发明名称 移除内层介电膜之平面化组合物及方法
摘要 本发明系提出一种于半导体制造中用于介电层之化学机械平面化之平面化组合物。此组合物包含球状矽石颗粒,其具有平均直径为50nm至300nm,及狭窄颗粒尺寸范围,其中约90%之颗粒在平均颗粒直径之15%内。此组合物包含一种载送液体,其含有高达约50%之醇,以及一种氢氧化胺,其量以重量计为约0.l至10%。组合物之pH值范围在约7至约12,而溶液之其他部份为超高纯度之水。此组合物含有低量之金属离子,而且此组合物系用于薄化、抛光以及平面化介电层。本发明亦包括于半导体元件之制造中利用此平面化组合物之方法。
申请公布号 TW411518 申请公布日期 2000.11.11
申请号 TW087106260 申请日期 1998.06.23
申请人 先进化学系统国际公司 发明人 理查贝威;麦可琼斯;汤马士J.葛宾斯基;威廉慕立;詹姆士E.库瑞;安恩古因
分类号 H01L21/30 主分类号 H01L21/30
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种具有pH値为约9至约11.5之平面化组合物,其包含一种烷醇溶胶,此溶胶含有:约0.5重量%至约30重量%之球状矽酸烷基酯颗粒,其具有重量平均颗粒直径范围在约30nm至约400nm,且为单分散性,其中至少约90重量%之颗粒之直径不偏离重量平均直径之约20%,及一种载送液体,包含:一种醇,约0重量%至约9重量%之范围内,至少一种硷,其系选自包括氢氧化钾及选自包括氢氧化铵、NR4OH及NR2N-R3OH之一种胺氢氧化物,其中各R独立选自包括H,CH3,CH2CH3,C3H7及C4H9,其量在约0.2重量%至约9.0重量%之范围内,及其余为水。2.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中pH値系藉由添加至少一种选自包括硝酸、硫酸、盐酸、羧酸、醋酸、柠檬酸、乙醯水杨酸及二羧酸之酸来调整。3.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中pH値系藉由控制至少一种该硷之浓度来调整。4.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中总溶解之金属含量不超过每十亿份约20,000份。5.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中总溶解之金属含量不超过每十亿份约2000份。6.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中总溶解之金属含量不超过每十亿份约500份。7.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中该醇之浓度系于矽酸烷基酯颗粒形成后调整。8.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中至少一种硷之浓度系于矽酸烷基酯颗粒形成后调整。。9.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中第一种硷之浓度系于矽酸烷基酯形成后降低,而第二种硷之浓度系于矽酸烷基酯颗粒形成后增加。10.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中在硼磷原矽酸四乙酯玻璃(BPTEOS)上之平面化速率范围为每分钟约500至每分钟约15,000。11.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中在硼磷原矽酸四乙酯玻璃(BPTEOS)上之平面化速率范围为每分钟约3000至每分钟约15,000。12.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中在热氧化物上之平面化速率范围为每分钟约500至每分钟约10,000。13.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中该组合物之pH値范围为约10至约11.5。14.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中该组合物之pH値范围为约10.5至约11。15.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中经平面化表面之均方根表面粗糙度低于约20。16.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中经平面化表面之均方根表面粗糙度低于约10。17.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中经平面化表面之均方根表面粗糙度低于约5。18.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中矽酸烷基酯颗粒系由一种四烷基矽氧烷合成而得。19.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中矽酸烷基酯颗粒系由一种四烷基矽氧烷合成而得,其中该四烷基矽氧烷包含之烷基部份系独立选自包括甲基、乙基、丁基、异丁基、丙基及异丙基。20.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中矽酸烷基酯颗粒系由原矽酸四乙酯(TEOS)合成而得。21.根据申请专利范围第1项之平面化组合物,其中胺之浓度为约0%至约4%。22.一种制造烷醇溶胶平面化组合物之方法,其包括:在一种溶液中水解一种四烷基矽氧烷先质,该溶液包含:至少一种醇,其量范围为约30重量%至约45重量%,至少一种硷,其系选自包括氢氧化钾及选自包括氢氧化铵、NR4OH及NR2N-R3OH之一种胺氢氧化物,其中各R独立选自包括H,CH3,CH2CH3,C3H7及C4H9,其量范围为约0.2重量%至约9.0重量%,以及其余为水,其中溶液之pH値在约9至约11.5之间,使水解过之四烷基矽氧烷先质形成球状矽酸烷基酯颗粒,且视情况,调整平面化组合物之pH値、醇及硷中之至少一种。23.根据申请专利范围第22项之方法,其中该组合物之pH値系经调整至约10至约11.5之范围内。24.根据申请专利范围第22项之方法,其中该组合物之pH値系经调整至约10.5至约11之范围内。25.根据申请专利范围第22项之方法,其另外包括于,矽酸烷基酯颗粒形成后,调整平面化组合物中之醇与硷中至少一种之含量。26.根据申请专利范围第25项之方法,其中于矽酸烷基酯颗粒形成后调整平面化组合物中醇含量之方法,系选自包括蒸发与超过滤。27.根据申请专利范围第25项之方法,其中由氢氧化胺组成之第一种硷之浓度系降低,而第二种硷之浓度则提高。28.根据申请专利范围第25项之方法,其中调整醇含量之方法为超过滤。29.根据申请专利范围第28项之方法,其中超过滤系使用设备完成,其中该设备外露至平面化化学物质之表面,系包含选自不锈钢与氧化钛之材料。30.根据申请专利范围第29项之方法,其中不锈钢为316型不锈钢。31.根据申请专利范围第28项之方法,其中超过滤设备之温度范围为约20℃至约80℃。32.一种平面化设备,包括:一种垫片,其适于横越表面摩擦移动,该垫片在其本身与该表面之间具有如申请专利范围第1至21项中任一项之平面化组合物。33.一种使具有至少一个涂层之基材平面化之方法,其包括以下步骤:将根据申请专利范围第1至21项中任一项之平面化组合物置于垫片与至少一种涂层之间,其中该至少一种涂层包含介电材料;以及垫片对着该至少一种涂层摩擦,直到该至少一种涂层已至少经部份平面化处理。34.根据申请专利范围第33项之方法,其中经平面化表面涂层之均方根表面粗糙度已经改善至低于约20。35.根据申请专利范围第33项之方法,其中经平面化表面涂层之均方根表面粗糙度已经改善至低于约10。36.根据申请专利范围第33项之方法,其中经平面化表面涂层之均方根表面粗糙度已经改善至低于约5。37.根据申请专利范围第33项之方法,其中基材表面系位于晶圆上,其中经平面化晶圆之非均匀度范围为约0%至约10%。38.根据申请专利范围第33项之方法,其中基材表面系位于晶圆上,其中经平面化晶圆之非均匀度范围为约0%至约5%。39.根据申请专利范围第33项之方法,其中基材表面系位于晶圆上,其中经平面化晶圆之非均匀度系低于约5%。40.根据申请专利范围第33项之方法,其中基材表面系位于晶圆上,其中经平面化晶圆之非均匀度系低于约2%。41.根据申请专利范围第33项之方法,其中在硼磷原矽酸四乙酯玻璃(BPTEOS)上之平面化速率范围为每分钟约500至每分钟约15,000。42.根据申请专利范围第33项之方法,其中在硼磷原矽酸四乙酯玻璃(BPTEOS)上之平面化速率范围为每分钟约3000至每分钟约15,000。43.根据申请专利范围第33项之方法,其中在热氧化物上之平面化速率范围为每分钟约500至每分钟约10,000。44.根据申请专利范围第33项之方法,其中至少一种涂层系选自包括未掺杂之二氧化矽以及经掺杂之二氧化矽。45.根据申请专利范围第44项之方法,其中至少一种涂层系选自包括掺杂硼磷之矽酸盐玻璃(BPSG)、掺杂磷之矽酸盐玻璃(PSG)、掺杂磷之原矽酸四乙酯玻璃(PTEOS)、热氧化物、电浆强化原矽酸四乙酯玻璃(PETEOS)及高密度电浆化学气相沈积(HDPCVD)玻璃。46.根据申请专利范围第33项之方法,其中至少一种涂层系选自包括CMP止动层,矽化物及障壁层。47.根据申请专利范围第46项之方法,其中止动层为氮化矽。48.根据申请专利范围第46项之方法,其中障壁层系选自包括钛、钽、钨、氮化钛、氮化钽、氮化钨及钛/钨。49.根据申请专利范围第46项之方法,其中矽化物系选自包括矽化钽、矽化钛及矽化钨。50.一种制造内层介电质以及内金属层贯孔以及插塞之方法,其包括以下步骤:提供一种具有第一介电表面之基材。沈积一层CMP止动层于该第一表面上,于是形成第二表面,蚀刻一或多个由个别侧壁与底部所界定之小孔洞,深入该第二表面中,引进障壁层于该第二表面内及在个别侧壁上之至少一个小孔洞内,于是形成第三表面,引进金属层于该障壁层上方,于是形成第四表面,在该第四表面上沈积一层介电材料,于是形成第五层,将根据申请专利范围第1至21项中任一项之平面化组合物置于该第三表面与垫片之间,以及使该垫片对着介电表面摩擦,至足以薄化与平面化至少一个该表面。51.一种制造半导体晶片之方法,其包括:提供一个基材,一个闸极叠层之第一构件,一个闸极叠层之第二构件,一个闸极叠层之第三构件,及利用申请专利范围第1至21项中任一项之平面化组合物所平面化之一层介电材料。52.一种制造半导体晶片之方法,其包括:提供一层闸极叠层,该闸极叠层包括:提供一层闸极氧化物于部份完成之积体电路上,沈积一层薄膜多晶矽于该闸极氧化物上,沈积一层金属矽化物以全面覆盖住该多晶矽薄膜,该金属矽化物系选自包括矽化钛、矽化钽及矽化物,选择性蚀刻去除非常微小之次微米尺寸大小之岛状闸极叠层之残留物,沈积一层介电材料于该闸极叠层以及基板之上方与两者之间,以及利用申请专利范围第1至21项中任一项之平面化组合物平面化该介电质。53.一种半导体晶片,其中至少一构件已使用申请专利范围第1至21项中任一项之平面化组合物平面化处理过。图式简单说明:第一图图示经本发明之平面化组合物润湿之抛光垫。第二图图示系根据本发明之具体实施例之抛光垫,以根据本发明之组合物润湿后对部份制成之积体电路之坚硬平坦表面实施薄化,抛光以及平面化处理。第三图图示以第一图之抛光垫横跨第二图之坚硬平坦表面层加以磨擦以提供所需之薄化、抛光以及平面化处理。第四图系以本发明之含有低量醇之组合物抛光热氧化物晶圆之抛光速率以及晶圆内非均匀度之图示。第五图图示于执行本发明之平面化之前利用制造闸极叠层以及内层介电质之方法制造之样品半导体元件之截面图。第六图系经过本发明平面化后利用制造闸极叠层以及内层介电质之方法完成之样品半导体元件之截面图。第七图a系执行CMP之前之一种浅渠沟隔离之图示。第七图b系执行本发明之CMP之后之一种浅渠沟隔离之图示。
地址 美国