[发明专利]用于研磨氮化硅的组合物以及使用所述组合物控制选择比的方法

说明书

技术领域

本发明涉及CMP研磨工艺，更具体地涉及用于在研磨氮化硅膜中使用的用于研磨氮化硅的组合物及使用所述组合物控制选择比的方法。

背景技术

CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光法)为半导体工艺中的重要关键技术，且特别地，将其视为实施用于高密度配线的多层配线结构不可或缺的技术。

CMP涵盖多种工艺对象，其实例包括用于层间绝缘膜或埋入绝缘膜的二氧化硅(SiO₂)，诸如作为配线层或连接这样的配线层的插座使用的铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)的金属，诸如用于防止金属扩散的钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)的屏蔽金属层(barrier metal layer)，用于形成沟槽型电容器的多晶硅，被形成蚀刻掩模的氮化硅(SiN)。

为了对这些不同类型的加工对象实施最佳研磨，必需以各种对象为基础对研磨垫或研磨组合物进行最优化。

在半导体工艺的形成配线的过程中，对硅晶片实施使用含氯气体的RIE(Reactive Ion Etching，反应性离子蚀刻)，以形成对应于目标配线图案的槽以及对应于目标插座的孔。然后，在所述槽和孔的内壁面上形成包含钛或氮化钛的屏蔽层，然后通过电镀等用诸如钨膜的配线金属将整个基底表面涂覆，使所述槽和孔中充满钨，然后通过CMP除去所述槽和孔之外的区域的过量钨膜。

在硅晶片中形成这样的槽或孔的蚀刻过程中，在所述晶片的表面上形成蚀刻掩模，并使用氮化硅膜作为所述蚀刻掩模。在蚀刻过程中将所述蚀刻掩模本身部分除去，并通过电镀用配线金属将剩余部分的膜涂覆，且必须通过CMP将其与金属膜同时除去。

然而，用作蚀刻掩模的氮化硅膜的机械强度非常高，因此通过CMP研磨所述氮化硅膜的速度低(参见专利文献1)。这可能延长研磨过程。

由于上述问题，因此将氮化硅膜蚀刻除去。通过干燥或润湿过程进行所述蚀刻，但即使在使加工时间相对缩短的润湿过程中，仍需将蚀刻剂加热至高温的操作(参见专利文献2)，其延长了研磨过程且使半导体工艺的生产量降低。

此外，如上所述，通过CMP加工的对象多种多样，且当将诸如金属膜、绝缘膜和氮化硅膜作为加工对象时，重要的是不仅需要控制各个膜的研磨速度，而且需要控制作为两种研磨速度之比的选择比。根据加工的目的，研磨速度近似相同，换言之，在一些情况下它们之间的选择比优选为1，而在其它情况下研磨速度之一优选高于或低于另一研磨速度，换言之，在其它情况下它们之间的选择比优选大于或小于1。

因此，必须控制选择比以采用不同值，而不仅设置为特定值。

然而，用于研磨氮化硅膜的常规组合物中，响应于组合物的变化两种研磨速度均发生变化，使其难于将选择比控制在目标比，或即使可以控制，研磨速度本身也显著降低。换言之，不能实现充分控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2000-109795A号公报

专利文献2：日本专利特开9-45660A号公报

发明概述

本发明解决的问题

本发明的目的为提供用于在半导体工艺中通过CMP提高氮化硅的研磨速度的用于研磨氮化硅的组合物。本发明的另一目的为提供控制选择比的方法，所述方法使基于氮化硅膜的研磨速度的选择比容易控制。

解决问题的方案

本发明的用于研磨氮化硅的组合物，其包含

1)硅胶，以及2)包含磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助剂。

根据本发明，所述磷酸化合物包含选自磷酸、焦磷酸和多磷酸中的至少一种。

根据本发明，所述硅胶的平均粒径为15nm至80nm。

本发明所述的组合物还包含氧化剂。

本发明的用于研磨氮化硅的组合物，其包含

1)硅胶，2)包含磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助剂，以及3)氧化剂，并且能够根据所述氧化剂的含量和所述用于研磨氮化硅的组合物的pH值来控制第一选择比和第二选择比。所述第一选择比代表金属膜的研磨速度与氮化硅膜的研磨速度之比且第二选择比代表氧化物绝缘膜的研磨速度与氮化硅膜的研磨速度之比。

本发明提供了使用所述用于研磨氮化硅的组合物控制选择比的方法，所述组合物包含上述氧化剂。能够根据所述氧化剂的含量来控制所述第一选择比，且能够根据所述研磨氮化硅的组合物的pH值来控制所述第二选择比。

发明的效果

根据本发明，通过包含硅胶和含有磷酸化合物和硫酸化合物的研磨助剂能够提高氮化硅膜的研磨速度。