專利名稱：Cmp漿料組合物及拋光方法
技術領域：
本發明提供ー種化學機械拋光(CMP)漿料組合物和ー種使用該漿料組合物的拋光方法。更具體地，本發明涉及表現出優異拋光選擇性的CMP漿料組合物，其中，對單晶硅層或多晶硅層具有低拋光率，且對硅氧化物層具有高拋光率，并涉及使用該漿料組合物的拋光方法。
背景技術：
近來，淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)エ藝已用于電隔離半導體器件，例如DRAM或閃速存儲器等。該STIエ藝包括以下步驟在通過刻蝕或光刻法形成拋光停止層的硅晶片上形成溝槽，用絕緣材料如硅氧化物填充溝槽，以及進行平坦化以除去由過量絕緣材料產生的陸度(step height)。現有技術中已使用回流(reflow)、SOG(旋轉涂布玻璃)或回蝕Gitchback)用于平坦化工藝，但是這些方法由于半導體器件具有高集成密度化和高性能化的趨勢而無法達到滿意的效果。因此，近年來化學機械拋光(CMP)方法已廣泛應用于平坦化工藝。CMP方法是用研磨顆粒機械拋光晶片并用漿料組合物中的化學物質化學拋光晶片，這通過使晶片與拋光墊接觸并相對移動，同時供應含有多種化學組分的漿料組合物而進行。根據CMP方法，選擇性地除去絕緣材料如硅氧化物面以形成被除去的絕緣層所填充的溝槽。在拋光和平坦化過程中，拋光停止層的上表面暴露時應停止拋光，以均勻地拋光晶片并且使由過度拋光引起的活化區(active region)與場區(field region)間的陸度最小化，從而保持元件的性能和エ藝的可靠性。在現有技術中氮化硅膜用作拋光停止層。然而，近來半導體器件的線寬變窄并且集成芯片(IC)具有更高的集成密度，單晶硅或多晶硅薄膜已被考慮作為拋光停止層。因此，需要具有優異拋光選擇性的CMP漿料組合物，這意味著CMP漿料組合物對拋光停止層如單晶硅層或多晶硅層具有低的拋光率并且對硅氧化物層具有高的拋光率。
發明內容
技術問題本發明的ー個目的在于提供ー種具有優異拋光選擇性的CMP漿料組合物，其對拋光停止層例如單晶硅層或多晶硅層具有低的拋光率并且對硅氧化物層具有高的拋光率。本發明的另ー目的在于提供使用上述漿料組合物的拋光方法。技術方案本發明提供ー種CMP漿料組合物，其包括研磨顆粒、分散劑、離子聚合物添加劑和非離子聚合物添加剤，該非離子聚合物添加劑包括含有至少兩個聚こニ醇重復単元的聚烯烴-聚こニ醇共聚物，其中至少ー個聚こニ醇重復單元為側鏈。此外，本發明提供ー種拋光村底的方法，其包括使用CMP漿料組合物拋光半導體襯底上的拋光目標層的步驟。本發明具體實施方案的CMP漿料組合物和拋光方法將在下文詳述。依據本發明的一個實施方案，提供ー種化學機械拋光(CMP)漿料組合物，其包括研磨顆粒、分散劑、離子聚合物添加劑和非離子聚合物添加剤，該非離子聚合物添加劑包括含有至少兩個聚こニ醇重復單元的聚烯烴-聚こニ醇共聚物，其中至少ー個聚こニ醇重復單元為側鏈。
由于該CMP漿料組合物包括研磨顆粒、分散劑、離子聚合物添加劑和具有具體結構的非離子聚合物添加剤，因此對單晶硅層或多晶硅層表現出低的拋光率，而對硅氧化物層具有高的拋光率。由此，CMP漿料組合物表現出優異的拋光選擇性(例如，對多晶硅層的拋光率與對硅氧化物層的拋光率之比為I : 35或更多)。并且，當將CMP漿料組合物適用于目標層例如硅氧化物層等時，可以以高拋光率和選擇性除去目標層。作為本發明人的實驗結果，本發明人發現由于CMP漿料組合物包括具有具體結構的非離子聚合物添加劑和離子聚合物添加剤，因此其在拋光和平坦化工藝中具有高分散穩定性和高拋光選擇性，從而可以以高拋光率來拋光硅氧化物層。此外，由于CMP漿料組合物可以均勻地分散于拋光區域，因此可以均勻地控制單晶硅層或多晶硅層的表面性質，從而使凹陷或侵蝕最小化。凹陷和侵蝕是指不應除去區域的一部分被拋光除去致使在拋光表面上形成凹部的現象，其可造成半導體器件的電性能降低。同時，離子聚合物添加劑為至少ー種選自以下的物質梳形共聚物，包括由離子聚合物衍生的主鏈和由非離子聚合物衍生的側鏈；聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸；及其混合物。離子聚合物添加劑通過附著于拋光停止層的表面而降低對拋光停止層的拋光率，從而可對硅氧化物層與拋光停止層例如單晶硅層或多晶硅層表現出高的拋光選擇性。特別是，當梳形共聚物用作離子聚合物添加劑時，由非離子聚合物衍生的側鏈可附著于單晶硅層或多晶硅層表面以保護單晶硅層或多晶硅層，從而降低對單晶硅層或多晶硅層的拋光速度。而由離子聚合物例如聚丙烯酸衍生的主鏈則不能降低對硅氧化物層的拋光速度，因此可對硅氧化物層與單晶硅層或多晶硅層表現出高的拋光選擇性。另外，上述梳形共聚物與具有相同分子量主鏈的線形共聚物相比具有更短的主鏈，因而可使漿料組合物中的聚集現象最小化。因此，梳形聚合物可防止由于漿料在拋光墊上累積所產生的大分子而引起的微痕。梳形共聚物由于包含側鏈，因而與線形共聚物相比每單位面積具有更高的聚合物密度。因此該梳形共聚物可厚厚地附著于多晶硅層表面而降低對單晶硅層或多晶硅層的拋光率，從而提高拋光選擇性。由于梳形共聚物作為離子聚合物添加劑而包含在內，因此CMP漿料組合物可對硅氧化物層與單晶硅層或多晶硅層表現出高的拋光選擇性。梳形共聚物可以為ー種如下的梳形共聚物，其包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯重復単元或其作為主鏈與作為側鏈的烯化氧重復單元連接以形成具有主鏈和側鏈的梳形。只要具有主鏈和側鏈的梳形共聚物包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯重復單元或其作為主鏈與作為側鏈的烯化氧重復單元連接，即可使用而無任何特別限制。優選地，烯化氧重復單元可為聚氧化こ烯或聚氧化丙烯重復單元。同樣，梳形共聚物可以為ー種如下的共聚物，其包含至少ー種選自聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸的重復單元和至少ー種選自聚氧化丙烯甲基丙烯酸、聚氧化丙烯丙烯酸、聚氧化こ烯甲基丙烯酸和聚氧化こ烯丙烯酸的重復單元的共聚物。梳形共聚物可以包括使化學式I的單體與化學式2的單體共聚而制備的、主鏈和側鏈形成梳形形狀的共聚物。[化學式I]
權利要求
1.ー種化學機械拋光(CMP)漿料組合物，其包含 研磨顆粒； 分散劑； 離子聚合物添加劑；以及 非離子聚合物添加剤，該非離子聚合物添加劑包括含有至少兩個聚こニ醇重復単元的聚烯烴-聚こニ醇共聚物，其中至少ー個所述重復單元為側鏈。
2.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述離子聚合物添加劑為至少ー種選自以下的物質梳形共聚物，其包括由離子聚合物衍生的主鏈和由非離子聚合物衍生的側鏈 ’聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸。
3.權利要求2的CMP漿料組合物，其中所述梳形共聚物包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯重復單元作為主鏈以及與主鏈連接的烯化氧重復單元作為側鏈，以形成梳形共聚物。
4.權利要求2的CMP漿料組合物，其中所述梳形共聚物為通過使化學式I表示的単體與化學式2表示的單體聚合形成具有主鏈和側鏈的梳形形狀而制備的梳形共聚物 [化學式I]
5.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述離子聚合物添加劑的含量為O.05-5重量％。
6.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述離子聚合物添加劑的重均分子量為1，000至 500，000。
7.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述聚烯烴-聚こニ醇共聚物為化學式3或化學式4表示的化合物 [化學式3]
8.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述聚烯烴-聚こニ醇共聚物的聚烯烴為分子量為100至2，000的聚こ烯或聚こ烯-丙烯共聚物。
9.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述非離子聚合物添加劑的含量為O.0001至5重量％。
10.權利要求I的CMP漿料組合物，其中對多晶硅層的拋光率與對硅氧化物層的拋光率之比為I : 35或更多。
11.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述研磨顆粒包含 金屬氧化物顆粒，該金屬氧化物顆粒包括至少ー種選自以下的物質ニ氧化硅、氧化招、ニ氧化鋪、氧化錯和ニ氧化鈦； 有機顆粒，該有機顆粒包括至少ー種選自以下的物質苯こ烯聚合物、丙烯酸聚合物、聚氯こ烯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚酰亞胺；以及 有機-無機復合顆粒，該有機-無機復合顆粒包含金屬氧化物和有機顆粒。
12.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述研磨顆粒的平均顆粒直徑為10至500nm。
13.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述研磨顆粒的含量為O.001至5重量％。
14.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述分散劑包含 含有至少ー種選自以下的組分的非離子聚合物分散劑聚こ烯醇(PVA)、こニ醇(EG)、甘油、聚こニ醇(PEG)、聚丙ニ醇(PPG)和聚こ烯吡咯烷酮(PVP);或 含有至少ー種選自以下的組分的非離子聚合物分散劑聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨和聚丙烯馬來酸。
15.權利要求I的CMP漿料組合物，其中基于100重量份的研磨顆粒計，所述分散劑的含量為O. I至100重量份。
16.權利要求I的CMP漿料組合物，其中該組合物還包括pH調節劑。
17.權利要求16的CMP漿料組合物，其中所述pH調節劑包括 堿性PH調節劑，該堿性調節劑包括至少ー種選自以下的物質氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水、氫氧化銣、氫氧化銫、碳酸氫鈉和碳酸鈉；或酸性PH調節劑，該酸性調節劑包括至少ー種選自以下的物質鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、甲酸和こ酸。
18.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述組合物的pH為4-8。
19.權利要求I的CMP漿料組合物，其中所述組成物包含 O. OOl至5%重量的研磨顆粒； O.05至5%重量的離子聚合物添加劑； O.0001至O. 5%重量的非離子聚合物添加劑； O.I至100重量份的分散劑，基于100重量份的研磨顆粒計；以及 殘余量的pH調節劑和水。
20.一種拋光方法，其包括用權利要求I至19之一的CMP漿料組合物拋光半導體襯底上的拋光目標層的步驟。
21.權利要求20的拋光方法，其中所述目標層為硅氧化物層。
22.權利要求21的拋光方法，其包括以下步驟 在半導體襯底上形成單晶硅層或多晶硅層的圖案； 在所述半導體襯底上形成的單晶硅層或多晶硅層的圖案上形成硅氧化物層；以及 拋光所述硅氧化物層以暴露所述單晶硅層或多晶硅層。
23.權利要求21的拋光方法，其中所述拋光的硅氧化物層限定一個半導體器件的場區，并且 所述拋光方法適用于半導體器件的淺溝槽隔離(STI)エ藝。
全文摘要
本發明涉及CMP漿料組合物，其包含研磨顆粒；分散劑；離子聚合物添加劑；和非離子聚合物添加劑，該非離子聚合物添加劑包括含有兩個或更多個聚乙二醇重復單元的聚烯烴-聚乙二醇共聚物，其中至少一個聚乙二醇重復單元是支化的，并涉及一種使用該漿料組合物的拋光方法。CMP漿料組合物對單晶硅膜或多晶硅膜具有低的拋光率并對硅氧化物膜具有高的拋光率，從而表現出優異的拋光選擇性。
文檔編號H01L21/304GK102648265SQ201080056417
公開日2012年8月22日 申請日期2010年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者崔銀美, 曹升范, 申東穆 申請人:株式會社Lg化學