有机膜cmp浆料组成物及使用其的研磨方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于用于有机膜的CMP浆料组成物及使用其的研磨方法。
【背景技术】
[0002] 用于制造半导体的方法包含在图案化硅晶圆上形成无机膜（例如氧化硅膜或 氮化娃膜）的制程及间隙填充（gap-fill)无机膜中所形成的介层孔（via-hole)的制 程。进行间隙填充制程以用有机膜材料填充介层孔，在间隙填充制程之后，进行平坦化制 程以移除过量有机膜。关于平坦化制程，本领域中关注通过CMP(chemicalmechanical polishing)来进行研磨。
[0003] 用于有机膜的典型的CMP浆料组成物包含聚合物研磨粒子，以允许有机膜在无表 面条件劣化（诸如刮痕）的情况下，以每单位时间高研磨量进行研磨。但是，就某一种有机 膜而言，由于有机膜并非由相同材料制成，因此典型的CMP浆料组成物未能在增强研磨表 面上的平坦化程度的同时达成所需研磨量。另外，当用于研磨诸如硅及其类似物的金属膜 的金属氧化物研磨剂用于研磨有机膜时，对于某一种有机膜而言难以达成所需研磨量，且/ 或研磨表面上的平坦化程度由于刮痕及其类似物而降低。
【发明内容】
[0004] 技术问题
[0005] 本发明的一个态样提供用于有机膜的CMP浆料组成物，所述组成物在研磨具有高 碳含量、膜密度及硬度的有机膜时具有极优良效果。
[0006] 本发明的另一态样提供用于有机膜的CMP浆料组成物，其在研磨具有高碳含量、 膜密度及硬度的有机膜后在研磨表面上展示极优良平坦化程度，且使残余在研磨停止膜上 的有机膜的残余物（residue)易于移除，借此确保更均匀研磨。
[0007] 技术方案
[0008] 根据本发明的用于有机膜的CMP浆料组成物可包含极性溶剂及非极性溶剂中的 至少一种；以及金属氧化物研磨剂，其中所述组成物为酸性且能够用于研磨具有约50原 子％至95原子％的碳含量的有机膜。
[0009] 根据本发明的研磨有机膜的方法可包含使用用于有机膜的CMP浆料组成物研磨 有机膜，所述有机膜具有约50原子％至95原子％的碳含量、约0. 5公克/立方公分至约 2. 5公克/立方公分的膜密度以及约0. 4GPa或更大的硬度。
[0010] 本发明的效果
[0011] 本发明提供用于有机膜的CMP浆料组成物，所述组成物在研磨具有高碳含量、膜 密度及硬度的有机膜时具有极优良效果。本发明提供用于有机膜的CMP浆料组成物，其在 研磨具有高碳含量、膜密度及硬度的有机膜后在研磨表面上展示极优良平坦化程度，且使 残余在研磨停止膜上的有机膜的残余物（residue)易于移除，借此确保更均匀研磨。
【附图说明】
[0012] 图1展示根据本发明的一个实施例的用于研磨有机膜的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0013] 将参照附图更详细地描述本发明的例示性实施例以使得熟习此项技术者可易于 了解及使用本发明。应了解，本发明可以不同方式体现且不限于以下实施例。在图式中，为 清楚起见将省去与描述无关的部分。在本说明书通篇中相同组件将由相同参考数字指示。
[0014] 如本文所用，术语"经取代或未经取代"意谓官能基中的氢原子未经取代或经以下 取代：羟基、卤素原子、亚硫酰基、硫醇基、氰基、经取代或未经取代的胺基、经取代或未经取 代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C2至C30烯基、经取代或未经取代的C2至C30 炔基、经取代或未经取代的C3至C30环烷基、经取代或未经取代的C3至C30环烯基、经取 代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C7至C30芳烷基、经取代或未经取代 的C1至C20杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至 C30杂环烯基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳 基烷基、经取代或未经取代的C1至C20烷基胺基、经取代或未经取代的C1至C30烷氧基、 经取代或未经取代的C6至C30芳氧基、经取代或未经取代的C1至C20醛基、经取代或未经 取代的C1至C40烷基醚基、经取代或未经取代的C7至C20芳基伸烷基醚基、经取代或未经 取代的C1至C30卤烷基、包含P的官能基、包含B的官能基或其组合。
[0015] 如本文所用，术语"包含P的官能基"可由式A表示，且术语"包含B的官能基"可 由式B表示：
[0016] 〈式A>
[0017] *- (0)n- (CH2)m-P( = 0) (R) (R')
[0018] 〈式B>
[0019] *-B(R)(R')
[0020] (其中在式A及式B中，*为元素的连接部分，n为0或l，m为0至10的整数，
[0021] R、R'各自独立地为氢、羟基、经取代或未经取代的C1至C20烷基、经取代或未经 取代的C2至C20烯基、经取代或未经取代的C3至C20环烷基、经取代或未经取代的C1至 C20卤烷基、经取代或未经取代的C1至C20烷基磺酸酯基、经取代或未经取代的C1至C20 烷磺酰基、经取代或未经取代的C2至C20烷酰胺基（alkylamide)、经取代或未经取代的C3 至C20烷基酯基、经取代或未经取代的C2至C20氰基烷基、经取代或未经取代的C1至C20 烷氧基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C6至C30芳基烷基或经 取代或未经取代的C6至C30芳氧基，或
[0022] R、R'彼此连接以形成经取代或未经取代的C3至C20环烷基或经取代或未经取代 的C3至C20杂环烷基）。
[0023] 较佳地，"包含P的官能基"为包含P及0的官能基，例如_P( = 0) (0H)2、-0-P(= 0) (0H)2、-P( = 0) (0CH2CH3)2、-P( = 0) (C2H4C6H5) (0CH2CH3)及其类似基团，举例而言，"包含 B的官能基"为包含B及0的官能基，例如-B(0H) 2、-B⑶（CH3)、-B(CH2CH3) 2。
[0024] 当无机膜沉积在例如图案化硅晶圆的图案化晶圆上时，有机膜填充其中所形成的 介层孔（via-hole)。CMP衆料组成物必须能够以足够的研磨速率研磨有机膜以平坦化沉积 的膜且能够增加研磨表面上的平坦化程度，在研磨后，无机膜上的剩余残余物必须易于移 除。无机膜可为但不限于由氧化硅及氮化硅中的至少一者形成的膜。
[0025] 视有机膜的材料而定，有机膜可具有显著不同的每单位时间研磨量及研磨后的平 坦化程度。根据本发明的用于有机膜的CMP浆料组成物为用于研磨具有高碳含量的有机膜 的组成物。当使用本发明的CMP浆料组成物研磨有机膜时，有可能增强每单位时间有机膜 的研磨量及有机膜的平坦化程度，且有助于在研磨后自无机膜移除残余物。
[0026]与典型有机膜相比，作为研磨目标的根据本发明的有机膜在碳含量、膜密度及硬 度方面具有相对较高值，且因此无法使用典型的包含聚合物粒子的用于有机膜的CMP浆料 组成物进行研磨。相反，根据本发明的CMP浆料组成物能够在没有由刮痕引起的表面条件 劣化的情况下，以每单位时间有机膜的高研磨量研磨有机膜。特定言之，每单位时间有机膜 的研磨量为约500埃/分钟或更大，例如约1，000埃/分钟或更大，例如约500埃/分钟至 5000埃/分钟。在此范围内，可确保所需研磨量。
[0027] 在一个实施例中，有机膜可具有约50原子％至95原子％的碳含量，例如约65原 子％至95原子％，或例如约70原子％至92原子％，诸如约65原子％、66原子％、67原 子％、68原子％、69原子％、70原子％、71原子％、72原子％、73原子％、74原子％、75原 子％、76原子％、77原子％、78原子％、79原子％、80原子％、81原子％、82原子％、83原 子％、84原子％、85原子％、86原子％、87原子％、88原子％、89原子％、90原子％、91原 子％、92原子％、93原子％、94原子％或95原子％。在此范围内，当使用金属氧化物研磨 剂研磨有机膜时，研磨量为高的，不存在刮痕，且研磨表面上的平坦化程度为高的。有机膜 可具有约〇. 5公克/立方公分至2. 5公克/立方公分的膜密度，例如约1. 0公克/立方公 分至2. 0公克/立方公分，例如约1. 2公克/立方公分至1. 6公克/立方公分，例如约0. 5 公克/立方公分、〇. 6公克/立方公分、0. 7公克/立方公分、0. 8公克/立方公分、0. 9公克 /立方公分、1. 0公克/立方公分、1. 1公克/立方公分、1. 2公克/立方公分、1. 3公克/立 方公分、1. 4公克/立方公分、1. 5公克/立方公分、1. 6公克/立方公分、1. 7公克/立方公 分、1. 8公克/立方公分、1. 9公克/立方公分、2. 0公克/立方公分、2. 1公克/立方公分、 2. 2公克/立方公分、2. 3公克/立方公分、2. 4公克/立方公分或2. 5公克/立方公分。在 此范围内，当使用金属氧化物研磨剂研磨有机膜时，研磨量为高的，不存在刮痕，且研磨表 面上的平坦化程度为高的。有机膜可具有约〇. 4GPa或更大的硬度，例如约1.OGPa或更大， 例如约 1. 3GPa或更大，例如约 1.OGPa至 1. 5GPa，例如约 0? 4GPa、0. 5GPa、0. 6GPa、0. 7GPa、 0? 8GPa、0. 9GPa、l. 0GPa、l.lGPa、l. 2GPa、l. 3GPa、l. 4GPa或 1. 5GPa。在此范围内，当使用金 属氧化物研磨剂研磨有机膜时，研磨量为高的，不存在刮痕，且研磨表面上的平坦化程度为 尚的。
[0028]另外，根据本发明的有机膜可具有实质上约0毫克K0H/公克的酸值。在使用先前 技术中包含聚合物研磨剂的用于有机膜的CMP浆料组成物研磨有机膜的情况下，存在研磨 速率降低的问题。相反，根据本发明的CMP浆料组成物具有可确保适用于CMP制程的每单 位时间有机膜的研磨量的优点。术语"实质上"包含其中酸值不仅为〇毫克K0H/公克且也 为具有可接受的误差幅度的〇毫克K0H/公克的情况。
[0029] 特定言之，根据本发明的有机膜可通过将包含具有经取代或未经取代的芳族基的 化合物的组成物施用于无机膜上，接着在高温下，例如在约200°C至400°C下烘烤（baking) 来产生。
[0030] 术语"具有经取代或未经取代的芳族基的化合物"是指在烘烤后未分解，且使由组 成物形成的有机膜具有高碳含量的化合物。未经取代的芳族基是指单个或具有碳数6至 100 (例如碳数6至50)的稠合（fused)多环（polycyclic)芳族基。更特定言之，未经取代 的芳族基可包含由式1-1至1-26表示的单元：
[0031]〈式1-1>
[0032