专利名称：Cmp浆料组合物及抛光方法
技术领域：
本发明提供ー种化学机械抛光(CMP)浆料组合物和ー种使用该浆料组合物的抛光方法。更具体地，本发明涉及表现出优异抛光选择性的CMP浆料组合物，其中，对单晶硅层或多晶硅层具有低抛光率，且对硅氧化物层具有高抛光率，并涉及使用该浆料组合物的抛光方法。
背景技术：
近来，浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation, STI)エ艺已用于电隔离半导体器件，例如DRAM或闪速存储器等。该STIエ艺包括以下步骤在通过刻蚀或光刻法形成抛光停止层的硅晶片上形成沟槽，用绝缘材料如硅氧化物填充沟槽，以及进行平坦化以除去由过量绝缘材料产生的陆度(step height)。现有技术中已使用回流(reflow)、SOG(旋转涂布玻璃)或回蚀Gitchback)用于平坦化工艺，但是这些方法由于半导体器件具有高集成密度化和高性能化的趋势而无法达到满意的效果。因此，近年来化学机械抛光(CMP)方法已广泛应用于平坦化工艺。CMP方法是用研磨颗粒机械抛光晶片并用浆料组合物中的化学物质化学抛光晶片，这通过使晶片与抛光垫接触并相对移动，同时供应含有多种化学组分的浆料组合物而进行。根据CMP方法，选择性地除去绝缘材料如硅氧化物面以形成被除去的绝缘层所填充的沟槽。在抛光和平坦化过程中，抛光停止层的上表面暴露时应停止抛光，以均匀地抛光晶片并且使由过度抛光引起的活化区(active region)与场区(field region)间的陆度最小化，从而保持元件的性能和エ艺的可靠性。在现有技术中氮化硅膜用作抛光停止层。然而，近来半导体器件的线宽变窄并且集成芯片(IC)具有更高的集成密度，单晶硅或多晶硅薄膜已被考虑作为抛光停止层。因此，需要具有优异抛光选择性的CMP浆料组合物，这意味着CMP浆料组合物对抛光停止层如单晶硅层或多晶硅层具有低的抛光率并且对硅氧化物层具有高的抛光率。
发明内容
技术问题本发明的ー个目的在于提供ー种具有优异抛光选择性的CMP浆料组合物，其对抛光停止层例如单晶硅层或多晶硅层具有低的抛光率并且对硅氧化物层具有高的抛光率。本发明的另ー目的在于提供使用上述浆料组合物的抛光方法。技术方案本发明提供ー种CMP浆料组合物，其包括研磨颗粒、分散剂、离子聚合物添加剂和非离子聚合物添加剤，该非离子聚合物添加剂包括含有至少两个聚こニ醇重复単元的聚烯烃-聚こニ醇共聚物，其中至少ー个聚こニ醇重复单元为侧链。此外，本发明提供ー种抛光村底的方法，其包括使用CMP浆料组合物抛光半导体衬底上的抛光目标层的步骤。本发明具体实施方案的CMP浆料组合物和抛光方法将在下文详述。依据本发明的一个实施方案，提供ー种化学机械抛光(CMP)浆料组合物，其包括研磨颗粒、分散剂、离子聚合物添加剂和非离子聚合物添加剤，该非离子聚合物添加剂包括含有至少两个聚こニ醇重复单元的聚烯烃-聚こニ醇共聚物，其中至少ー个聚こニ醇重复单元为侧链。
由于该CMP浆料组合物包括研磨颗粒、分散剂、离子聚合物添加剂和具有具体结构的非离子聚合物添加剤，因此对单晶硅层或多晶硅层表现出低的抛光率，而对硅氧化物层具有高的抛光率。由此，CMP浆料组合物表现出优异的抛光选择性(例如，对多晶硅层的抛光率与对硅氧化物层的抛光率之比为I : 35或更多)。并且，当将CMP浆料组合物适用于目标层例如硅氧化物层等时，可以以高抛光率和选择性除去目标层。作为本发明人的实验结果，本发明人发现由于CMP浆料组合物包括具有具体结构的非离子聚合物添加剂和离子聚合物添加剤，因此其在抛光和平坦化工艺中具有高分散稳定性和高抛光选择性，从而可以以高抛光率来抛光硅氧化物层。此外，由于CMP浆料组合物可以均匀地分散于抛光区域，因此可以均匀地控制单晶硅层或多晶硅层的表面性质，从而使凹陷或侵蚀最小化。凹陷和侵蚀是指不应除去区域的一部分被抛光除去致使在抛光表面上形成凹部的现象，其可造成半导体器件的电性能降低。同时，离子聚合物添加剂为至少ー种选自以下的物质梳形共聚物，包括由离子聚合物衍生的主链和由非离子聚合物衍生的侧链；聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸；及其混合物。离子聚合物添加剂通过附着于抛光停止层的表面而降低对抛光停止层的抛光率，从而可对硅氧化物层与抛光停止层例如单晶硅层或多晶硅层表现出高的抛光选择性。特别是，当梳形共聚物用作离子聚合物添加剂时，由非离子聚合物衍生的侧链可附着于单晶硅层或多晶硅层表面以保护单晶硅层或多晶硅层，从而降低对单晶硅层或多晶硅层的抛光速度。而由离子聚合物例如聚丙烯酸衍生的主链则不能降低对硅氧化物层的抛光速度，因此可对硅氧化物层与单晶硅层或多晶硅层表现出高的抛光选择性。另外，上述梳形共聚物与具有相同分子量主链的线形共聚物相比具有更短的主链，因而可使浆料组合物中的聚集现象最小化。因此，梳形聚合物可防止由于浆料在抛光垫上累积所产生的大分子而引起的微痕。梳形共聚物由于包含侧链，因而与线形共聚物相比每单位面积具有更高的聚合物密度。因此该梳形共聚物可厚厚地附着于多晶硅层表面而降低对单晶硅层或多晶硅层的抛光率，从而提高抛光选择性。由于梳形共聚物作为离子聚合物添加剂而包含在内，因此CMP浆料组合物可对硅氧化物层与单晶硅层或多晶硅层表现出高的抛光选择性。梳形共聚物可以为ー种如下的梳形共聚物，其包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯重复単元或其作为主链与作为侧链的烯化氧重复单元连接以形成具有主链和侧链的梳形。只要具有主链和侧链的梳形共聚物包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯重复单元或其作为主链与作为侧链的烯化氧重复单元连接，即可使用而无任何特别限制。优选地，烯化氧重复单元可为聚氧化こ烯或聚氧化丙烯重复单元。同样，梳形共聚物可以为ー种如下的共聚物，其包含至少ー种选自聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸的重复单元和至少ー种选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复单元的共聚物。梳形共聚物可以包括使化学式I的单体与化学式2的单体共聚而制备的、主链和侧链形成梳形形状的共聚物。[化学式I]
权利要求
1.ー种化学机械抛光(CMP)浆料组合物，其包含 研磨颗粒； 分散剂； 离子聚合物添加剂；以及 非离子聚合物添加剤，该非离子聚合物添加剂包括含有至少两个聚こニ醇重复単元的聚烯烃-聚こニ醇共聚物，其中至少ー个所述重复单元为侧链。
2.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述离子聚合物添加剂为至少ー种选自以下的物质梳形共聚物，其包括由离子聚合物衍生的主链和由非离子聚合物衍生的侧链 ’聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸。
3.权利要求2的CMP浆料组合物，其中所述梳形共聚物包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯重复单元作为主链以及与主链连接的烯化氧重复单元作为侧链，以形成梳形共聚物。
4.权利要求2的CMP浆料组合物，其中所述梳形共聚物为通过使化学式I表示的単体与化学式2表示的单体聚合形成具有主链和侧链的梳形形状而制备的梳形共聚物 [化学式I]
5.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述离子聚合物添加剂的含量为O.05-5重量％。
6.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述离子聚合物添加剂的重均分子量为1，000至 500，000。
7.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述聚烯烃-聚こニ醇共聚物为化学式3或化学式4表示的化合物 [化学式3]
8.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述聚烯烃-聚こニ醇共聚物的聚烯烃为分子量为100至2，000的聚こ烯或聚こ烯-丙烯共聚物。
9.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述非离子聚合物添加剂的含量为O.0001至5重量％。
10.权利要求I的CMP浆料组合物，其中对多晶硅层的抛光率与对硅氧化物层的抛光率之比为I : 35或更多。
11.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述研磨颗粒包含 金属氧化物颗粒，该金属氧化物颗粒包括至少ー种选自以下的物质ニ氧化硅、氧化招、ニ氧化铺、氧化错和ニ氧化钛； 有机颗粒，该有机颗粒包括至少ー种选自以下的物质苯こ烯聚合物、丙烯酸聚合物、聚氯こ烯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚酰亚胺；以及 有机-无机复合颗粒，该有机-无机复合颗粒包含金属氧化物和有机颗粒。
12.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述研磨颗粒的平均颗粒直径为10至500nm。
13.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述研磨颗粒的含量为O.001至5重量％。
14.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述分散剂包含 含有至少ー种选自以下的组分的非离子聚合物分散剂聚こ烯醇(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 含有至少ー种选自以下的组分的非离子聚合物分散剂聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵和聚丙烯马来酸。
15.权利要求I的CMP浆料组合物，其中基于100重量份的研磨颗粒计，所述分散剂的含量为O. I至100重量份。
16.权利要求I的CMP浆料组合物，其中该组合物还包括pH调节剂。
17.权利要求16的CMP浆料组合物，其中所述pH调节剂包括 碱性PH调节剂，该碱性调节剂包括至少ー种选自以下的物质氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、氢氧化铷、氢氧化铯、碳酸氢钠和碳酸钠；或酸性PH调节剂，该酸性调节剂包括至少ー种选自以下的物质盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、甲酸和こ酸。
18.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述组合物的pH为4-8。
19.权利要求I的CMP浆料组合物，其中所述组成物包含 O. OOl至5%重量的研磨颗粒； O.05至5%重量的离子聚合物添加剂； O.0001至O. 5%重量的非离子聚合物添加剂； O.I至100重量份的分散剂，基于100重量份的研磨颗粒计；以及 残余量的pH调节剂和水。
20.一种抛光方法，其包括用权利要求I至19之一的CMP浆料组合物抛光半导体衬底上的抛光目标层的步骤。
21.权利要求20的抛光方法，其中所述目标层为硅氧化物层。
22.权利要求21的抛光方法，其包括以下步骤 在半导体衬底上形成单晶硅层或多晶硅层的图案； 在所述半导体衬底上形成的单晶硅层或多晶硅层的图案上形成硅氧化物层；以及 抛光所述硅氧化物层以暴露所述单晶硅层或多晶硅层。
23.权利要求21的抛光方法，其中所述抛光的硅氧化物层限定一个半导体器件的场区，并且 所述抛光方法适用于半导体器件的浅沟槽隔离(STI)エ艺。
全文摘要
本发明涉及CMP浆料组合物，其包含研磨颗粒；分散剂；离子聚合物添加剂；和非离子聚合物添加剂，该非离子聚合物添加剂包括含有两个或更多个聚乙二醇重复单元的聚烯烃-聚乙二醇共聚物，其中至少一个聚乙二醇重复单元是支化的，并涉及一种使用该浆料组合物的抛光方法。CMP浆料组合物对单晶硅膜或多晶硅膜具有低的抛光率并对硅氧化物膜具有高的抛光率，从而表现出优异的抛光选择性。
文档编号H01L21/304GK102648265SQ201080056417
公开日2012年8月22日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者崔银美, 曹升范, 申东穆 申请人:株式会社Lg化学