專利名稱：拋光組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于拋光玻璃、半導體和集成電路的拋光組合物。具體地講，本發(fā)明涉及由去離子水、金屬氧化物和環(huán)胺組成的可對制造集成電路用的薄膜進行化學機械拋光的拋光組合物。
現(xiàn)如今，隨著集成電路密度的增大，中間絕緣層的整體平面化就變得日益重要了。特別是，CMP(化學機械平面化)作為一種平面化方法已受到特別的關注。高度集成的半導體裝置是通過在絕緣材料間交替地淀積導電材料以形成圖形來制造的。
為實施上述的圖形層，表面必須是平坦的。沒有一個平坦的表面，制備圖形是不可能的。
隨著半導體裝置越來越集成化，需要使特征尺寸最小化并需要多層互連。為達到此目標的最重要的前提條件之一是整體的平面化。
隨著微處理器和DRAM的結構變得多層化以后，如果在其上淀積薄膜的層不平的話，則會發(fā)生問題。
特別是在光刻過程中，如果該過程是在不平坦的層上開始的，入射光就會漫反射，這將引起光致抗蝕劑圖形不精確。因此，我們需要通過將不必需的沉積部分拋光來使表面平面化。
CMP是迄今為止已知的最有效的方法。已經(jīng)開發(fā)出的平面化方法如SOG/Etch Back/ECR Depo & Etch是非常復雜的，需要2-3個步驟，但是CMP方法可只通過拋光和清洗而完成。
用于CMP方法的傳統(tǒng)的拋光組合物或漿液通常包含去離子水、金屬氧化物和添加劑。根據(jù)被拋光的材料可將他們分為三類1)用于單晶硅拋光的拋光組合物2)用于絕緣層拋光的拋光組合物3)用于金屬線和接點拋光的拋光組合物用于這些拋光組合物的金屬氧化物可以是二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈰(CeO2)、二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)，他們是通過煙化或溶膠法而制得的。這些拋光組合物還包含用于控制pH值的酸或堿以及用于提高清除速率的氧化劑。
以下是這類拋光組合物按照金屬氧化物和添加劑的幾個例子。
在美國專利4,169,337中公開了一種由二氧化硅和胺組成的在集成電路的制備過程中用于拋光絕緣層的漿液；在美國專利5,139,571中公開了一種由二氧化硅和季銨鹽組成的漿液；在美國專利5,244,534中公開了一種由氧化鋁和H2O2組成的在集成電路的制備過程中用于拋光金屬線和接點的漿液；在美國專利5,340,370中公開了一種由二氧化硅和K3Fe(CN)6組成的漿液；在EP專利786,504中公開了一種由氮化硅和二羧酸組成的漿液；在WO專利9740030中公開了一種由金屬氧化物、氧化劑和氟離子組成的漿液。
目前這些漿液根據(jù)CMP方法的要求和被拋光的材料而被用于制造半導體器件。
這些漿液滿足上述方法對清除速率、均勻性和選擇性的要求。
然而，它們的一個缺點是它們會造成薄膜表面上的許多微小劃痕，因此需要加以改進。
在CMP方法中，特別是在淺槽隔離(STI)工藝中，微小劃痕將導致器件破壞，這是非常嚴重的。在STI工藝中，溝槽結構很淺(200nm)，也很小。微小劃痕可引起上述溝槽結構的破壞，這將影響隨后在其上制備的晶體管或電容器。所以，在CMP方法中盡量減少微小劃痕的出現(xiàn)是很重要的。
本發(fā)明涉及在包括半導體、光掩模、玻璃盤和合成聚合物在內的各種工藝中使用的拋光組合物。具體地講，本發(fā)明涉及對用于半導體集成電路的薄膜進行化學機械拋光的拋光組合物。
該拋光組合物在拋光后在晶片上不引起任何微小的劃痕，因此他可用于高密度集成電路的制造工藝，如STI工藝。
在CMP工藝中，微小劃痕一般是由如拋光機的壓板或載板速度、下壓力和襯墊類型等工藝因素引起的，但更經(jīng)常的是，微小劃痕是由在漿液中存在其大小為數(shù)微米(1-10微米)的較大顆粒而引起的。
出現(xiàn)較大顆粒的原因如下1)凝聚或聚集2)在容器中的部分干燥3)溫度或pH的變化4)在傳遞或管道系統(tǒng)中的結塊或結殼由如(1)的凝集或聚集造成的大顆?？赏ㄟ^分散方法和分散程度而被縮小，而且余下的大顆?？赏ㄟ^過濾除去。
然而，由(2)-(4)的原因造成的大顆粒的出現(xiàn)卻難以控制，因為該大顆粒的出現(xiàn)與分散方法或其程度無關，而與運輸、儲藏和環(huán)境的變化更有關。
基于如果能將由不可控制的因素引起的大顆粒去除或減少的話，在拋光后拋光表面上的微小劃痕就會降至最少的這一想法，在我們進行了深入的研究后，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過將環(huán)胺加入到拋光組合物中可使拋光的微小劃痕最少或根本沒有。
本發(fā)明的特征在于拋光組合物是由去離子水、金屬氧化物粉末和環(huán)胺組成的。
直到如今，關于CMP漿液的研究一直與改善清除速率或選擇性有關。本發(fā)明的焦點在于盡量減少拋光后的微小劃痕。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種由30-99wt％的去離子水、0.1-50wt％的金屬氧化物粉末和0.01-20wt％的環(huán)胺組成的拋光組合物?？捎糜诒景l(fā)明的金屬氧化物是二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈰(CeO2)、二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)，他們是通過煙化或溶膠法而制得的。
這些金屬氧化物的起始顆粒大小為10-100nm，優(yōu)選為20-60nm?？紤]到生產(chǎn)率，起始顆粒小于10nm是不利的，因為清除速率急劇下降。雖然起始顆粒大于100nm是有利的，因為清除速率高，但是大顆粒會引起產(chǎn)生很多微小的劃痕的問題。
這些金屬氧化物在水分散液中形成次級顆粒，這種次級顆粒的大小理想地為20-250nm。
最大的次級顆粒的大小理想地應為小于500nm，因為大于500nm的顆粒會引起沉淀的問題。顆粒大小的平均值及最大值越大，穩(wěn)定性下降得也越多。如果在室溫下放置超過一周，將發(fā)生生成沉淀的問題。
基于漿液的總量，拋光組合物中的金屬氧化物的含量為0.1-50wt％，最好為1-25wt％。在CMP方法中，在用于拋光氧化物絕緣層的二氧化硅漿液中，金屬氧化物的含量通常為9-15wt％，而在用于拋光金屬線或接點的漿液中，金屬氧化物的含量通常為3-6wt％。
用作本發(fā)明拋光組合物的基本添加劑的環(huán)胺為2-吡咯烷酮、吡咯烷、3-吡咯烷醇、3-吡咯啉、2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯、N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷。

2-吡咯烷酮 吡咯烷 3-吡咯烷醇
3-吡咯啉 2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯 N-甲基吡咯烷酮
N-甲基吡咯烷基于拋光組合物的總量，該環(huán)胺的含量為0.01-20wt％，優(yōu)選為0.05-10wt％。
如果該含量太低，不能預期通過使用本發(fā)明的拋光組合物來達到減少微小劃痕的目的。
如果該含量太高，環(huán)胺的效果將保持不變，但生產(chǎn)成本將增大，因此在經(jīng)濟上是不利的。
這些添加劑可單獨使用或與不同的環(huán)胺混合使用。
雖然難以解釋加入環(huán)胺能減少微小劃痕的具體原因，但是相信它起因于如下原因從環(huán)胺具有濕潤劑特性這一基本知識來看，可能推斷1)它們防止金屬氧化物發(fā)生凝集或聚集；2)它們防止金屬氧化物在運輸和儲藏以及在傳遞/管道系統(tǒng)中發(fā)生結塊或結殼。
因此，大顆粒出現(xiàn)的可能性就降低了。
可在將金屬氧化物分散在去離子水中之前或之后加入這些添加劑。將這些添加劑加入到市售的漿液中，預期也可達到同樣的效果。
另外，這些添加劑提高了漿液的穩(wěn)定性。當將漿液長期儲存時，通常會發(fā)生沉淀的問題；但是當想漿液中加入環(huán)胺后，該問題就不再發(fā)生了，因為所加入的添加劑促進了漿液的分散。
而且，在漿液的制備過程中，環(huán)胺添加劑防止?jié){液變成觸變性液體，所述觸變性是黏度陡然增加的現(xiàn)象，因此，這些添加劑實際上使得漿液的制造變得更容易了。
根據(jù)要被拋光材料的種類，可向本發(fā)明的拋光組合物中加入第二種添加劑。例如，本發(fā)明的拋光組合物與堿如KOH或銨鹽一起使用，來拋光氧化物絕緣層；與酸如硫酸、硝酸或乙酸和氧化劑一起使用，來拋光金屬線和接點。
結合下文的實施例，本發(fā)明可得到更好的理解。這些只是描述本發(fā)明各種能力的幾個例子。無論如何，本發(fā)明不僅限于下面的實施例。實施例1按如下方法制備拋光組合物。
將100克市售Aerosil 200(Degussa公司的產(chǎn)品)、18克29％KOH溶液和860克去離子水在2升的聚乙烯燒瓶中以1000rpm混合2小時。向所得的混合漿液中加入10克1wt％的2-吡咯烷酮。然后用500克2毫米的玻璃珠并采用batchtype dynomill將漿液分散1小時，接著再用1微米厚的濾膜過濾。
用該拋光組合物對硅基板上的CVD-沉積PE-TEOS膜的樣品進行拋光。(拋光條件如下)。
以膜的剩余厚度來評價清除速率，用KLA晶片缺陷探測系統(tǒng)測量微小劃痕的數(shù)目。結果如表1所列。
拋光條件如下拋光機6EC(Strasbaugh)襯墊類型IC1000/SubaIV疊置型(Rodel)壓板速度120rpm載板速度120rpm下壓力6psi反壓力0psi溫度25漿液流量150毫升/分鐘實施例2-7按與實施例1相同的方法制備漿液，只是加入了表1所具體指明的另一些環(huán)胺，替代了2-吡咯烷酮。對拋光能力進行評價，結果列于表1中。實施例8-11按與實施例1相同的方法制備漿液，只是加入表1所具體指明的其他金屬氧化物來替代發(fā)煙制得的二氧化硅，以及在分散之后再調節(jié)pH。對拋光能力進行評價，結果列于表1中。實施例12-14將按與實施例1相同的方法制得的漿液分別儲藏1天(實施例12)、7天(實施例13)和30天(實施例14)后，評價它的拋光能力。
結果列于表3。比較例1按與實施例1相同的方法制備漿液，只是不向漿液中加入2-吡咯烷酮。評價拋光能力，結果如表2所列。比較例2按與實施例8相同的方法制備漿液，只是不向漿液中加入2-吡咯烷酮。評價拋光能力，結果如表2所列。比較例3按與實施例9相同的方法制備漿液，只是不向漿液中加入2-吡咯烷酮。評價拋光能力，結果如表2所列。比較例4按與實施例10相同的方法制備漿液，只是不向漿液中加入2-吡咯烷酮。評價拋光能力，結果如表2所列。比較例5按與實施例11相同的方法制備漿液，只是不向漿液中加入2-吡咯烷酮。評價拋光能力，結果如表2所列。比較例6-8將除了不向漿液中加入2-吡咯烷酮外其余按與實施例12-14相同的方法制得的漿液分別儲藏1天(比較例6)、7天(比較例7)和30天(比較例8)后，評價它的拋光能力。結果列于表3。
表1
表2
根據(jù)本發(fā)明得到的拋光組合物具有不在被拋光的表面留下微小劃痕的效果。因此，它可應用于高度集成電路如淺槽隔離的制造方法中的CMP工藝。
權利要求
1.一種拋光組合物，由30-99wt％的去離子水、0.1-50wt％的金屬氧化物粉末和0.01-20wt％的環(huán)胺組成。
2.根據(jù)權利要求1的拋光組合物，其中所述的環(huán)胺是選自由2-吡咯烷酮、吡咯烷、3-吡咯烷醇、3-吡咯啉、2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯、N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷所組成的組中的至少一種物質。
3.根據(jù)權利要求1的拋光組合物，其中所述的金屬氧化物為選自由二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈰(CeO2)、二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)所組成的組中的至少一種物質。
4.根據(jù)權利要求1或3的拋光組合物，其中所述的金屬氧化物的平均顆粒大小為10-100nm。
5.根據(jù)權利要求1的拋光組合物，其中所述的金屬氧化物為二氧化硅(SiO2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含30—99wt%的去離子水、0.1—50wt%的金屬氧化物粉末和0.01—20wt%的環(huán)胺的拋光組合物。該拋光組合物可用于制備集成電路用的薄膜進行化學機械拋光,并具有拋光后在薄膜上留下的微小劃痕減至最少的效果。因此它可應用于高度集成電路如淺槽隔離的制備工藝。
文檔編號B24B37/00GK1263923SQ9911111
公開日2000年8月23日 申請日期1999年7月23日 優(yōu)先權日1999年2月19日
發(fā)明者李吉成, 李在錫, 金碩珍, 李榮基, 張斗遠 申請人:三星綜合化學株式會社