專利名稱：化學(xué)機械研磨用水系分散體及半導(dǎo)體裝置的化學(xué)機械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體裝置之時所用的化學(xué)機械研磨用水系分散 體及使用了該化學(xué)機械研磨用水系分散體的化學(xué)機械研磨方法。
背景技術(shù)：
通常來說，化學(xué)機械研磨(以下也稱作"CMP"。)的被研磨面會露 出多晶硅膜(Polycrystalline Silicon膜)、單晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅 膜、鋁、鵠、銅等多種多樣的材料。
以往，使用以上述材料當(dāng)中的一種作為靼子(target)的化學(xué)機械 研磨用水系分散體(以下也稱作"漿料"。)，將該作為靶子的材料利用 CMP除去。但是，如果與其他材料的研磨速度比有很大不同，則作為 靶子的材料就會被過度研磨，從而有時會引起凹陷(dishing )、腐蝕等 缺陷。另外，必須按照每種作為靶子的材料來選擇化學(xué)機械研磨用水系 分散體并利用CMP除去，無論怎樣做都會有生產(chǎn)率降低的問題。
近年來，伴隨著半導(dǎo)體設(shè)備的結(jié)構(gòu)多樣化，要求將多晶硅膜、氧化 硅膜及氮化硅膜三種材料同時研磨。為了同時研磨這三種材料，必須提 供一種使各個膜的研磨速度基本上相同的化學(xué)機械研磨用水系分散體。
迄今為止，例如在特開平11 - 176773號公才艮、特開2001 -7061號 公報、特開2001 - 35820號7>才艮、特開2002 - 190458號公報、特開2004 - 269577號公報等中，提出過使氮化硅膜與氧化硅膜的研磨速度比大致 為1的化學(xué)機械研磨用水系分散體。但是，尚不存在能夠?qū)⒍嗑Ч枘ぁ?氧化硅膜及氮化硅膜同時并且以相同的研磨速度進行研磨的化學(xué)機械 研磨用水系分散體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種對多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜具 有足夠的研磨速度而使對各個膜的研磨速度基本上相同的化學(xué)機械研
3磨用水系分散體及使用了它的半導(dǎo)體裝置的化學(xué)機械研磨方法。
本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體，pH為4 5,用于同時對由 選自多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以上形成的被研磨面進行 研磨，其含有0.1~4質(zhì)量°/。的(A):具有10nm~ 100nm的平均粒徑 的膠態(tài)二氧化硅；以及0.1~3質(zhì)量％的(B):選自磷酸二氫銨、磷酸 氫二銨及硫酸氫銨中的至少一種，所述(A)成分與所述(B)成分的 質(zhì)量比(A) / (B)為1~3。
本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體可以還含有選自硝酸、硫酸、 碳酸、乳酸、曱酸、苯甲酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、丙二酸、富馬 酸、馬來酸、琥珀酸、草酸、苯二甲酸、己二酸、癸二酸及它們的銨鹽 中的至少一種。
本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體中，多晶硅膜與氧化珪膜的研 磨速度比(多晶硅膜/氧化硅膜)及氮化硅膜與氧化硅膜的研磨速度比 (氮化硅膜/氧化硅膜)可以為0.9 ~ 1.1。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的化學(xué)機械研磨方法的特征在于，使用上述的 任意一種化學(xué)機械研磨用水系分散體，同時對由選自多晶硅膜、氮化硅 膜及氧化硅膜中的2種以上形成的被研磨面進行研磨。
本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體對多晶硅膜、氮化硅膜及氧化 硅膜具有足夠的研磨速度，可以使對各個膜的研磨速度基本上相同。這 樣，就可以同時地對由選自多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以 上形成的被研磨面進行研磨。另外，如果使用本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用 水系分散體，則對具有多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜的設(shè)備進行化學(xué) 機械研磨時，則無需根據(jù)研磨對象在途中更換漿料，而可以連續(xù)地研磨 除去。另外，由于對任何的膜來說研磨速度都基本上相同，因此只要控 制研磨時間，就可以很容易地設(shè)定為所需的膜厚。


圖l是示意性地表示第一實驗例中所用的評價用基板的剖面圖。 圖2是示意性地表示第一實驗例中所用的評價用基板的剖面圖。
4圖3是示意性地表示第一實驗例中所用的評價用基板的剖面圖。 圖4是示意性地表示第二實驗例中所用的評價用基板的剖面圖。 圖5是示意性地表示第二實驗例中所用的評價用基板的剖面圖。 圖6是示意性地表示第二實驗例中所用的評價用基板的剖面圖。
具體實施例方式
下面，對本發(fā)明的實施方式進行說明。
而且，本發(fā)明并不限定于下述的實施方式，也包含在不改變本發(fā)明 主旨的范圍中實施的各種變形例。
l.化學(xué)機械研磨用水系分散體
本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體含有0.1~4質(zhì)量％的(A): 具有10nm~100nm的平均粒徑的膠態(tài)二氧化硅；以及0.1~3質(zhì)量％的 (B):選自磷酸二氫銨、磷酸氫二銨及硫酸氫銨中的至少一種，所述(A) 成分與所述(B)成分的質(zhì)量比(A) / (B)為1~3，并且pH為4~5， 是為了同時對由選自多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以上形成 的被研磨面進行研磨而使用的。以下，對本實施方式的化學(xué)機械研磨用 水系分散體中所含的各成分進行詳細敘述。
1.1 ( A )膠態(tài)二氧化珪
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體作為磨粒含有膠態(tài)二氧化 硅。該膠態(tài)二氧化硅的平均粒徑優(yōu)選為10nm~ 100nm，更優(yōu)選為 20nm 卯nm，特別優(yōu)選為30nm ~ 80nm。如果膠態(tài)二氧化珪的平均粒 徑處于10nm~ 100nm的范圍內(nèi)，則由于作為化學(xué)機械研磨用水系分散 體的保存穩(wěn)定性優(yōu)良，因此可以保持剛剛配制后的性能(研磨速度等)。 如果膠態(tài)二氧化硅的平均粒徑小于10nm，則由于多晶硅膜、氮化硅膜 及氧化硅膜的研磨速度變得過小，因此無法實用。另一方面，如果膠態(tài) 二氧化硅的平均粒徑超過100nm，則膠態(tài)二氧化硅就會機械地研磨氧化 硅膜，氧化硅膜的研磨速度變得過大，從而喪失平衡。
膠態(tài)二氧化硅的平均粒徑例如是利用動態(tài)光散射式LB550 (林式會社堀場制作所制)使用動態(tài)光散射法測定的。該平均粒徑表示一次粒子 凝聚而形成的二次粒子直徑。由于膠態(tài)二氧化硅在對被研磨面產(chǎn)生機械 研磨作用之時，通常會形成二次粒子，因此以二次粒子直徑作為評價的 對象。
膠態(tài)二氧化硅的添加量相對于使用時的化學(xué)機械研磨用水系分散
體的質(zhì)量來說，優(yōu)選為0.1~4質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.2~4質(zhì)量％,特別 優(yōu)選為0.3~3.9質(zhì)量％。如果膠態(tài)二氧化硅的添加量小于0.1質(zhì)量％， 則無法獲得足夠的研磨速度，因而無法實用。另一方面，如果膠態(tài)二氧 化硅的添加量超過4質(zhì)量％ ，則膠態(tài)二氧化硅就會機械地研磨氧化硅膜， 使得氧化硅膜的研磨速度變得過大。另外，有時會產(chǎn)生劃痕等研磨時的 缺陷。
而且，本說明書中所說的"足夠的研磨速度"具體來說是指研磨速 度為20nm/分鐘以上。
1.2 (B)酸銨鹽
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體含有選自磷酸二氫銨、磷 酸氫二銨及硫酸氫銨中的至少一種銨鹽。如果添加這些酸銨鹽，就可以 增大對氮化硅膜的研磨速度。
可以推測，磷酸二氫銨及磷酸氫二銨利用磷酸根離子對氮化硅膜的 化學(xué)研磨作用和銨根離子對氮化硅膜的化學(xué)研磨作用之間的協(xié)同效應(yīng)， 可以增大對氮化硅膜的研磨速度。
可以推測，硫酸氫銨利用硫酸根離子對氮化硅膜的化學(xué)研磨作用與 銨根離子對氮化硅膜的化學(xué)研磨作用之間的協(xié)同效應(yīng)，可以增大對氮化 硅膜的研磨速度。
這些酸銨鹽可以單獨使用一種，或者組合使用兩種以上。
這些酸銨鹽的添加量相對于使用時的化學(xué)機械研磨用水系分散體 的質(zhì)量來說，優(yōu)選為0.1 ~ 3質(zhì)量％ ，更優(yōu)選為0.2 ~ 2.5質(zhì)量％ ，特別優(yōu) 選為0.3~1.3質(zhì)量0/。。如果這些酸銨鹽的添加量小于0.1質(zhì)量％，則由 于研磨速度明顯地降低，因此無法實用。另一方面，如果這些酸銨鹽的添加量超過3質(zhì)量％，則即使進一步增加酸銨鹽的添加量，氮化硅膜的 研磨速度基本上也不會變大，而化學(xué)機械研磨用水系分散體的穩(wěn)定性卻 降低，因此不夠理想。
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體中，(A)膠態(tài)二氧化硅與 (B)銨鹽的質(zhì)量比(A) / (B)為1~3。更優(yōu)選為1.3~2.8，特別優(yōu) 選為1.5~2.5。如果質(zhì)量比處于該范圍內(nèi)，則可以使多晶硅膜、氮化硅 膜及氧化硅膜的研磨速度基本上相同。這樣，就可以獲得適于同時對這 些膜進行研磨的化學(xué)機械研磨用水系分散體。如果質(zhì)量比(A) / (B) 小于l,則由于機械研磨作用變小，喪失與化學(xué)機械研磨作用的平衡， 因此就無法使多晶硅膜、氮化硅膜及氧化珪膜的研磨速度基本上相同。 另一方面，如果質(zhì)量比(A) / (B)超過3，則由于機械研磨作用變大， 從而使得氧化硅膜的研磨速度增大，因此無法使多晶硅膜、氮化硅膜及 氧化硅膜的研磨速度基本上相同。
1.3 pH
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體的pH為4以上5以下。 如果pH處于該范圍內(nèi)，則可以使多晶珪膜、氮化珪膜及氧化硅膜的研 磨速度基本上相同。pH可以利用(A)成分與(B)成分的添加量以及 后述的酸及堿來調(diào)整。更優(yōu)選的pH的范圍是4.2以上4.8以下。如果 將pH設(shè)為小于4，則由于無法增大多晶硅膜的研磨速度，使氮化硅膜 及氧化硅膜的研磨速度變大而喪失平衡，因此無法實現(xiàn)本申請發(fā)明的目 的。另一方面，如果使pH大于5，則由于無法增大氮化硅膜及氧化硅 膜的研磨速度，使多晶硅膜的研磨速度變大而喪失平衡，因此無法實現(xiàn) 本申請發(fā)明的目的。
如此所述，由于本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體的pH與 多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜的研磨速度密切相關(guān)，因此必須精密地 控制。所以，本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體也可以是使用了 檸檬酸緩沖液、磷酸緩沖液等的緩沖液。
1.4其他的添加劑
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體根據(jù)需要可以添加下述的添加劑。
1.4.1酸或其銨鹽
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體根據(jù)需要可以添加酸或其 銨鹽。作為酸或其銨鹽，可以舉出硝酸、硫酸、碳酸、乳酸、曱酸、苯 甲酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、丙二酸、富馬酸、馬來酸、琥珀酸、 草酸、苯二甲酸、己二酸、癸二酸或它們的銨鹽。通過添加這些酸或其 銨鹽，就可以增大氮化硅膜及氧化硅膜的研磨速度。這樣就可以實現(xiàn)與 多晶硅膜的研磨速度的微調(diào)。
1.4.2表面活性劑
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體根據(jù)需要可以添加表面活 性劑。作為表面活性劑，例如可以舉出陽離子性表面活性劑、陰離子性 表面活性劑、非離子性表面活性劑、兩性表面活性劑。
作為陽離子性表面活性劑，例如可以舉出脂肪族胺鹽、脂肪族銨鹽等。
作為陰離子性表面活性劑，例如可以舉出羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯 鹽、磷酸酯鹽等。作為羧酸鹽，可以舉出脂肪酸急、烷基醚羧酸鹽等。 作為磺酸鹽，可以舉出烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、a-烯烴磺酸鹽 等。作為硫酸酯鹽，例如可以舉出高級醇硫酸酯鹽、烷基硫酸酯鹽等。 作為磷酸酯，例如可以舉出烷基磷酸酯等。
作為非離子性表面活性劑，例如可以舉出醚型表面活性劑、醚酯型 表面活性劑、酯型表面活性劑、乙炔系表面活性劑等。作為醚酯型表面 活性劑，例如可以舉出甘油酯的聚氧乙烯醚等。作為酯型表面活性劑， 例如可以舉出聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯、脫水山梨醇酯等。作為乙炔 系表面活性劑，例如可以舉出乙炔醇、乙炔二醇、乙炔二醇的環(huán)氧乙烷 加成物。
作為兩性表面活性劑，例如可以舉出甜菜堿系表面活性劑。 這些表面活性劑可以單獨使用 一種，或者組合使用兩種以上。這些表面活性劑當(dāng)中，優(yōu)選陰離子性表面活性劑，特X優(yōu)選磺酸鹽。 另外，在磺酸鹽當(dāng)中，優(yōu)選烷基苯磺酸鹽，特別優(yōu)選十二烷基苯磺酸鹽。
表面活性劑的添加量相對于使用時的化學(xué)機械研磨用水系分散體
的質(zhì)量，優(yōu)選為1質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.001~ 0.1質(zhì)量％。如果表面
活性劑的添加量處于上述的范圍內(nèi)，則可以在將氮化硅膜研磨除去后， 獲得平滑的被研磨面。
1.4.3酸或堿
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體根據(jù)需要可以添加酸或 堿。本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體的pH如上所述必須為4 以上5以下。這里可以出于調(diào)整化學(xué)機械研磨用水系分散體的pH的目 的來使用酸及堿。
作為所述酸，例如可以舉出上述以外的有機酸或無機酸。
作為有機酸，例如可以舉出對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、異戊二 烯磺酸、葡糖酸、乙醇酸等。
作為所述堿，可以舉出有機堿或無機堿。
作為有機堿，例如可以舉出四甲基氬氧化物(Tetramethyl Hydroxide)等。
作為無機堿，例如可以舉出堿金屬的氬氧化物。具體來說，可以舉 出氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫等。
1.4.4水溶性高分子
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體才艮據(jù)需要可以添加水溶性 高分子。水溶性高分子具有吸附于被研磨面的表面而使研磨摩擦降低的 功能。這樣，如果添加水溶性高分子，就可以抑制凹陷、腐蝕的產(chǎn)生。
作為水溶性高分子，可以舉出聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、 聚乙烯基吡咯烷酮、羥乙基纖維素等。
水溶性高分子的添加量可以調(diào)整為使得化學(xué)機械研磨用水系分散
9體的粘度小于2mPa，s。本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體的粘度基 本上由水溶性高分子的重均分子量及添加量來決定，因此可以在考慮它 們的平衡的同時來調(diào)整。如果化學(xué)機械研磨用水系分散體的粘度超過 2mPa.s，則會有研磨速度降低的情況，另外，粘度變得過高，有時會無 法向砂布上穩(wěn)定地供給化學(xué)機械研磨用水系分散體。其結(jié)果是，產(chǎn)生砂 布的溫度上升或研磨不均(面內(nèi)均一性的劣化)等，從而有時會產(chǎn)生研 磨速度或凹陷的偏差。
1.4.5防腐蝕劑
作為本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體中所用的防腐蝕劑， 例如可以舉出苯并三唑及其衍生物。這里，所謂苯并三唑衍生物是指將 苯并三唑所具有的l個或2個以上的氫原子用例如羧基、曱基、氨基、 羥基等取代后的物質(zhì)。作為苯并三唑衍生物，可以舉出4-羧基苯并三 唑及其鹽、7-羧基苯并三唑及其鹽、苯并三唑丁基酯、1-羥基曱基苯 并三唑或1 -羥基苯并三唑等。
防腐蝕劑的添加量相對于使用時的化學(xué)機械研磨用水系分散體的 質(zhì)量，優(yōu)選為1質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.001 ~ 0.1質(zhì)量％。
1.5化學(xué)機械研磨用水系分散體的配制方法
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體可以通過在水等溶劑中溶 解或分散所述各成分來配制。溶解或分散方法沒有特別限定，只要是可 以均勻地溶解、分散，則無論是何種方法都可以使用。另外，對于各成 分的混合順序或混合方法也沒有特別限定。
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體也可以配制成濃縮型的 原液，在使用時用水等溶劑稀釋后使用。
1.6研磨速度比
本實施方式的化學(xué)機械研磨用水系分散體的多晶硅膜與氧化硅膜的 研磨速度比(多晶硅膜/氧化硅膜)及氮化硅膜與氧化硅膜的研磨速度 比(氮化硅膜/氧化硅膜)可以為0.9 ~ 1.1。
如果多晶硅膜與氧化硅膜的研磨速度比處于0.9 ~ 1.1的范圍內(nèi)，則
10可以將由多晶硅膜和氧化硅膜形成的被研磨面同時地以大致相同的速度研磨。
如果氮化硅膜與氧化硅膜的研磨速度比處于0.9~1.1的范圍內(nèi)，則可以同時以大致相同的速度對由氮化硅膜和氧化硅膜形成的被研磨面進行研磨。
所以，如果雙方的研磨速度都處于0.9~1.1的范圍內(nèi)，則可以同時以大致相同的速度對由多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜形成的被研磨面進行研磨，因此可以將被研磨面平坦化。
2.化學(xué)機械研磨方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法
對本實施方式的化學(xué)機械研磨方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法進行說明。
2.1化學(xué)機械研磨方法
使用了本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體的半導(dǎo)體基板的研磨方法是將化學(xué)機械研磨用水系分散體向研磨平臺上的研磨墊供給，使之與被研磨面接觸，使被研磨面與研磨墊相對地移動而進行研磨。作為研磨裝置，可以使用具有保持半導(dǎo)體基板的夾具和貼附有研磨墊的研磨平臺的普通研磨裝置。作為研磨塾，可以使用普通的無紡布、發(fā)泡聚氨酯、多孔氟樹脂等。在研磨中，用泵等連續(xù)地向研磨墊供給化學(xué)機械研磨用水系分散體。對于該供給量沒有特別限制，然而優(yōu)選保持研磨墊的表面總是被研磨劑覆蓋的狀態(tài)。優(yōu)選在將研磨結(jié)束后的半導(dǎo)體基板用流水充分清洗后，使用旋干機(spin drier )等將附著于半導(dǎo)體基板上的水滴抖落而使其干燥。
作為被處理體，可以舉出具有由選自多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以上形成的被研磨面的半導(dǎo)體基板。
例如，本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體可以用于溝槽隔離(STI)中。以往，在溝槽隔離中，使用如下的方法，即，將氧化硅膜利用CMP除去，在氮化硅膜上停止研磨，用熱磷酸使氮化硅膜溶解而蝕刻。但是，如果使用本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體，則不僅可以對氧化硅膜連續(xù)地研磨，而且對氮化硅膜也可以連續(xù)地研磨，不用在
途中停止CMP,可以實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。
另外，本發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體還可以用于具有由多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜三種形成的被研磨面的半導(dǎo)體裝置中。由于對于任意的膜來說研磨速度基本上都相同，因此可以在總是保證平坦性的同時進行化學(xué)機械研磨。另外，也不需要按照每個研磨對象來選擇漿料，清洗也只要一次即可，因此可以實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。
3.實施例
下面，利用實施例對本發(fā)明進行說明，然而本發(fā)明并不受該實施例的任何限定。
3.1研磨性能評價中所用的基板的制作
首先，準備由對角線尺寸為200mm的硅制成的半導(dǎo)體基板。在該基板上，使用CVD法或熱氧化法形成氧化硅膜，使得厚度達到1000nm。將如此得到的基板設(shè)為"基板a"。
在所述半導(dǎo)體基板上，使用CVD法形成氮化硅膜，使得厚度達到200nm。將如此得到的基板設(shè)為"基板b"。
在所述半導(dǎo)體基板上，使用CVD法或熱氧化法形成氧化硅膜，使得厚度達到400nm。其后，使用CVD法形成多晶硅膜，使得厚度達到600nm。將如此得到的基板設(shè)為"基板c"。
3.2含有無機磨粒的水分散體的配制
3.2.1含有膠態(tài)二氧化硅的水分散體
本發(fā)明的實施例中所用的膠態(tài)二氧化硅使用了扶?；瘜W(xué)工業(yè)^^司制的PL — 1 (平均粒徑37nm )、 PL - 2 ( 52nm )、 PL — 3 ( 89nm )、 PL —20 ( 180nm)及日產(chǎn)化學(xué)工業(yè)公司制的Snowtex - O (平均粒徑15nm )、Snowtex - OS ( 9nm )。 PL - 1系列的平均粒徑是使用動態(tài)光散射方式LB550 (堀場制作所公司制)測定的。Snowtex - O及Snowtex - OS的平均粒徑表示為目錄(catalog)值。3.2化學(xué)機械研磨用水系分散體的配制
將"3.2.1含有膠態(tài)二氧化硅的水分散體的配制"中所配制的水分散體的規(guī)定量投入容積10000cm3的聚乙烯制瓶中，向其中分別添加表1或表2所述的化合物，使之達到表1或表2所述的含量，充分地攪拌。其后，用孔徑5pm的過濾器過濾，得到了實施例1至8及比較例1至10的化學(xué)機械研磨用水系分散體。
3.3化學(xué)機械研磨試驗
使用實施例1至8及比較例1至10的化學(xué)機械研磨用水系分散體，將基板a、基板b及基板c作為被研磨體，以下述的<研磨條件1>進行了化學(xué)機械研磨。
<研磨條件1>
-研磨裝置(林)荏原制作所制、型號"EPO-112"
.研磨墊Rodel Mtta (林)制、"IC1000/K - Groove"
'化學(xué)機械研磨用水系分散體供給速度200mL/分鐘
-平臺轉(zhuǎn)速50rpm
-研磨頭轉(zhuǎn)速55rpm
'研磨頭推壓壓力4.2psi
3.3.1研磨速度比的計算
利用光干涉式膜厚計"NanoSpec 6100" ( Nanometrix Japan (林)制)分別對作為被研磨體的基板a、基板b及基板c預(yù)先測定研磨前的膜厚，在上述的條件下進行了 60秒研磨。同樣地使用光干涉式膜厚計測定研磨后的被研磨體的膜厚，求出研磨前與研磨后的膜厚之差，即因化學(xué)機械研磨而減少的膜厚。將該操作進行2次，算出因化學(xué)機械研磨而減少的膜厚的平均值。并且，由因化學(xué)機械研磨而減少的膜厚的平均值及研磨時間算出研磨速度。研磨速度比是通過將多晶硅膜或氮化硅膜的研磨速度除以氧化硅
膜的研磨速度來算出的。將其結(jié)果示于表1及表2中。[表1
CM
3
CO
CMCO
CO
CM
CO
豕嗜
械
CM
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CO
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CO
5
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纏詢碎
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雄q,w磁鱗紫
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(％s) *is
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詢^威M^每(<)
143.4實施例1至8、比較例1至10
實施例1至8、比較例1至10如表1及表2所述那樣，是將化學(xué)機
軍oIO1寸 o' 寸—-1CD CO 寸'to cd COCOCM卜CO CO o'
CM io odCD CD§
CO'cdCD卜。
卜CDCO o'1CO 寸'。00 tof2g
CO卜 寸'CO寸g
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寸CMCOo卜 卄卄CM CO'IT) 卄p卜g
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貨 喊 詢 每鋪 雄 ，系 晏德鉤15械研磨用水系分散體的成分或濃度進行了局部變更的例子。表1及表2中，對試驗結(jié)果也一并示出。
實施例1至8的化學(xué)機械研磨用水系分散體中，多晶硅膜與氧化硅膜的研磨速度比及氮化硅膜與氧化硅膜的研磨速度比都在0.9 ~ 1.1的范圍內(nèi)。另外，研磨速度對于任意的膜都是20nm/分鐘以上，作為化學(xué)機械研磨用水系分散體來說具有足夠的研磨性能。所以可知，如果使用實施例l至8的化學(xué)機械研磨用水系分散體，對以多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜作為被研磨面的半導(dǎo)體裝置進行化學(xué)機械研磨，則對任何的膜都可以同時地以大致相同的研磨速度研磨。
比較例1是將膠態(tài)二氧化硅的添加量設(shè)為5質(zhì)量％的例子。由于機械研磨作用變大，使得氧化硅膜的研磨速度增大，因此無法應(yīng)用。
比較例2是將膠態(tài)二氧化硅的添加量設(shè)為0.09質(zhì)量％的例子。對任何膜的研磨速度都降低，無法實用，因而無法應(yīng)用。
比較例3是將酸銨鹽的添加量^L為4質(zhì)量％的例子。由于喪失研磨速度比的平衡，因此無法應(yīng)用。
比較例4是將酸銨鹽的添加量設(shè)為0.09質(zhì)量o/。的例子。對任何膜的研磨速度都降低，無法實用，因而無法應(yīng)用。
比較例5是將質(zhì)量比(A) / (B)設(shè)為4的例子。由于機械研磨作用變大，使氧化珪膜的研磨速度增大，因此無法應(yīng)用。
比較例6是將質(zhì)量比(A) / ( B )設(shè)為0.5的例子。由于喪失研磨速度比的平衡，因此無法應(yīng)用。
比較例7是使用了將平均粒徑設(shè)為180nm的膠態(tài)二氧化硅的例子。由于機械研磨作用變大，使氧化珪膜的研磨速度增大，因此無法應(yīng)用。
比較例8是使用了將平均粒徑設(shè)為9nm的膠態(tài)二氧化硅的例子。對任何膜的研磨速度都降低，無法實用，因而無法應(yīng)用。
比較例9是將化學(xué)機械研磨用水系分散體的pH設(shè)為3.5的例子。由于相對于多晶硅膜的研磨速度來說，氮化硅膜及氧化硅膜的研磨速度過大，因此無法應(yīng)用。
比較例10是將化學(xué)機械研磨用水系分散體的pH設(shè)為5.6的例子。由于相對于多晶硅膜的研磨速度來說，氮化硅膜及氧化硅膜的研磨速度過小，因此無法應(yīng)用。
如上所述，如果是比較例1至10的化學(xué)機械研磨用水系分散體，則無法實現(xiàn)本申請發(fā)明的目的。
3.5實驗例
3.5.1第一實驗例
在被研磨面中具有氮化珪膜20和氧化珪膜30雙方的評價用基板是通過將在內(nèi)部埋入有氮化硅膜20的市售的測試用晶片100預(yù)先進行預(yù)研磨而得到的。在測試用晶片100中，使用了 Sematech 864( SEMATECH公司制)。圖1表示測試用晶片100的剖面圖。氧化硅膜30的厚度為500nm，氮化珪膜20的厚度為150nm。測試用晶片100預(yù)先使用JSR公司制CMS4301及4302以下述的<研磨條件2>進行了研磨。如圖2所示，在氮化珪膜20上殘存有50nm氧化硅膜30的狀態(tài)下結(jié)束預(yù)研磨，得到了評價用基板。
對預(yù)研磨后的測試用晶片100,使用光干涉式膜厚計"NanoSpec6100"，計測了存在于圖案lOOfim間距內(nèi)的氮化珪膜20上的氧化珪膜30的厚度，其結(jié)果為，氧化硅膜30的厚度為60nm。然后，使用觸針式階梯差測定裝置"HRP240"，測定了氧化硅膜30的階梯差量，其結(jié)果為，未看到階梯差，如圖2所示確認基本上是平坦的。
<研磨條件2>
'研磨裝置(林)荏原制作所制、型號"EPO-112"-研磨塾:Rodel Nitta (林)制、"ICIOOO/K - Groove"-化學(xué)機械研磨用水系分散體供給速度200mL/分鐘'平臺轉(zhuǎn)速100rpm-研磨頭轉(zhuǎn)速107rpm'研磨頭推壓壓力5.0psi
然后，使用實施例1的化學(xué)機械研磨用水系分散體，在與實施例1相同的研磨條件下，進行了卯秒研磨。研磨后，圖案100nm間距內(nèi)的氮化硅膜20上的氧化硅膜30的厚度為0nm。另外，圖案lOOpm間距內(nèi)的氧化硅膜30的凹陷量為2nm。所以確認，氮化硅膜20與氧化硅膜30如圖3所示，基本上被平坦化。
3.5.2第二實驗例
在被研磨面中具有多晶硅膜40與氧化硅膜30雙方的評價用基板是通過將在內(nèi)部埋入有多晶硅膜40的市售的測試用晶片200預(yù)先進行預(yù)研磨而得到的。在測試用晶片200中，使用了 SKW 3PS( SKW公司制)。圖4表示測試用晶片200的剖面圖。多晶硅膜40的厚度為600nm,氧化硅膜30的厚度為400nm。測試用晶片200預(yù)先使用常用的多晶硅研磨用組合物，在下述的<研磨條件3>下進行了研磨。如圖5所示，在凸部的氧化硅膜30上殘存有50nm多晶硅膜40的狀態(tài)下結(jié)束預(yù)研磨，得到了評價用基板。
對預(yù)研磨后的測試用晶片100，使用光干涉式膜厚計"NanoSpec6100"，計測了存在于圖案lOOjtm間距內(nèi)的氧化硅膜30上的多晶硅膜40的厚度，其結(jié)果為，多晶珪膜40的厚度為50nm。然后，使用觸針式階梯差測定裝置"HRP240"，測定了多晶硅膜40的階梯差量，其結(jié)果為，未看到階梯差，如圖5所示確認基本上是平坦的。
<研磨條件3>
'研磨裝置(林)荏原制作所制、型號"EPO-112"-研磨墊:RodelNitta (林)制、"IC1000/K- Groove"*化學(xué)機械研磨用水系分散體供給速度200mL/分鐘-平臺轉(zhuǎn)速50rpm*研磨頭轉(zhuǎn)速55rpm
18研磨頭推壓壓力4.2psi
然后，使用實施例1的化學(xué)機械研磨用水系分散體，在與實施例1相同的研磨條件下，進行了卯秒研磨。研磨后，圖案lOOnrri間距內(nèi)的氧化硅膜30上的多晶硅膜40的厚度為0nm。另外，圖案lOO^im間距內(nèi)的氧化硅膜30的凹陷量為4nm。所以確認，氧化硅膜30與血晶硅膜40如圖6所示，基本上被平坦化。
第一實驗例及第二實驗例的結(jié)果表明，如果使用本申請發(fā)明的化學(xué)機械研磨用水系分散體，來對在被研磨面中具有多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜三種膜的基板進行研磨，則由于對于任一種膜都可以用大致相同的速度研磨，因此可以不產(chǎn)生凹陷地將其平坦化。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機械研磨用水系分散體，pH為4～5，用于同時對由選自多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以上形成的被研磨面進行研磨，其含有0.1～4質(zhì)量％的(A)具有10nm～100nm的平均粒徑的膠態(tài)二氧化硅、以及0.1～3質(zhì)量％的(B)選自磷酸二氫銨、磷酸氫二銨及硫酸氫銨中的至少一種，所述(A)成分與所述(B)成分的質(zhì)量比(A)/(B)為1～3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械研磨用水系分散體，其中，還含有 選自硝酸、硫酸、碳酸、乳酸、甲酸、苯曱酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果 酸、丙二酸、富馬酸、馬來酸、琥珀酸、草酸、苯二甲酸、己二酸、癸 二酸及它們的銨鹽中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)機械研磨用水系分散體，其中，多 晶硅膜與氧化硅膜的研磨速度比(多晶硅膜/氧化硅膜)及氮化珪膜與 氧化硅膜的研磨速度比(氮化硅膜/氧化硅膜)為0.9 ~ 1.1。
4. 一種半導(dǎo)體裝置的化學(xué)機械研磨方法，其中，使用權(quán)利要求1至3 中任意一項所述的化學(xué)機械研磨用水系分散體，同時對由選自多晶硅 膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以上形成的被研磨面進行研磨。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)機械研磨用水系分散體，其pH為4～5，用于同時對由選自多晶硅膜、氮化硅膜及氧化硅膜中的2種以上形成的被研磨面進行研磨，其含有0.1～4質(zhì)量％的(A)具有10nm～100nm的平均粒徑的膠態(tài)二氧化硅、以及0.1～3質(zhì)量％的(B)選自磷酸二氫銨、磷酸氫二銨及硫酸氫銨中的至少一種，所述(A)成分與所述(B)成分的質(zhì)量比(A)/(B)為1～3。
文檔編號B24B37/00GK101542690SQ20088000053
公開日2009年9月23日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者安藤民智明, 金野智久 申請人:Jsr株式會社