氧化矽用研磨劑、其用途以及研磨方法
2023-09-10 03:42:10 1
專利名稱：氧化矽用研磨劑、其用途以及研磨方法
技術領域：
本發明涉及一種研磨劑，其適用於作為半導體元件製造技術的基板表面絕緣膜平坦化工序中，尤其是涉及一種多晶矽上的氧化矽用的研磨劑、用於該研磨劑的添加液、以及使用該研磨劑的研磨方法。
背景技術：
在目前的ULSI半導體元件工序中，正研究開發有利於高密度、微細化的加工技術，其中之一的化學機械研磨(CMP :Chemical Mechanical Polishing)技術已成為半導體元件的製造工序中，在進行層間絕緣膜的平坦化、淺溝槽(shallow trench)元件隔離層形 成、插塞(plug)及埋入式金屬配線形成等時的必需技術。用於半導體元件的工序中以使無機絕緣膜層平坦化的化學機械研磨劑中，目前一般研究有氣相二氧化娃(fumed silica)研磨劑、膠態氧化娃(colloidal silica)研磨劑、氧化鈰研磨劑。這裡，作為無機絕緣膜層，可以舉出以等離子化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積等方法所形成的氧化矽絕緣膜等。氣相二氧化矽，是以將四氯化矽熱分解等的方法進行微粒成長而製造，用作研磨劑中的研磨粒。膠態氧化矽以前是以水玻璃為原料而製造，然而此方法有水玻璃中所含的鹼過剩，將其用於半導體時金屬雜質較多的問題。之後，自從以醇鹽為原料的製造方法成功以來，即可獲得高純度的膠態氧化矽，而作為半導體工序用研磨粒的膠態氧化矽也已實用化。為將這些矽石研磨劑應用於研磨氧化矽、硼矽酸鹽等半導體用矽氧化物的研磨，PH值經常調整至鹼性以提升研磨速率。另一方面，氧化鈰粒子與二氧化矽粒子或氧化鋁粒子相比，有硬度低而不易損傷研磨表面的優點。另外，因氧化鈰粒子對氧化矽的研磨速率較高，故其適用的PH值範圍並無特別限制。近年來，利用高純度氧化鈰研磨粒的半導體用CMP研磨劑被使用。例如，日本特開平10-106994號公報即公開有該技術。另外，已知有為了控制氧化鈰研磨液的研磨速率並提高全面平坦度(global planarity)而加入添加劑的方法,此種技術例如公開於日本特開平8-22970號公報中。由於半導體元件結構的進展，CMP工序也變得多樣化。在設計規則0. 25 ii m以後的時代中，集成電路內的元件隔離是使用淺溝槽隔離(shallow trench isolation)。在淺溝槽隔離工序中，為了除去在基板上成膜時的多餘氧化矽膜而進行化學機械研磨。為了使化學機械研磨停止，氧化娃膜下面會先形成研磨速率較低的終止膜(stopper film)。終止膜的材質為氮化矽等，希望氧化矽膜與終止膜之間有高研磨速率比。上述使用終止膜以停止研磨的方法的應用也可擴展至淺溝槽隔離工序以外，例如，於插塞形成等工序中，如須利用化學機械研磨以除去膜層的多餘部分而使的平坦化，亦可使用終止膜。
發明內容
氮化矽因其硬度較高、研磨速率易控制，故以其作為淺槽隔離的終止膜的作法得以實用化。終止膜不僅限於氮化矽膜，只要其是可減低研磨速率的膜即可，例如，Cu配線的阻障金屬(barrier metal)在化學機械研磨中也可發揮終止研磨的功能。與這些不同的是，多晶矽(多結晶態的矽)若可有效降低研磨速率，則也可作為終止膜使用。多晶娃可用作電晶體(transistor)的閘極(gate)等的導電性材料，因此若可確立將多晶矽用作終止膜的化學研磨技術，則多晶矽可用於與氮化矽不同的用途。然而，氧化矽研磨劑、氧化鈰研磨劑均難以將多晶矽的研磨速率壓低至可用作終止膜的程度，亦即難以使被研磨膜與多晶矽之間有足夠大的研磨速率比。本發明提供一種使氧化矽與多晶矽間有足夠大的研磨速率比，使多晶矽可作為終止膜的用於多晶矽上的氧化矽的研磨劑，以及使用該研磨劑研磨半導體基板等的研磨方法。本發明是關於[I]一種氧化矽用研磨劑，用以研磨多晶矽上的氧化矽膜，包括研磨粒、多晶娃研磨抑制劑及水。另外，本發明是關於[2]如上述第[I]項所述的氧化矽用研磨劑，其中氧化矽與多晶矽的研磨速率比大於等於10。另外，本發明是關於[3]如上述第[I]項或上述第[2]項所述的氧化矽用研磨劑，其中，多晶矽研磨抑制劑為具有由丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺及其a-取代衍生物所組成的組中的任一種N-單取代衍生物或N，N- 二取代衍生物骨架的水溶性高分子。另外，本發明是關於[4]如上述第[3]項所述的氧化矽用研磨劑，其中，上述水溶性高分子為包含選自由下述通式(I)所表示的聚合性單體及下述通式(II)所表示的聚合性單體所組成的組中的至少一種聚合性單體的聚合物或共聚物，
權利要求
1.一種氧化矽用研磨劑，其為用於研磨多晶矽上的氧化矽膜的研磨劑，包括研磨粒、多晶矽研磨抑制劑及水，所述多晶矽研磨抑制劑包括從聚乙烯吡咯烷酮或者含有乙烯吡咯烷酮的共聚物選出的聚乙烯吡咯烷酮類。
2.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮類的含量為.O.005 5質量％。
3.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮類的重量平均分子量為 10，000 1，200，000。
4.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其PH值為5.(Γ12. O。
5.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其PH值為6.(Γ7. O。
6.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其進一步包括聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽和含有丙烯酸鹽單元的共聚物中的至少任一種。
7.根據權利要求6所述的氧化矽用研磨劑，其中聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽和含有丙烯酸鹽單元的共聚物中的至少一種的含量為O. 0Γ5質量％。
8.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其中，所述研磨粒包含氧化鈰。
9.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其進一步含有研磨粒的分散劑。
10.根據權利要求9所述的氧化矽用研磨劑，其中，所述研磨粒的分散劑的添加量相對於研磨粒100質量份為O. 01^5. O質量份。
11.根據權利要求廣10中任一項所述的氧化矽用研磨劑，其作為二液式研磨劑保存，該二液式研磨劑分為含研磨粒和水的研漿、以及含多晶矽研磨抑制劑和水的添加液。
12.根據權利要求11所述的氧化矽用研磨劑，其中，所述研磨粒的分散劑包含於研漿中。
13.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其中，所述研磨粒包含氧化矽。
14.根據權利要求I所述的氧化矽用研磨劑，其進一步包括從具有丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺及其α -取代衍生物所組成的組中的任一種N-單取代衍生物或N，N- 二取代衍生物骨架的水溶性高分子、聚乙二醇、炔系二醇的氧化乙烯加成物、下述通式(III)所表示的化合物、下述通式(IV)所表示的化合物以及烷氧基化直鏈脂肪醇中選出的一種以上的多晶矽研磨抑制劑， R1-C ^ C-R2 (III) 通式(III)中，R1表示氫原子或碳原子數f 5的取代或未取代烷基，R2表示碳原子數Γ10的取代或未取代燒基；
15.一種用於研磨方法的用途，所述研磨方法為使用權利要求f 14中任一項所述的氧化矽用研磨劑來研磨在多晶矽上形成有氧化矽的基板的所述氧化矽膜，並且在所述多晶矽膜露出時抑制對多晶娃膜的研磨。
16.權利要求f14中任一項所述的氧化矽用研磨劑的用於研磨多晶矽上的氧化矽膜的研磨的用途。
17.權利要求14中任一項所述的氧化娃用研磨劑用於研磨的用途,所述研磨為研磨多晶矽膜上的氧化矽膜，並且在所述多晶矽膜露出時抑制對多晶矽膜的研磨的進行。
18.一種半導體基板的研磨方法，其使用權利要求f 14中任一項所述的氧化矽用研磨 劑。
19.一種研磨方法，其是將研磨對象物以其被研磨麵與研磨墊處於相對的狀態下保持於所述研磨墊上，在所述研磨墊與所述被研磨麵之間供給研磨劑，同時使所述研磨墊與所述研磨對象物相對滑動以研磨研磨對象物，其中所述研磨劑使用權利要求1 14中任一項所述的氧化娃用研磨劑。
全文摘要
本發明涉及一種氧化矽用研磨劑、其用途以及研磨方法。本發明的氧化矽用研磨劑為用於研磨多晶矽上的氧化矽膜的研磨劑，包括研磨粒、多晶矽研磨抑制劑及水，所述多晶矽研磨抑制劑包括從聚乙烯吡咯烷酮或者含有乙烯吡咯烷酮的共聚物選出的聚乙烯吡咯烷酮類。
文檔編號B24B37/00GK102965025SQ201210434219
公開日2013年3月13日 申請日期2006年11月9日 優先權日2005年11月11日
發明者西山雅也, 深澤正人, 阿久津利明, 榎本和宏, 蘆澤寅之助, 大槻裕人 申請人:日立化成工業株式會社