用于抛光钴的浆液以及衬底抛光方法

用于抛光钴的浆液以及衬底抛光方法
【专利摘要】本发明提供一种用于抛光钴的浆液以及衬底抛光方法。所述浆液包含：经配置以执行抛光的研磨剂，所述研磨剂包括氧化锆颗粒；经配置以分散研磨剂的分散剂；以及经配置以加速抛光的抛光加速剂。所述抛光加速剂包含含有胺基和羧基的有机酸。依据根据示范性实施例的浆液，钴的抛光速率可增加而无需使用氧化剂，且可抑制钴的表面上的局部腐蚀缺陷。
【专利说明】
用于抛光钻的浆液从及衬底抛光方法
技术领域
[0001 ]本发明设及抛光浆液(polishing slu;rry)，且更具体地说，设及能够用于在半导 体制造工艺中通过化学机械抛光（chemical mechanical polishing)来平面化钻（cobalt) 的抛光浆液W及使用所述抛光浆液的衬底抛光方法。
【背景技术】
[0002] 工艺随着半导体装置的大小逐渐减小，且金属线的数量逐渐增加，每一层上的表 面不规则性会传递到下一层上。因此，最下层的表面粗糖度变得越来越重要。粗糖度会对工 艺具有严重影响，从而造成例如在随后的过程中执行光刻(photolithography)工艺的困 难。因此，为了改善半导体装置的良率(yield),可基本上执行用于移除在若干工艺中发生 的不规则表面上的粗糖度的平坦化工艺。所述平坦化工艺可包含各种工艺，例如在形成薄 膜之后的回焊(reflow)工艺、在形成薄膜之后的回蚀(etch-back)工艺W及化学机械抛光 (chemical mechanical polishing，CMP)工艺。
[0003] 化学机械抛光工艺可表示提供含有各种化合物的研磨剂(abrasive)和浆液W在 半导体晶片的表面接触将旋转的抛光垫(polishing pad)时对半导体晶片的所述表面执行 抛光工艺的工艺，进而使半导体晶片的所述表面平面化。即，化学机械抛光工艺可表示通过 使用浆液和抛光垫使衬底或所述衬底上的层的表面平面化来对所述衬底或所述衬底上的 层的表面进行化学和机械抛光的工艺。
[0004] -般来说，在抛光金属的工艺中，重复执行通过使用氧化剂形成金属氧化物Mk的 工艺W及通过使用研磨剂移除形成的金属氧化物的工艺。对在利用为半导体装置的线而一 直增加的钻层进行抛光的工艺也可W通过一种机制来执行，其中重复执行通过使用氧化剂 形成氧化钻的工艺W及通过使用研磨剂移除形成的氧化钻的工艺。
[0005] 并且，绝缘膜或例如沟槽（trench)等图案可形成于钻层的下部部分上。在此情况 下，在抛光工艺中需要钻层与绝缘膜之间的高抛光选择性。即，可能需要良好抛光钻层但不 良好抛光绝缘膜的浆液。
[0006] 根据现有技术，为了抛光钻，将氧化侣或二氧化娃粒子用作研磨剂，且将浆液用作 氧化剂。然而，如果使用此浆液，那么会发生腐蚀缺陷(腐蚀坑(corrosion pit))，其中由于 钻的表面上的局部腐蚀，钻的表面下陷。腐蚀缺陷会对将制造的装置的质量具有不良影响。 因此，已提出对用于抛光钻的浆液另外添加腐蚀抑制剂(corrosion inhibitor)的方法。然 而，根据此方法，浆液的组成可能为复杂的，且浆液的组分具有控制的困难。并且，由于仍然 使用氧化剂，因此可能难W完全解决腐蚀限制。并且，根据现有技术的用于抛光钻的浆液可 能不会充分实现钻对绝缘膜的抛光选择性。
[0007] 美国专利公开案No. 2013-00186850中掲露用于抛光钻的浆液，其中添加腐蚀抑制 剂。

【发明内容】

[0008] 本发明提供用于抛光钻的浆液W及使用所述浆液的衬底抛光方法。
[0009] 本发明还提供能够防止或抑制腐蚀缺陷发生的用于抛光钻的浆液，W及使用所述 浆液的衬底抛光方法。
[0010] 根据示范性实施例，一种用于抛光钻的浆液包含:研磨剂，其经配置W执行抛光， 所述研磨剂包含氧化错颗粒;分散剂，其经配置W分散研磨剂；W及抛光加速剂，其经配置 W加速抛光，其中所述抛光加速剂包含含有胺基和簇基的有机酸。
[0011]所述研磨剂可相对于浆液的总重量WO.lwt%到lOwt%的范围包含，W及可相对 于浆液的总重量W 0.4wt %到3wt %的范围包含。
[0012]分散剂可相对于浆液的总重量从〇.〇1巧*%到5wt%的范围包含，W及可相对于浆 液的总重量W〇. 15wt%到Iwt%的范围包含。
[0013] 抛光加速剂可相对于浆液的总重量WO.lwt%到2wt%的范围包含，W及可相对于 浆液的总重量W 0.3wt %到Iwt %的范围包含。并且，抛光加速剂可包含胺基酸，且所述胺基 酸的侧链的官能团可具有正电荷。抛光加速剂可具有通过得出氨离子而具有正电荷的官能 团W及通过在抑碱性区中释放氨离子而具有负电荷的官能团。并且，抛光加速剂可包含W 下各项中的至少一者:精胺酸(arginine)、组胺酸化istidine)、赖胺酸（lysine)、天冬胺酸 (aspartic acid)、天冬酷胺酸（asparagine)、谷氨酸（glutamic acid)、教酷胺酸 (glutamine)、丙胺酸（alanine)、甘胺酸（glycine)、白胺酸（leucine)、异白氨酸 (isoleucine)、鄉胺酸(valine)、丝胺酸(serine) W及酪氨酸(tyrosine)。
[0014] 所述浆液可进一步包含抑调节剂，且将浆液的抑调节到8到15, W及将浆液的抑调 节到9到12.5。
[0015] 根据另一示范性实施例，一种用于抛光非氧化钻的浆液，其抛光钻而无需使用氧 化剂，所述浆液包含:作为研磨剂的氧化错颗粒，其经配置W执行抛光；W及抛光加速剂，其 经配置W调节钻W及除钻外的材料的抛光特性，其中抛光加速剂具有至少两个彼此不同的 官能团，且抛光加速剂具有通过得出氨离子而具有正电荷的官能团W及通过在9曲咸性区中 释放氨离子而具有负电荷的官能团。
[0016] 除钻外的材料可包含绝缘材料，且所述官能团包括胺基和簇基，且所述胺基可键 合到绝缘材料W抑制所述绝缘材料的抛光。
[0017] 抛光加速剂可包含胺基酸，且所述官能团包括胺基和簇基，且所述胺基和簇基可 键合到同一碳原子。并且，所述胺基和簇基可具有彼此相同的数量或不同的数量。胺基的数 量可大于簇基的数量。
[0018] 所述浆液可进一步包含抑调节剂，且可将浆液的pH调节到9到11。并且，所述浆液 可进一步包含分散剂，且所述分散剂可包含阳离子、阴离子W及非离子聚合物材料中的至 少一者。
[0019] 根据又一示范性实施例，一种衬底抛光方法包含:制备衬底，所述衬底上形成有钻 薄膜;制备浆液，所述浆液包括具有氧化错颗粒的研磨剂W及含有胺基和簇基的抛光加速 剂；W及在将浆液供应到所述衬底上的同时抛光钻薄膜，其中在钻薄膜的抛光中，产生两性 离子，其中所述胺基通过得出氨离子而具有正电荷且所述簇基通过释放氨离子而具有负电 荷，且所述胺基抑制除钻薄膜外的材料的抛光。
[0020] 在上面形成有钻薄膜的所述衬底的制备可包含:通过使用除钻薄膜外的材料在所 述衬底上形成绝缘膜;在绝缘膜中形成沟槽；w及在具有沟槽的绝缘膜的整个表面上形成 钻薄膜。
[0021 ]抛光工艺可在P邮咸性区中执行且包含：在钻薄膜的顶部表面上形成钻氧化物膜； 通过使用研磨剂抛光钻氧化物膜;W及使抛光加速剂键合到钻。
【附图说明】
[0022] 可W从结合附图所作的W下描述中更详细地理解示范性实施例，在附图中：
[0023] 图1是用于比较根据示范性实施例的电流与根据现有技术的电流的图。
[0024] 图2和图3是通过使用根据现有技术的浆液和根据示范性实施例的浆液抛光的钻 的表面的电子显微镜相片。
[0025] 图4是说明根据示范性实施例的取决于在浆液中使用的有机酸的抑的物质的分布 的曲线图。
[00%] 图5是钻的波尔贝克斯图（pourbaix diagram)。
[0027] 图6是说明取决于抛光加速剂的浓度的钻的抛光速率的曲线图。
[0028] 图7是说明取决于抛光加速剂的浓度的绝缘氧化物膜的抛光速率的曲线图。
[0029] 图8到图11是用于阐释根据示范性实施例的制造半导体装置的方法的横截面图。
【具体实施方式】
[0030] 下文中将参看附图详细描述具体实施例。然而，本发明可W用不同形式实施，并且 不应被解释为限于本文所阐述的实施例。实际上，提供运些实施例是为了使得本发明将是 透彻并且完整的，并且运些实施例将把本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。 在图中，出于说明清楚起见而夸大了层及区的尺寸。相同参考标号在全文中指代相同元件。
[0031] 根据示范性实施例的浆液可提供为用于抛光钻的浆液。所述浆液包含用于抛光的 研磨剂W及用于调整钻和除钻之外的材料的抛光特性的抛光加速剂(accelerator)。并且， 所述浆液可包含用于分散研磨剂的分散剂(dispersing agent)，且抛光加速剂可包含含有 胺基(amine group)和簇基（carbo巧1 group)的有机酸。
[0032] 此处，研磨剂、分散剂W及抛光加速剂可包含于溶液中。举例来说，研磨剂、分散剂 W及抛光加速剂可分散且分布于水中，即去离子(DI)水。并且，为了调节浆液的抑，可进一 步含有抑调节剂。所述浆液具有研磨剂分散于液体中的形式，且充分调整每一组分的含量。 氧化剂可不包含于浆液中，但可相对于浆液单独地提供且随后恰在抛光工艺之前添加到浆 液中。即，所述浆液可为不使用氧化剂的非氧化浆液。
[0033] 研磨剂可包含抛光颗粒，其中电动电势（zeta potential)为正(+ )。举例来说，抛 光颗粒可包含氧化错，即二氧化错（Zr〇2)颗粒。二氧化错颗粒中的每一者可具有结晶相 (crystalline phase)，并且还具有带有结晶表面的多面形状。在主要用作典型研磨剂的胶 态二氧化娃(colloidal silica)的情况中，如图中所说明，胶态二氧化娃W40皿到70nm的 大小分布且具有38.5nm的平均大小。然而，在示范性实施例中使用的二氧化错颗粒可具有 带有单斜晶系(nonoclinic)结构的结晶相，并且还具有带有结晶表面的多面形状。并且，二 氧化错颗粒可具有350nm或更小的次级粒子大小（seconda巧padicle)。在此情况下，二氧 化错颗粒可W均匀并且稳定地分散于浆液中。举例来说，二氧化错颗粒可具有范围从200nm 至Ij310nm的次级粒子大小。此处，二氧化错颗粒可具有优良的分散稳定性。并且，研磨剂可相 对于浆液的总重量W 0.1 wt %到1 Owt %的范围包含。当研磨剂具有小于0.1 wt %的含量时， 抛光可能为困难的，或钻由于低抛光速率而不会充分抛光。当研磨剂具有超出lOwt%的含 量时，研磨剂颗粒可能造成分散稳定性的障碍，且次级粒子大小可能太大而造成刮痕。具体 来说，二氧化错颗粒可相对于浆液的总重量W0.3wt%到5wt%的范围包含或W〇.4wt%到 3wt %的范围包含。此情况的实现是因为钻的抛光速率优良，且在0.3wt %到5wt %的范围内 保证分散稳定性，且钻的抛光速率在〇.4wt%到3wt%的范围内更优良。此处，由于二氧化错 研磨剂颗粒用作研磨剂，因此在化学机械抛光工艺中可优良地执行机械抛光。因此，可抑制 或阻止凹陷的发生，且可减少抛光工艺的复杂阶段的数量而实现单阶段抛光工艺。
[0034] 并且，如果二氧化错用作研磨剂，那么可抑制或阻止作为待抛光的目标的钻的表 面上的腐蚀缺陷的发生。下文将详细描述此情况。
[0035] 图1是用于比较根据示范性实施例的电流与根据现有技术的电流的图，且图2和图 3是通过使用根据现有技术的浆液和根据示范性实施例的浆液抛光的钻的表面的电子显微 镜(electron microscope)相片。图2是通过利用使用二氧化娃研磨剂颗粒的浆液抛光的钻 的表面的电子显微镜相片，且图3是通过利用使用二氧化错研磨剂颗粒的浆液抛光的钻的 表面的电子显微镜相片。
[0036] 图1是示出通过在每一条件下测量浆液与钻薄膜之间的电流W捜索浆液与钻薄膜 之间的腐蚀行为而获得的结果的图。此处，所使用的浆液可具有相同pH，即，10的抑。测得的 电流可表示每一浆液作用于钻薄膜上的腐蚀电流。由于高腐蚀电流表示钻薄膜分解的高反 应速率，因此腐蚀缺陷（即，腐蚀坑)的发生的可能性可增加。
[0037] 如图1中所说明，当二氧化错用作研磨剂颗粒时，无论是否使用氧化剂，腐蚀电流 的变化都可变化较低。然而，当二氧化娃用作研磨剂颗粒时，如果未使用氧化剂，那么腐蚀 电流可为低，类似于二氧化错。然而，如果使用氧化剂，那么可见腐蚀电流显著增加(在二氧 化错的情况中6.15倍）。因此，腐蚀缺陷发生概率会显著增加。并且，在二氧化娃浆液的情况 中，基本上必须添加氧化剂W抛光钻薄膜。因此，当通过使用二氧化娃浆液抛光钻薄膜时， 腐蚀缺陷可发生。当通过使用含有二氧化娃研磨剂和氧化剂的浆液抛光钻薄膜时，如图2的 相片中所说明，可W观察到，在抛光之后保留的钻薄膜的表面上发生多个腐蚀缺陷(表达为 箭头）。另一方面，当二氧化错用作研磨剂颗粒时，可W观察到，无论是否使用氧化剂，全部 腐蚀缺陷都显著减少。并且，如图3的相片中所说明，当通过使用含有二氧化错研磨剂的浆 液抛光钻薄膜而不添加氧化剂时，可几乎观测不到腐蚀缺陷。
[0038] 因此，当抛光钻时，如果使用二氧化错研磨剂，那么可阻止或抑制腐蚀缺陷。因此 可见，极有效地抛光钻而无需使用氧化剂。
[0039] 分散剂可将研磨剂均匀地分散到浆液中，且使用阳离子、阴离子和非离子聚合物 材料。并且，分散剂可调整研磨剂的电动电势。即，阳离子分散剂可增加研磨剂的电动电势 到正电势，且阴离子分配剂可减小研磨剂的电动电势到负电势。并且，非离子分散剂可将电 动电势维持原样。因此，研磨剂的电动电势可根据浆液中含有的分配剂而维持原样，或者可 经精细调整到正电势或负电势。阳离子聚合物分散剂可W包含由W下所构成的族群中选出 的至少一者：聚赖氨酸（polylysine)、聚乙締亚胺（polyethyleneimine)、节索氯锭 (benzethonium chloride)、5-漠-5-石肖基-1，3-二恶烧(bronidox)、西曲漠锭（cetrimonium bromide)、西曲氯锭（cetrimonium chloride)、二甲基二（十八烷基）氯化锭 (dime thy Idioctadecyl ammonium chloride)、四甲基氨氧化锭（tetramethylammonium hydroxide)、二硬脂基二甲基氯化锭（distearyl dimethyl ammonium chloride)、聚二甲 胺-共-表氯醇（9〇17(1;[111日1:1171日111；[]1日-(3〇-邱;[证101'0117化;[]1)、1，2-二油酷基-3-^甲基锭丙 烧（1，2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane)和聚締丙胺（poly allyl amine)。此 夕h阴离子聚合物分散剂可W包含由W下所构成的族群中选出的至少一者：聚丙締酸 (polyacrylic acid)、聚簇酸（polycarboxyl ic acid)、十二烷基苯横酸钢（sodium dode巧 1 benzenesulfonate)、十二烷基硫酸钢（sodium dode巧 1 sulfate)和聚苯乙締横 酸钢（sodium polystyrene sulfonate)。并且，非离子聚合物分散剂可W包含由W下所构 成的族群中选出的至少一者：聚乙締化咯烧酬（polyvinyl pyrrolidone)、聚氧化乙締 (polyethylene oxide)、聚乙締醇（polyvinyl alcohol)、径乙基纤维素化7化〇巧ethyl cellulose)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇（2-amin〇-2-methyl-1-p;ropanol)、β-环糊精（β- 巧clodexhin)、果糖（fructose)、葡萄糖（glucose)和半乳糖（galactose)。分散剂可相对 于浆液的总重量W 0.01 wt %到5wt %的范围包含。当分散剂具有少于0.01 wt %的含量时，分 散不会良好执行并且会沉淀。当分散剂具有超出5wt%的含量时，由于聚合物材料的凝集和 高电离浓度，浆液的分散稳定性会劣化。并且，分散剂可相对于浆液的总重量W〇.15wt%到 1 wt %的范围包含或W0.3wt %到0.7wt %的范围包含。此情况的实现是因为分散稳定性优 良，且研磨剂的电动电势能够得到精细调整。
[0040] 抛光加速剂可加速作为待抛光目标的材料的抛光，且抑制除待抛光目标外的材料 的抛光。即，含有抛光加速剂的每一官能团可作用于抛光目标材料和除抛光目标材料外的 材料中的每一个W调节每一材料的抛光特性。举例来说，当通过使用含有抛光加速剂的浆 液抛光钻时，抛光加速剂可与钻反应且键合到钻而加速钻的抛光，且抑制除钻外的材料(例 如绝缘膜)的抛光。因此，钻与绝缘膜之间的抛光速率差异可增加 W改善抛光选择性。具有 簇基和胺基的有机酸可用作抛光加速剂。抛光加速剂可含有胺基酸W使得安置于胺基酸的 侧链中的官能团具有正电荷。并且，抛光加速剂可具有彼此不同的至少两个官能团。官能团 可分别为通过得出氨离子而具有正电荷的官能团W及通过在P邮咸性区中释放氨离子而具 有负电荷的官能团。
[0041] 当精胺酸用作抛光加速剂时，将描述官能团的作用作为一实例。首先，图4是说明 根据示范性实施例的取决于在浆液中使用的有机酸的抑的物质的分布的曲线图。精胺酸可 根据抑区W各种形式存在。并且，如图4中所说明，精胺酸可在9到12.5的抑的区中具有HA形 式且一个胺基和一个簇基可解离而具有两性离子的形式。即，精胺酸可W两性离子的形式 存在，因为胺基通过得出氨离子而具有正电荷值，且簇基通过在特定pH区（9到12.5)中释放 氨离子而具有负电荷值。此处，所述地区中的钻的表面可具有C〇3〇4或C〇(OH)2、C〇(OH)3(运 将在稍后描述）的形式。即，对应区中的钻的表面可易于键合到氧，且钻可W氧化物或氨氧 化物状态存在，即当相比于金属状态时使钻良好抛光的状态。并且，精胺酸的每一官能团可 键合到钻离子W加速钻的氧化反应，进而增加钻的抛光速率。即，精胺酸的胺基共价键合到 钻二价离子，且簇基离子键合到钻二价离子。因此，当使用抛光加速剂时，当相比于仅使用 研磨剂的情况时可改善钻的抛光速率。具有正电荷的胺基可作用于具有负电荷的绝缘膜 (例如，氧化娃薄膜)上W防止绝缘膜分解，进而抑止绝缘膜的抛光速率。即，胺基可键合到 氧化娃W防止氧化娃薄膜分解为Si(0H)4的形式，进而降低氧化娃的抛光速率。因此，当上 述有机酸用作抛光加速剂时，可加速作为待抛光目标的钻的抛光，且可抑制除了待抛光目 标外的材料(例如，绝缘膜)的抛光。
[0042] 具有簇基和胺基的各种有机酸可用作抛光加速剂。举例来说，抛光加速剂可包含 W下各项中的至少一者:精胺酸、组胺酸、赖胺酸、天冬胺酸、天冬酷胺酸、谷氨酸、教酷胺 酸、丙胺酸、甘胺酸、白胺酸、异白氨酸、鄉胺酸、丝胺酸W及酪氨酸。所述有机酸中的每一者 可单独使用。替代地，所述有机酸可彼此混合且随后使用。表1说明有机酸的分类。如表1中 所说明，有机酸中的每一者包含至少一个簇基(C00H)和胺基(NH2)。并且，有机酸中的每一 者可为具有相同数量的簇基和胺基的中性胺基酸、簇基的数量大于胺基的数量的酸性胺基 酸，或胺基的数量大于簇基的数量的碱性胺基酸。此处，胺基可与待抛光的目标（即，钻)反 应，并且还与除了待抛光目标外的材料（即，绝缘膜)反应。因此，胺基的数量大可为有利的。 举例来说，胺基的数量大于簇基的数量的碱性胺基酸可进一步改善浆液的抛光性能。并且， 有机酸除胺基和簇基之外还可进一步包含其它官能团。举例来说，有机酸可进一步包含径 基(0H)和疏水基团化）。并且，有机酸可进一步包含芳族控。抛光加速剂可相对于浆液的总 重量具有近似0.1 wt%到近似2wt%的含量。如果抛光加速剂具有小于0.1 wt%的含量，那么 由于绝缘膜(例如，氧化娃薄膜）的抛光速率高，因此钻与绝缘膜之间的抛光选择性可能不 良。如果抛光加速剂具有超出2wt%的含量，那么由于钻的抛光速率显著降低，因此可能难 W有效地抛光钻。当抛光加速剂具有0.3wt %到Iwt %的含量时，通过将钻抛光速率除W绝 缘膜抛光速率而获得的抛光选择性是30或更高，且因此可实现高选择性。并且，当抛光加速 剂具有〇.5wt%到Iwt%的含量时，钻与绝缘膜之间的抛光选择性是50或更高，且因此可实 现较高选择性。
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 由于典型的钻浆液使用氧化剂，因此使用用于抑制待抛光目标(例如，钻的表面） 上发生的局部腐蚀的腐蚀抑制剂。然而，在一示范性实施例中，未使用腐蚀抑制剂。
[0046] 抑调节剂可调节浆液的抑。抑调节剂可主要包含氨水和氨氧化钟化0H)。在一示范 性实施例中，通过使用抑调节剂可将浆液的抑调节到碱性区。即，可将浆液的抑调节到超过 7的抑。并且，可将浆液的pH调节于8到15的范围、9到12.5的范围或9到11的范围内。通过说 明钻的波尔贝克斯图（pourbaiX diagram)的图5可见调节pH的原因。在图5中说明的相对于 抑的电位中，当抑小于別寸，由于钻二价离子的形式变成稳定状态，因此钻上会发生腐蚀。当 抑减少到2或更低时，会形成钻二价和Ξ价离子而造成更严重的腐蚀。并且，当抑超过15时， 钻氧化物膜会W离子的形式存在而造成腐蚀。另一方面，当抑范围为8到15时，可形成钻氧 化物(C〇3化)和钻氨氧化物。因此，可见腐蚀受到抑制，且钻在此区中易于抛光。即，比钻更软 的钻氧化物可形成于对应碱性区中（通过使用图中的阴影表达），且因此，如果在此区中执 行抛光，那么抛光速率可增加。并且，形成于表面上的钻氧化物膜可抑制钻的表面腐蚀缺陷 的发生。因此，根据示范性实施例的浆液可通过使用pH调节剂而将pH调节到8到15。因此，可 易于抛光或蚀刻钻。
[0047]为了防止钻腐蚀，可充分调整浆液的电导率。如果浆液的电导率过高，那么腐蚀电 流会增加，从而增加钻的表面上的腐蚀的可能性。表2是示出取决于浆液的pH的电导率的 表。如表2中所说明，浆液的电导率可根据pH而变化。并且，可见通过调节抑而获得所要的电 导率。当抛光钻时，pH范围为8到15的碱性区可如上所述起作用。然而，如果pH超过12,如表2 中所说明，那么浆液的电导率会显著增加而增加腐蚀电流。因此，可预测钻的表面上的腐蚀 缺陷的发生的可能性增加。并且，如果浆液的电导率过低，那么各种官能团可能会不恰当地 作用。因此，可将用于抛光钻的浆液的P的周节到8到12的pH或巧I山的抑。因此，可实现适当 的电导率。
[004引 表2
[0049]
[0050] 如上文所描述，可通过各种要素将用于抛光钻的浆液的抑调节到碱性区。即，为了 调节抛光加速剂的官能团的反应和动作、钻的现存状态(氧化物形成及浆液的电导率中 的至少一者，可将浆液的pH调节到充分范围。因此，可加速钻的抛光，且可抑制并非待抛光 目标的绝缘膜的抛光W防止钻的表面局部腐蚀。
[0051] 下文中，将描述通过当制作根据前述实施例的浆液且随后应用于半导体衬底时评 估抛光特性而获得的结果。
[0052] 实验实例
[0053] 由于制造浆液的工艺类似于制造一般浆液的工艺，因此将简单地描述制造浆液的 工艺。首先，准备将用于制造浆液的容器，且将所要量的去离子化I)水和作为分散剂的所要 量的聚丙締酸放入容器且随后彼此充分混合。随后，测量且放置作为研磨剂的具有结晶相 和预定初级颗粒平均大小的预定量的二氧化错颗粒，且随后均匀地混合。并且，将作为抛光 加速剂的预定量的精胺酸放入容器且随后均匀地混合。随后，将氨氧化钟抑调节剂放入容 器W调节抑。运些材料的放置和混合不受特定次序限制。在此实验实例中，将二氧化错颗粒 和分散剂放置为相对于浆液的总重量分别具有Iwt %和0.375W%的含量。并且，WOwt%到 2wt%的范围放置抛光加速剂。即，根据抛光加速剂的输入的量而准备多种浆液。通过使用 氨氧化钟而将每一浆液调节到具有10的pH。除了上述组分外的其余部分可包含不可避免地 添加的杂质和纯水。
[0054] 并且，准备将通过使用根据实验实例的浆液抛光的各自具有12英寸大小的多个晶 片。即，制备钻晶片，在娃晶片上沉积1鄕媒i的氧化物膜巧1娜擬藻的氮化铁之后在所述 钻晶片上沉积6,000 A的钻薄膜。并且，制备氧化物晶片，其上沉积有7,000 A的氧化娃薄 膜作为绝缘膜。此处，Pol i-762抛光机(G&P技术公司）用作抛光设备，且使用Rohm&Haas的1C 1000/Suba IV CMP。并且，在W下抛光条件下将钻薄膜和氧化物膜中的每一者抛光60秒。头 部压力是4psi，头部和主轴台的速度分别是93巧m和87巧m，且浆液的流速是lOOml/min。
[0055] 表3示出使用根据示范性实施例的浆液的抛光结果，图6是说明取决于抛光加速剂 的浓度的钻的抛光速率的曲线图，且图7是说明取决于抛光加速剂的浓度的绝缘氧化物膜 (Si〇2)的抛光速率的曲线图。表3说明取决于抛光加速剂的含量的钻和氧化娃薄膜的抛光 速率和选择性的值，且图6和图7分别说明钻和氧化娃薄膜的抛光速率。此处，通过抛光钻晶 片和氧化娃薄膜晶片而计算钻和氧化娃薄膜的抛光速率，且抛光选择性是氧化物膜的抛光 速率与钻的抛光速率的比率。即，抛光选择性是通过将钻的抛光速率除W氧化娃薄膜的抛 光速率而获得的值。
[0056] 如表3、图6与图7中所见，当抛光加速剂的量增加时，钻的抛光速率可显著增加。随 后，当添加预定量或更多的抛光加速剂时，钻的抛光速率会再次减小。另一方面，当抛光加 速剂的量增加时，氧化娃薄膜的抛光速率连续地减小。即，当添加抛光加速剂时，钻的抛光 速率可显著增加而无需使用氧化剂来实现1，说似爲/min或更大的抛光速率。并且，由于通 过添加抛光加速剂，钻的抛光速率增加，且氧化娃薄膜的抛光速率减小，因此可实现高抛光 选择性。上文已描述关于此测试的原理。当抛光加速剂具有0.03wt%或更大的含量时，钻的 抛光速率高达:!.，()〇() A/min或更大。并且，当抛光加速剂具有o.lwt%或更大的含量时，钻 的抛光速率高达1，40() Λ/mm或更大。当抛光加速剂具有〇.5wt%或更大的含量时，钻的抛 光速率极高込2,000免/mm巧更大。当抛光加速剂具有〇.7wt%或更大的含量时，钻的抛光 速率开始下降。当抛光加速剂具有0.1 wt%到%的含量时，抛光选择性高达20或更大。并 且，当抛光加速剂具有0.3wt %或更大的含量时，抛光选择性高达30或更大。当抛光加速剂 具有ο. 5wt %或更大的含量时，抛光选择性极高达50或更大。
[0化7] 表3
[0化引
[0059] 根据示范性实施例的浆液可W用于半导体装置的制造工艺中抛光钻的工艺。钻可 W用于埋栅(buried gate)和线/插塞。在埋栅钻的情况中，单元(cell)之间的距离可小到 3化m或更小。在线/插塞钻的情况中，单元之间的距离可大到30皿到15化m的范围。因此，可 根据待抛光图案的种类选择具有充分抛光选择性的浆液W执行抛光工艺。即，可通过使用 钻薄膜与氧化物膜之间的抛光选择性较高的浆液来执行制造半导体装置的工艺。将参考图 8到图11描述通过使用根据示范性实施例的浆液制造半导体装置的方法。
[0060] 图8到图11是用于阐释根据示范性实施例的制造半导体装置的方法的横截面图。 参考图8,在衬底110上形成绝缘膜120,例如氧化娃薄膜。参考图9,可蚀刻绝缘膜120的预定 区域W形成图案，所述衬底110的预定区域111通过所述图案暴露。用于制造半导体装置的 各种衬底可用作所述衬底110。举例来说，可使用娃衬底。可通过使用氧化娃薄膜类的材料 来形成绝缘膜120。举例来说，绝缘膜120可W通过使用W下各项中的至少一者形成:棚憐娃 玻璃（boron地0S地osilicate glass，BPSG)、憐娃玻璃（phosphosilicate glass，PSG)、高 密度等离子（high density plasma, HDP)、四乙基原娃酸盐（tetra ethyl ortho si 1 icate，TEOS)、未渗杂娃玻璃(undoped silica glass，USG)、等离子体增强TE0S(plasma enhance tetra ethyl ortho silicate，PETE0S似及高纵横工艺化igh aspect ratio process，HARP)。此外，绝缘膜 120可W通过物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD)方法、化学气相沉积（chemical vapor deposit ion, CVD)方法、金属有机 CVD (metal o;rganic CVD，M0CVD)方法、原子膜沉积（atomic film deposition,ALD)方法或其中CVD方 法和ALD方法彼此组合的4心〇0)方法形成。所述图案可为用于暴露所述衬底110的预定区域 w便于形成线和/或插塞的孔，或者可为具有线形状的沟槽。
[0061] 并且，如图10中所说明，可在包含图案和绝缘膜120的所述衬底110上形成由氮化 铁形成的障壁膜130,且随后，可在障壁膜130的整个表面上形成钻薄膜140W掩埋所述图 案。
[0062] 参看图11，通过使用根据示范性实施例的其中钻薄膜与氧化物膜之间的抛光选择 性较高的浆液来抛光钻薄膜140和绝缘膜120。所述浆液中钻薄膜与氧化物膜之间的抛光选 择性可高达大约30或更大。即，在此抛光方法中，制备包含作为研磨剂的氧化错颗粒W及含 有簇基和胺基的抛光加速剂的浆液，且在将浆液供应到所述衬底上的同时抛光钻薄膜140。 在抛光之后，仅在沟槽中制造其中形成有钻薄膜的结构。可根据装置W各种方式改变所述 沟槽结构或线结构。
[0063] 在抛光工艺中，可产生两性离子，其中胺基通过得出氨离子而具有正电荷且簇基 通过释放氨离子而具有负电荷，且胺基可抑制除了钻薄膜140外的材料（即，氧化娃薄膜 120)的抛光。并且，抛光工艺可在抑碱性区中执行。抛光工艺可包含在钻薄膜140的顶部表 面上形成钻氧化物膜的工艺、通过使用研磨剂而抛光钻氧化物膜的工艺，W及使抛光加速 剂键合到钻的工艺。并且，在抛光工艺中，抛光加速剂的官能团中具有正电荷的胺基和具有 负电荷的簇基可键合到钻离子而加速钻的分解反应，进而加速且增加钻薄膜的抛光速率。 因此，即使浆液不包含氧化剂，也可加速钻薄膜140的抛光，且可抑制绝缘氧化物膜120的抛 光。并且，由于未使用氧化剂，因此可显著防止钻薄膜140的表面上可能发生的腐蚀缺陷。并 且，当通过使用具有钻对氧化物膜的优良抛光选择性的浆液抛光钻薄膜140时，可不抛光绝 缘膜120,且可抛光钻薄膜140。因此，腐蚀可几乎不发生。此处，由于二氧化错颗粒用作研磨 剂，因此可执行具有优良机械性能的CMP工艺W抑制凹陷。
[0064] 根据示范性实施例，由于使用包含作为研磨剂的二氧化错颗粒的浆液，因此可抑 制或防止钻表面上的腐蚀缺陷。并且，如果使用二氧化错研磨剂，且未使用氧化剂，那么可 更有效地防止腐蚀缺陷。并且，使用二氧化错颗粒的浆液可W用足够的抛光速率抛光钻而 无需使用氧化剂。
[0065] 并且，根据示范性实施例，由于使用通过抛光加速剂来调整官能团的浆液，因此可 改善钻的抛光速率，且可抑制除钻外的其它材料（例如，绝缘膜）的抛光速率。如上文所描 述，可抑制绝缘膜的抛光速率W改善钻与绝缘膜之间的抛光选择性。
[0066] 并且，根据示范性实施例，由于抛光选择性高，因此可抑制钻和绝缘膜的过量抛 光。因此，可通过简单抛光工艺有效地抛光钻，且因此，可改善抛光生产力。
[0067] 并且，可减少例如凹陷和腐蚀等缺陷，且可抑制副产物的发生。因此，可在操作特 性和可靠性方面改善待制造的半导体装置，并且还可改善半导体装置的总制造生产力。
[0068] 如上文所描述，已关于上述实施例特定地描述本发明的技术想法，但应注意仅提 供前述实施例用于说明而不限制本发明。可提供各种实施例W允许所属领域的技术人员理 解本发明的范围，但本发明不限于此。
【主权项】
1. 一种用于抛光钴的浆液，包括： 研磨剂，经配置以执行抛光，所述研磨剂包括氧化锆颗粒； 分散剂，经配置以分散所述研磨剂；以及 抛光加速剂，经配置以加速所述抛光， 其中所述抛光加速剂包括含有胺基和羧基的有机酸。2. 根据权利要求1所述的用于抛光钴的浆液，其中所述研磨剂相对于所述用于抛光钴 的浆液的总重量以0.1 wt %到1 Owt %的范围包含。3. 根据权利要求1所述的用于抛光钴的浆液，其中所述分散剂相对于所述用于抛光钴 的浆液的总重量以0.01 wt %到5wt %的范围包含。4. 根据权利要求1所述的用于抛光钴的浆液，其中所述抛光加速剂相对于所述用于抛 光钴的浆液的总重量以0.1 wt %到2wt %的范围包含。5. 根据权利要求1所述的用于抛光钴的浆液，其中所述抛光加速剂包括胺基酸，且所述 胺基酸的侧链的官能团具有正电荷。6. 根据权利要求5所述的用于抛光钴的浆液，其中所述抛光加速剂具有通过得出氢离 子而具有正电荷的官能团以及通过在pH碱性区中释放氢离子而具有负电荷的官能团。7. 根据权利要求1所述的用于抛光钴的浆液，其中所述抛光加速剂包括以下各项中的 至少一者:精胺酸、组胺酸、赖胺酸、天冬胺酸、天冬酰胺酸、谷氨酸、麸酰胺酸、丙胺酸、甘胺 酸、白胺酸、异白氨酸、缬胺酸、丝胺酸以及酪氨酸。8. 根据权利要求1所述的用于抛光钴的浆液，进一步包括pH调节剂，且将所述用于抛光 钴的浆液的pH调节到8到15。9. 一种用于抛光非氧化钴的浆液，抛光钴而无需使用氧化剂，所述用于抛光非氧化钴 的衆液包括： 作为研磨剂的氧化锆颗粒，经配置以执行抛光；以及 抛光加速剂，经配置以调节钴和除钴外的材料的抛光特性， 其中所述抛光加速剂具有至少两个彼此不同的官能团，且所述抛光加速剂具有通过得 出氢离子而具有正电荷的官能团以及通过在pH碱性区中释放氢离子而具有负电荷的官能 团。10. 根据权利要求9所述的用于抛光非氧化钴的浆液，其中除钴外的所述材料包括绝缘 材料，且所述官能团包括胺基和羧基，且 所述胺基键合到所述绝缘材料以抑制所述绝缘材料的抛光。11. 根据权利要求9所述的用于抛光非氧化钴的浆液，其中所述抛光加速剂包括胺基 酸，且所述官能团包括胺基和羧基，且所述胺基和所述羧基键合到同一碳原子。12. 根据权利要求10所述的用于抛光非氧化钴的浆液，其中在所述抛光加速剂中，所述 胺基的数量大于所述羧基的数量。13. 根据权利要求11所述的用于抛光非氧化钴的浆液，其中在所述抛光加速剂中，所述 胺基的数量大于所述羧基的数量。14. 根据权利要求9所述的用于抛光非氧化钴的浆液，进一步包括pH调节剂，且将所述 用于抛光非氧化钴的浆液的pH调节到9到11。15. 根据权利要求9所述的用于抛光非氧化钴的浆液，进一步包括分散剂，且所述分散 剂包括阳离子、阴离子以及非离子聚合物材料中的至少一者。16. -种衬底抛光方法，包括： 制备衬底，所述衬底上形成有钴薄膜； 制备浆液，所述浆液包括具有氧化锆颗粒的研磨剂以及含有胺基和羧基的抛光加速 剂；以及 在将所述浆液供应到所述衬底上的同时抛光所述钴薄膜， 其中在所述钴薄膜的抛光中，产生两性离子，其中所述胺基通过得出氢离子而具有正 电荷且所述羧基通过释放氢离子而具有负电荷，且所述胺基抑制除所述钴薄膜外的材料的 抛光。17. 根据权利要求16所述的衬底抛光方法，其中在上面形成有所述钴薄膜的所述衬底 的制备包括:通过使用除所述钴薄膜外的所述材料在所述衬底上形成绝缘膜;在所述绝缘 膜中形成沟槽;以及在具有所述沟槽的所述绝缘膜的整个表面上形成所述钴薄膜。18. 根据权利要求16所述的衬底抛光方法，其中所述抛光是在pH碱性区中执行且包括： 在所述钴薄膜的顶部表面上形成钴氧化物膜;通过使用所述研磨剂抛光所述钴氧化物膜； 以及使所述抛光加速剂键合到钴。
【文档编号】B24B37/04GK106010296SQ201610157056
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】朴珍亨
【申请人】优备材料有限公司