浆料成分及利用其的CMP方法

摘要

本发明的示例性实施例提供一种新的浆料成分，该新的浆料成分适合用于包括对多晶硅层化学机械抛光(CMP)的工艺。该浆料成分包括一种或多种非离子聚合物表面活性剂，该表面活性剂选择地在多晶硅的暴露表面上形成钝化层，以便于抑制相对于氧化硅和氮化硅的多晶硅除去速率并提高抛光衬底的平坦度。示例性的表面活性剂包括环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)嵌段共聚物的烷基或芳基醇，并以高达大约5wt％的量存在于浆料成分中，虽然更小的浓度有效。其它浆料添加剂可以包括粘度调节剂、pH调节剂、分散剂、螯合剂、以及适合用于调节氮化硅和氧化硅的相对除去速率的胺或亚胺表面活性剂。

权利要求

1.一种除去形成在包括停止层的图形上的多晶硅层的上部的方法，包括：采用研磨浆料抛光多晶硅层以除去多晶硅层的上部，形成抛光的多晶硅表面，并暴露停止层的上表面，抛光的多晶硅表面和暴露的停止层的表面基本上共平面，其中该研磨浆料包括选择地在多晶硅层上形成钝化层的非离子表面活性剂，以及其中：

非离子表面活性剂包括一种或多种选自：通过化学式ICH3-(CH2)n-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (I)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇；

通过化学式II

R2-C6H4O-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH          (II)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物芳基醇，其中

R2为-C9H19或-C8H17；

通过化学式III

(CH2CH2O)z-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (III)表示的环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段聚合物；

和

由化学式IV

(CH(CH3)CH2O)z-(CH2CH2O)y-(CH(CH3)CH2O)x-OH    (IV)表示的环氧丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段聚合物，其中

n为满足关系式3≤n≤22的整数；

z为满足关系式1≤z≤30的整数；

y为满足关系式1≤y≤30的整数；和x为满足关系式1≤x≤30的整数。

2.一种从衬底主表面上除去形成在氮化硅和二氧化硅结构上的多晶硅层的上部的方法，包括：向抛光垫的抛光表面涂敷研磨浆料，该研磨浆料具有目标浆料pH；

在衬底与抛光垫之间大体平行于衬底主表面的平面内产生相对运动同时施加趋向于使主表面与抛光表面接触的力；

使用研磨浆料抛光衬底的主表面以从衬底主表面除去多晶硅层的上部，来形成被抛光的多晶硅表面，暴露氮化硅结构的表面并暴露二氧化硅结构的表面，被抛光的多晶硅表面和暴露的氮化硅结构的表面基本上共平面，其中研磨浆料包括选择地在多晶硅层上形成钝化层的非离子表面活性剂，以及其中：

非离子表面活性剂包括一种或多种选自：通过化学式ICH3-(CH2)n-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (I)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇；

通过化学式II

R2-C6H4O-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH          (II)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物芳基醇，其中

R2为-C9H19或-C8H17；

通过化学式III

(CH2CH2O)z-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (III)表示的环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段聚合物；

和

由化学式IV

(CH(CH3)CH2O)z-(CH2CH2O)y-(CH(CH3)CH2O)x-OH    (IV)表示的环氧丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段聚合物，其中

n为满足关系式3≤n≤22的整数；

z为满足关系式1≤z≤30的整数；

y为满足关系式1≤y≤30的整数；和x为满足关系式1≤x≤30的整数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：非离子表面活性剂占研磨浆料的至少0.001wt％。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：研磨浆料具有在7与12之间的浆料pH。

5.根据权利要求4所述的方法，其中研磨浆料具有在10与11之间的浆料pH。

6.根据权利要求3所述的方法，其中：该研磨浆料包括第二表面活性剂，该第二表面活性剂选择地在氮化硅结构的表面上形成第二钝化层，由此改变在化学机械抛光期间氮化硅相对于氧化硅和多晶硅的除去速率的除去速率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：第二表面活性剂包括亚胺或胺化合物且占研磨浆料成分的0.001与10wt％之间的浓度。

8.根据权利要求2所述的方法，其中：被抛光的多晶硅表面离由与被抛光的多晶硅表面相邻的暴露的停止层限定的平面平均小于

9.根据权利要求2所述的方法，其中：被抛光的多晶硅表面离由与被抛光的多晶硅表面相邻的暴露的停止层限定的平面平均小于

10.一种从衬底主表面上部分除去形成在氮化硅结构上的多晶硅层的方法，包括：向抛光垫的抛光表面涂敷第一研磨浆料，第一研磨浆料具有第一目标浆料pH；

在衬底与抛光垫之间大体平行于衬底主表面的平面内产生相对运动同时施加趋向于使主表面与抛光表面接触的力；

使用第一研磨浆料抛光衬底的主表面以从衬底主表面除去多晶硅层的第一部分，来形成中间被抛光的多晶硅表面；

向抛光垫的抛光表面涂敷第二研磨浆料，第二研磨浆料具有至少为7的第二浆料pH；

在衬底与抛光垫之间大体平行于衬底主表面的平面内产生相对运动同时施加趋向于使主表面与抛光表面接触的力；

使用第二研磨浆料抛光衬底主表面以从衬底主表面上除去多晶硅层的第二部分，来形成最终的被抛光的多晶硅表面，并暴露氮化硅结构的表面，最终的被抛光的多晶硅表面和暴露的氮化硅表面基本上共平面，其中第一研磨浆料基本上没有会选择地在多晶硅层上形成钝化层的所有表面活性剂，而第二研磨浆料包括选择地在多晶硅层上形成钝化层的非离子表面活性剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：通过将至少0.001wt％的非离子表面活性剂引入到第一研磨浆料来形成第二研磨浆料。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：在将第二研磨浆料涂敷于抛光表面之前，将非离子表面活性剂结合第一研磨浆料来形成第二研磨浆料。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：非离子表面活性剂包括一种或多种选自：通过化学式ICH3-(CH2)n-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (I)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇；

通过化学式II

R2-C6H4O-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH          (II)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物芳基醇，其中

R2为-C9H19或-C8H17；

通过化学式III

(CH2CH2O)z-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (III)表示的环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段聚合物；

和

由化学式IV

(CH(CH3)CH2O)z-(CH2CH2O)y-(CH(CH3)CH2O)x-OH    (IV)表示的环氧丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段聚合物组成的组，其中

n为满足关系式3≤n≤22的整数；

z为满足关系式1≤z≤30的整数；

y为满足关系式1≤y≤30的整数；和x为满足关系式1≤x≤30的整数。

14.一种制造半导体器件的方法，包括：形成导电图形；

由绝缘材料形成绝缘间隔物，该绝缘间隔物包围导电图形以形成保护图形；

在绝缘间隔物上沉积多晶硅层；

采用利用研磨浆料的化学机械抛光除去多晶硅层的上部，以暴露绝缘间隔物的上表面，并形成被抛光的多晶硅表面；

沉积层间氧化物(ILO)；和在层间氧化物中形成接触孔以暴露部分被抛光的多晶硅表面；

其中研磨浆料包括一种或多种在多晶硅上形成钝化层的聚合物表面活性剂，该表面活性剂选自：通过化学式I

CH3-(CH2)n-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (I)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇；

通过化学式II

R2-C6H4O-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH          (II)表示的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物芳基醇，其中

R2为-C9H19或-C8H17；

通过化学式III

(CH2CH2O)z-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH        (III)表示的环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段聚合物；

和

由化学式IV

(CH(CH3)CH2O)z-(CH2CH2O)y-(CH(CH3)CH2O)x-OH    (IV)表示的环氧丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段聚合物组成的组，其中

n为满足关系式3≤n≤22的整数；

z为满足关系式1≤z≤30的整数；

y为满足关系式1≤y≤30的整数；和x为满足关系式1≤x≤30的整数；

由此通过形成钝化层来将多晶硅除去速率与绝缘体除去速率之间的选择比至少减小50％。

15.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中：绝缘材料包括至少一种选自由氮化硅、氧化硅和氮氧化硅组成的组中的材料。

16.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中：被抛光的多晶硅表面离由与被抛光的多晶硅表面相邻的暴露的停止层限定的平面平均小于

17.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中：被抛光的多晶硅表面离由与被抛光的多晶硅表面相邻的暴露的停止层限定的平面平均小于

18.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中：研磨浆料包括基本上没有能够在暴露的多晶硅表面上形成钝化层的聚合物表面活性剂的第一浆料，在多晶硅层的第一部分除去期间使用第一浆料；和第二浆料包括一定量的一种或多种能够在暴露的多晶硅表面上形成钝化层的聚合物表面活性剂，在多晶硅层的第二部分除去期间使用第二浆料，以充分地暴露绝缘间隔物的上表面。

19.根据权利要求18的制造半导体器件的方法，其中：一种或多种聚合物表面活性剂的总量占第二研磨浆料的0.005与0.2wt％之间。

20.根据权利要求18的制造半导体器件的方法，其中：一种或多种聚合物表面活性剂的总量占第二研磨浆料的0.005与0.02wt％之间。

说明书

技术领域

本发明涉及浆料成分以及将这种浆料成分用于在半导体期间制造期间所沉积的材料层的化学机械抛光(CMP)的方法，更为具体地，涉及包括一种或多种用于调节不同材料的相对去除速率的添加剂的浆料成分，且更为具体地，涉及包括一种或多种用于减小多晶硅相对于存在于半导体衬底上的其它材料的去除速率的添加剂。

背景技术

随着高性能半导体器件的需求以及相应的增加现代半导体器件的集成度的需求，需要使用精细程度(pitch)的多层互连结构。通常通过连续的绝缘物沉积、构图、蚀刻、导体沉积和平坦化步骤的工艺，来形成这些多层互连结构。平坦化步骤对于为随后的沉积和构图工艺提供基本平坦的表面非常重要，这可以一贯地制造具有落入有限尺寸范围的临界尺寸的图形。
取决于特殊的半导体制造工艺和在制造工艺中的特殊步骤中使用的具体的图形和材料层，来采用各种平坦化方法。平坦化技术包含形成层或诸如二氧化硅的绝缘体、诸如铜的导体、诸如聚酰亚胺的树脂、旋涂玻璃或诸如硼磷硅酸盐玻璃的掺杂玻璃的涂层，其后跟随着一个或多个诸如回蚀刻、软熔的工艺和/或CMP步骤，以为随后的工艺获得更加平坦的表面。
在CMP工艺中，一般将半导体衬底安装在旋转盘或其它夹持器上，然后使衬底表面开始与抛光垫的抛光表面接触。然后通过在衬底与抛光垫之间产生相对运动同时向抛光垫的抛光表面供给一种或多种浆料成分，来除去形成在衬底上的部分材料层和/或图形。取决于要除去的材料，CMP工艺可以主要为机械的，其中通过研磨剂或在一种或多种浆料成分与要除去的一种或多种材料之间的化学作用和抛光机的机械作用的结合，来除去材料。
在平坦化工艺期间，一般会利用研磨浆料和/或平坦化液体来连续润湿抛光垫的抛光表面，以制造期望的平坦表面。然后促进衬底和/或垫的平坦表面接触以建立平坦负载或压力并相对于彼此移动以产生平坦表面，从而除去材料层的上部。衬底与抛光表面的相对运动简单或复杂，且可以包括一种或多种通过平坦化垫和/或衬底的横向、转动、旋转或环形运动，以便导致大体均匀除去横穿衬底表面的材料层。
如本文中所使用的，横向运动为在单个方向上的运动，转动运动为关于穿过转动物体的中心点的轴的转动、旋转运动为旋转物体关于非中心轴的转动，而环形运动是结合振动的转动或旋转运动。虽然如上所提，衬底与平坦化垫的相对运动可以结合不同类型的运动，但是该运动通常必须限定在基本平行于衬底表面的平面内以便获得平坦化的衬底表面。
特殊的浆料成分以及在其下进行CMP的参数通常为要从衬底表面除去的各种初级和次级材料的特殊特性的函数。特别地，在其中要利用采用硅石(SiO2)作为主要研磨剂的硅石基浆料抛光多晶硅层和氧化硅层的情况下，多晶硅的除去速率往往比氧化硅的除去速率高。这些在基本相同的抛光条件下的不同材料的不同除去速率通常被表示为选择比。一般设置CMP工艺，通过在要除去的主要材料层下面提供抛光停止层，例如具有更低除去速率的材料，以允许充足的过抛光来解决层厚中的变化和晶片的平坦度，来利用这些除去速率的不同。这种过抛光增加了可以在不损伤下层图形下除去几乎所有的预期材料层的可能性。然而在某些实例中，利用抛光停止层是不可能的或者不实际的，或者要除去材料的相对特性会易于导致较容易被除去的材料的“凹陷”或“弯曲”并产生与所期望的相比更加不平坦的表面，且危及随后的工艺。
例如，如图1A-D中所示，除去沉积在氮化硅图形上的多晶硅层的上部会导致大体上不平坦的表面。如图1A中所示，衬底100具有由隔离区104分离的有源区102。有源区102通常会包括一个或多个必须对其制作电接触以便于最终的半导体器件正常操作的掺杂区(未示出)。然后在衬底上形成栅电极106或其它结构的图形。栅电极106由通常包括二氧化硅和/或氮化硅的绝缘间隔结构112保护，该栅电极106具有包括多晶硅108和通过将诸如钨、钴或镍或金属合金与部分多晶硅反应而形成的金属硅化物110的叠层结构。在间隔结构112之间，会暴露半导体衬底表面的接触部分，且将多晶硅层114沉积在该结构上作为建立与衬底电接触的装置。
如图1B中所示，然后除去多晶硅层114的上部，以在间隔结构112之间形成多晶硅栓塞114a。然后，由于多晶硅的除去速率大于氧化硅或氮化硅的除去速率，在某些实例中，几乎50至100倍或更大，趋向于出去过量的多晶硅，以在间隔结构之间形成凹陷116并形成不平坦表面。如图1C所示，一旦完成CMP工艺，在衬底上沉积层间介质层(ILD)118。然后将在ILD118上形成光刻胶接触图形(未示出)。并蚀刻ILD材料以形成贯穿ILD延伸以暴露多晶硅垫的表面或栓塞114a的接触开口120。
然而，过量多晶硅除去的结果是，多晶硅栓塞114a的表面相对于间隔结构112的上表面凹陷，增加必须被除去以开通接触的ILD118的厚度。增加的厚度会导致诸如图1B中示出的其中蚀刻不足以开通一些或全部接触开口的不充分蚀刻条件的问题。相似地，如图1F中所示，在那些其中蚀刻的深度足以到达多晶硅而接触图形未对准的实例中，接触开口会暴露栅电极106或其它导电结构，导致在区域S中短路。开口和短路会减小生产量且/或会减小最终半导体器件的可靠性。

发明内容

本发明的示例性实施例通过提供新的浆料成分来致力于解决常规CMP工艺中提到的问题，该新的浆料成分适合用于包括多晶硅层的化学机械抛光(CMP)的工艺中以减小或消除多晶硅层的过量除去。
本发明的示例性实施例包括一种合并CMP工艺来制造半导体器件的方法，该CMP工艺利用浆料成分和/或一种或多种浆料添加剂来减小或消除多晶硅层的过量除去。特别地，根据本发明实例性实施例的CMP工艺合并一种或多种非离子表面活性剂来对多晶硅相对于氧化硅和氮化硅的除去速率提供选择控制。实例性的表面活性剂包括环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)的共聚物醇，并可以以高达大约5wt％的量存在于浆料成分中。其它浆料添加剂可以包括一种或多种旨在改变氮化硅和/或氧化硅的相对除去速率的胺或亚胺表面活性剂。

附图说明

参考附图，将更加全面地阐释用于实践本发明的装置和方法的示例性实施例，其中：
图1A-F示出在常规CMP方法中的某些工艺步骤以及与该工艺相关的某些特性问题；
图2A-G示出在根据本发明的示例性CMP方法中的某些工艺步骤；
图3A-B是示出分别根据常规方法和示例性发明方法制造的半导体器件的横截面的SEM图像；和
图4是示出在基本相同的CMP工艺设置下包含于研磨浆料成分中的聚合物的量与多晶硅除去速率的相互关系。
应该注意的是，为了描述本文中的这些实施例，这些附图旨在说明本发明示例性实施例的方法和材料的共同特性。然而，这些附图并没有按照比例且并未精确地反映任意给定实施例的特性，且不应解释为限定或限制本发明范围内的实施例的值的范围或特性。
特别地，为了清晰，会缩小或放大层或区域的相对厚度和位置。而且当在参考层或衬底上直接形成或形成在覆盖参考层的其它层或图形上时，可以认为层形成在另一层或衬底“上”。

具体实施方式

因此，本发明的示例性实施例包括或合并用于多晶硅层的化学机械抛光的浆料成分，该将料成分至少包括载液、研磨颗粒、以及包含亲水性或疏水性功能团的聚合物表面活性剂。聚合物表面活性剂至少包括一种含有环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)的聚合醇，作为公举物或作为三嵌段(triblock)聚合物。
当用于抛光多晶硅时，聚合物表面活性剂的疏水性功能团优先粘附于暴露的多晶硅表面，由此形成钝化层。该顿化层足以减小多晶硅层相对于任何暴露的氧化硅或氮化硅表面的除去速率并减小或消除多晶硅的过量除去。当然，将料成分可以且优选包括诸如湿润剂、粘度调节剂、pH调节剂和缓冲剂的添加成分。
研磨颗粒可以包括一种或多种精细的研磨材料，通常为一种或多种选自由硅石、二氧化铈、氧化铝、氧化锆和氧化钛组成的组中的物剂氧化物，且具有在大约5nm与1μm之间的平均粒径，优选地，小于大约100nm。
根据本发明，当在疏水性材料上进行CMP操作时候，一般为多晶硅，暴露于根据本发明的示例性浆料成分的疏水性表面会聚积或吸收一层聚合物表面活性剂。该层聚合物表面活性剂依次充当钝化层来保护疏水性表面受浆料与抛光垫的抛光作用的全部作用。然而，对于暴露的亲水性表面来说，它们不易于聚积或吸收相应的聚合物表面活性剂的钝化层，且因此通过提供浆料与抛光垫的抛光作用，会以更大的常规速率除去它们。
浆料成分
根据本发明的浆料成分的示例性实施例通常包括研磨颗粒在通常为去离子水的主要载液中的分散体和悬浮液。来自本领域技术人员公知公司的各种含水的浆料成分可商用，包括各种适合于除去氧化硅、氮化硅、多晶硅、硅化物和诸如钽或铜的金属的研磨剂类型和尺寸。研磨剂可以选自各种包括硅石SiO2、氧化铝Al2O3、氧化铈CeO2和氧化锰Mn2O3的氧化物。研磨颗粒在浆料中的粒径分布和数量对抛光效率有很大的影响且范围从浆料成分的大约1至30wt％以上，而更普遍地为大约5至20wt％。
主要的浆料成分，即载液和研磨颗粒，可以合并各种添加剂，和/或通过向抛光表面涂敷浆料时或在涂敷之前立即添加一种或多种成分来被选择调节。例如，添加成分可以包括粘度调节剂、消泡剂、螯合剂和分散剂，以获得具有期望的特性组合的浆料成分。
通过引入合适的酸和碱与或不与相应的缓冲剂，来控制浆料成分的pH，以产生在期望pH范围内的浆料成分。利用少量添加的并控制在相对于浆料的量足以将pH调节在期望的pH范围内的包括氢氧化钾KOH、氢氧化胺NH4OH、三甲胺TMA、三乙胺TEA和羟化四甲铵TMAH的碱或包括硫酸H2SO4、硝酸HNO3、盐酸HCl或磷酸的酸，来完成保持期望的浆料pH。
浆料成分还包括一种或多种具有亲水性功能团和疏水性功能团的非离子聚合物表面活性剂。那些包括氧、氮和硫的剂性基团，诸如-OH、-COOH、-NH2和-SO3H基团，倾向于亲水，而没有合并一种或多种极性基团的脂族和芳香族基团倾向于疏水。根据本发明的示例性聚合物表面活性剂包括环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)按照共聚物即EOx-POy或三嵌段共聚物即EOx-POy-EOz或POx-EOy-POz的形式在聚合醇中的结合物。这些示例性的聚合物表面活性机会优先粘着在多晶硅的疏水性表面。聚合物表面活性剂以在大约0.001至5wt％的量包含于浆料成分中，更为普遍地，基于浆料成分的干重，在大约0.05与0.2wt％之间。
示例性的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇可以选自由通过方程式I
CH3-(CH2)n-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH    (I)
表示的第一组醇和通过方程式II
R2-C6H4O-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH    (II)
表示的第二组醇组成的组，其中：R2为-C9H19或-C8H17；3≤n≤22；1≤y≤30；而1≤x≤30。优选的醇为其中x和y都至少为5的那些醇。
相似地，示例性的环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段共聚物醇可以选自由通过方程式III
(CH2CH2O)z-(CH(CH3)CH2O)y-(CH2CH2O)x-OH    (III)
表示的第一组醇和通过方程式IV
(CH(CH3)CH2O)z-(CH2CH2O)y-(CH(CH3)CH2O)x-OH(IV)
表示的第二组醇组成的组，其中：1≤z≤30；1≤y≤30；而1≤x≤30。优选的醇为其中x、y和z都至少为5的那些醇。
对于那些其中多晶硅层114沉积在将在CMP工艺期间暴露氧化硅和氮化硅表面的结构上的实例，浆料成分还包括设计成来调节氧化硅和氮化硅的相对除去速率的添加的表面活性剂。包括研磨浆料的pH的成分不必在CMP工艺的整个过程中固定不变，取而代之的，根据需要来调节以提供刻接收的除去速率、平坦度和经济的结合。具体的浆料成分可以随着要从衬底上除去的材料的具体成分和厚度在整个CMP工艺过程中的变化而微量改变或显著改变。
例如，在没有示例性聚合物表面活性剂的情况下，采用常规研磨浆料可以获得4500/min数量级的多晶硅除去速率。然而，添加甚至较小量例如小于0.02wt％的示例性聚合物表面活性剂会将多晶硅除去速率降低至小于2000/min，且倾向于提高平坦度。通过延迟向多晶硅表面涂敷示例性聚合物表面活性剂，直到已经以较高的除去速率除去大部分多晶硅层，允许工艺生产量保持在较高的水平同时提供改善平坦度和降低材料成本的优点。当然，可以对将料成分的pH以及其它组分的浓度进行相似的调节，由此增加CMP工艺的控制。
在图2A-D中示出采用利用根据本发明的示例性聚合物表面活性剂的CMP工艺的半导体器件的制造。如图2A中所示，衬底100具有由隔离区104分离的有源区102。有源区102一般会包括一个或多个必须对其制作电接触的掺杂区(未示出)，以便于最终的半导体器件操作正常。然后在衬底上形成栅电极106或其它结构的图形。栅电极106由通常包括二氧化硅和/或氮化硅的绝缘间隔结构112保护，该栅电极106具有包括多晶硅108和通过将诸如钨、钴或镍或金属合金与部分多晶硅反应而形成的金属硅化物110的叠层结构。在间隔结构112之间，会暴露半导体衬底表面的接触部分，且将多晶硅层114沉积在该结构上作为建立与衬底电接触的装置。
如图2B-C所示，然后除去多晶硅层114的上部，以在间隔结构112之间形成多晶硅栓塞114a。然而，由于利用包括一种或多种聚合物表面活性剂的示例性浆料成分的CMP工艺来除去多晶硅，所以在多晶硅层的表面上形成钝化层200，由此抑制除去多晶硅的速率。随着除去覆盖的多晶硅层114以暴露间隔结构112，钝化层的剩余部分200a会大体限定剩余的多晶硅区域，由此允许基本正常地除去包括间隔结构的材料。结果，减小形成在间隔结构之间的任意凹陷116的深度并产生大体平坦的表面。然而，如图2E中所示，形成在多晶硅表面上的钝化层足以产生暴露间隔结构上表面的大体平坦表面并且几乎不存在相应于多晶硅表面的可察觉凹陷。
如图2F-G中所示，一旦完成CMP工艺，在衬底上沉积层间介质层(ILD)118。然后将在ILD118上形成光刻胶接触图形(未示出)，且随后蚀刻ILD材料以形成贯穿ILD延伸以暴露多晶硅栓塞114a表面的接触开口120。
然而，通过使用聚合物表面活性剂来抑制多晶硅去除，示例性的浆料成分能够将多晶硅栓塞114a的表面与间隔结构112的上表面保持在基本平坦的取向上。结果，蚀刻接触开口以暴露多晶硅栓塞114a的上表面，如图2E中所示，并降低了如图1E中所示的不充分蚀刻的可能性。
相似地，如图2F中所示，通过避免多晶硅的过量除去，增加多晶硅栓塞114a相对于栅结构106和间隔结构112的高度会提供额外的过蚀刻余量。额外余量的结果是，在完成接触蚀刻工艺后会更加可能剩余充足的间隔结构部分112a，由此未对准的接触图形较小可能会导致栅短路。由此这种额外的蚀刻余量会降低图1F中所示情形的可能性。由于开口和短路会减小生产量和/或减小最终半导体器件的可靠性，与利用根据本发明的浆料成分的CMP工艺相关的这些缺陷的减小会增加产生量和/或最终器件的可靠性。
如上所述，根据本发明，可以将具有亲水性和疏水性功能团的一种或多种示例性聚合物合并在用于除去多晶硅层上部的CMP浆料中。示例性的聚合物的结构在诸如多晶硅的疏水性表面上产生钝化层，该钝化层抑制多晶硅相对于氮化硅和氧化硅的除去速率，因而减小或消除与过量多晶硅相关的凹陷或弯曲情形并提高最终表面的平坦度。
准备相应于图2A的半导体衬底并使其经受CMP工艺以除去多晶硅层的上部并暴露间隔结构的上表面。获取常规商用的浆料成分，其包括具有大约30nm的平均粒径的硅石研磨剂、小于30wt％的固体成分和用于在CMP工艺期间保持至少为7的pH的pH调节剂。
处于未调节情形的这种常规浆料成分和通过添加大约0.02vol％的根据本发明示例性实施例的聚合物表面活性剂而被调节的以准备示例性的浆料成分。然后在基本相同的CMP条件下利用常规的和示例性的浆料成分抛光测试衬底。
在完成抛光之后，横切被抛光的衬底并将其在扫描电子显微镜上成像以产生如图4A和B复制的显微图。如图4A所呈现出的，常规研磨浆料成分在间隔结构之间的多晶硅区域产生清晰的凹陷。相反地，添加较少量的根据本发明的聚合物表面活性剂，足以抑制多晶硅层的过量除去。然后评估样品中呈现出的多晶硅凹陷的量级以产生在表1中呈现的数据。

表1
因此，如表1中所呈现的，即使添加相对较少部分的示例性聚合物表面活性剂，即0.02vol％，会引起多晶硅凹陷的深度减小90％以上。通过限制仅对多晶硅CMP工艺的最终部分使用，可以减小CMP工艺中示例性聚合物表面活性剂的消耗。这种不过早地抑制多晶硅除去的实践会允许生产量保持在常规水平附近同时仍提高示例性CMP方法的平坦度。
对于本发明技术人员显而易见，在上述CMP方法和浆料成分中可以做出其它改变和修改，而不脱离本文中的发明范围，且旨在包含于上述说明书的所有内容应该解释为示例性的而非限制性的。
本申请是于2004年12月13日提交的，申请号为200410101122.6，题为“浆料成分及利用其的CMP方法”的专利申请的分案申请。
现有申请的相关参考
该申请要求于2003年12月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2003-0090551的优先权，将该公开物整体并入本文以作参考。