TW200307031A - CMP slurry for oxide film and method of forming semiconductor device using the same - Google Patents
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Description
(i) (i)200307031 玖、發明說明 每 ^ (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實她方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明揭示出一種用於氧化物薄膜之化學機械抛光（簡 稱，，C Μ P ")漿液組合物以及一種形成快閃0己憶體裝置之自 我對齊浮動閘極的方法’使用對氧化物薄膜的選擇性比當 作独刻障壁薄膜的氮化物薄膜還高的襞液’用以進行CMP 處理。 先前技術 快閃記憶體裝置是一種記憶體，其中程式化與清除操作 是同時進行，而電子會穿過自我對齊浮動閘極與半導體基 半之間的穿隧氧化物薄膜。快閃記憶體也是一種非揮發性 記憶體，其中所儲存的資訊即使在電源關閉時也不會損壞 ，而且該資訊可以自由的藉一種電氣方法進行輸入/輸出。 圖1 a至1 g是顯示出傳統自我對齊浮動閘極之製造方法 的圖示。讀者將會注意到’不同薄層所列的厚度都是近似 值。 參閱圖la，在矽基板1上形成100A厚度的墊氧化物薄膜3 ，而且隨後在墊氧化物薄膜3上形成2500A厚度的墊氮化 物薄膜5。 參閱圖1 b，在最後結構上進行使用光罩（未顯示）的選擇 性研磨處理時，2500A厚度的墊氮化物薄膜5，100A厚度 的墊氧化物薄膜3以及3000A厚度的矽基板1都被依序去除 掉。結果，形成墊氮化物薄膜圖案5 -1，墊氧化物薄膜圖 案3 - 1以及溝槽7。 200307031 门、 I發明說明續頁 參閱圖1 C，自墊氮化物薄膜圖案5 - 1在包括溝槽7的整個 表面上形成厚度6 0 0 0 A的絕緣氧化物薄膜9。 參閱圖1 d，以墊氮化物薄膜圖案5 - 1當作蝕刻障壁薄膜 ，使用傳統氧化物薄膜的CMP研磨漿料，在絕緣氧化物薄 膜9上進行C MP處理，藉以絕緣開主動區1 1。
參閱圖1 e，選擇性的濕蝕刻掉墊氮化物薄膜圖案5 - 1與 墊氧化物薄膜圖案3 - 1，直到基板1曝露出來為止，然後穿 隧氧化物薄膜1 3在曝露的基板1上形成。 參閱圖1 f，將多晶矽1 5 a堆疊在穿隧氧化物薄膜1 3與絕 緣氧化物薄膜9上，相對於絕緣氧化物薄膜9達厚度1700A。 參閱圖1 g，使用氧化物薄膜漿料對多晶矽1 5 a進行C MP 處理，直到曝露出絕緣氧化物薄膜9為止，提供浮動閘極 1 5 〇
如圖Id所示，在絕緣氧化物薄膜9上進行CMP處理所使 用的漿液是一般氧化物薄膜的CMP漿液，pH值的範圍從7 至8，包括如膠體或Si02的研磨劑。該漿液對於氮化物薄 膜：氧化物薄膜的拋光選擇性為1 : 2至1 : 4的範圍。 然而在使用傳統CMP漿液的CMP處理中，絕緣氧化物薄 膜9會被姓刻掉，在塾氮化物薄膜5上會產生侵钱效應，而 且氧化物薄膜9上會產生碟形效應，因為墊氮化物薄膜5 與氧化物薄膜9在蝕刻選擇性上都具有很小的差異，藉以 將絕緣氧化物薄膜9區隔開。 在氧化物薄膜具有較高圖案濃度或較大圖案尺寸時，該 效應更常發生。 200307031 (3) 發明說明續頁 此外，因為絕緣氧化物薄膜9的非規則性厚度，所以多 晶矽1 5 a具有非規則性的厚度。結果，裝置可靠度會變差。 還有一問題，因為墊氮化物薄膜5必須堆疊的比所需要 的還厚，以得到絕緣氧化物薄膜的預設厚度。 發明内容 本發明揭示出具有對氧化物薄膜比對氮化薄膜還好之 拋光選擇性的CMP漿液。 結果，藉使用上述C MP漿液而形成自我對齊浮動閘極， 而改善裝置可靠度。 用於氧化物薄膜的C Μ P漿液組合物包括一溶劑，一研磨 劑與一添加劑。 該添加劑是選取自由下列所組合物的群組中：碳氫化合 物的均質聚合物，包括當作官能基用的羧酸（-COOH)，硝 基（-Ν02)，醯胺（-NH-CO-);碳氫化合物的共聚合物，包括 當作官能基用的羧酸（-COOH)，硝基（-Ν02)，醯胺（-NH-CO-) ;以及其混合物，其中該組合物之pH為2至7。 CMP漿液組合物進一步包括pH值調節劑。該pH值調節 劑是氫氯酸，被加到漿液組合物中讓pH值的範圍從2至7 ，最好是從4至7，因為漿液組合物對酸性條件下的氧化物 薄膜具有高選擇性。 因此，氫氯酸的添加量並不是特別預設，但是要決定出 適當量的氫氣酸，以保持上述CMP漿液組合物的pH值範 圍。' 該溶劑是蒸餾水或超純水，而研磨劑是鈽土（Ce02)，膠 200307031 “、 I發明說明續頁 體或燻製Si02。
當作添加劑用的聚合物具有1000至10000範圍的分子量 。前述包括在碳氫化合物内的官能基叛酸（-COOH)，硝基 (-N02)或醯胺（-NH-CO-)在聚合物合成處理中可以變成-OH ，-C = 0，-COO-，-NH2，-NO，-N024 -NHCO。包括這種結 構的化合物最好是選取自由羧酸甲基纖維鈉鹽，甲基乙烯 醚，聚（丙烯酸），聚（乙二醇），聚半乳糖醛酸以及其組合 物所構成的群組，最好是阿法纖維（alpha-cellulose)，藉以 改善氧化物薄膜的選擇性。 CMP漿液組合物具有Ce02，在100份重量的溶劑為基礎 下含有0.5至2份重量，而添加劑是在1 0 0份重量的溶劑為 基礎下含有0.1至1.5份重量。
CMP漿液組合物具有Si02，在100份重量的溶劑為基礎下 含有1 0至3 3份重量，最好是1 4至3 3份重量，而添加劑是在 100份重量的溶劑為基礎下含有0.1至1.5份重量，最好是 0.1至1份重量。 用於氧化物薄膜的CMP漿料組合物對氮化物薄膜：氧化 物薄膜具有範圍從1 : 20至1 : 200的研磨選擇性，最好是從 50至 200 ° 所揭示的方法包括： (a) 在一基板上形成一塾氧化物薄膜與一塾氮化物薄 膜； (b) 選擇性的依序定義出墊氮化物薄膜，墊氧化物薄膜 以及預設深度之半導體的圖案； 200307031 ，5、 I發明說明續頁 (c) 在其結果上沉積出絕緣氧化物薄膜；以及 (d) 使用所揭示的CMP漿料組合物對其結果的整個表 面進行C Μ P處理，直到曝露出該墊氮化物薄膜為止。 C Μ Ρ處理的步驟（d)包括二步驟。
在進行C MP處理的第一步驟中，使用針對氧化物薄膜的 漿液，氮化物薄膜··氧化物薄膜的選擇比例是從1 : 2至1 :4，直到墊氧化物薄膜上的絕緣氧化物薄膜仍是預設厚 度為止；以及 在進行C MP處理的第二步驟中，使用本發明的漿液，直 到曝露出墊氧化物薄膜為止。 例如，第一步驟是進行到相對於C MP處理前的厚度來說 ，墊氧化物薄膜上絕緣氧化物薄膜的厚度變成1至5 0 %為 止最好是1 6至2 0 %。
此時，用於氧化物薄膜的傳統漿液是一般用於氧化物薄 膜的CMP漿液，包括如膠體或燻製Si〇2&研磨劑，而且具 有7至8範圍的pH值。該漿液對氮化物薄膜：氧化物薄膜 具有1 : 2至1 : 4的拋光選擇性。 實施方式 現在將參閱相關尋示更加詳細的說明製造半導體裝置 的方法。再一次要注意的是，底下所說明的不同薄層厚度 只是近似值，而實際厚度可以在不偏離本揭示内容的範圍 下做變動。 圖2a至2e是顯示出依據本發**明較佳實施例製造快閃記 憶體裝置之方法的圖示。 -10- 200307031 (6) I發明說明續頁 參閱圖2a，在矽基板2丨上形成厚度50至1()〇A範圍的墊氧 化物薄膜23，然後在墊氧化物薄膜23上形成厚度1 500至 2000A範圍的墊氮化物薄膜25。 參閱圖2 b ’在使用光罩（未顯示）對最後結構進行選擇性 抛光處理時，依序去除掉厚度2500A的墊氮化物薄膜25， 厚度100A的塾氧化物薄膜23以及厚度3〇〇〇入的矽基板2 i。 結果，形成塾氮化物薄膜圖案2 5 -卜墊氧化物薄膜圖案 2 3 - 1以及溝槽2 7。 蒼閱圖2 C ’在整個卜、+、☆士沿t AA主二I· TX/ 上逑、，，α構的表面上开》成厚度5000至 6000Α範圍的絕緣氧化物薄膜29。 參閱圖2d，使用本發明的將參 4 ^月的漿液，對殘留的絕緣氧化物薄 膜2 9進行C Μ Ρ處理，以保八雜μ姑罢七紅 乂便刀離開裝置主動區3 i，直到曝露 出墊氮化物薄膜圖案25-1為止。 在此’塾氮化物薄膜圖案25·"艮少被抛光掉，因為所揭 不的漿液對於氧化物薄獏具有高蝕刻選擇性。結果，墊釓 化物薄膜圖案25-1殘留下15〇〇至2〇〇〇人範圍的原始尸产。 CMP處理包括二步驟。在第一步驟中，藉使用傳：又上用 於氧化物薄膜的漿液進行CMP處理，而去除掉裝置绝緣薄 膜，以便具有:部分的塾氮化本發 明用於氧化物薄膜的漿液進行CMp處理，而八 义王去除掉目 標物’該目標物是塾氮化物薄膜上的絕緣氧化物薄膜。 例如’使用針對氧化物薄膜的第一傳統漿液去除掉一邛 分的裝置絕緣薄膜29’具有其原始厚度的^。 好 是1 6至2 0 %。 200307031 (7) 發明說明績頁 藉此，對殘留的裝置絕緣薄膜2 9進行C MP處理，直到曝 露出墊氮化物薄膜圖案25-1的表面為止。 結果，安置在墊氮化物薄膜圖案2 5 - 1上的裝置絕緣薄膜 29被完全去除掉，以便產生主動區31。 參閱圖2 e，在利用濕蝕刻而選擇性去除掉墊氮化物薄膜 圖案25-1與墊氧化物薄膜圖案23-1後，會曝露出主動區31。
對主動區的曝露表面進行氧化處理，而形成穿隧氧化物 薄膜3 3。 裝置絕緣薄膜2 9的厚度也是保持到與墊氮化物薄膜圖 案25-1的高度相同。結果，依據圖案密度的薄膜内厚度差 會降低。 因此，用揭示之漿液形成圖案的揭示方法來形成當作蝕 刻障壁薄膜用的墊氮化物薄膜時，氮化物薄膜可以降低到 約 500A 。
結果，薄膜的處理成本與厚度差可以降低，藉以改善裝 置可靠度。 在最後結構上形成多晶矽（未顯示）後，使用針對多晶矽 的C MP漿液進行C MP處理，形成浮動閘極（未顯示）的下部 電極，直到曝露出絕緣氧化物薄膜2 9為止。 使用所揭示之漿液而形成的浮動閘極是保持在墊氮化 物薄膜圖案2 5 - 1的原始厚度。 I.本發明製造漿液的方法 實例1。用於氧化物薄膜包括筛土（ C e 0 2)的漿液 依據以下表1中所顯示的用量，當作研磨劑用的CeOji -12- 200307031 (8) 發明說明續頁 加到超純水中，攪拌而不會凝結，並進一步加入當作添加 劑用的阿法纖維（CAS#9004-34-6)。 在攪拌該組合物時，當作用pH值調節劑用的氫氯酸被 加到該組合物中，以便具有pH值為5。該組合物進一步攪 拌約3 0分鐘，直到完全混合而且穩定為止。結果，製造出 對氧化物薄膜具有高選擇性的本發明漿液。 表1
Ce02 超純水 阿法纖維 A l〇g lOOOg 5g B 15g lOOOg 5g C l〇g lOOOg lOg
實例2。使用當作研磨劑用的Si〇2用於氧化物薄膜的漿液 依據以下表2中所顯示的用量，當作研磨劑用的SiOji 加到超純水中，攪拌而不會凝結，並進一步加入當作添加 劑用的阿法纖維。
在攪拌該組合物時，當作用pH值調節劑用的氫氯酸被 加到該組合物中，以便具有pH值為5。該組合物進一步攪 拌約3 0分鐘，直到完全混合而且穩定為止。結果，所揭示 的漿液對氧化物薄膜具有高選擇性。 表2
Si〇2 超純水 阿法纖維 D lOg lOOOg 5g E 15g lOOOg 5g F log lOOOg l〇g -13 - 200307031 ⑼ I發明說明續頁 11.本發明漿液的拋光選擇性 實例3。 使用實例1的漿液組合物，在5 p s i的頭壓力與拋光壓力 並在機台旋轉頻率30 rpm下，分別對氧化矽薄膜’〇xf與氮 化矽薄膜，SiNf進行CMP處理。表3顯示拋光量與選擇性， 當作CMP處理的結果。 表3 氧化物薄膜的撤光量 (〇x，A/min) 拋光選擇性（Ox/SiN) A 3,000 80 B 4,000 50 C 2,500 60 實例4。
使用實例2的漿液，在5 p s i的頭壓力與拋光壓力並在機 台旋轉頻率30 rpm下，分別對氧化石夕薄膜Wxf與氮化石夕薄 膜’SiN’進行CMP處理。表4顯示拋光量與選擇性，當作CMP 處理的結果。 表4 氧化物薄膜的搬光量 (〇x，A/min) 拋光選擇性（Ox/SiN) D 3,000 80 E 3,000 50 F 2,500 60 如上所述，所揭示的漿液比起傳統漿液已經顯著的改善 選擇性。如果使用所揭示的漿液對絕緣氧化物薄膜進行拋 -14- 200307031 發明說明續頁 (10) 光處理，可能會避免氮化物薄膜的腐蝕以及墊氧化物的碟 形化。 此外，既然絕緣氧化物薄膜的厚度差會依據圖案密度而 變降低，所以可以將圖案平坦化，而且可以降低在拋光處 理中所形成的薄膜損壞。 結果，在整個晶圓表面上形成的圖案都會具有均一的濃 度以極厚度。
圖式簡單說明 圖1 a至1 g是顯示出依據習用技術製造傳統快閃記憶體 裝置之方法的圖示。 圖2 a至2 e是顯示出依據所揭示方法製造快閃記憶體裝 置之方法的圖示。
圖式代表符號說明 1，2 1 :矽基板 3，2 3 :墊氧化物薄膜 3 - 1，2 3 - 1 :墊氧化物薄膜圖案 5，2 5 :墊氮化物薄膜 5 - 1，2 5 - 1 :墊氮化物薄膜圖案 7，2 7 :溝槽 9，2 9 :絕緣氧化物薄膜 1 1，3 1 :主動區 1 3，3 3 :穿隧氧化物薄膜 1 5 a :多晶矽 1 5 :浮動閘極 -15 -
Claims (1)
- 200307031 拾、申請專利範圍 1 . 一種用於氧化物薄膜的C MP漿液組合物，其包含： 一溶劑，一研磨劑以及一添加劑， 該添加劑係選自包括羧酸（-COOH)官能基之碳氫 物之均質聚合物，包括硝基（-N02)官能基之碳氫化 之均質聚合物，及包括醯胺（-NH-CO-)官能基之碳 合物之均質聚合物，包括羧酸（-COOH)官能基之碳 合物之共聚物，包括硝基（-N02)官能基之碳氫化合 共聚物及包括醯胺（-NH-CO-)官能基之碳氫化合物 聚物及彼等之混合物所組成之群組； 其中該組合物具有2至7範圍的pH值。 2 .如申請專利範圍中第1項之C MP漿液組合物，其中 合物的p Η值範圍在4至7。 3 .如申請專利範圍中第1項之CMP漿液組合物，進一 含當作ρ Η值調節劑用的氫氯酸。 4 .如申請專利範圍中第1項之CMP漿液組合物，其中 劑係選自阿法纖維，羧酸甲基纖維鈉鹽，甲基乙烯 聚（丙烯酸），聚（乙二醇），聚半乳糖醛酸以及彼等 合所組成之群組。 5 .如申請專利範圍中第1項之C ΜΡ漿液組合物，其中 加劑的添加量以1 0 0重量份之溶劑為基礎是在0. 1 . 份重量的範圍内。 6 .如申請專利範圍中第1項之C ΜΡ漿液組合物，其中 磨劑是鈽土（Ce〇2)或矽土（Si〇2)。 化合 合物 氮化 氫化 物之 之共 該組 步包 該加 鍵， 之組 該添 L 1 .5 該研 200307031 申請專利範圍續黃 7 .如申請專利範圍中第6項之C MP漿液組合物，其中該 Ce〇2的添力ϋ量以100重量份溶劑為基礎是在0.5至2份重 量的範圍内。 8 .如申請專利範圍中第6項之CMP漿液組合物，其中該 Si〇2的添加量以100重量份溶劑為基礎是在10至33份重 量的範圍内。 9 .如申請專利範圍中第1項之C MP漿液組合物，其中該漿 液組合物對氮化物薄膜：氧化物薄膜的拋光選擇性比例 是 1 : 20〜1 : 200 。 10. 如申請專利範圍中第1項之CMP漿液組合物，其中該漿 液組合物對氮化物薄膜：氧化物薄膜的拋光選擇性比例 是1 : 50〜1 : 200。 11. 一種形成半導體裝置的方法，其包含： (a) 在一基板上形成一塾氧化物薄膜與一墊氮化物薄膜； (b) 選擇性地於該墊氮化物薄膜、墊氧化物薄膜及基板 上形成圖案，以形成預設深度的溝槽； (c) 在該圖案化的墊氮化物薄膜、墊氧化物薄膜及基板 上沉積出一絕緣氧化物薄膜；以及 (d) 使用申請專利範圍中第1項之CMP漿液組合物，對其 結構進行C MP處理，直到曝露出該墊氮化物薄膜為 止。 12. 如申請專利範圍中第1 1項之方法，其中該步驟（d)包含： 一第一步驟，使用針對氧化物薄膜的一漿液進行C Μ P 處理，直到留下預設厚度的絕緣氧化物薄膜為止，該漿 200307031 申請專利範圍續頁 液對氮化物薄膜：氧化物薄膜的拋光選擇性比例是1 : 2〜1 : 4 ;以及 一第二步驟，使用申請專利範圍中第1項之CMP漿液 組合物進行C MP處理，直到曝露出該墊氮化物薄膜為止。 13. 如申請專利範圍中第12項之方法，其中該第一步驟是 進行到該墊氮化物薄膜上絕緣氧化薄膜的厚度相對於 CMP處理前的厚度為1至50%範圍為止。 14. 如申請專利範圍中第1 2項之方法，其中該用於氧化物 薄膜的漿液包含pH值範圍7至8的Si02W磨劑。
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