專利名稱：用于研磨氮化硅的組合物以及使用所述組合物控制選擇比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMP研磨工藝，更具體地涉及用于在研磨氮化硅膜中使用的用于研磨氮化硅的組合物及使用所述組合物控制選擇比的方法。
背景技術(shù)：
CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學(xué)機械拋光法)為半導(dǎo)體工藝中的重要關(guān)鍵技術(shù)，且特別地，將其視為實施用于高密度配線的多層配線結(jié)構(gòu)不可或缺的技術(shù)。
CMP涵蓋多種工藝對象，其實例包括用于層間絕緣膜或埋入絕緣膜的二氧化硅 (SiO2),諸如作為配線層或連接這樣的配線層的插座使用的鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)的金屬，諸如用于防止金屬擴散的鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti)的屏蔽金屬層(barrier metal layer)，用于形成溝槽型電容器的多晶硅，被形成蝕刻掩模的氮化硅(SiN)。
為了對這些不同類型的加工對象實施最佳研磨，必需以各種對象為基礎(chǔ)對研磨墊或研磨組合物進行最優(yōu)化。
在半導(dǎo)體工藝的形成配線的過程中，對硅晶片實施使用含氯氣體的RIE(Reactive Ion Etching,反應(yīng)性離子蝕刻)，以形成對應(yīng)于目標(biāo)配線圖案的槽以及對應(yīng)于目標(biāo)插座的孔。然后，在所述槽和孔的內(nèi)壁面上形成包含鈦或氮化鈦的屏蔽層，然后通過電鍍等用諸如鎢膜的配線金屬將整個基底表面涂覆，使所述槽和孔中充滿鎢，然后通過CMP除去所述槽和孔之外的區(qū)域的過量鎢膜。
在硅晶片中形成這樣的槽或孔的蝕刻過程中，在所述晶片的表面上形成蝕刻掩模，并使用氮化硅膜作為所述蝕刻掩模。在蝕刻過程中將所述蝕刻掩模本身部分除去，并通過電鍍用配線金屬將剩余部分的膜涂覆，且必須通過CMP將其與金屬膜同時除去。
然而，用作蝕刻掩模的氮化硅膜的機械強度非常高，因此通過CMP研磨所述氮化硅膜的速度低(參見專利文獻1)。這可能延長研磨過程。
由于上述問題，因此將氮化硅膜蝕刻除去。通過干燥或潤濕過程進行所述蝕刻，但即使在使加工時間相對縮短的潤濕過程中，仍需將蝕刻劑加熱至高溫的操作(參見專利文獻2)，其延長了研磨過程且使半導(dǎo)體工藝的生產(chǎn)量降低。
此外，如上所述，通過CMP加工的對象多種多樣，且當(dāng)將諸如金屬膜、絕緣膜和氮化硅膜作為加工對象時，重要的是不僅需要控制各個膜的研磨速度，而且需要控制作為兩種研磨速度之比的選擇比。根據(jù)加工的目的，研磨速度近似相同，換言之，在一些情況下它們之間的選擇比優(yōu)選為1，而在其它情況下研磨速度之一優(yōu)選高于或低于另一研磨速度，換言之，在其它情況下它們之間的選擇比優(yōu)選大于或小于1。
因此，必須控制選擇比以采用不同值，而不僅設(shè)置為特定值。
然而，用于研磨氮化硅膜的常規(guī)組合物中，響應(yīng)于組合物的變化兩種研磨速度均發(fā)生變化，使其難于將選擇比控制在目標(biāo)比，或即使可以控制，研磨速度本身也顯著降低。 換言之，不能實現(xiàn)充分控制。
現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻 專利文獻1 日本專利特開2000-109795A號公報 專利文獻2 日本專利特開9-45660A號公報 發(fā)明概述 本發(fā)明解決的問題 本發(fā)明的目的為提供用于在半導(dǎo)體工藝中通過CMP提高氮化硅的研磨速度的用于研磨氮化硅的組合物。本發(fā)明的另一目的為提供控制選擇比的方法，所述方法使基于氮化硅膜的研磨速度的選擇比容易控制。
解決問題的方案 本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物，其包含 1)硅膠，以及2、包含磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助劑。
根據(jù)本發(fā)明，所述磷酸化合物包含選自磷酸、焦磷酸和多磷酸中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明，所述硅膠的平均粒徑為15nm至80nm。
本發(fā)明所述的組合物還包含氧化劑。
本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物，其包含 1)硅膠，2)包含磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助劑，以及幻氧化劑，并且能夠根據(jù)所述氧化劑的含量和所述用于研磨氮化硅的組合物的PH值來控制第一選擇比和第二選擇比。所述第一選擇比代表金屬膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比且第二選擇比代表氧化物絕緣膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比。
本發(fā)明提供了使用所述用于研磨氮化硅的組合物控制選擇比的方法，所述組合物包含上述氧化劑。能夠根據(jù)所述氧化劑的含量來控制所述第一選擇比，且能夠根據(jù)所述研磨氮化硅的組合物的PH值來控制所述第二選擇比。
發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，通過包含硅膠和含有磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助劑能夠提高氮化硅膜的研磨速度。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用選自磷酸、焦磷酸和多磷酸中的至少一種作為所述磷酸化合物。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用二氧化硅作為研磨劑。
根據(jù)本發(fā)明，通過進一步添加氧化劑，能夠研磨金屬膜且能根據(jù)氧化劑的含量而不改變氮化硅的研磨速度來控制金屬膜的研磨速度。
根據(jù)本發(fā)明，所述組合物包含硅膠、含有磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助劑以及氧化劑。此時，能夠根據(jù)所述氧化劑的含量和所述用于研磨氮化硅的組合物的pH值來控制作為金屬膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比的第一選擇比以及作為氧化物絕緣膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比的第二選擇比。
本發(fā)明提供了使用所述用于研磨氮化硅的組合物控制選擇比的方法，所述組合物包含上述氧化劑。能夠根據(jù)所述氧化劑的含量容易控制所述第一選擇比，且能夠根據(jù)所述組合物的PH值容易控制所述第二選擇比。
附圖簡述 參考附圖和由下文的描述使本發(fā)明的其它特征、原理、步驟、特性和優(yōu)點變得更明確。


圖1為顯示各個發(fā)明實施例1至6和比較實施例的氮化硅膜的研磨速度的圖表。
圖2為顯示焦磷酸的含量對氮化硅膜的研磨速度的影響的圖表。
圖3為顯示硅膠的平均粒徑對氮化硅膜的研磨速度的影響的圖表。
圖4為顯示各個發(fā)明實施例7至9的氮化硅膜的研磨速度的圖表。
圖5為顯示在發(fā)明實施例10至12中金屬膜(鎢)、TEOS膜和氮化硅膜的研磨速度的圖表。
圖6為顯示氧化劑的含量對各個膜的研磨速度的影響的圖表。
圖7為顯示氧化劑的含量對多晶硅膜的研磨速度R2s的影響的圖表。
圖8為顯示氧化劑的含量對氮化硅膜的研磨速度Rl的影響的圖表。
圖9為顯示氧化劑的含量對TEOS膜的研磨速度R3的影響的圖表。
圖10為顯示氧化劑的含量對鎢膜的研磨速度R2w的影響的圖表。
圖11顯示氧化劑的含量對鈦膜的研磨速度R2t的影響的圖表。
圖12為顯示pH值對TEOS膜的研磨速度R3的影響的圖表。
圖13為顯示pH值對氮化硅膜的研磨速度Rl的影響的圖表。
實施本發(fā)明的方案 現(xiàn)在結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行描述。
氮化硅(Silicon Nitride)為具有Si3N4的結(jié)構(gòu)，且其燒結(jié)體即使在高溫下仍具有較大彎曲強度的材料。所述材料具有高耐磨性。在半導(dǎo)體工藝中，氮化硅為用作絕緣膜、蝕刻掩模和用于自對準(zhǔn)接觸的保護膜的材料，但由于其機械強度高，而不能獲得高研磨速度。
本發(fā)明尤其適用于研磨這樣的氮化硅膜，且能完全實現(xiàn)與研磨所述氮化硅膜同時進行的金屬膜的研磨。
本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物包含硅膠以及含有磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助劑，并且能通過包含它們來提高氮化硅膜的研磨速度。
現(xiàn)在，對本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物進行詳細說明。
在本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物中包含的磷酸化合物優(yōu)選選自磷酸、焦磷酸和多磷酸以及其鹽中的至少一種，更優(yōu)選為焦磷酸。
通過含有包含選自磷酸化合物和硫酸化合物中的至少一種的研磨助劑來提高氮化硅膜的研磨速度，且特別地，使用焦磷酸、其鹽和/或硫酸能進一步提高研磨速度。
二氧化硅的平均粒徑不受特別限制，但優(yōu)選使用的硅膠具有通過光散射法的粒度分布測定獲得的15nm至80nm的平均粒徑，且更優(yōu)選為30nm至70nm的粒徑。
當(dāng)平均粒徑為15nm至SOnm時，能顯著提高氮化硅膜的研磨速度。即使平均粒徑在該范圍外，也能提高研磨速度，但其改進小于當(dāng)粒徑在上述范圍內(nèi)的改進。當(dāng)平均粒徑為 30nm至70nm時，能更顯著地提高氮化硅膜的研磨速度。
通過添加諸如有機酸或無機酸的pH值調(diào)節(jié)劑控制用于研磨氮化硅的組合物的pH 值，其實例包括硝酸、鹽酸、醋酸、乳酸、檸檬酸、酒石酸和丙二酸。在上述之中，最優(yōu)選的是硝酸。
除上述組成之外，本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物可包含添加劑。
添加劑的實例包括檸檬酸、乳酸、鄰苯二甲酸氫鉀。通過包含這些添加劑的任何一種，能進一步提高氮化硅膜的研磨速度。
只要不降低研磨組合物的優(yōu)選性質(zhì)，則可添加一種或多種通常用于本領(lǐng)域的常規(guī)研磨組合物使用的添加劑作為另一種類型的添加劑。
本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物還可包含氧化劑。
如上所述，有時將氮化硅膜與諸如鎢的配線金屬及諸如鈦的屏蔽金屬層同時研磨，因此，優(yōu)選地，用于研磨氮化硅的組合物具有用于金屬膜的足夠的研磨速度。
為了提高上述金屬膜等的研磨速度，本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物還可包含氧化劑。
本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物包含的氧化劑的實例包括氯酸、溴酸、碘酸、過碘酸和過硫酸化合物及其鹽、以及過氧化氫與硝酸鐵的組合。優(yōu)選使用鉀鹽、鈉鹽和鈣鹽作為這樣的鹽。為防止堿金屬或堿土金屬污染，特別優(yōu)選使用碘酸和過碘酸作為這樣的氧化劑。
已知添加氧化劑對氮化硅膜及諸如二氧化硅膜的氧化物絕緣膜的研磨速度不具影響。當(dāng)改變添加的氧化劑的量時，氮化硅膜及二氧化硅膜的研磨速度不發(fā)生變化，僅金屬膜的研磨速度發(fā)生變化。因此，通過改變氧化劑的添加量能控制代表氮化硅膜和二氧化硅膜的研磨速度與金屬膜的研磨速度之比的選擇比。
因此，考慮金屬膜的研磨速度或選擇比所需的含量來決定本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物中氧化劑的含量。
已知用于研磨氮化硅的組合物的pH值的變化對氮化硅膜及金屬膜的研磨速度不具影響，使當(dāng)用于研磨氮化硅的組合物的PH值變化時，氮化硅膜及金屬膜的研磨速度不發(fā)生變化，僅二氧化硅膜的研磨速度發(fā)生變化。因此，能控制代表氮化硅膜及金屬膜的研磨速度與二氧化硅膜的研磨速度之比的選擇比。
用這種方法，基于氧化劑的含量及用于研磨氮化硅的組合物的pH值，本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物容易控制作為金屬膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比的第一選擇比以及作為氧化物絕緣膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比的第二選擇比。
在下文中，對取決于氧化劑的含量的第一選擇比以及取決于用于研磨氮化硅的組合物的PH值的第二選擇比的控制方法進行描述。
當(dāng)使用本發(fā)明的包含氧化劑的研磨氮化硅的組合物研磨氮化硅膜、金屬膜及氧化物絕緣膜時，Rl代表氮化硅膜的研磨速度，R2代表金屬膜的研磨速度，且R3代表氧化物絕緣膜的研磨速度。然后，第一選擇比R2/R1為金屬膜的研磨速度R2與氮化硅膜的研磨速度 Rl之比，第二選擇比R3/R1為氧化物絕緣膜的研磨速度R3與氮化硅膜的研磨速度Rl之比。
此處，通過改變氧化劑的含量僅能使金屬膜的研磨速度R2發(fā)生變化。由于氮化硅膜的研磨速度Rl基本上恒定，因此第一選擇比R2/R1僅基于金屬膜的研磨速度R2決定。更具體地，通過改變氧化劑的含量僅能使第一選擇比R2/R1發(fā)生變化，因此容易控制選擇比。
通過改變用于研磨氮化硅的組合物的pH值僅能使氧化物絕緣膜的研磨速度R3發(fā)生變化。由于氮化硅膜的研磨速度Rl基本上恒定，因此第二選擇比R3/R1僅基于氧化物絕緣膜的研磨速度R3決定。更具體地，通過改變研磨氮化硅的組合物的pH值僅能使第二選擇比R3/R1發(fā)生變化，因此容易控制選擇比。
當(dāng)金屬膜包含多晶硅膜且氧化劑的含量在0質(zhì)量％至0. 17質(zhì)量％范圍內(nèi)變化時， 氮化硅膜的研磨速度Rl基本上恒定且僅金屬膜的研磨速度R2發(fā)生變化。此時，第一選擇比R2/R1為0.四至1. 77且可控制為小于1或不小于1的值。
當(dāng)氧化物絕緣膜為TEOS膜且用于研磨氮化硅的組合物的pH值在2. 5至5. 5的范圍內(nèi)變化時，氮化硅膜的研磨速度Rl基本上恒定且僅氧化物絕緣膜的研磨速度R3發(fā)生變化。此時，第二選擇比R3/R1為0. 63至1. 41，且可控制為小于1或不小于1的值。
本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物的剩余部分為水，且水的類型不受特別限制， 但考慮在半導(dǎo)體裝置的制造工藝中使用，因此優(yōu)選的是純凈水、超純水、離子交換水和蒸餾水。
能使用現(xiàn)有的研磨組合物的制造方法作為本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物的制造方法。注意，當(dāng)使用時，可將本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物稀釋至任意濃度。
實施例 在下文中，對本發(fā)明的實施例和比較實施例進行描述。
制備具有下列組成的本發(fā)明的實施例和比較實施例。
發(fā)明實施例1 研磨劑硅膠研磨助劑焦磷酸發(fā)明實施例2 研磨劑硅膠研磨助劑疏酸發(fā)明實施例3 研磨劑硅股研磨助劑焦磷酸鉀發(fā)明實施例4 研磨劑硅膠研磨助劑磷酸發(fā)明實施例5 研磨劑硅膠研磨助劑多磷酸發(fā)明實施例6 研磨劑硅膠研磨助劑焦磷酸研磨助劑較υ酸比較實施例研磨劑硅膠
權(quán)利要求
1.用于研磨氮化硅的組合物，其包含1)硅膠；以及2)由磷酸化合物和硫酸化合物組成的研磨助劑。
2.如權(quán)利要求1所述的用于研磨氮化硅的組合物，其中所述磷酸化合物包括選自磷酸、焦磷酸和多磷酸中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于研磨氮化硅的組合物，其中所述硅膠的平均粒徑為 15nm 至 80nmo
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的用于研磨氮化硅的組合物，其還包含氧化劑。
5.用于研磨氮化硅的組合物，其包含1)硅膠；2)由磷酸化合物和硫酸化合物組成的研磨助劑；以及3)氧化劑，其中能夠根據(jù)所述氧化劑的含量和所述用于研磨氮化硅的組合物的PH值來控制第一選擇比和第二選擇比，所述第一選擇比代表金屬膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比且第二選擇比代表氧化物絕緣膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比。
6.使用如權(quán)利要求5所述的用于研磨氮化硅的組合物來控制選擇比的方法，其中能夠根據(jù)所述氧化劑的含量來控制所述第一選擇比，且能夠根據(jù)所述用于研磨氮化硅的組合物的pH值來控制所述第二選擇比。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的用于研磨氮化硅的組合物，其包含硅膠、包含磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助劑。通過進一步包含氧化劑來控制代表金屬膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比的第一選擇比以及代表氧化物絕緣膜的研磨速度與氮化硅膜的研磨速度之比的第二選擇比。
文檔編號C09K3/14GK102187434SQ20098014160
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者田中利香 申請人:霓達哈斯股份有限公司