用于拋光鈷的漿液以及襯底拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于拋光鈷的漿液以及襯底拋光方法。所述漿液包含：經(jīng)配置以執(zhí)行拋光的研磨劑，所述研磨劑包括氧化鋯顆粒；經(jīng)配置以分散研磨劑的分散劑；以及經(jīng)配置以加速拋光的拋光加速劑。所述拋光加速劑包含含有胺基和羧基的有機酸。依據(jù)根據(jù)示范性實施例的漿液，鈷的拋光速率可增加而無需使用氧化劑，且可抑制鈷的表面上的局部腐蝕缺陷。
【專利說明】
用于拋光鉆的漿液從及襯底拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及拋光漿液(polishing slu;rry)，且更具體地說，設(shè)及能夠用于在半導(dǎo) 體制造工藝中通過化學(xué)機械拋光（chemical mechanical polishing)來平面化鉆（cobalt) 的拋光漿液W及使用所述拋光漿液的襯底拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工藝隨著半導(dǎo)體裝置的大小逐漸減小，且金屬線的數(shù)量逐漸增加，每一層上的表 面不規(guī)則性會傳遞到下一層上。因此，最下層的表面粗糖度變得越來越重要。粗糖度會對工 藝具有嚴重影響，從而造成例如在隨后的過程中執(zhí)行光刻(photolithography)工藝的困 難。因此，為了改善半導(dǎo)體裝置的良率(yield),可基本上執(zhí)行用于移除在若干工藝中發(fā)生 的不規(guī)則表面上的粗糖度的平坦化工藝。所述平坦化工藝可包含各種工藝，例如在形成薄 膜之后的回焊(reflow)工藝、在形成薄膜之后的回蝕(etch-back)工藝W及化學(xué)機械拋光 (chemical mechanical polishing，CMP)工藝。
[0003] 化學(xué)機械拋光工藝可表示提供含有各種化合物的研磨劑(abrasive)和漿液W在 半導(dǎo)體晶片的表面接觸將旋轉(zhuǎn)的拋光墊(polishing pad)時對半導(dǎo)體晶片的所述表面執(zhí)行 拋光工藝的工藝，進而使半導(dǎo)體晶片的所述表面平面化。即，化學(xué)機械拋光工藝可表示通過 使用漿液和拋光墊使襯底或所述襯底上的層的表面平面化來對所述襯底或所述襯底上的 層的表面進行化學(xué)和機械拋光的工藝。
[0004] -般來說，在拋光金屬的工藝中，重復(fù)執(zhí)行通過使用氧化劑形成金屬氧化物Mk的 工藝W及通過使用研磨劑移除形成的金屬氧化物的工藝。對在利用為半導(dǎo)體裝置的線而一 直增加的鉆層進行拋光的工藝也可W通過一種機制來執(zhí)行，其中重復(fù)執(zhí)行通過使用氧化劑 形成氧化鉆的工藝W及通過使用研磨劑移除形成的氧化鉆的工藝。
[0005] 并且，絕緣膜或例如溝槽（trench)等圖案可形成于鉆層的下部部分上。在此情況 下，在拋光工藝中需要鉆層與絕緣膜之間的高拋光選擇性。即，可能需要良好拋光鉆層但不 良好拋光絕緣膜的漿液。
[0006] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了拋光鉆，將氧化侶或二氧化娃粒子用作研磨劑，且將漿液用作 氧化劑。然而，如果使用此漿液，那么會發(fā)生腐蝕缺陷(腐蝕坑(corrosion pit))，其中由于 鉆的表面上的局部腐蝕，鉆的表面下陷。腐蝕缺陷會對將制造的裝置的質(zhì)量具有不良影響。 因此，已提出對用于拋光鉆的漿液另外添加腐蝕抑制劑(corrosion inhibitor)的方法。然 而，根據(jù)此方法，漿液的組成可能為復(fù)雜的，且漿液的組分具有控制的困難。并且，由于仍然 使用氧化劑，因此可能難W完全解決腐蝕限制。并且，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于拋光鉆的漿液可 能不會充分實現(xiàn)鉆對絕緣膜的拋光選擇性。
[0007] 美國專利公開案No. 2013-00186850中掲露用于拋光鉆的漿液，其中添加腐蝕抑制 劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供用于拋光鉆的漿液W及使用所述漿液的襯底拋光方法。
[0009] 本發(fā)明還提供能夠防止或抑制腐蝕缺陷發(fā)生的用于拋光鉆的漿液，W及使用所述 漿液的襯底拋光方法。
[0010] 根據(jù)示范性實施例，一種用于拋光鉆的漿液包含:研磨劑，其經(jīng)配置W執(zhí)行拋光， 所述研磨劑包含氧化錯顆粒;分散劑，其經(jīng)配置W分散研磨劑；W及拋光加速劑，其經(jīng)配置 W加速拋光，其中所述拋光加速劑包含含有胺基和簇基的有機酸。
[0011]所述研磨劑可相對于漿液的總重量WO.lwt%到lOwt%的范圍包含，W及可相對 于漿液的總重量W 0.4wt %到3wt %的范圍包含。
[0012]分散劑可相對于漿液的總重量從〇.〇1巧*%到5wt%的范圍包含，W及可相對于漿 液的總重量W〇. 15wt%到Iwt%的范圍包含。
[0013] 拋光加速劑可相對于漿液的總重量WO.lwt%到2wt%的范圍包含，W及可相對于 漿液的總重量W 0.3wt %到Iwt %的范圍包含。并且，拋光加速劑可包含胺基酸，且所述胺基 酸的側(cè)鏈的官能團可具有正電荷。拋光加速劑可具有通過得出氨離子而具有正電荷的官能 團W及通過在抑堿性區(qū)中釋放氨離子而具有負電荷的官能團。并且，拋光加速劑可包含W 下各項中的至少一者:精胺酸(arginine)、組胺酸化istidine)、賴胺酸（lysine)、天冬胺酸 (aspartic acid)、天冬酷胺酸（asparagine)、谷氨酸（glutamic acid)、教酷胺酸 (glutamine)、丙胺酸（alanine)、甘胺酸（glycine)、白胺酸（leucine)、異白氨酸 (isoleucine)、鄉(xiāng)胺酸(valine)、絲胺酸(serine) W及酪氨酸(tyrosine)。
[0014] 所述漿液可進一步包含抑調(diào)節(jié)劑，且將漿液的抑調(diào)節(jié)到8到15, W及將漿液的抑調(diào) 節(jié)到9到12.5。
[0015] 根據(jù)另一示范性實施例，一種用于拋光非氧化鉆的漿液，其拋光鉆而無需使用氧 化劑，所述漿液包含:作為研磨劑的氧化錯顆粒，其經(jīng)配置W執(zhí)行拋光；W及拋光加速劑，其 經(jīng)配置W調(diào)節(jié)鉆W及除鉆外的材料的拋光特性，其中拋光加速劑具有至少兩個彼此不同的 官能團，且拋光加速劑具有通過得出氨離子而具有正電荷的官能團W及通過在9曲咸性區(qū)中 釋放氨離子而具有負電荷的官能團。
[0016] 除鉆外的材料可包含絕緣材料，且所述官能團包括胺基和簇基，且所述胺基可鍵 合到絕緣材料W抑制所述絕緣材料的拋光。
[0017] 拋光加速劑可包含胺基酸，且所述官能團包括胺基和簇基，且所述胺基和簇基可 鍵合到同一碳原子。并且，所述胺基和簇基可具有彼此相同的數(shù)量或不同的數(shù)量。胺基的數(shù) 量可大于簇基的數(shù)量。
[0018] 所述漿液可進一步包含抑調(diào)節(jié)劑，且可將漿液的pH調(diào)節(jié)到9到11。并且，所述漿液 可進一步包含分散劑，且所述分散劑可包含陽離子、陰離子W及非離子聚合物材料中的至 少一者。
[0019] 根據(jù)又一示范性實施例，一種襯底拋光方法包含:制備襯底，所述襯底上形成有鉆 薄膜;制備漿液，所述漿液包括具有氧化錯顆粒的研磨劑W及含有胺基和簇基的拋光加速 劑；W及在將漿液供應(yīng)到所述襯底上的同時拋光鉆薄膜，其中在鉆薄膜的拋光中，產(chǎn)生兩性 離子，其中所述胺基通過得出氨離子而具有正電荷且所述簇基通過釋放氨離子而具有負電 荷，且所述胺基抑制除鉆薄膜外的材料的拋光。
[0020] 在上面形成有鉆薄膜的所述襯底的制備可包含:通過使用除鉆薄膜外的材料在所 述襯底上形成絕緣膜;在絕緣膜中形成溝槽；w及在具有溝槽的絕緣膜的整個表面上形成 鉆薄膜。
[0021 ]拋光工藝可在P郵咸性區(qū)中執(zhí)行且包含：在鉆薄膜的頂部表面上形成鉆氧化物膜； 通過使用研磨劑拋光鉆氧化物膜;W及使拋光加速劑鍵合到鉆。
【附圖說明】
[0022] 可W從結(jié)合附圖所作的W下描述中更詳細地理解示范性實施例，在附圖中：
[0023] 圖1是用于比較根據(jù)示范性實施例的電流與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流的圖。
[0024] 圖2和圖3是通過使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的漿液和根據(jù)示范性實施例的漿液拋光的鉆 的表面的電子顯微鏡相片。
[0025] 圖4是說明根據(jù)示范性實施例的取決于在漿液中使用的有機酸的抑的物質(zhì)的分布 的曲線圖。
[00%] 圖5是鉆的波爾貝克斯圖（pourbaix diagram)。
[0027] 圖6是說明取決于拋光加速劑的濃度的鉆的拋光速率的曲線圖。
[0028] 圖7是說明取決于拋光加速劑的濃度的絕緣氧化物膜的拋光速率的曲線圖。
[0029] 圖8到圖11是用于闡釋根據(jù)示范性實施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0030] 下文中將參看附圖詳細描述具體實施例。然而，本發(fā)明可W用不同形式實施，并且 不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實施例。實際上，提供運些實施例是為了使得本發(fā)明將是 透徹并且完整的，并且運些實施例將把本發(fā)明的范圍完整地傳達給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。 在圖中，出于說明清楚起見而夸大了層及區(qū)的尺寸。相同參考標號在全文中指代相同元件。
[0031] 根據(jù)示范性實施例的漿液可提供為用于拋光鉆的漿液。所述漿液包含用于拋光的 研磨劑W及用于調(diào)整鉆和除鉆之外的材料的拋光特性的拋光加速劑(accelerator)。并且， 所述漿液可包含用于分散研磨劑的分散劑(dispersing agent)，且拋光加速劑可包含含有 胺基(amine group)和簇基（carbo巧1 group)的有機酸。
[0032] 此處，研磨劑、分散劑W及拋光加速劑可包含于溶液中。舉例來說，研磨劑、分散劑 W及拋光加速劑可分散且分布于水中，即去離子(DI)水。并且，為了調(diào)節(jié)漿液的抑，可進一 步含有抑調(diào)節(jié)劑。所述漿液具有研磨劑分散于液體中的形式，且充分調(diào)整每一組分的含量。 氧化劑可不包含于漿液中，但可相對于漿液單獨地提供且隨后恰在拋光工藝之前添加到漿 液中。即，所述漿液可為不使用氧化劑的非氧化漿液。
[0033] 研磨劑可包含拋光顆粒，其中電動電勢（zeta potential)為正(+ )。舉例來說，拋 光顆?？砂趸e，即二氧化錯（Zr〇2)顆粒。二氧化錯顆粒中的每一者可具有結(jié)晶相 (crystalline phase)，并且還具有帶有結(jié)晶表面的多面形狀。在主要用作典型研磨劑的膠 態(tài)二氧化娃(colloidal silica)的情況中，如圖中所說明，膠態(tài)二氧化娃W40皿到70nm的 大小分布且具有38.5nm的平均大小。然而，在示范性實施例中使用的二氧化錯顆?？删哂?帶有單斜晶系(nonoclinic)結(jié)構(gòu)的結(jié)晶相，并且還具有帶有結(jié)晶表面的多面形狀。并且，二 氧化錯顆?？删哂?50nm或更小的次級粒子大小（seconda巧padicle)。在此情況下，二氧 化錯顆?？蒞均勻并且穩(wěn)定地分散于漿液中。舉例來說，二氧化錯顆?？删哂蟹秶鷱?00nm 至Ij310nm的次級粒子大小。此處，二氧化錯顆?？删哂袃?yōu)良的分散穩(wěn)定性。并且，研磨劑可相 對于漿液的總重量W 0.1 wt %到1 Owt %的范圍包含。當研磨劑具有小于0.1 wt %的含量時， 拋光可能為困難的，或鉆由于低拋光速率而不會充分拋光。當研磨劑具有超出lOwt%的含 量時，研磨劑顆?？赡茉斐煞稚⒎€(wěn)定性的障礙，且次級粒子大小可能太大而造成刮痕。具體 來說，二氧化錯顆?？上鄬τ跐{液的總重量W0.3wt%到5wt%的范圍包含或W〇.4wt%到 3wt %的范圍包含。此情況的實現(xiàn)是因為鉆的拋光速率優(yōu)良，且在0.3wt %到5wt %的范圍內(nèi) 保證分散穩(wěn)定性，且鉆的拋光速率在〇.4wt%到3wt%的范圍內(nèi)更優(yōu)良。此處，由于二氧化錯 研磨劑顆粒用作研磨劑，因此在化學(xué)機械拋光工藝中可優(yōu)良地執(zhí)行機械拋光。因此，可抑制 或阻止凹陷的發(fā)生，且可減少拋光工藝的復(fù)雜階段的數(shù)量而實現(xiàn)單階段拋光工藝。
[0034] 并且，如果二氧化錯用作研磨劑，那么可抑制或阻止作為待拋光的目標的鉆的表 面上的腐蝕缺陷的發(fā)生。下文將詳細描述此情況。
[0035] 圖1是用于比較根據(jù)示范性實施例的電流與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流的圖，且圖2和圖 3是通過使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的漿液和根據(jù)示范性實施例的漿液拋光的鉆的表面的電子顯微 鏡(electron microscope)相片。圖2是通過利用使用二氧化娃研磨劑顆粒的漿液拋光的鉆 的表面的電子顯微鏡相片，且圖3是通過利用使用二氧化錯研磨劑顆粒的漿液拋光的鉆的 表面的電子顯微鏡相片。
[0036] 圖1是示出通過在每一條件下測量漿液與鉆薄膜之間的電流W捜索漿液與鉆薄膜 之間的腐蝕行為而獲得的結(jié)果的圖。此處，所使用的漿液可具有相同pH，即，10的抑。測得的 電流可表示每一漿液作用于鉆薄膜上的腐蝕電流。由于高腐蝕電流表示鉆薄膜分解的高反 應(yīng)速率，因此腐蝕缺陷（即，腐蝕坑)的發(fā)生的可能性可增加。
[0037] 如圖1中所說明，當二氧化錯用作研磨劑顆粒時，無論是否使用氧化劑，腐蝕電流 的變化都可變化較低。然而，當二氧化娃用作研磨劑顆粒時，如果未使用氧化劑，那么腐蝕 電流可為低，類似于二氧化錯。然而，如果使用氧化劑，那么可見腐蝕電流顯著增加(在二氧 化錯的情況中6.15倍）。因此，腐蝕缺陷發(fā)生概率會顯著增加。并且，在二氧化娃漿液的情況 中，基本上必須添加氧化劑W拋光鉆薄膜。因此，當通過使用二氧化娃漿液拋光鉆薄膜時， 腐蝕缺陷可發(fā)生。當通過使用含有二氧化娃研磨劑和氧化劑的漿液拋光鉆薄膜時，如圖2的 相片中所說明，可W觀察到，在拋光之后保留的鉆薄膜的表面上發(fā)生多個腐蝕缺陷(表達為 箭頭）。另一方面，當二氧化錯用作研磨劑顆粒時，可W觀察到，無論是否使用氧化劑，全部 腐蝕缺陷都顯著減少。并且，如圖3的相片中所說明，當通過使用含有二氧化錯研磨劑的漿 液拋光鉆薄膜而不添加氧化劑時，可幾乎觀測不到腐蝕缺陷。
[0038] 因此，當拋光鉆時，如果使用二氧化錯研磨劑，那么可阻止或抑制腐蝕缺陷。因此 可見，極有效地拋光鉆而無需使用氧化劑。
[0039] 分散劑可將研磨劑均勻地分散到漿液中，且使用陽離子、陰離子和非離子聚合物 材料。并且，分散劑可調(diào)整研磨劑的電動電勢。即，陽離子分散劑可增加研磨劑的電動電勢 到正電勢，且陰離子分配劑可減小研磨劑的電動電勢到負電勢。并且，非離子分散劑可將電 動電勢維持原樣。因此，研磨劑的電動電勢可根據(jù)漿液中含有的分配劑而維持原樣，或者可 經(jīng)精細調(diào)整到正電勢或負電勢。陽離子聚合物分散劑可W包含由W下所構(gòu)成的族群中選出 的至少一者：聚賴氨酸（polylysine)、聚乙締亞胺（polyethyleneimine)、節(jié)索氯錠 (benzethonium chloride)、5-漠-5-石肖基-1，3-二惡燒(bronidox)、西曲漠錠（cetrimonium bromide)、西曲氯錠（cetrimonium chloride)、二甲基二（十八烷基）氯化錠 (dime thy Idioctadecyl ammonium chloride)、四甲基氨氧化錠（tetramethylammonium hydroxide)、二硬脂基二甲基氯化錠（distearyl dimethyl ammonium chloride)、聚二甲 胺-共-表氯醇（9〇17(1;[111日1:1171日111；[]1日-(3〇-邱;[證101'0117化;[]1)、1，2-二油酷基-3-^甲基錠丙 燒（1，2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane)和聚締丙胺（poly allyl amine)。此 夕h陰離子聚合物分散劑可W包含由W下所構(gòu)成的族群中選出的至少一者：聚丙締酸 (polyacrylic acid)、聚簇酸（polycarboxyl ic acid)、十二烷基苯橫酸鋼（sodium dode巧 1 benzenesulfonate)、十二烷基硫酸鋼（sodium dode巧 1 sulfate)和聚苯乙締橫 酸鋼（sodium polystyrene sulfonate)。并且，非離子聚合物分散劑可W包含由W下所構(gòu) 成的族群中選出的至少一者：聚乙締化咯燒酬（polyvinyl pyrrolidone)、聚氧化乙締 (polyethylene oxide)、聚乙締醇（polyvinyl alcohol)、徑乙基纖維素化7化〇巧ethyl cellulose)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇（2-amin〇-2-methyl-1-p;ropanol)、β-環(huán)糊精（β- 巧clodexhin)、果糖（fructose)、葡萄糖（glucose)和半乳糖（galactose)。分散劑可相對 于漿液的總重量W 0.01 wt %到5wt %的范圍包含。當分散劑具有少于0.01 wt %的含量時，分 散不會良好執(zhí)行并且會沉淀。當分散劑具有超出5wt%的含量時，由于聚合物材料的凝集和 高電離濃度，漿液的分散穩(wěn)定性會劣化。并且，分散劑可相對于漿液的總重量W〇.15wt%到 1 wt %的范圍包含或W0.3wt %到0.7wt %的范圍包含。此情況的實現(xiàn)是因為分散穩(wěn)定性優(yōu) 良，且研磨劑的電動電勢能夠得到精細調(diào)整。
[0040] 拋光加速劑可加速作為待拋光目標的材料的拋光，且抑制除待拋光目標外的材料 的拋光。即，含有拋光加速劑的每一官能團可作用于拋光目標材料和除拋光目標材料外的 材料中的每一個W調(diào)節(jié)每一材料的拋光特性。舉例來說，當通過使用含有拋光加速劑的漿 液拋光鉆時，拋光加速劑可與鉆反應(yīng)且鍵合到鉆而加速鉆的拋光，且抑制除鉆外的材料(例 如絕緣膜)的拋光。因此，鉆與絕緣膜之間的拋光速率差異可增加 W改善拋光選擇性。具有 簇基和胺基的有機酸可用作拋光加速劑。拋光加速劑可含有胺基酸W使得安置于胺基酸的 側(cè)鏈中的官能團具有正電荷。并且，拋光加速劑可具有彼此不同的至少兩個官能團。官能團 可分別為通過得出氨離子而具有正電荷的官能團W及通過在P郵咸性區(qū)中釋放氨離子而具 有負電荷的官能團。
[0041] 當精胺酸用作拋光加速劑時，將描述官能團的作用作為一實例。首先，圖4是說明 根據(jù)示范性實施例的取決于在漿液中使用的有機酸的抑的物質(zhì)的分布的曲線圖。精胺酸可 根據(jù)抑區(qū)W各種形式存在。并且，如圖4中所說明，精胺酸可在9到12.5的抑的區(qū)中具有HA形 式且一個胺基和一個簇基可解離而具有兩性離子的形式。即，精胺酸可W兩性離子的形式 存在，因為胺基通過得出氨離子而具有正電荷值，且簇基通過在特定pH區(qū)（9到12.5)中釋放 氨離子而具有負電荷值。此處，所述地區(qū)中的鉆的表面可具有C〇3〇4或C〇(OH)2、C〇(OH)3(運 將在稍后描述）的形式。即，對應(yīng)區(qū)中的鉆的表面可易于鍵合到氧，且鉆可W氧化物或氨氧 化物狀態(tài)存在，即當相比于金屬狀態(tài)時使鉆良好拋光的狀態(tài)。并且，精胺酸的每一官能團可 鍵合到鉆離子W加速鉆的氧化反應(yīng)，進而增加鉆的拋光速率。即，精胺酸的胺基共價鍵合到 鉆二價離子，且簇基離子鍵合到鉆二價離子。因此，當使用拋光加速劑時，當相比于僅使用 研磨劑的情況時可改善鉆的拋光速率。具有正電荷的胺基可作用于具有負電荷的絕緣膜 (例如，氧化娃薄膜)上W防止絕緣膜分解，進而抑止絕緣膜的拋光速率。即，胺基可鍵合到 氧化娃W防止氧化娃薄膜分解為Si(0H)4的形式，進而降低氧化娃的拋光速率。因此，當上 述有機酸用作拋光加速劑時，可加速作為待拋光目標的鉆的拋光，且可抑制除了待拋光目 標外的材料(例如，絕緣膜)的拋光。
[0042] 具有簇基和胺基的各種有機酸可用作拋光加速劑。舉例來說，拋光加速劑可包含 W下各項中的至少一者:精胺酸、組胺酸、賴胺酸、天冬胺酸、天冬酷胺酸、谷氨酸、教酷胺 酸、丙胺酸、甘胺酸、白胺酸、異白氨酸、鄉(xiāng)胺酸、絲胺酸W及酪氨酸。所述有機酸中的每一者 可單獨使用。替代地，所述有機酸可彼此混合且隨后使用。表1說明有機酸的分類。如表1中 所說明，有機酸中的每一者包含至少一個簇基(C00H)和胺基(NH2)。并且，有機酸中的每一 者可為具有相同數(shù)量的簇基和胺基的中性胺基酸、簇基的數(shù)量大于胺基的數(shù)量的酸性胺基 酸，或胺基的數(shù)量大于簇基的數(shù)量的堿性胺基酸。此處，胺基可與待拋光的目標（即，鉆)反 應(yīng)，并且還與除了待拋光目標外的材料（即，絕緣膜)反應(yīng)。因此，胺基的數(shù)量大可為有利的。 舉例來說，胺基的數(shù)量大于簇基的數(shù)量的堿性胺基酸可進一步改善漿液的拋光性能。并且， 有機酸除胺基和簇基之外還可進一步包含其它官能團。舉例來說，有機酸可進一步包含徑 基(0H)和疏水基團化）。并且，有機酸可進一步包含芳族控。拋光加速劑可相對于漿液的總 重量具有近似0.1 wt%到近似2wt%的含量。如果拋光加速劑具有小于0.1 wt%的含量，那么 由于絕緣膜(例如，氧化娃薄膜）的拋光速率高，因此鉆與絕緣膜之間的拋光選擇性可能不 良。如果拋光加速劑具有超出2wt%的含量，那么由于鉆的拋光速率顯著降低，因此可能難 W有效地拋光鉆。當拋光加速劑具有0.3wt %到Iwt %的含量時，通過將鉆拋光速率除W絕 緣膜拋光速率而獲得的拋光選擇性是30或更高，且因此可實現(xiàn)高選擇性。并且，當拋光加速 劑具有〇.5wt%到Iwt%的含量時，鉆與絕緣膜之間的拋光選擇性是50或更高，且因此可實 現(xiàn)較高選擇性。
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 由于典型的鉆漿液使用氧化劑，因此使用用于抑制待拋光目標(例如，鉆的表面） 上發(fā)生的局部腐蝕的腐蝕抑制劑。然而，在一示范性實施例中，未使用腐蝕抑制劑。
[0046] 抑調(diào)節(jié)劑可調(diào)節(jié)漿液的抑。抑調(diào)節(jié)劑可主要包含氨水和氨氧化鐘化0H)。在一示范 性實施例中，通過使用抑調(diào)節(jié)劑可將漿液的抑調(diào)節(jié)到堿性區(qū)。即，可將漿液的抑調(diào)節(jié)到超過 7的抑。并且，可將漿液的pH調(diào)節(jié)于8到15的范圍、9到12.5的范圍或9到11的范圍內(nèi)。通過說 明鉆的波爾貝克斯圖（pourbaiX diagram)的圖5可見調(diào)節(jié)pH的原因。在圖5中說明的相對于 抑的電位中，當抑小于別寸，由于鉆二價離子的形式變成穩(wěn)定狀態(tài)，因此鉆上會發(fā)生腐蝕。當 抑減少到2或更低時，會形成鉆二價和Ξ價離子而造成更嚴重的腐蝕。并且，當抑超過15時， 鉆氧化物膜會W離子的形式存在而造成腐蝕。另一方面，當抑范圍為8到15時，可形成鉆氧 化物(C〇3化)和鉆氨氧化物。因此，可見腐蝕受到抑制，且鉆在此區(qū)中易于拋光。即，比鉆更軟 的鉆氧化物可形成于對應(yīng)堿性區(qū)中（通過使用圖中的陰影表達），且因此，如果在此區(qū)中執(zhí) 行拋光，那么拋光速率可增加。并且，形成于表面上的鉆氧化物膜可抑制鉆的表面腐蝕缺陷 的發(fā)生。因此，根據(jù)示范性實施例的漿液可通過使用pH調(diào)節(jié)劑而將pH調(diào)節(jié)到8到15。因此，可 易于拋光或蝕刻鉆。
[0047]為了防止鉆腐蝕，可充分調(diào)整漿液的電導(dǎo)率。如果漿液的電導(dǎo)率過高，那么腐蝕電 流會增加，從而增加鉆的表面上的腐蝕的可能性。表2是示出取決于漿液的pH的電導(dǎo)率的 表。如表2中所說明，漿液的電導(dǎo)率可根據(jù)pH而變化。并且，可見通過調(diào)節(jié)抑而獲得所要的電 導(dǎo)率。當拋光鉆時，pH范圍為8到15的堿性區(qū)可如上所述起作用。然而，如果pH超過12,如表2 中所說明，那么漿液的電導(dǎo)率會顯著增加而增加腐蝕電流。因此，可預(yù)測鉆的表面上的腐蝕 缺陷的發(fā)生的可能性增加。并且，如果漿液的電導(dǎo)率過低，那么各種官能團可能會不恰當?shù)?作用。因此，可將用于拋光鉆的漿液的P的周節(jié)到8到12的pH或巧I山的抑。因此，可實現(xiàn)適當 的電導(dǎo)率。
[004引 表2
[0049]
[0050] 如上文所描述，可通過各種要素將用于拋光鉆的漿液的抑調(diào)節(jié)到堿性區(qū)。即，為了 調(diào)節(jié)拋光加速劑的官能團的反應(yīng)和動作、鉆的現(xiàn)存狀態(tài)(氧化物形成及漿液的電導(dǎo)率中 的至少一者，可將漿液的pH調(diào)節(jié)到充分范圍。因此，可加速鉆的拋光，且可抑制并非待拋光 目標的絕緣膜的拋光W防止鉆的表面局部腐蝕。
[0051] 下文中，將描述通過當制作根據(jù)前述實施例的漿液且隨后應(yīng)用于半導(dǎo)體襯底時評 估拋光特性而獲得的結(jié)果。
[0052] 實驗實例
[0053] 由于制造漿液的工藝類似于制造一般漿液的工藝，因此將簡單地描述制造漿液的 工藝。首先，準備將用于制造漿液的容器，且將所要量的去離子化I)水和作為分散劑的所要 量的聚丙締酸放入容器且隨后彼此充分混合。隨后，測量且放置作為研磨劑的具有結(jié)晶相 和預(yù)定初級顆粒平均大小的預(yù)定量的二氧化錯顆粒，且隨后均勻地混合。并且，將作為拋光 加速劑的預(yù)定量的精胺酸放入容器且隨后均勻地混合。隨后，將氨氧化鐘抑調(diào)節(jié)劑放入容 器W調(diào)節(jié)抑。運些材料的放置和混合不受特定次序限制。在此實驗實例中，將二氧化錯顆粒 和分散劑放置為相對于漿液的總重量分別具有Iwt %和0.375W%的含量。并且，WOwt%到 2wt%的范圍放置拋光加速劑。即，根據(jù)拋光加速劑的輸入的量而準備多種漿液。通過使用 氨氧化鐘而將每一漿液調(diào)節(jié)到具有10的pH。除了上述組分外的其余部分可包含不可避免地 添加的雜質(zhì)和純水。
[0054] 并且，準備將通過使用根據(jù)實驗實例的漿液拋光的各自具有12英寸大小的多個晶 片。即，制備鉆晶片，在娃晶片上沉積1鄕媒i的氧化物膜巧1娜擬藻的氮化鐵之后在所述 鉆晶片上沉積6,000 A的鉆薄膜。并且，制備氧化物晶片，其上沉積有7,000 A的氧化娃薄 膜作為絕緣膜。此處，Pol i-762拋光機(G&P技術(shù)公司）用作拋光設(shè)備，且使用Rohm&Haas的1C 1000/Suba IV CMP。并且，在W下拋光條件下將鉆薄膜和氧化物膜中的每一者拋光60秒。頭 部壓力是4psi，頭部和主軸臺的速度分別是93巧m和87巧m，且漿液的流速是lOOml/min。
[0055] 表3示出使用根據(jù)示范性實施例的漿液的拋光結(jié)果，圖6是說明取決于拋光加速劑 的濃度的鉆的拋光速率的曲線圖，且圖7是說明取決于拋光加速劑的濃度的絕緣氧化物膜 (Si〇2)的拋光速率的曲線圖。表3說明取決于拋光加速劑的含量的鉆和氧化娃薄膜的拋光 速率和選擇性的值，且圖6和圖7分別說明鉆和氧化娃薄膜的拋光速率。此處，通過拋光鉆晶 片和氧化娃薄膜晶片而計算鉆和氧化娃薄膜的拋光速率，且拋光選擇性是氧化物膜的拋光 速率與鉆的拋光速率的比率。即，拋光選擇性是通過將鉆的拋光速率除W氧化娃薄膜的拋 光速率而獲得的值。
[0056] 如表3、圖6與圖7中所見，當拋光加速劑的量增加時，鉆的拋光速率可顯著增加。隨 后，當添加預(yù)定量或更多的拋光加速劑時，鉆的拋光速率會再次減小。另一方面，當拋光加 速劑的量增加時，氧化娃薄膜的拋光速率連續(xù)地減小。即，當添加拋光加速劑時，鉆的拋光 速率可顯著增加而無需使用氧化劑來實現(xiàn)1，說似爲/min或更大的拋光速率。并且，由于通 過添加拋光加速劑，鉆的拋光速率增加，且氧化娃薄膜的拋光速率減小，因此可實現(xiàn)高拋光 選擇性。上文已描述關(guān)于此測試的原理。當拋光加速劑具有0.03wt%或更大的含量時，鉆的 拋光速率高達:!.，()〇() A/min或更大。并且，當拋光加速劑具有o.lwt%或更大的含量時，鉆 的拋光速率高達1，40() Λ/mm或更大。當拋光加速劑具有〇.5wt%或更大的含量時，鉆的拋 光速率極高込2,000免/mm巧更大。當拋光加速劑具有〇.7wt%或更大的含量時，鉆的拋光 速率開始下降。當拋光加速劑具有0.1 wt%到%的含量時，拋光選擇性高達20或更大。并 且，當拋光加速劑具有0.3wt %或更大的含量時，拋光選擇性高達30或更大。當拋光加速劑 具有ο. 5wt %或更大的含量時，拋光選擇性極高達50或更大。
[0化7] 表3
[0化引
[0059] 根據(jù)示范性實施例的漿液可W用于半導(dǎo)體裝置的制造工藝中拋光鉆的工藝。鉆可 W用于埋柵(buried gate)和線/插塞。在埋柵鉆的情況中，單元(cell)之間的距離可小到 3化m或更小。在線/插塞鉆的情況中，單元之間的距離可大到30皿到15化m的范圍。因此，可 根據(jù)待拋光圖案的種類選擇具有充分拋光選擇性的漿液W執(zhí)行拋光工藝。即，可通過使用 鉆薄膜與氧化物膜之間的拋光選擇性較高的漿液來執(zhí)行制造半導(dǎo)體裝置的工藝。將參考圖 8到圖11描述通過使用根據(jù)示范性實施例的漿液制造半導(dǎo)體裝置的方法。
[0060] 圖8到圖11是用于闡釋根據(jù)示范性實施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的橫截面圖。 參考圖8,在襯底110上形成絕緣膜120,例如氧化娃薄膜。參考圖9,可蝕刻絕緣膜120的預(yù)定 區(qū)域W形成圖案，所述襯底110的預(yù)定區(qū)域111通過所述圖案暴露。用于制造半導(dǎo)體裝置的 各種襯底可用作所述襯底110。舉例來說，可使用娃襯底?？赏ㄟ^使用氧化娃薄膜類的材料 來形成絕緣膜120。舉例來說，絕緣膜120可W通過使用W下各項中的至少一者形成:棚憐娃 玻璃（boron地0S地osilicate glass，BPSG)、憐娃玻璃（phosphosilicate glass，PSG)、高 密度等離子（high density plasma, HDP)、四乙基原娃酸鹽（tetra ethyl ortho si 1 icate，TEOS)、未滲雜娃玻璃(undoped silica glass，USG)、等離子體增強TE0S(plasma enhance tetra ethyl ortho silicate，PETE0S似及高縱橫工藝化igh aspect ratio process，HARP)。此外，絕緣膜 120可W通過物理氣相沉積（physical vapor deposition, PVD)方法、化學(xué)氣相沉積（chemical vapor deposit ion, CVD)方法、金屬有機 CVD (metal o;rganic CVD，M0CVD)方法、原子膜沉積（atomic film deposition,ALD)方法或其中CVD方 法和ALD方法彼此組合的4心〇0)方法形成。所述圖案可為用于暴露所述襯底110的預(yù)定區(qū)域 w便于形成線和/或插塞的孔，或者可為具有線形狀的溝槽。
[0061] 并且，如圖10中所說明，可在包含圖案和絕緣膜120的所述襯底110上形成由氮化 鐵形成的障壁膜130,且隨后，可在障壁膜130的整個表面上形成鉆薄膜140W掩埋所述圖 案。
[0062] 參看圖11，通過使用根據(jù)示范性實施例的其中鉆薄膜與氧化物膜之間的拋光選擇 性較高的漿液來拋光鉆薄膜140和絕緣膜120。所述漿液中鉆薄膜與氧化物膜之間的拋光選 擇性可高達大約30或更大。即，在此拋光方法中，制備包含作為研磨劑的氧化錯顆粒W及含 有簇基和胺基的拋光加速劑的漿液，且在將漿液供應(yīng)到所述襯底上的同時拋光鉆薄膜140。 在拋光之后，僅在溝槽中制造其中形成有鉆薄膜的結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)裝置W各種方式改變所述 溝槽結(jié)構(gòu)或線結(jié)構(gòu)。
[0063] 在拋光工藝中，可產(chǎn)生兩性離子，其中胺基通過得出氨離子而具有正電荷且簇基 通過釋放氨離子而具有負電荷，且胺基可抑制除了鉆薄膜140外的材料（即，氧化娃薄膜 120)的拋光。并且，拋光工藝可在抑堿性區(qū)中執(zhí)行。拋光工藝可包含在鉆薄膜140的頂部表 面上形成鉆氧化物膜的工藝、通過使用研磨劑而拋光鉆氧化物膜的工藝，W及使拋光加速 劑鍵合到鉆的工藝。并且，在拋光工藝中，拋光加速劑的官能團中具有正電荷的胺基和具有 負電荷的簇基可鍵合到鉆離子而加速鉆的分解反應(yīng)，進而加速且增加鉆薄膜的拋光速率。 因此，即使?jié){液不包含氧化劑，也可加速鉆薄膜140的拋光，且可抑制絕緣氧化物膜120的拋 光。并且，由于未使用氧化劑，因此可顯著防止鉆薄膜140的表面上可能發(fā)生的腐蝕缺陷。并 且，當通過使用具有鉆對氧化物膜的優(yōu)良拋光選擇性的漿液拋光鉆薄膜140時，可不拋光絕 緣膜120,且可拋光鉆薄膜140。因此，腐蝕可幾乎不發(fā)生。此處，由于二氧化錯顆粒用作研磨 劑，因此可執(zhí)行具有優(yōu)良機械性能的CMP工藝W抑制凹陷。
[0064] 根據(jù)示范性實施例，由于使用包含作為研磨劑的二氧化錯顆粒的漿液，因此可抑 制或防止鉆表面上的腐蝕缺陷。并且，如果使用二氧化錯研磨劑，且未使用氧化劑，那么可 更有效地防止腐蝕缺陷。并且，使用二氧化錯顆粒的漿液可W用足夠的拋光速率拋光鉆而 無需使用氧化劑。
[0065] 并且，根據(jù)示范性實施例，由于使用通過拋光加速劑來調(diào)整官能團的漿液，因此可 改善鉆的拋光速率，且可抑制除鉆外的其它材料（例如，絕緣膜）的拋光速率。如上文所描 述，可抑制絕緣膜的拋光速率W改善鉆與絕緣膜之間的拋光選擇性。
[0066] 并且，根據(jù)示范性實施例，由于拋光選擇性高，因此可抑制鉆和絕緣膜的過量拋 光。因此，可通過簡單拋光工藝有效地拋光鉆，且因此，可改善拋光生產(chǎn)力。
[0067] 并且，可減少例如凹陷和腐蝕等缺陷，且可抑制副產(chǎn)物的發(fā)生。因此，可在操作特 性和可靠性方面改善待制造的半導(dǎo)體裝置，并且還可改善半導(dǎo)體裝置的總制造生產(chǎn)力。
[0068] 如上文所描述，已關(guān)于上述實施例特定地描述本發(fā)明的技術(shù)想法，但應(yīng)注意僅提 供前述實施例用于說明而不限制本發(fā)明。可提供各種實施例W允許所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員理 解本發(fā)明的范圍，但本發(fā)明不限于此。
【主權(quán)項】
1. 一種用于拋光鈷的漿液，包括： 研磨劑，經(jīng)配置以執(zhí)行拋光，所述研磨劑包括氧化鋯顆粒； 分散劑，經(jīng)配置以分散所述研磨劑；以及 拋光加速劑，經(jīng)配置以加速所述拋光， 其中所述拋光加速劑包括含有胺基和羧基的有機酸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于拋光鈷的漿液，其中所述研磨劑相對于所述用于拋光鈷 的漿液的總重量以0.1 wt %到1 Owt %的范圍包含。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于拋光鈷的漿液，其中所述分散劑相對于所述用于拋光鈷 的漿液的總重量以0.01 wt %到5wt %的范圍包含。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于拋光鈷的漿液，其中所述拋光加速劑相對于所述用于拋 光鈷的漿液的總重量以0.1 wt %到2wt %的范圍包含。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于拋光鈷的漿液，其中所述拋光加速劑包括胺基酸，且所述 胺基酸的側(cè)鏈的官能團具有正電荷。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于拋光鈷的漿液，其中所述拋光加速劑具有通過得出氫離 子而具有正電荷的官能團以及通過在pH堿性區(qū)中釋放氫離子而具有負電荷的官能團。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于拋光鈷的漿液，其中所述拋光加速劑包括以下各項中的 至少一者:精胺酸、組胺酸、賴胺酸、天冬胺酸、天冬酰胺酸、谷氨酸、麩酰胺酸、丙胺酸、甘胺 酸、白胺酸、異白氨酸、纈胺酸、絲胺酸以及酪氨酸。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于拋光鈷的漿液，進一步包括pH調(diào)節(jié)劑，且將所述用于拋光 鈷的漿液的pH調(diào)節(jié)到8到15。9. 一種用于拋光非氧化鈷的漿液，拋光鈷而無需使用氧化劑，所述用于拋光非氧化鈷 的衆(zhòng)液包括： 作為研磨劑的氧化鋯顆粒，經(jīng)配置以執(zhí)行拋光；以及 拋光加速劑，經(jīng)配置以調(diào)節(jié)鈷和除鈷外的材料的拋光特性， 其中所述拋光加速劑具有至少兩個彼此不同的官能團，且所述拋光加速劑具有通過得 出氫離子而具有正電荷的官能團以及通過在pH堿性區(qū)中釋放氫離子而具有負電荷的官能 團。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于拋光非氧化鈷的漿液，其中除鈷外的所述材料包括絕緣 材料，且所述官能團包括胺基和羧基，且 所述胺基鍵合到所述絕緣材料以抑制所述絕緣材料的拋光。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于拋光非氧化鈷的漿液，其中所述拋光加速劑包括胺基 酸，且所述官能團包括胺基和羧基，且所述胺基和所述羧基鍵合到同一碳原子。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于拋光非氧化鈷的漿液，其中在所述拋光加速劑中，所述 胺基的數(shù)量大于所述羧基的數(shù)量。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于拋光非氧化鈷的漿液，其中在所述拋光加速劑中，所述 胺基的數(shù)量大于所述羧基的數(shù)量。14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于拋光非氧化鈷的漿液，進一步包括pH調(diào)節(jié)劑，且將所述 用于拋光非氧化鈷的漿液的pH調(diào)節(jié)到9到11。15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于拋光非氧化鈷的漿液，進一步包括分散劑，且所述分散 劑包括陽離子、陰離子以及非離子聚合物材料中的至少一者。16. -種襯底拋光方法，包括： 制備襯底，所述襯底上形成有鈷薄膜； 制備漿液，所述漿液包括具有氧化鋯顆粒的研磨劑以及含有胺基和羧基的拋光加速 劑；以及 在將所述漿液供應(yīng)到所述襯底上的同時拋光所述鈷薄膜， 其中在所述鈷薄膜的拋光中，產(chǎn)生兩性離子，其中所述胺基通過得出氫離子而具有正 電荷且所述羧基通過釋放氫離子而具有負電荷，且所述胺基抑制除所述鈷薄膜外的材料的 拋光。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的襯底拋光方法，其中在上面形成有所述鈷薄膜的所述襯底 的制備包括:通過使用除所述鈷薄膜外的所述材料在所述襯底上形成絕緣膜;在所述絕緣 膜中形成溝槽;以及在具有所述溝槽的所述絕緣膜的整個表面上形成所述鈷薄膜。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的襯底拋光方法，其中所述拋光是在pH堿性區(qū)中執(zhí)行且包括： 在所述鈷薄膜的頂部表面上形成鈷氧化物膜;通過使用所述研磨劑拋光所述鈷氧化物膜； 以及使所述拋光加速劑鍵合到鈷。
【文檔編號】B24B37/04GK106010296SQ201610157056
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】樸珍亨
【申請人】優(yōu)備材料有限公司