘留物的問題，因此更多使用化學機械研磨法。
上述化學機械研磨法使用包含研磨劑等的水溶性漿料組成物，對半導體基板進行研磨。
使用上述漿料組成物對絕緣膜、金屬膜、包含絕緣膜和金屬膜的多層膜進行研磨時，存在對各研磨對象的研磨速率不同的問題。
本發明旨在提供一種用於化學機械研磨的漿料組成物，該漿料組成物包含特定研磨選擇比調節劑，比以往更容易調節半導體基板之絕緣膜的研磨速度，進而可以調節研磨選擇比。
另外，本發明旨在提供一種利用上述漿料組成物的半導體基板的研磨方法，該研磨方法可以對該半導體基板之絕緣膜和金屬膜單獨或同時進行研磨。
根據本發明一實施例之用於化學機械研磨的漿料組成物包含：
1）研磨劑；以及
2）研磨選擇比調節劑，其選自由a）選自由具有磷酸鹽基的環狀化合物、具有磷酸鹽基的無機化合物及具有磷酸鹽基的金屬化合物所組成的群組中的至少一種具有磷酸鹽基的化合物、b）三級胺化合物及c）它們的混合物所組成的群組。
更具體地，上述研磨選擇比調節劑可為具有磷酸鹽基的環狀化合物。
這種上述研磨選擇比調節劑可為用於調節氮化矽膜之研磨速度的氮化矽膜研磨選擇劑。
這種情況下，根據一實施例，在上述研磨選擇比調節劑中，c）可以1:0.25至1:5的重量比包含a）之化合物和b）三級胺化合物。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含催化劑。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種pH調節劑。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種除生物劑。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種反應調節劑。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含水、乙醇或它們的混合物。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種氧化劑。
上述具有磷酸鹽基的環狀化合物可為選自由肌醇單磷酸鹽、肌醇二磷酸鹽、肌醇三磷酸鹽、肌醇四磷酸鹽、肌醇五磷酸鹽、肌醇六磷酸鹽、葡萄糖-1-磷酸鹽及葡萄糖-6-磷酸鹽所組成的群組中的至少一種。
上述三級胺化合物可為選自由三甲基胺、三乙基胺、三丁基胺及三丙基胺所組成的群組中的至少一種。
在本發明中，上述研磨劑以全部漿料組成物的總重量計可包含0.01至10重量%。
上述催化劑以全部漿料組成物的總重量計可包含0.00001至1重量%。
上述研磨選擇比調節劑以全部漿料組成物的總重量計可包含0.0001至10重量%。
此外，根據本發明另一實施例之用於化學機械研磨的漿料組成物以全部漿料組成物的總重量計包含研磨劑0.01至10重量%、研磨選擇比調節劑0.0001至10重量%、催化劑0.00001至1重量%、pH調節劑0.0005至5重量%、除生物劑0.0001至0.1重量%及餘量的水。
另外，上述漿料組成物以全部漿料組成物的總重量計可更包含反應調節劑0.0001至1重量%。而且，上述漿料組成物以全部漿料組成物的總重量計可更包含氧化劑0.005至10重量%。
另外，根據本發明又一實施例之半導體基板的研磨方法，使用上述的用於化學機械研磨的漿料組成物，該研磨方法包含：
a）對形成於半導體基板上的絕緣膜或金屬膜進行研磨的製程；或者
b）對形成於半導體基板上絕緣膜和金屬膜同時進行研磨的製程。
上述絕緣膜可包含氮化矽膜、氧化矽膜、或氮化矽膜和氧化矽膜。上述金屬膜可為鎢膜。
在上述b）製程中，上述絕緣膜為氮化矽膜或氧化矽膜時，氮化矽膜或氧化矽膜與金屬膜之研磨選擇比可為1:3以上。
在上述b）製程中，上述絕緣膜包含氮化矽膜和氧化矽膜時，上述氮化矽膜:氧化矽膜:金屬膜之研磨選擇比可為1:0.5~2:3~10。
本發明之漿料組成物使用具有磷酸鹽基的化合物或者選擇性地更包含三級胺化合物的物質作為研磨選擇比調節劑，從而可以對半導體基板之包含氮化矽膜、氧化矽膜等之絕緣膜或包含鎢的金屬膜單獨或同時進行研磨，均可以顯示出優異的效果。也就是說，當利用本發明之漿料組成物時，具有磷酸鹽基的化合物可以選擇性地進一步增加絕緣膜的研磨速度，特別是氮化矽膜的研磨速度。此外，本發明中可用作研磨選擇比調節劑的三級胺化合物可進一步增加絕緣膜的研磨速度，特別是氧化矽膜的研磨速度。進一步地，本發明透過適當調節上述研磨選擇比調節劑的含量，也可以對由氮化矽膜、氧化矽膜、鎢膜等三種膜組成的研磨對象膜同時進行研磨，因此它們的選擇比也容易調節。
本發明可加以各種變換以及具有各種實施例，因此例示出特定實施例進行詳細描述。然而，本發明並不受限於特定實施方式，凡在本發明的技術思想和技術範圍下所作的所有變換、均等物或替代物，均應落入本發明的範圍內。
還應當理解，單數形式也意在包括複數形式，除非在上下文中有明確的指示。當在說明中使用術語“包含”或“具有”說明某個特徵、數字、步驟、操作、組件、部件或其組合的存在時，不排除一個或多個其他特徵、數字、步驟、操作、組件、部件或其組合的存在或加入。
下面詳細描述本發明之用於化學機械研磨的漿料組成物（CMP組成物）及利用它的半導體基板的研磨方法。
用於化學機械研磨的漿料組成物
根據本發明一實施例可提供一種用於化學機械研磨的漿料組成物，該漿料組成物包含：1）研磨劑；以及2）研磨選擇比調節劑，其選自由a）選自由具有磷酸鹽基的環狀化合物、具有磷酸鹽基的無機化合物及具有磷酸鹽基的金屬化合物所組成的群組中的至少一種具有磷酸鹽基的化合物、b）三級胺化合物及c）它們的混合物所組成的群組。
也就是說，本發明揭露了一種可調節選擇比的漿料組成物及利用它的半導體基板的研磨方法。
此外，若使用本發明之漿料組成物，就能對絕緣膜或金屬膜單獨進行研磨，或者可對絕緣膜和金屬膜同時進行研磨。此時，上述絕緣膜可包含形成於半導體基板上的由氮化矽膜或氧化矽膜所組成的一種絕緣膜、以及由氮化矽膜和氧化矽膜所組成的兩種絕緣膜。另外，上述金屬膜可包含形成於半導體基板上的至少一種金屬膜，更具體為鎢膜。
為此，本發明在漿料組成物中使用上述的a）至c）之化合物作為研磨選擇比調節劑。
上述a）之化合物使用具有磷酸鹽基的化合物，具體如上所述使用選自三個成分中的至少一種。更具體地，以相同含量作對比，最有效的研磨選擇比調節劑可為具有磷酸鹽基的環狀化合物，其包含環狀脂肪族化合物。
這種a）之研磨選擇比調節劑更有效地增加絕緣膜中氮化矽膜的研磨速度。因此，上述研磨選擇比調節劑可以是用於調節氮化矽膜的研磨速度的氮化矽膜研磨選擇劑。上述研磨選擇比調節劑根據使用含量可進一步提高氮化矽膜的研磨速度。
此時，上述具有磷酸鹽基的環狀化合物可具有4至7個碳原子。具體例如，用作上述研磨選擇比調節劑的具有磷酸鹽基的環狀化合物可為環狀脂肪族化合物，具體可為選自由下述結構的肌醇單磷酸鹽、肌醇二磷酸鹽、肌醇三磷酸鹽、肌醇四磷酸鹽、肌醇五磷酸鹽、肌醇六磷酸鹽、葡萄糖-1-磷酸鹽及葡萄糖-6-磷酸鹽所組成的群組中的至少一種。
肌醇單磷酸鹽（inositol monophosphate，IP）
Figure 02_image001
肌醇二磷酸鹽（inositol bisphosphate，IP2 ）
Figure 02_image003
肌醇三磷酸鹽（inositol trisphosphate，IP3 ）
Figure 02_image005
肌醇四磷酸鹽（inositol tetraphosphate，IP4 ）
Figure 02_image007
肌醇五磷酸鹽（inositol pentakisphosphate，IP5 ）
Figure 02_image008
肌醇六磷酸鹽（inositol hexaphosphate，IP6 ）（植酸（phytic acid）或植酸鹽（phytate））
Figure 02_image009
葡萄糖-1-磷酸鹽（Glucose 1-phosphate）
Figure 02_image011
葡萄糖-6-磷酸鹽（Glucose 6-phosphate）
Figure 02_image013
此外，上述具有磷酸鹽基的無機化合物有磷酸一銨（monoammonium phosphate，MAP）、磷酸二銨（Diammonium phosphate，DSP）、磷酸三銨（Triammonium phosphate，TSP）等，這些可以選用至少一種。
上述具有磷酸鹽基的金屬化合物有磷酸一鈉（monosodium phosphate，MSP）、磷酸二鈉（Disodium phosphate，DSP）、磷酸三鈉（Trisodium phosphate，TSP）等，這些可以選用至少一種。
另外，根據本發明另一實施例，上述研磨選擇比調節劑可以使用b）之三級胺化合物。此外，本發明之研磨選擇比調節劑可為上述a）之選自具有磷酸鹽基的化合物中的至少一種化合物和b）之三級胺的混合物。
作為研磨選擇比調節劑使用三級胺化合物時，可以提高氧化矽膜的研磨速度。如果絕緣膜由氮化矽膜和氧化矽膜組成，則可以顯示出能夠同時調節氮化矽膜和氧化矽膜的研磨速度的優點。
上述三級胺化合物有三甲基胺、三乙基胺、三丁基胺、三丙基胺等，而且可以使用選自它們中的任何一種以上。
若代替上述三級胺化合物使用一級胺化合物或二級胺化合物，則難以增加半導體基板之金屬膜（如氧化矽膜）的研磨速度。此外，若代替三級胺化合物使用聚胺化合物，則降低用作研磨劑的二氧化矽的分散性，可能會出現產生沉澱的問題。
此外，根據本發明一實施例，當上述研磨選擇比調節劑中使用c）之成分時，上述c）可以1:0.25至1:5的重量比包含a）之具有磷酸鹽基的化合物及b）三級胺化合物。若上述a）之具有磷酸鹽基的化合物與b）之三級胺化合物的重量比超出1:0.25，則存在氮化矽膜:氧化矽膜之研磨速度選擇比降低的問題。另外，若上述a）之具有磷酸鹽基的化合物與b）之三級胺化合物的重量比超出1:5，則氮化矽膜:氧化矽膜之研磨速度選擇比變得過大，可能會發生沖蝕（erosion）。
更具體地，當上述研磨選擇比調節劑為c）時，可以1:0.7至1:3之重量比包含a）之具有磷酸鹽基的環狀化合物和b）之三級胺化合物。當以上述範圍使用兩種物質時，上述氮化矽膜:氧化矽膜之選擇比可調節成1:0.5至2。然而，若無法滿足上述範圍，則難以調節氮化矽膜與氧化矽膜的研磨選擇比。
另外，可以1:0.25至1:5的重量比包含選自上述具有磷酸鹽基的無機化合物和具有磷酸鹽基的金屬化合物中的任何一種化合物及三級胺化合物。這種情況下，容易調節氮化矽膜與氧化矽膜的研磨選擇比。
此外，研磨選擇比調節劑的含量以漿料組成物的總重量計可為0.0001至10重量%，具體可為0.0001至5重量%，更具體可為0.0001至1重量%，最具體可為0.0001至0.5重量%。另外，當使用研磨選擇比調節劑時，若使用三級胺化合物，則以全部組成物的總重量計使用0.0001至5重量%為佳，使用0.0001至0.5重量%為更佳。若上述研磨選擇比調節劑的含量小於0.0001重量%，則存在研磨速度調節效果不足的問題，若大於10重量%，則存在研磨速度不會再增加的問題。
另外，根據本發明一實施例之漿料組成物係為與上述的研磨選擇比調節劑一起進一步包含研磨劑的漿料組成物。
作為用於本發明之漿料組成物的上述研磨劑（Abrasive），可以使用實施機械研磨的常規研磨劑（Abrasive）中的矽酸膠（colloidal silica）或燻矽（Fumed silica）。
上述研磨劑的含量以全部組成物的總重量計可為0.01至10重量%，具體可為0.1至8重量%。若研磨劑的含量小於0.01重量%，則存在研磨速度下降的問題，若大於10重量%，則存在產生過多劃痕的問題。
根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含催化劑。
上述催化劑可提高如鎢等金屬膜的研磨速度，具體可以使用選自硝酸鐵、氯化鐵等鐵鹽及奈米矽鐵（FeSi）所組成的群組中的至少一種。
上述催化劑的含量以漿料組成物的總重量計可為0.00001至1重量%，具體可為0.0001至0.5重量%。若上述催化劑的含量小於0.00001重量%，則存在金屬膜的研磨速度下降的問題，若大於1重量%，則存在化學反應性過高而導致研磨速度不均勻的問題。
此外，根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種pH調節劑。
在本發明中，漿料組成物的pH範圍可為1至4，具體可為1.5至3.5。因此，本發明在反應中使用酸性或鹼性pH調節劑，由此可以調節漿料組成物的pH。若漿料組成物的pH範圍低於1，則因酸性度過低而存在操作上的問題，若漿料組成物的pH範圍高於4，則部分金屬膜的研磨速度會減小。
上述pH調節劑（pH adjusting agent）為調節漿料組成物的pH時所使用，可以使用選自由酸性調節劑和鹼性調節劑所組成的群組中的任何一種，將漿料組成物調節成操作性好且具有優異的研磨速度的上述pH範圍。
上述酸性調節劑為硝酸、鹽酸、硫酸等，鹼性調節劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化四甲銨、氫氧化四丁銨，更具體為氫氧化四甲銨、氫氧化四丁銨等。半導體材料中鉀、鈉被列為金屬雜質（metal impurity）管理項目，由於會導致晶圓汙染及不良，所以使用量受到限制。
上述pH調節劑的含量以漿料組成物的總重量計可為0.0005至5重量%，具體可為0.001至1重量%。若上述pH調節劑的含量小於0.0005重量%，則存在pH調節效果不足的問題，若大於5重量%，則存在漿料性能會改變的問題。
另外，根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種除生物劑（Biocide）。
上述除生物劑係為了防止微生物汙染而使用，例如可以使用聚六亞甲基胍（PHMG）或異噻唑啉酮類化合物等。作為上述異噻唑啉酮類化合物，可以使用選自由甲基異噻唑啉酮（Methylisothiazolinone，MIT）、甲基氯異噻唑啉酮（CMIT）及1,2-苯並異噻唑-3（2H）-酮（（1,2-benzisothiazol-3（2H）-one: Benzisothiazolinone，BIT）所組成的群組中的至少一種。
上述除生物劑的含量以漿料組成物的總重量計可為0.0001至0.1重量%，具體可為0.001至0.05重量%。
若上述除生物劑的含量小於0.0001重量%，則存在因殺菌作用有限而產生微生物的問題，若大於0.1重量%，則存在漿料性能會改變的問題。
另外，根據本發明一實施例之漿料組成物可更包含至少一種反應調節劑。作為上述反應調節劑，可以使用丙二酸、磷酸、碘酸鉀等。上述反應調節劑的含量以漿料組成物的總重量計可為0.0001至1重量%，具體可為0.001至0.5重量%。若上述反應調節劑的含量小於0.0001重量%，則存在基板不均勻性增加的問題，若大於1重量%，則存在研磨速度會降低的問題。
此外，對於根據本發明一實施例之漿料組成物，除了上述的成分之外，為了滿足組成物的100重量%，作為餘量成分可更包含水、乙醇（ROH）或它們的混合物。當包含水時，可以是去離子水、離子交換水、超純水或蒸餾水，上述蒸餾水一般可以使用經1至3次蒸餾而得到的蒸餾水。這種情況下，本發明之漿料組成物可以是水溶性組成物。上述乙醇可以使用C2至C10之直鏈或側鏈型乙醇。上述漿料組成物根據需要可更包含有機溶劑。這種情況下，可作為難溶於水的成分的助溶劑來使用，或者為了提高對研磨對象膜的漿料組成物的濕潤性而使用。
另外，根據本發明一實施例之漿料組成物更可包含氧化劑。
當研磨對象包含鎢時，可進一步包含上述氧化劑。
上述氧化劑以包含於漿料組成物的狀態保存，也可以添加液形式保存與包含研磨劑的其餘漿料組成物分開，以防止漿料組成物的穩定性下降。將上述氧化劑以添加液形式保存時，可在塗佈於研磨對象膜之前，將上述氧化劑配入其餘漿料組成物，或者可在研磨期間獨立於漿料組成物，將上述氧化劑塗佈在研磨對象膜上。作為可用作上述氧化劑的具體例，可以選擇過氧化氫、碘酸鉀、過錳酸鉀、氨、胺化合物、銨化合物、硝酸鹽化合物及其混合物中的至少一種，但不限於此。
上述氧化劑的含量以漿料組成物的總重量計可為0.005至10重量%，具體可為0.2至5重量%。
若上述氧化劑的含量小於0.005重量%，則存在金屬膜的研磨速度會降低的問題，若大於10重量%，則存在因化學反應性過大而導致金屬膜的研磨速度不均勻的問題。
根據本發明另一實施例可提供一種用於化學機械研磨的漿料組成物，該漿料組成物以全部漿料組成物的總重量計包含研磨劑0.01至10重量%、研磨選擇比調節劑0.0001至10重量%、催化劑0.00001至1重量%、pH調節劑0.0005至5重量%、除生物劑0.0001至0.1重量%及餘量的水。
另外，上述漿料組成物以全部漿料組成物的總重量計更可包含反應調節劑0.0001至1重量%。而且，上述漿料組成物以全部漿料組成物的總重量計更可包含氧化劑0.005至10重量%。這種情況下，本發明可提供一種用於化學機械研磨的漿料組成物，該漿料組成物包含研磨劑0.01至10重量%、研磨選擇比調節劑0.0001至10重量%、催化劑0.00001至1重量%、pH調節劑0.0005至5重量%、除生物劑0.0001至0.1重量%、反應調節劑0.0001至1重量%及餘量的水。
半導體基板的研磨方法
根據本發明又一實施例提供一種半導體基板的研磨方法，使用上述的用於化學機械研磨的漿料組成物，該研磨方法包含：a）對形成於半導體基板上的絕緣膜或金屬膜進行研磨的製程；或者b）對形成於半導體基板上絕緣膜和金屬膜同時進行研磨的製程。
上述絕緣膜可包含氮化矽膜、氧化矽膜、或氮化矽膜和氧化矽膜。上述金屬膜可包含鎢膜。
另外，對絕緣膜單獨進行研磨時，用於研磨的漿料組成物中可以不包含催化劑和氧化劑。而且，對絕緣膜和金屬膜同時進行研磨時，漿料組成物中包含催化劑和氧化劑會更有利於提高研磨效率。
此外，本發明之用於化學機械研磨的漿料組成物包含一定含量的上述特定研磨選擇比調節劑，因此比以往提高研磨速度，進而可對由一種組成的半導體基板的絕緣膜或金屬膜進行研磨，或者可對由一種以上組成的絕緣膜和金屬膜同時進行研磨。
因此，本發明之漿料組成物用於對選自半導體基板的氮化矽膜、氧化矽膜或鎢膜中的一種進行研磨，或者用於對選自它們中的兩種或三種所組成的絕緣膜和金屬膜同時進行研磨，從而能夠提高研磨速度。此時，將上述漿料組成物用於對包含鎢膜的金屬膜進行研磨時，上述的氧化劑可在使用之前加入到漿料組成物。
例如，用於研磨鎢的漿料組成物而言，製備不包含過氧化氫的組成物為100%的產品並保存，可在研磨（CMP）前加入過氧化氫混合後使用。因為，若以過氧化氫包含於漿料組成物的狀態予以保存，則由於過氧化氫分解，其含量很難保持一定，從而會導致產品的壽命縮短。
具體地，雖然上述研磨對象不受限制，但是主要對組成半導體基板的氧化矽膜（SiO2 ）、氮化矽膜（Si3 N4 ）等絕緣膜或鎢（W）膜等金屬膜分別進行研磨，或者可以對由它們組成的兩種或三種膜同時進行研磨。
另外，在上述b）製程中，當上述絕緣膜為氮化矽膜時，氮化矽膜與金屬膜之研磨選擇比可為1:3以上或1: 3~10，具體可為1:4~8。
進一步地，在上述b）製程中，當上述絕緣膜包含氮化矽膜和氧化矽膜時，上述氮化矽膜:氧化矽膜:金屬膜之研磨選擇比可為1:0.5~2:3~10。
下面透過本發明之具體實施例進一步詳細描述本發明之作用和效果。惟，下述實施例係為本發明的例示而已。本發明之權利範圍不限於下述實施例。
[ 實施例 ]
關於實施例和比較例，半導體基板的金屬膜的研磨條件和研磨速度測定方法如下： 1. 實驗晶圓: 鎢（W） 8英吋 blanket，氧化矽膜（PE-TEOS） 8英吋 blanket，氮化矽膜（Si3 N4 ） 8英吋 blanket 2. 研磨設備（Polisher）：Mirra 3400（Applied Materials公司） 3. 研磨條件：按照表1之方法進行 【表1】
Figure 107107780-A0304-0001
 4. 研磨墊（Pad）：IC-1000（Rohm & Haas公司） 5. 厚度（研磨速度）測定儀器（厚度單位：Ångström，符號：Å） 鎢膜：CMT-2000（4-point probe, （株）Chang Min Tech.） 氧化矽膜和氮化矽膜：Thermawave OP-2600 （KLA TENCOR） [式1] 研磨速度 = CMP前厚度 – CMP後厚度 6. particle size（粒度）分析儀器 ELS-Z（Otsuka Electronics） 7. pH分析儀器 Metrohm 704（Metrohm）
＜ 比較例 1 至 3 及實施例 1 至 11 ：製備包含具有磷酸鹽基的化合物的漿料 ＞
將研磨劑（200nm 燻矽）、催化劑（硝酸鐵、矽鐵）、研磨選擇比調節劑（表2之成分）、除生物劑（Methylisothiazolinone）及蒸餾水放入混合器，透過機械攪拌器（Mechanical stirrer）攪拌進行混合。
上述攪拌完畢後，作為pH調節劑使用硝酸和TMAH，將漿料組成物的pH調節成2。然後，在對半導體膜進行研磨之前，將濃度為31%的過氧化氫3重量%進一步加入上述調節pH的組成物中，從而製備出實施例1至11的漿料組成物。
此時，研磨劑及研磨選擇比調節劑的含量和組分如下表2所示。此外，將不包含研磨選擇比調節劑的漿料組成物作為比較例1。
另外，將研磨選擇比調節劑的含量超出本申請範圍（0.0001至10重量%）的漿料組成物分別作為比較例2及3。
在漿料組成物中，除生物劑的含量為0.01重量%，研磨劑、催化劑及研磨選擇比調節劑的含量和成分如下表2所示，並加入硝酸和TMAH使漿料組成物的pH成為2，餘量成分調節成蒸餾水的含量。
【表2】
Figure 107107780-A0304-0002
對於上述比較例1至3及實施例1至11的漿料組成物，透過上述的方法測定研磨速度，其結果示於下表3中。
【表3】
Figure 107107780-A0304-0003
由表3的結果來看，如實施例1至11，漿料組成物中包含具有磷酸鹽基的化合物作為研磨選擇比調節劑時，隨著其含量的增加，氮化矽膜的研磨速度增加，而且不會對氧化矽膜和鎢膜的研磨速度產生影響。
另外，在具有磷酸鹽基的化合物中，使用環狀化合物的實施例1至6，在相同含量下氮化矽膜研磨速度提高效果最好。此外，使用具有磷酸鹽基的無機化合物或具有磷酸鹽基的金屬化合物的實施例7至11，在相同含量下顯示出類似的提高效果。惟，為了減少金屬汙染，比金屬化合物更優選使用無機化合物。
相比之外，比較例1由於未包含本申請之具有磷酸鹽基的化合物，氮化矽膜的研磨速度低於實施例結果。此外，比較例2至3由於超出本申請之研磨選擇比調節劑的含量範圍，其結果為不良。
＜ 比較例 4 至 5 及參考例 1 至 6 ：製備包含一級至三級胺化合物的漿料 ＞
對如下表4作為研磨選擇比調節劑使用一級、二級、三級胺化合物的情形進行實驗，以確認效果。將研磨劑（90nm 矽酸膠）、催化劑（矽鐵）、研磨選擇比調節劑（表4之成分）、除生物劑（Methylisothiazolinone）及蒸餾水在機械攪拌器（Mechanical stirrer）中攪拌進行混合。在漿料組成物中，除生物劑的含量為0.01重量%。
上述攪拌完畢後，作為pH調節劑使用硝酸和TMAH，將漿料組成物的pH調節成2。然後，在對半導體膜進行研磨之前，將濃度為31%的過氧化氫3重量%進一步加入上述調節pH的組成物中，從而製備出比較例4至5及參考例1至6的漿料組成物，並透過上述的方法進行了研磨實驗。此外，將作為研磨選擇比調節劑使用一級胺和二級胺的漿料組成物分別作為比較例4及比較例5。
【表4】
Figure 107107780-A0304-0004
對上述比較例4至5及參考例1至6的漿料組成物的研磨速度測定結果示於下表5中。
【表5】
Figure 107107780-A0304-0005
由表5的結果來看，如參考例1至6作為研磨選擇比調節劑包含三級胺化合物的漿料組成物比起包含一級胺化合物和二級胺化合物（比較例4、5）的漿料組成物有效地提高氧化矽膜的研磨速度。另外，對於參考例1至6，對氮化矽膜和鎢膜幾乎沒有影響，而對氧化矽膜有效地提高了研磨速度。而且，對於參考例6，隨著三級胺化合物的含量增加，進一步提高氧化矽膜的研磨速度。
＜ 比較例 6 至 8 及實施例 12 至 18 ：製備包含具有磷酸鹽基的化合物和三級胺化合物的漿料 ＞
透過上述表5的結果進行了用於證明漿料組成物中作為研磨選擇比調節劑除具有磷酸鹽基的化合物外進一步包含三級胺化合物時效果更好的實驗。
將研磨劑（70nm矽酸膠）、催化劑（硝酸鐵、矽鐵）、研磨選擇比調節劑（表6之成分）、除生物劑（Methylisothiazolinone）及蒸餾水在機械攪拌器（Mechanical stirrer）中攪拌進行混合。在漿料組成物中，除生物劑的含量為0.01重量%。
上述攪拌完畢後，作為pH調節劑使用硝酸和TMAH，將漿料組成物的pH調節成3。然後，在對半導體膜進行研磨之前，將濃度為31%的過氧化氫3重量%進一步混入上述調節pH的組成物中，從而製備出比較例7至8及實施例12至18的漿料組成物，並透過上述的方法進行了研磨實驗。此外，將沒有使用研磨選擇比調節劑的漿料組成物作為比較例6。
【表6】
Figure 107107780-A0304-0006
對上述比較例6至8及實施例12至18的漿料組成物的研磨速度及選擇比測定結果示於表7中。
【表7】
Figure 107107780-A0304-0007
由表7來看，使用實施例12至18的漿料組成物對半導體基板的絕緣膜和金屬膜進行研磨時，與比較例6至8的漿料組成物相比，提高了氮化矽膜和氧化矽膜等絕緣膜的研磨速度，進而可以調節選擇比。
也就是說，在漿料組成物中，作為研磨選擇比調節劑以1:0.25至1:5的重量比包含選自由a）具有磷酸鹽基的環狀化合物、具有磷酸鹽基的無機化合物及具有磷酸鹽基的金屬化合物所組成的群組中的至少一種化合物及b）三級胺化合物時，漿料組成物顯示出優異的效果。
無。
無。
無。

Claims (22)

  1. 一種用於化學機械研磨的漿料組成物，包含：1)研磨劑；以及2)研磨選擇比調節劑，其選自由a)選自由具有磷酸鹽基的環狀化合物、具有磷酸鹽基的無機化合物及具有磷酸鹽基的金屬化合物所組成的群組中的至少一種具有磷酸鹽基的化合物及b)三級胺化合物所組成的群組的混合物，其中該研磨選擇比調節劑以1：0.25至1：5的重量比包含a)之具有磷酸鹽基的化合物及b)之三級胺化合物，其中該研磨劑以全部漿料組成物的總重量計包含0.01至10重量%，其中該研磨選擇比調節劑以全部漿料組成物的總重量計包含0.0001至10重量%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其中該具有磷酸鹽基的環狀化合物為環狀脂肪族化合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其中該具有磷酸鹽基的環狀化合物為選自由肌醇單磷酸鹽、肌醇二磷酸鹽、肌醇三磷酸鹽、肌醇四磷酸鹽、肌醇五磷酸鹽、肌醇六磷酸鹽、葡萄糖-1-磷酸鹽及葡萄糖-6-磷酸鹽所組成的群組中的至少一種。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的 漿料組成物，其中該具有磷酸鹽基的無機化合物為選自由磷酸一銨、磷酸二銨及磷酸三銨所組成的群組中的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其中該具有磷酸鹽基的金屬化合物為選自由磷酸一鈉、磷酸二鈉及磷酸三鈉所組成的群組中的至少一種。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其中該研磨選擇比調節劑用於調節氮化矽膜的研磨速度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其中該三級胺化合物為選自由三甲基胺、三乙基胺、三丁基胺及三丙基胺所組成的群組中的至少一種。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其更包含催化劑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其中該催化劑以全部漿料組成物的總重量計包含0.00001至1重量%。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其更包含至少一種pH調節劑。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其更包含至少一種除生物劑。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其更包含至少一種反應調節劑。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其更包含水、乙醇或它們的混合物。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其更包含至少一種氧化劑。
  15. 一種用於化學機械研磨的漿料組成物，其以全部漿料組成物的總重量計包含研磨劑0.01至10重量%、研磨選擇比調節劑0.0001至10重量%、催化劑0.00001至1重量%、pH調節劑0.0005至5重量%、除生物劑0.0001至0.1重量%及餘量的水，其中該研磨選擇比調節劑以1：0.25至1：5的重量比包含a)之具有磷酸鹽基的化合物及b)之三級胺化合物。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其以全部漿料組成物的總重量計更包含反應調節劑0.0001至1重量%。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，其以全部漿料組成物的總重量計更包含氧化劑0.005至10重量%。
  18. 一種半導體基板的研磨方法，使用如申請專利範圍第1項所述的用於化學機械研磨的漿料組成物，該研磨方法包含：a)對形成於一半導體基板上的一絕緣膜或一金屬膜進行研磨的製程；或者 b)對形成於該半導體基板上的該絕緣膜和該金屬膜同時進行研磨的製程。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的半導體基板的研磨方法，其中該絕緣膜包含氮化矽膜、氧化矽膜、或氮化矽膜和氧化矽膜。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的半導體基板的研磨方法，其中該金屬膜為鎢膜。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的半導體基板的研磨方法，其中在該b)製程中，該絕緣膜為氮化矽膜或氧化矽膜時，該氮化矽膜或氧化矽膜與該金屬膜之研磨選擇比為1：3以上。
  22. 如申請專利範圍第18項所述的半導體基板的研磨方法，其中在該b)製程中，該絕緣膜包含氮化矽膜和氧化矽膜時，氮化矽膜：氧化矽膜：金屬膜之研磨選擇比為1：0.5~2：3~10。
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