專利名稱：化學(xué)/機(jī)械拋光漿和使用它的化學(xué)機(jī)械拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在制造微型電子裝置中使用的CMP(化學(xué)/機(jī)械拋光)漿，特別涉及，能夠以高的選擇性快速除去目標(biāo)層和有效鈍化拋光停止層(polishing stopper)的CMP漿。
CMP是一種平面化處理。在CMP中，在使得研磨漿流到晶片和拋光墊的接觸區(qū)域時，具有波紋的晶片表面被壓靠在相對旋轉(zhuǎn)的拋光墊上。CMP利用化學(xué)和物理反應(yīng)將不平的晶片表面平面化。諸如CMP裝置的操作條件、漿的類型和拋光墊的類型等因素決定CMP的性能。
在這些因素當(dāng)中，CMP使用的漿類型是影響拋光性能的最關(guān)鍵的因素。但是，形成淺溝槽隔離(STI)或夾層電介質(zhì)(ILD)層中，其中形成露出DRAM的源/漏區(qū)域的自對準(zhǔn)接觸孔，使用常規(guī)的CMP漿，要拋光的目標(biāo)層(如氧化物層)相對于拋光停止層(氮化硅層)的選擇性是4∶1的比，這被認(rèn)為是差的選擇性。其結(jié)果，拋光停止層被過分拋光。為了防止拋光停止層的過分拋光，拋光停止層的厚度必須增加。另外，用常規(guī)的漿，在CMP后留下的拋光停止層具有厚度變化，這產(chǎn)生不平的晶片表面，降低隨后裝置制造加工的余量。其結(jié)果，半導(dǎo)體裝置的特性可能退化。因此，需要一種新型的高選擇性的CMP漿。
在本發(fā)明的一個方面，一種漿包含金屬氧化物研磨顆粒；去除加速劑；陰離子聚合物鈍化劑，它具有約1000到約100000的分子量；C1-C12陰離子鈍化劑；和水。
優(yōu)選地，金屬氧化物研磨顆粒包括氧化鈰、氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯或氧化鍺(germania)，或上述材料的任何組合。優(yōu)選地，去除加速劑包括磷酸鹽或亞磷酸鹽化合物。優(yōu)選地，陰離子聚合物鈍化劑包括聚(丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-馬來酸)、聚(甲基丙烯酸-馬來酸)、聚(丙烯酸-丙烯酰胺)、聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、或聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸)或上述材料的衍生物或鹽，或上述材料的任何結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明的漿還可以包含pH控制劑。所述漿優(yōu)選具有約3-6的pH值。
另一方面，本發(fā)明的CMP漿用在化學(xué)/機(jī)械拋光處理中。例如，所述漿可以用于化學(xué)/機(jī)械拋光在其上淀積拋光停止層和目標(biāo)層的晶片。要拋光的目標(biāo)層可以是氧化物層，拋光停止層可以是氮化硅層。CMP處理包括向CMP裝置加載晶片；和在晶片目標(biāo)層表面和拋光墊之間供給本發(fā)明的CMP漿的同時，在晶片的目標(biāo)層上進(jìn)行CMP。
參照附圖的以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明將使得本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更明了。
圖2是使用本發(fā)明的CMP漿進(jìn)行CMP方法使用的CMP裝置的示意圖。
圖3是本發(fā)明一個方面的CMP方法流程圖。
圖4是作為磷酸氫銨量的函數(shù)的氧化物(PE-TEOS)的去除速率變化曲線圖。
圖5、6和7是對本發(fā)明的各種漿使用不同的添加劑，作為添加劑置的函數(shù)的、氮化硅(SiN)和PE-TEOX去除速率和選擇性的變化曲線圖。
圖8是作為漿的pH值函數(shù)的氮化硅(SiN)和PE-TEOS去除速率的變化曲線圖。
圖9是是作為漿的pH值函數(shù)的氮化硅(SiN)和PE-TEOS的ξ電位曲線圖。
圖10、11和12是用本發(fā)明的漿拋光的樣品晶片制備方法剖視圖。
圖13是使用本發(fā)明的漿CMP后樣品晶片的剖視圖。
圖14是作為CMP漿選擇性函數(shù)的氧化物去除速率曲線圖。
圖15是說明溶解陰離子聚合物鈍合劑制備陰離子聚合物過程的化學(xué)反應(yīng)圖式的示例圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明現(xiàn)在參照


本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的CMP漿和使用這樣的漿的CMP方法。應(yīng)理解，本發(fā)明可以有很多不同的實(shí)施方式，在此說明的實(shí)施不應(yīng)理解為是對本發(fā)明范圍的限制。事實(shí)上，提供的說明性的實(shí)施方式是為了完全地公開本發(fā)明，將本發(fā)明的原理傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。而且應(yīng)理解在附圖中，為了清楚起見，層和區(qū)域的厚度是簡化的或放大的，并且各圖中相似的符號指的是相同或相似的部件。
一般來說，本發(fā)明的高選擇性的CMP漿優(yōu)選包含研磨顆粒和第一、第二和第三添加劑的混合物，以調(diào)節(jié)漿的特性。具體地，本發(fā)明的CMP漿包含金屬氧化物作為研磨顆粒。適合的金屬氧化物包括氧化鈰、氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鍺或類似材料，或上述這些材料的混合物。優(yōu)選地，金屬氧化物研磨顆粒與去離子水混合到占漿總重量的約0.5-約25％的重量比的濃度。如果金屬氧化物顆粒的量小于0.5重量％，則拋光速度變得太低。如果金屬顆粒的量大于25重量％，不能夠保證漿的分散穩(wěn)定性。由于這些原因，上述的濃度范圍對于研磨顆粒是優(yōu)選的。
優(yōu)選使用去除加速劑作為第一添加劑。優(yōu)選地，去除加速劑包括能夠提高，要拋光的目標(biāo)層被去除的速度的材料。適合的去除加速劑包括，如，磷酸鹽或亞磷酸鹽化合物。優(yōu)選的磷酸鹽化合物包括，如磷酸氫銨，磷酸二氫銨，磷酸二氫鉀，雙(2-乙基己基)磷酸鹽、2-氨基乙基二氫磷酸鹽，六氟磷酸4-氯苯重氮鹽，六氟磷酸硝基苯重氮鹽，六氟磷酸銨，雙(2，4-二氯苯基)氯代磷酸鹽，雙(2-乙基己基)氫磷酸鹽、氟磷酸鈣、二乙基氯代磷酸鹽、二乙基氯代硫代磷酸鹽、六氟磷酸鉀、焦磷酸鹽、六氟磷酸四丁基銨、六氟磷酸四乙基銨、或上述物質(zhì)的任意組合。
優(yōu)選的亞磷酸鹽化合物例如包括雙(乙基己基)亞磷酸鹽。
在一個實(shí)施方式中，去除加速劑優(yōu)選加入占漿總重量的約0.001-約10重量％的濃度。如果去除加速劑的量小于0.001重量％，拋光速度太低。如果去除加速劑的量大于10重量％，則漿的分散穩(wěn)定性變差，并且拋光速度不可控制。因此，上述濃度范圍是去除加速劑的優(yōu)選濃度范圍。在另一個實(shí)施方案中，優(yōu)選去除加速劑的添加量為約0.01-約1％。
對于第二添加劑，優(yōu)選使用拋光停止層鈍化劑，它也能增強(qiáng)研磨顆粒的分散穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)漿的流動性。在拋光停止層是氮化硅層，目標(biāo)層是氧化物層時，優(yōu)選使用陰離子聚合物鈍化劑作為第二添加劑。就漿的流動性來說，陰離子聚合物鈍化劑優(yōu)選具有約1,000到約100,000的分子量。適合的陰離子聚合物鈍化劑例如包括，單聚物(如聚(丙烯酸)和聚(甲基丙烯酸))、共聚物(如聚(丙烯酸-馬來酸)、聚(甲基丙烯酸-馬來酸)和聚(丙烯酸-丙烯酰胺))、三聚物(如聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸))，或上述材料的衍生物或鹽，或上述材料的任何結(jié)合。
在一個實(shí)施方案中，陰離子聚合物鈍化劑的添加量優(yōu)選是漿的總重量的約0.001重量％-約10重量％。如果其添加量小于約0.001重量％，鈍化無效。如果該量大于約10重量％，拋光速度太低。在另一個實(shí)施方案中，陰離子聚合物鈍化劑的加入量為漿的總重量的約0.01％-約1重量％。
優(yōu)選用鈍化劑作為第三添加劑，以增強(qiáng)在拋光停止層上的鈍化效果。在拋光停止層是氮化硅層時，優(yōu)選使用C1-C12陰離子鈍化劑。適合的C1-C2陰離子鈍化劑包括諸如鄰苯二甲酸氫鈣的鄰苯二甲酸鹽化合物。
在一個實(shí)施方案中，C1-C12陰離子鈍化劑的加入量優(yōu)選是漿總重量的約0.001-約10重量％。如果這個量小于約0.001重量％，則不能夠確保高的拋光選擇性。如果這個量大于約10重量％，拋光速度太低。為此，上述的濃度范圍對去除加速劑是優(yōu)選的。在另一個實(shí)施方案中，鈍化劑(第三添加劑)的添加量優(yōu)選為漿總重量的約0.01-約1重量％。
本發(fā)明的CMP漿還包含pH控制劑，以提供漿的最佳pH值。漿的pH值根據(jù)目標(biāo)層和拋光停止層的組分變化。在要拋光的目標(biāo)層是氧化物層并且拋光停止層是氮化硅層時，優(yōu)選將漿的pH值調(diào)節(jié)在約3-約6范圍。
適合的pH控制劑包括堿，例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化鈉(NaOH)，氫氧化四甲基銨(TMAH)，或膽堿?；蛘?，適合的pH控制劑還包括酸，諸如硫酸(H2SO4)，鹽酸(HCl)，磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO4)或乙酸(CH3COOH)。
優(yōu)點(diǎn)是，在本發(fā)明的水基CMP漿中，由于第一、第二和第三添加劑之間的相互作用，去除目標(biāo)層的速度增加，并且拋光停止層更有效地被鈍化，從而產(chǎn)生高的拋光選擇性。例如，用去除加速劑作為第一添加劑，要拋光的目標(biāo)層(如氧化物層)的去除速率能夠被調(diào)節(jié)到約2000到約6000埃/分。
接下來，通過使用陰離子聚合物鈍化劑(分子量范圍優(yōu)選為1,000到100,000)作為第二添加劑，在水基CMP漿中溶解的陰離子起鈍化劑的作用，也限制在體相中的研磨顆粒的遷移率，影響漿的流動性。
如圖15示出的反應(yīng)示意圖所示，在水基漿中溶解的陰離子聚合物鈍化劑產(chǎn)生大量的陰離子聚合物。陰離子聚合物被靜電引力強(qiáng)烈地吸附到帶正電荷的表面。相反，由于靜電斥力，陰離子聚合物被帶負(fù)電荷的表面排斥。因此，在CMP漿中的陰離子聚合物被吸附到帶正電荷的表面而發(fā)生鈍化。其結(jié)果是，在晶片正電荷區(qū)域避免被拋光的同時，晶片的負(fù)電荷區(qū)域能夠被選擇性地拋光。如上所述，在水基CMP漿中溶解的陰離子聚合物起鈍化劑的作用，另外限制研磨顆粒在體相中的遷移率，以影響漿的流動性。在晶片表面上具有不同的臺階時，晶片的大臺階區(qū)域能夠被快速去除，而小臺階區(qū)域被陰離子聚合物鈍化劑緩慢地去除。
優(yōu)選使用C1-C12陰離子鈍化劑作為第三添加劑，增強(qiáng)上述陰離子聚合物鈍化劑的鈍化效果。實(shí)際上，在使用鄰苯二甲酸氫鉀時，C1-C12陰離子鈍化劑優(yōu)選溶解在水基漿中，并且?guī)ж?fù)電荷，例如C8H4O42-。
為了用鈍化劑的功能增加拋光選擇性，要拋光的氧化物層應(yīng)在水基漿中帶負(fù)電荷，并且氮化物拋光停止層應(yīng)在水基漿中帶正電荷。在漿的pH值低于等電點(diǎn)時，膜的表面在水基漿中帶正電，在pH值高于等電點(diǎn)時帶負(fù)電。因此，通過控制漿的pH值，能夠使得兩個不同的膜以相反極性帶電。所以，在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，優(yōu)選使用pH值控制劑，將漿的pH值調(diào)節(jié)到最佳水平值。
為了增加處理的余量和減少凹坑現(xiàn)象的發(fā)生，優(yōu)選將本發(fā)明的CMP漿調(diào)節(jié)成使得，目標(biāo)層對拋光停止層的選擇性在約30∶1到約50∶1的范圍。
在下面，將參照圖1說明本發(fā)明實(shí)施方案的高選擇性的CMP漿的制備方法。
首先，向含有去離子水的高剪切混合器中放入研磨顆粒(步驟S10)。去離子水和研磨顆粒被初步混合(步驟S12)。在初步混合中，將研磨顆粒量調(diào)節(jié)到占最終漿重量的約0.5-約0.25重量％范圍。并且漿的pH值被調(diào)節(jié)為弱酸或弱堿范圍。
用泵將漿混合物輸送到適當(dāng)?shù)姆稚⒀b置(如介質(zhì)研磨機(jī)或超高壓分散裝置)，然后在高壓下徹底分散〔步驟S14〕?？梢允褂萌魏畏稚⒀b置。但是，考慮到各種因素，如分散形成的再現(xiàn)性、在分散時降低污染、及平均粒徑和在分散后的可分散性，優(yōu)選使用超高壓分散裝置。此時，考慮壽命，優(yōu)選用金剛石制造的超硬分散室，它是超高壓分散裝置的核心部分。在高壓分散處理時，施加約10,000到約20,000磅/平方英寸的適當(dāng)壓力。如果壓力低于這個范圍，則分散效率太低，如果大于這個范圍，對系統(tǒng)效率和室的壽命有不利的影響。
在通過超高壓分散控制漿的平均粒徑后，可以進(jìn)一步添加去離子水，適當(dāng)控制漿中的研磨顆粒濃度。
接下來，添加第一、第二和第三添加劑，取得希望的漿的特性(步驟S16)。特別是，以約0.001到約10重量％的加入量范圍加入去除加速劑，它使得要拋光的目標(biāo)層的去除容易。加入陰離子聚合物鈍化劑和C1-C12陰離子鈍化劑，每個的加入量為約0.01到約10重量％。
在加入第一、第二和第三添加劑未取得漿的最佳pH值時，可以任選加入pH值控制劑，以獲得最佳pH。
在制備本發(fā)明的CMP漿時加入的添加劑的量和/或pH控制劑的量，優(yōu)選是通過在水基CMP漿中它們之間的相互作用確定，使得它們的量為獲得最好的拋光效果而被最優(yōu)化。
在添加劑被混合并且漿的pH值被調(diào)節(jié)后，使?jié){通過過濾器，快速去除較大顆粒(步驟S18)。該過濾過程減少拋光時在目標(biāo)層表面上發(fā)生劃痕。在漿過濾過程后，對漿進(jìn)行分析，確定總的物理特性和性能。
下面參照圖2和3說明標(biāo)據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施方案的CMP方法。
見圖2，在CMP裝置中，使其上帶有拋光墊21的拋光臺20，與由電動機(jī)(未示出)旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)軸22相連并圍繞它旋轉(zhuǎn)。拋光頭30位于拋光墊21上方，并貼附在由電動機(jī)(未示出)旋轉(zhuǎn)的第二旋轉(zhuǎn)軸32上。拋光頭30以拋光臺20的旋轉(zhuǎn)方向的反方向旋轉(zhuǎn)。用安裝在拋光頭30的表面上的夾具34，將晶片36(它是要拋光的)可拆卸地固定到拋光頭30上。本發(fā)明的漿42從供漿管線40供給到拋光臺20的一側(cè)。
在本發(fā)明的CMP過程中，見圖2和3，制備要進(jìn)行CMP的晶片36和CMP漿42(步驟S50)。接下來，將晶片36固定到拋光頭30上，并且將CMP漿42供給到晶片36上(步驟S52)。晶片36可以包括作為要拋光的目標(biāo)層的氧化物層，和作為拋光停止層的氮化硅層。本發(fā)明的高選擇性CMP漿可以施用于將進(jìn)行淺溝槽隔離(STI)和形成層間電介質(zhì)(ILD)膜的晶片上。在當(dāng)前的STI和ILD膜形成過程中，氧化物層是要拋光的目標(biāo)層，它是諸如通過高密度等離子化學(xué)氣相淀積(HDPCVD)形成的高密度的等離子氧化物層，或通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)形成的等離子增強(qiáng)四乙基原硅酸鹽(PE-TEOS)，并且氮化硅層起拋光停止層的作用，它是通過在幾百毫托以下的壓力下通過低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)、或在約500到約600℃高溫下通過PECVD形成的。
在本發(fā)明的高選擇性的漿供給到晶片上(步驟S52)后，拋光溝槽填充氧化物層或ILD層(步驟S54)。
下面參照實(shí)驗(yàn)例詳細(xì)說明本發(fā)明。在下面的實(shí)驗(yàn)例中，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員說是普通的旦容易理解的技術(shù)信息沒有完全說明。下面的實(shí)驗(yàn)例是為了說明，不是限定本發(fā)明。第一實(shí)驗(yàn)例在這個實(shí)驗(yàn)中，基于參照圖1所述的方法，通過向含有作為第一添加劑的重量1％的氧化鈰(金屬氧化物研磨顆粒)的水基溶液中，加入作為去除加速劑的磷酸氫銨(AHP)，制備各種漿。
制備作為試樣晶片的、各具有8000埃厚度的氧化物(PE-TEOS)層的、PE-TEOS覆蓋晶片。
然后，在試樣晶片上進(jìn)行CMP，同時在其上供給含有不同AHP量(示于表1)的漿，并且測量氧化物去除速率。在以下條件下，用MIRRA MESA設(shè)備(RODEL CO.，Ltd)進(jìn)行CWP膜力為3.5磅/平方英寸的IC1000疊層墊，4.5磅/平方英寸殘余環(huán)力，3.5磅/平方英寸內(nèi)管力，110轉(zhuǎn)/分的臺速度，104轉(zhuǎn)/分的頭速度，和3000毫升/分的漿流量。CMP結(jié)果示于表1。圖4是結(jié)果的曲線圖。
表1

從表1和圖4能夠見到，加AHP時與不加ANP相比，氧化物去除速率增加。但是，在進(jìn)一步增加AHP量時，去除速率降低。這個結(jié)果可以認(rèn)為是由于過多的磷酸鹽基團(tuán)在漿中溶解，并吸附在研磨顆粒上，阻礙了CMP，這可從加入過量AHP時研磨顆粒沉淀的事實(shí)推測到?？紤]適當(dāng)?shù)难趸锶コ俾屎头乐寡心ヮw粒沉淀，優(yōu)選的AHP加入量被確定為約10重量％以下，優(yōu)選為約1重量％。第二實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)驗(yàn)中，向1重量％氧化鈰的水溶液中，加入0.25重量％AHP和作為陰離子聚合物鈍化劑的不同量的聚(甲基丙烯酸)(PMA)，制備各種漿。
作為試樣晶片，制備PE-TEOS和氮化硅(Si3N4)覆層晶片，其中氧化物(PR-TEOS)層和氮化硅層分別淀積到8000埃厚和2000埃厚。
使用與第一實(shí)驗(yàn)例相同的CMP裝置和在相同的操作條件下，在試樣晶片上進(jìn)行CMP，同時供給按表2成分制備的漿。在進(jìn)行CMP時測量氧化物和氮化硅的去除速率和選擇性。結(jié)果如表2所示。圖5是結(jié)果的曲線圖。
表2

從表2和圖5可見，在作為陰離子聚合物鈍化劑使用的PMA量增加時，氮化硅去除速率減低。陰離子聚合物鈍化劑的效果明顯。但是，如所示的，陰離子聚合物鈍化劑的量的增加。線性降低氧化物的去除速率。在僅使用PMA作為鈍化劑的所有試樣晶片中，選擇性較低。第三實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)驗(yàn)中，向1重量％氧化鈰水溶液中加入0.2重量％的AHP和不同量的作為C1-C12陰離子鈍化劑的鄰苯二甲酸氫鉀(PHP)，制備各種漿。
制備與第二實(shí)驗(yàn)例相同的試樣晶片，與第二實(shí)驗(yàn)例相同的裝置中、在相同的操作條件下進(jìn)行CMP。在進(jìn)行CMP時測量氧化物和氮化硅的去除速率和選擇性。結(jié)果示于表3。圖6是結(jié)果的曲線圖。
表3

Mh表3和圖6可見，當(dāng)作為C1-C12陰離子鈍化劑使用的PHP量增加時，氮化硅去除速率降低。陰離子鈍化劑的鈍化效果明顯。另外，與不加陰離子鈍化劑相比，增加陰離子鈍化劑量稍稍增加氧化物的去除速率。與第二實(shí)驗(yàn)例相似，在僅使用一種鈍化劑PMA時，在僅加入PHP作為鈍化劑的所有試樣中，選擇性較低。第四實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)驗(yàn)中，基于第一、第二和第三實(shí)驗(yàn)例的結(jié)果，向1重量％氧化鈰的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，PMA和PHP，制備各種漿。PMA的量固定在0.05重量％。變化PHP的量制備不同的漿。
制備與第二實(shí)驗(yàn)例相同的試樣晶片，使用與第二實(shí)驗(yàn)例相同的裝置、在相同的操作條件下進(jìn)行CMP。在進(jìn)行CMP時測量氧化物和氮化硅的去除速率和選擇性。結(jié)果示于下表4。圖7示出結(jié)果的曲線圖。
表4


從表4和圖7可見，在一起使用兩種陰離子鈍化劑-PMA和PHP時，獲得高的氧化物對氮化硅的選擇性。第五實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)例中，向1重量％氧化鈰的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，0.05重量％的PMA，和0.05重量％的PHP，隨后用1M H2SO4溶液和氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)節(jié)pH值，制備各種具有不同pH水平的漿。
制備與第二實(shí)驗(yàn)例相同的試樣品由使用與第二實(shí)驗(yàn)例相同的裝置、在相同的操作條件下進(jìn)行CMP。在進(jìn)行CMP時測量氧化物和氮化硅的去除速率和選擇性。結(jié)果示于表5。圖8示出結(jié)果的曲線圖。
表5

從表5和圖8可見，當(dāng)漿的pH值增加時，氧化物(PE-TEOS)和氮化硅的去除速率增加，并且在pH值到達(dá)和約超過6時，氮化硅的去除速率顯著增加。
而且，pH值由約6或更高時，選擇性陡然降低。顯然，具有6或以下的pH值的CMP漿在增加氧化物對氮化硅的選擇性方面是有效的。在較高pH值下的選擇性降低是由于在氮化硅層上吸附較少的鈍化劑?；旧?，這是因?yàn)殁g化劑的離解程度和氮化硅層表面電荷隨pH值變化所致。
對于離解程度，PHP和PMA的官能團(tuán)COOH具有約4.2的離解常數(shù)，所以在5或以下的pH值它完全離解。但是，當(dāng)pH值到達(dá)中性或堿性pH值時，離解程度降低。因此，從鈍化劑產(chǎn)生，在鈍化作用中用到的較少的負(fù)電荷，致使選擇性減低。
可以鑒于氮化硅的表面電荷，如下地解釋選擇性的降低。層的固有表面電荷可表示為以毫伏為單位的zeta(ξ)電位。在層中zeta(ζ)電位的信號發(fā)生變化的溶液pH值被稱為等電點(diǎn)。如圖9所示，HDPCVD或PECVD氧化物層的等電點(diǎn)約為3的pH值，LPCVD或高溫PECVD氮化硅層的等電點(diǎn)是約6的pH值。在漿的pH值比層的等電點(diǎn)低時，在漿中層的表面帶正電。在漿的pH值大于等電點(diǎn)時，在漿中層的表面帶負(fù)電。因此，在漿的PH值范圍為從約3到約6時，氮化硅層表面帶正電，氧化物層表面帶負(fù)電。所以，當(dāng)陰離子聚合物鈍化劑和C1-C20陰離子鈍化劑離解并帶負(fù)電時，鈍化劑被吸附到氮化硅層表面，將其有效鈍化。第六實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)驗(yàn)中，向1重量％氧化鈰的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，0.05重量％的PHP，和陰離子聚合物鈍化劑。用具有不同分子量的陰離子聚合物鈍化劑制備不同的漿。
制備與第二實(shí)驗(yàn)例相同的試樣晶片，使用與第二實(shí)驗(yàn)例相同的裝置、在相同的操作條件下進(jìn)行CMP。在進(jìn)行CMP時測量氧化物和氮化硅的去除速率和選擇性。結(jié)果示于表6。
表6

在表6中，PAA是聚(丙烯酸)的縮寫，PAA-co-MA是聚(丙烯酸-馬來酸)的縮寫。“Mw”是指分子量。從表6可見，當(dāng)陰離子聚合物鈍化劑的分子量增加時，氧化物對氮化硅的選擇性降低。就處理余量來說，選擇性的優(yōu)選范圍是約30∶1到約50∶1。因此，使用具有分子量約為1000到約100000的陰離子聚合物鈍化劑是優(yōu)選的。第七實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)驗(yàn)中，通過STI過程制備包括總數(shù)為39個芯片的各試樣晶片，用于0.12微米電平(level)的DRAM見圖10，依次在晶片100上淀積墊氧化物層102和氮化硅層104。使用二氯甲硅烷和氨(NH3)作為反應(yīng)氣體，在數(shù)百毫托(m Torr)壓力以下通過LPCVD，或在約500到約600℃高溫下通過PECVD，將氮化硅層104淀積到550埃厚度。在形成光致抗蝕劑圖形106以限定溝道區(qū)域后，用光致抗蝕劑圖形106作為掩模腐蝕氮化硅層104，形成氮化硅層圖形104，它起硬掩模和拋光停止層的作用。接下來，如圖11所示，去除光致抗蝕劑圖形106，使用氮化硅層圖形104作為腐蝕掩模部分地腐蝕墊氧化物層102和晶片100，從而形成多個淺溝道107。接下來，如圖12所示，氧化物層108被淀積到5500埃厚以填充槽107，并蓋住氮化硅層圖形104的表面。在此，氧化物層108是使用PECVD由PE-TEOS層制成的。
通過向1重量％氧化鈰的水基溶液中加入0.05重量％的AHP，0.05重量％的PMA，和0.05重量％的PHP，隨后將pH值調(diào)節(jié)到5，制備根據(jù)本發(fā)明的高選擇性的漿。
用所述漿在試樣晶片上進(jìn)行CMP，用試樣晶片上的氮化硅層圖形104作為拋光停止層。用帶有IC1000上墊和Suba4子墊(sub-pad)的6ED設(shè)備(Strasbaugh Co.，Ltd)進(jìn)行CMP。圖13示出獲得的最后結(jié)構(gòu)。
對于產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，測量了作為拋光停止層的氮化硅層圖形104的殘余厚度。計(jì)算了殘余厚度的平均值和它的離差。測量了在100微米×100微米區(qū)域中的凹處深度。結(jié)果示于下表7。
表7

從表7可見，在施用本發(fā)明的漿時，氮化物拋光停止層被去除30-50埃。另外，殘余氮化物的厚度離差小到50-60埃。顯然，本發(fā)明的漿提供高的氧化物對氮化物的選擇性。如表7所示，根據(jù)CMP條件，本發(fā)明的漿能夠減少凹坑現(xiàn)象。第八實(shí)驗(yàn)例在此實(shí)驗(yàn)中，用具有不同氧化物對氮化物選擇性的漿測量氧化物(PE-TEOS)的去除速率。試樣晶片的制造和CMP按第七實(shí)驗(yàn)例的方法進(jìn)行。測量了氧化物(pE-TEOS)的去除速率，在表8和圖14中示出結(jié)果。
表8

從表8和圖14可見，在漿具有約30∶1到約50∶1的選擇性時，氧化物的去除速率在約1000到1500埃/分的范圍內(nèi)?？紤]減少凹抗的氮化物去除速率(圖7結(jié)果)和氧化物去除速率，優(yōu)選的氧化物去除速率在約1000到約1500埃/分范圍內(nèi)。因此，優(yōu)選使用具有約30∶1到約50∶1的選擇性本發(fā)明的漿，以減少凹坑。
如上所述，在使用本發(fā)明的高選擇性漿時，拋光停止層的厚度變化很小，晶片表面很平，沒有凹入現(xiàn)象。因此，增加了隨后處理的余量。另外，與使用常規(guī)CMP比，能夠減小拋光停止層和要拋光的層的初始厚度。
雖然參照優(yōu)選實(shí)施方案說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解，在不偏離由附帶的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種在化學(xué)/機(jī)械拋光晶片中使用的漿，所述漿包含金屬氧化物研磨顆粒；去除加速劑；陰離子聚合物鈍化劑，它具有在約1,000到約100,000范圍的分子量；C1-C12陰離子鈍化劑；和水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中金屬氧化物研磨顆粒包括氧化鈰，氧化硅，氧化鋁，氧化鈦，氧化鋯，氧化鍺之一和它們的任何結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中金屬氧化物研磨顆粒的量占漿的總重量的約0.5-約25重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中去除加速劑包括磷酸鹽化合物和亞磷酸鹽化合物之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的漿，其中磷酸鹽化合物包括磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、雙(2-乙基己基)磷酸鹽、2-氨基乙基二氫磷酸鹽、六氟磷酸4-氯苯重氮鹽、六氟磷酸硝基苯重氮鹽、六氟磷酸氨、雙(2，4-二氯苯基)氯代磷酸鹽、雙(2-乙基己基)氫磷酸鹽、氟磷酸鈣、二乙基氯代磷酸鹽、二乙基氯代硫代磷酸鹽、六氟磷酸鉀、焦磷酸鹽、六氟磷酸四丁基銨、六氟磷酸四乙基銨、及其任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的漿，其中亞硫酸鹽化合物包括雙(2-乙基己基)亞磷酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中去除加速劑的量占漿總重量的約0.001-約10重重％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中去除加速劑的量占漿總重量的約0.01-約1重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中陰離子聚合物鈍化劑包括聚(丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-馬來酸)、聚(甲基丙烯酸-馬來酸)、聚(丙烯酸-丙烯酰胺)、聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸)、任何上述材料的衍生物或鹽，及上述材料的任何結(jié)合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中陰離子聚合物鈍化劑的量占漿總重量的約0.001-約10重量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中陰離子聚合物鈍化劑的量占漿總重量的約0.01-約1重量％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中C1-C12陰離子鈍化劑包括鄰苯二甲酸鹽。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的漿，其中鄰苯二甲酸鹽包括鄰苯二甲酸氫鉀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中C1-C12陰離子鈍化劑的量占漿總重量的約0.001-約10重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中C1-C12陰離子鈍化劑的量占漿總重量的約0.01-約1重量％。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其特征在于還包含pH值控制劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的漿，其中pH值控制劑包括以下堿之一氫氧化鉀，氫氧化銨，氫氧化鈉，氫氧化四甲基銨，或膽堿；和以下酸之一硫酸，鹽酸，磷酸，硝酸或乙酸。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中漿具有約3到約6的pH值。
19.一種使用權(quán)利要求1的漿的CMP方法，其中晶片包含要拋光的目標(biāo)層和拋光停止層，其中目標(biāo)層包括氧化物層，拋光停止層包括氮化硅層。
20.一種使用權(quán)利要求1的漿的CMP方法，其中晶片包含要拋光的目標(biāo)層和拋光停止層，其中目標(biāo)層包括氧化物層，拋光停止層包括氮化硅層，且其中氧化物層包括HDPCVD或PECVD氧化物層，并且氮化硅層包括LDCVD或高溫PECVD氮化硅層。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的漿，其中漿提供約30∶1到約50∶1的目標(biāo)層對拋光停止層的選擇性。
22.一種CMP方法，包括步驟將晶片裝入CMP裝置，所述晶片包含在其上淀積的拋光停止層和要拋光的目標(biāo)層；和在向目標(biāo)層表面和拋光墊之間供給CMP漿的同時，在晶片的目標(biāo)層上進(jìn)行CMP，其中CMP漿包含金屬氧化物研磨顆粒，去除加速劑，分子量為約1,000到約100,000的陰離子聚合物鈍化劑，C1-C12陰離子鈍化劑，和水。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中金屬氧化物研磨顆粒包括氧化鈰，氧化硅，氧化鋁，氧化鈦，氧化鋯，氧化鍺之一和它們的任何結(jié)合。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中金屬氧化物研磨顆粒的量占漿的總重量的約0.5到約25重量％。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中去除加速劑包括磷酸鹽化合物和亞磷酸鹽化合物之一。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中磷酸鹽化合物包括磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、雙(2-乙基己基)磷酸鹽、2-氨基乙基二氫磷酸鹽、六氟磷酸4-氯苯重氮鹽、六氟磷酸硝基苯重氮鹽、六氟磷酸氨、雙(2，4-二氯苯基)氯代磷酸鹽、雙(2-乙基己基)氫磷酸鹽、氟磷酸鈣、二乙基氯代磷酸鹽、二乙基氯代硫代磷酸鹽、六氟磷酸鉀、焦磷酸鹽、六氟磷酸四丁基銨、六氟磷酸四乙基銨、及其任意組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中亞硫酸鹽化合物包括亞磷酸雙二(2-乙基己基)亞磷酸。
28.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中去除加速劑的量占漿總重量的約0.001-約10重量％。
29.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中去除加速劑的量占漿總重量的0.01-約1重量％。
30.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中陰離子聚合物鈍化劑包括聚(丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸-馬來酸)、聚(甲基丙烯酸-馬來酸)、聚(丙烯酸-丙烯酰胺)、聚(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸)、聚(丙烯腈-丁二烯-甲基丙烯酸)、上述任何材料的衍生物或鹽，及上述材料的任何結(jié)合。
31.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中陰離子聚合物鈍化劑的量占漿總重量的約0.001-約10重量％。
32.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中陰離子聚合物鈍化劑的量占漿總重量的約0.01-約1重量％。
33.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中C1-C12陰離子鈍化劑包括鄰苯二甲酸鹽。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中鄰苯二甲酸鹽包括鄰苯二甲酸氫鉀。
35.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中C1-C12陰離子鈍化劑的量占漿總重量的約0.001-約10重量％。
36.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中C1-C12陰離子鈍化劑的量占漿總重量的約0.01-約1重量％。
37.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述的漿還包含pH值控制劑。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中pH值控制劑包括以下堿之一氫氧化鉀，氫氧化銨，氫氧化鈉，氫氧化四甲基銨或膽堿；和以下酸之一硫酸，鹽酸，磷酸，硝酸，或乙酸。
39.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述漿具有約3到約6的pH值。
40.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中要拋光的目標(biāo)層包括填充晶片中的溝道的絕緣層或在具有底層結(jié)構(gòu)的晶片上形成的夾層電介質(zhì)層。
41.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中要拋光的目標(biāo)層包括氧化物層，拋光停止層包括氮化硅層。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中氧化物層包括HDPCVD或PECVD氧化物層，并且氮化硅層包括LDCVD或高溫PECVD氮化硅層。
43.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述漿提供約30∶1到約50∶1的目標(biāo)層對拋光停止層的選擇性。
全文摘要
一種CMP(化學(xué)/機(jī)械拋光)漿，它能夠以高的選擇性，快速去除目標(biāo)層，并能夠有效鈍化拋光停止層。一方面，CMP漿包含金屬氧化物研磨顆粒、去除加速劑、分子量為約1,000到約100,000的陰離子聚合物鈍化劑、C1－C12陰離子鈍化劑和水。
文檔編號H01L21/768GK1475540SQ0215050
公開日2004年2月18日 申請日期2002年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月16日
發(fā)明者李鐘元, 洪昌基, 李在東 申請人:三星電子株式會社