TWI374930B - Adjuvant for controlling polishing selectivity and chemical mechanical polishing slurry comprising the same - Google Patents
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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
23
Claims (1)
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
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