CN100578740C - 半导体集成电路装置用研磨剂、研磨方法及半导体集成电路装置的制造方法 - Google Patents

半导体集成电路装置用研磨剂、研磨方法及半导体集成电路装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供在半导体集成电路装置的制造中研磨被研磨面的情况下，可以在多晶硅膜和其它材料之间获得适合的研磨速度比，由此能够实现含多晶硅膜的被研磨面的高度平坦化的研磨技术。作为化学机械研磨用研磨剂，使用含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水且其pH在10～13的范围内的研磨剂。

Description

半导体集成电路装置用研磨剂、研磨方法及半导体集成电路装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路装置的制造工序中所用的研磨技术。本发明更具体涉及适合用于将多层配线形成工序中的电容器、栅电极和其它元件所用的含多晶硅膜的被研磨面平坦化的研磨剂以及半导体集成电路装置的制造工序中所用的含多晶硅膜的被研磨面的研磨技术。
背景技术
近年来，随着半导体集成电路装置的高集成化和高机能化，需要开发用于精细化和高密度化的精细加工技术。特别是，基于化学机械研磨法(ChemicalMechanical Polishing：以下称为CMP)的平坦化技术的重要性正在不断提高。
例如，随着半导体集成电路装置的精细化和配线的多层化的发展，制造工序中的各层的表面凹凸(高度差)容易变大，为了防止该高度差超出光刻的焦点深度而无法获得足够的分辨率的问题，CMP是不可缺少的技术。CMP具体被用在层间绝缘膜(ILD膜：Inter-Level Dielectrics)的平坦化、浅槽隔离(STI：Shal1ow Trench Isolation)、钨插塞(Tungsten plug)形成、由铜和低介电常数膜构成的多层配线形成工序等中。这样的情况下，多晶硅膜大多被用于电容器、栅电极和其它元件，含多晶硅膜的被研磨面的平坦化也采用CMP。
以往，半导体集成电路装置的制造工序中，进行含多晶硅膜的被研磨面的平坦化时，一般在作为研磨对象的多晶硅膜的下层制成作为阻挡层的二氧化硅膜或氮化硅膜，通过增大多晶硅膜的研磨速度和二氧化硅膜或氮化硅膜的研磨速度的比值(以下，也将(A的研磨速度)/(B的研磨速度)称为“A和B的研磨速度比”)，在阻挡层露出时可以实现被研磨面的平坦化。
该含多晶硅膜的被研磨面的平坦化使用Cabot公司制SS系列的含热解法二氧化硅、水、氢氧化钾的研磨剂，但该研磨剂也在ILD的平坦化中被用于研磨二氧化硅膜的用途，使用于阻挡层采用二氧化硅膜时的被研磨面的平坦化的情况下，二氧化硅膜的研磨速度大，存在多晶硅膜和二氧化硅膜的研磨速度比小的问题。另外，该研磨剂的多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比也小，用于阻挡层采用氮化硅膜的含多晶硅膜的被研磨面的平坦化时也存在问题。
针对这些问题，作为适合于含多晶硅膜的被研磨面的平坦化的研磨用组合物，专利文献1中提出了研磨剂由热解法二氧化硅或胶态二氧化硅中的至少1种研磨颗粒和作为碱性化合物的胺构成的研磨用组合物。该专利文献的研磨用组合物在使用二氧化硅膜作为阻挡层的情况下，多晶硅膜和二氧化硅膜的研磨速度比大，被认为是适合于含多晶硅膜的被研磨面的平坦化的研磨剂。此外，该研磨剂用组合物的多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比也大，被认为也可以实现阻挡层采用氮化硅膜的被研磨面的平坦化。
然而，这样的特性的研磨剂在进行多层配线形成工序中的电容器、栅电极和其它元件所用的含多晶硅膜的被研磨面的平坦化时，使用氮化硅作为阻挡层，必须研磨位于其上的多晶硅膜和二氧化硅膜，这种情况是不理想的。即，因为二氧化硅膜的研磨速度比多晶硅膜的研磨速度小，所以达到作为阻挡层的氮化硅膜之前的二氧化硅膜的研磨除去上产生问题。对于这样的层结构，需要二氧化硅膜的研磨速度充分大至接近多晶硅膜的研磨速度的程度，氮化硅膜的研磨速度与多晶硅膜的研磨速度相比足够小，但上述特性的研磨剂无法满足该条件。
专利文献1：日本专利第3457144号(实施例)
专利文献2：日本专利特开平11-12561号公报
专利文献3：日本专利特开2001-35818号公报
发明的揭示
本发明的目的在于提供解决上述问题的半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，所述研磨剂适合于被研磨面是包含多晶硅膜的被研磨面的情况。本发明的其它目的和优点见于以下的说明。
即，本发明主要具有以下的特征。
(1)研磨剂，它是半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，其特征在于，被研磨面是包含多晶硅膜的被研磨面，该研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水，该研磨剂的pH在10～13的范围内。
(2)如上述(1)所述的研磨剂，其中，前述半导体集成电路装置在前述多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜或氮化硅膜。
(3)如上述(1)所述的研磨剂，其中，前述半导体集成电路装置在前述多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜，而且在该二氧化硅膜的正下方具有氮化硅膜。
(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的研磨剂，其中，前述水溶性多胺为选自水溶性聚醚多胺和水溶性聚亚烷基多胺的1种以上的聚合物。
(5)如上述(1)～(4)中任一项所述的研磨剂，其中，前述研磨剂含有选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化四甲铵、单乙醇胺、乙基乙醇胺、二乙醇胺、丙二胺和氨的1种以上的碱性化合物。
(6)如上述(5)所述的研磨剂，其中，前述碱性化合物在前述研磨剂中的含量在0.001～5.0质量％的范围内。
(7)如上述(1)～(6)中任一项所述的研磨剂，其中，前述水溶性多胺的重均分子量在100～10万的范围内。
(8)如上述(1)～(7)中任一项所述的研磨剂，其中，相对于前述研磨剂的总质量，前述水溶性多胺的含量在0.001～20质量％的范围内。
(9)研磨方法，它是将研磨剂供于研磨垫(pad)，使半导体集成电路装置的被研磨面和研磨垫接触，通过两者间的相对运动进行研磨的被研磨面的研磨方法，其中，该被研磨面是包含多晶硅膜的被研磨面，作为研磨剂使用上述(1)～(8)中任一项所述的研磨剂。
(10)半导体集成电路装置的制造方法，其中，具有通过上述(9)所述的研磨方法研磨被研磨面的工序。
通过本发明，在半导体集成电路装置的制造中研磨被研磨面的情况下，可以在多晶硅膜和其它材料之间获得适合的研磨速度比，由此可以实现被研磨面的高度平坦化。
附图的简单说明
图1为含多晶硅膜的被研磨面的平坦化工序中通过本发明的研磨剂研磨半导体器件基板时的模式化截面图。
图2为表示可用于本发明的研磨方法的研磨装置的一例的图。
图3为关于本发明的实施例1～3，表示研磨剂中所含的氨浓度与Vso/Vps和Vsn/Vps的相关关系的图。
图4为含多晶硅膜的被研磨面的平坦化工序中通过本发明的研磨剂研磨半导体器件基板时的模式化截面图。
图5为含多晶硅膜的被研磨面的平坦化工序中通过本发明的研磨剂研磨半导体器件基板时的模式化截面图。
符号的说明
1硅基板
2二氧化硅膜
3多晶硅膜
4氮化硅膜
5研磨后的被研磨面
31半导体器件
32研磨垫
33研磨盘
34研磨垫
35研磨剂供给配管
36研磨剂
实施发明的最佳方式
以下，使用图、表、式、实施例等，对本发明的实施方式进行说明。另外，这些图、表、式、实施例等和说明是对本发明的示例，并不限制本发明的范围。只要与本发明的技术内容相符，其它的实施方式也属于本发明的范畴。图中，同一符号表示同一要素。
本发明的研磨剂是用于研磨半导体集成电路装置(以下也简称半导体器件)的被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水，其pH在10～13的范围内，可以共存有分散剂。
如果使用该研磨剂，则在半导体器件的被研磨面是包含多晶硅膜的被研磨面的情况下，与其它材料的研磨速度比的控制容易，因此半导体器件的制造工序中，研磨多晶硅膜的被研磨面而露出由其它材料形成的层时，可以容易地形成平坦的被研磨面。该多晶硅膜可以在一个半导体器件中包含有两个以上。另外，本发明中，“被研磨面”是指在制造半导体器件的过程中出现的中间阶段的表面。
本发明的研磨剂可以用于半导体器件在多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜或氮化硅膜的情况。这样的结构经常被用于将二氧化硅膜或氮化硅膜用作阻挡膜的情况。
此外，本发明的研磨剂也可以用于半导体集成电路装置在多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜且在该二氧化硅膜的正下方具有氮化硅膜的情况。这样的结构经常被用于将氮化硅膜用作阻挡膜，在其上具有二氧化硅膜和多晶硅膜的情况。
其形式示例于图1、4、5。图1、4、5表示在基板1上层积了二氧化硅膜2、多晶硅膜3、氮化硅膜4的半导体器件的模式化横截面图。
图1中，半导体器件的结构如(a)所示阻挡层使用二氧化硅膜2的情况下，通过本发明的研磨剂，增大多晶硅膜3的研磨速度(Vps)和二氧化硅膜2的研磨速度(Vso)的比值(即研磨速度比Vps/Vso)，从而可以如图1的(b)所示在露出二氧化硅膜2时将被研磨面5的凹凸高度平坦化。
如图4的(a)所示阻挡层使用氮化硅膜4的情况下，通过本发明的研磨剂，增大多晶硅膜3的研磨速度(Vps)和氮化硅膜4的研磨速度(Vsn)的比值(即研磨速度比Vps/Vsn)，从而可以如图4的(b)所示在露出氮化硅膜4时将被研磨面5的凹凸高度平坦化。
另外，如图5的(a)所示阻挡层的氮化硅膜4位于二氧化硅膜2的内部的情况下，通过本发明的研磨剂，保持较大的研磨速度比Vps/Vsn，并使研磨速度Vps和Vso为同等程度，从而可以如图5的(b)所示将被研磨面5的凹凸高度平坦化。
另外，本研磨剂无研磨颗粒的凝集，因此不仅分散稳定性好，对研磨缺陷也是有利的。
本发明中，作为研磨剂中的研磨颗粒使用氧化铈。通过碱性的胺类物质的存在，在多晶硅膜表面形成带负电的硅烷醇基，因此通过使用氧化铈研磨颗粒替代以往所使用的二氧化硅研磨颗粒作为研磨颗粒，基于化学反应的研磨作用提高。因此，本研磨剂对于多晶硅膜也与二氧化硅膜同样地表现出高研磨速度。作为本发明中的氧化铈研磨颗粒，可以优选使用例如专利文献2或专利文献3中揭示的氧化铈研磨颗粒。即，在硝酸铈(IV)铵水溶液中加入碱而制成氢氧化铈凝胶，过滤、清洗、烧结而得到氧化铈粉末，可以优选使用该粉末。此外，也可以优选使用将高纯度的碳酸铈粉碎后烧结并再次粉碎、分级而得到的氧化铈研磨颗粒，但并不限定于这些研磨颗粒。
从研磨特性和分散稳定性的角度来看，氧化铈研磨颗粒的平均粒径(直径)较好是0.01～0.5μm，特别好是0.02～0.3μm，更好是0.05～0.2μm。如果平均粒径过大，则可能会变得容易在半导体基板表面产生划痕等研磨损伤。如果平均粒径过小，则研磨速度可能会降低。此外，单位体积的表面积的比例大，因此容易受到表面状态的影响。根据pH和添加剂浓度等条件，会有变得容易凝集的情况。如果发生凝集，则变得容易在半导体基板表面产生划痕等研磨损伤。
作为研磨剂中的水溶性多胺，只要是一分子中具有2个以上的氨基的水溶性化合物，可以是任意的。只要是作为研磨剂使用的浓度下形成完全溶解于该研磨剂液中的状态，水溶性可以是任意程度的。通常，水溶性是指在纯水中溶解1质量％以上，较好是5质量％以上。具体来说，较好是选自水溶性聚醚多胺、水溶性聚亚烷基多胺、聚乙烯亚胺、水溶性聚乙烯胺、水溶性聚烯丙基胺、水溶性聚赖氨酸和水溶性壳聚糖的1种以上的材料。特别理想的水溶性多胺为水溶性聚醚多胺和水溶性聚亚烷基多胺。
水溶性多胺的分子量只要是具有水溶性的范围内的分子量，并没有限定，以重均分子量计，较好是在100～10万的范围内，更好是100～2000的范围内。重均分子量不到100的情况下，其效果低。如果超过10万，即使是水溶性的，对研磨剂的流动性等物性也可能会有不良影响。如果超过2000，通常对纯水的溶解性低下。特别理想的水溶性多胺为重均分子量为100～2000的水溶性聚醚多胺和水溶性聚亚烷基多胺。
这些水溶性多胺被用于二氧化硅膜、氮化硅膜的研磨速度抑制和多晶硅膜的研磨促进。另外，通过加入氨等碱性化合物，可以在维持多晶硅膜和氮化硅膜的大研磨速度比(Vps/Vsn)的情况下控制二氧化硅膜的研磨速度(Vso)。即，虽然以往的多晶硅膜用研磨剂存在多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比(Vps/Vsn)小的问题和无法在维持大的多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比(Vps/Vsn)的同时控制二氧化硅膜的研磨速度(Vso)的问题，但这些水溶性多胺可以解决这些问题。
水溶性多胺的添加可以实现二氧化硅膜和氮化硅膜的研磨速度的抑制以及多晶硅膜的研磨促进被认为是由于水溶性多胺(例如聚氧丙烯二胺)对氧化铈研磨颗粒和被研磨面的表面的吸附效果。通过该效果，氧化铈和被研磨材料中的二氧化硅膜或氮化硅膜的接触受到阻碍，从而研磨的进行得到抑制。关于多晶硅膜，认为是接受了水溶性多胺引起的化学变化，由于研磨剂的机械作用，变得容易被磨去，因此研磨得到促进。
本发明中特别理想的水溶性多胺是选自重均分子量为100～2000的水溶性聚醚多胺和重均分子量为100～2000的水溶性聚亚烷基多胺的1种以上的水溶性多胺。从对于氧化铈研磨颗粒的分散稳定化效果高的角度来看，该水溶性聚醚多胺的较理想的重均分子量为150～800，更理想的重均分子量为150～400。
上述聚醚多胺是指具有2个以上的氨基和2个以上的醚性氧原子的化合物。作为氨基，较好是伯氨基(-NH2)。作为氨基，可以具有仲氨基(-NH-)或叔氨基，但作为本发明中的聚醚多胺，较好是具有2个以上的伯氨基而实质上不具有其它氨基的化合物，特别好是仅具有2个伯氨基的聚醚二胺。聚醚多胺较好是具有多元醇或聚醚多元醇的羟基的氢原子取代为氨基烷基的结构的化合物。作为多元醇，较好是2～6元醇，特别好是2元醇，聚醚多元醇较好是2～6元聚氧化烯多元醇，特别好是聚氧化烯二醇。作为氨基烷基，较好是2-氨基乙基、2-氨基丙基、2-氨基-1-甲基乙基、3-氨基丙基、2-氨基-1，1-二甲基乙基、4-氨基丁基等碳数2～6的氨基烷基。
上述多元醇，较好是乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇等可以具有醚性氧原子的碳数2～8的二元醇。作为聚醚多元醇，较好是三甘醇或四甘醇等聚乙二醇(即聚氧乙烯二醇)、三丙二醇或四丙二醇等聚丙二醇(即聚氧丙烯二醇)、聚(氧丙烯·氧乙烯)二醇等具有2种以上的氧化烯基的聚氧化烯二醇等重复单元为碳数2～6的氧化烯基的聚醚二醇。
上述聚亚烷基多胺是指3个以上的氨基通过亚烷基结合的化合物。理想的是末端氨基为伯氨基，分子内的氨基为仲氨基。更理想的是两分子末端具有伯氨基，分子内具有1个以上的仲氨基的链状聚亚烷基多胺。夹于氨基和其它氨基之间而构成亚烷基的结合部分在一分子内存在两个以上。这些多个的氨基间结合部分可以相同或不同，较好是全部相同或者结合于两末端的伯氨基的2个氨基间结合部分相同且与其它氨基间结合部分不同。一个氨基间结合部分所含的碳数较好是2～8，特别好是结合于两末端的伯氨基的2个氨基间结合部分所含的碳数为2～8，其它的氨基间结合部分所含的碳数为2～6。
作为上述聚醚二胺和聚亚烷基多胺，较好是具有以下述式(1)表示的结构的化合物。
H2N-(R-X-)k-R-NH2    (1)
其中，R表示碳数2～8的亚烷基，X表示氧原子或-NH-，k在聚醚二胺的情况下表示2以上的整数，在聚亚烷基多胺的情况下表示1以上的整数。1分子中的多个R可以相互不同。
作为聚醚二胺，特别好是以下述式(2)表示的结构的化合物，作为聚亚烷基多胺，特别好是以下述式(3)表示的结构的化合物。
H2N-R2-O-(R1-O-)m-R2-NH2    (2)
H2N-R4-NH-(R3-NH-)n-R4-NH2  (3)
其中，R1表示亚乙基或亚丙基，R2表示碳数2～6的亚烷基，R3表示碳数2～6的亚烷基，R4表示碳数2～8的亚烷基，m表示1以上的整数，n表示1以上的整数，R1和R2可以相同或不同，R3和R4可以相同或不同。
作为以式(2)表示的具体的聚醚二胺，例如有聚氧丙烯二胺(R1、R2为亚丙基，m在1以上的化合物)、聚氧乙烯二胺(R1、R2为亚乙基，m在1以上的化合物)、4，7，10-三氧-十三烷-1，13-二胺(R1为亚乙基，R2为亚丙基，m为2的化合物)等。作为以式(3)表示的具体的聚亚烷基多胺，例如有四亚乙基五胺(R3、R4为亚乙基，n为2的化合物)、五亚乙基六胺(R3、R4为亚乙基，n为3的化合物)、七亚乙基八胺(R3、R4为亚乙基，n为5的化合物)、N，N′-双(3-氨基丙基)-亚乙基二胺(R3为亚乙基，R4为亚丙基，n为1的化合物)、N，N′-双(2-氨基乙基)-1，4-丁二胺(R3为亚丁基，R4为亚乙基，n为1的化合物)等。
从可以获得研磨速度抑制的足够的效果的角度来看，研磨剂中的水溶性多胺的浓度较好是在0.001～20质量％的范围内根据研磨速度、研磨剂浆料的均一性、水溶性多胺的聚合平均分子量等适当设定。研磨剂中的水溶性多胺的浓度更好是在0.05～5质量％的范围内。
对于本发明中的水没有特别限定，但考虑到对于其它试剂的影响、杂质的混入、对pH等的影响，可以优选使用纯水、超纯水、离子交换水等。
本研磨剂可以在碱性的pH范围内使用。如果考虑到研磨剂的研磨特性和分散稳定性，较好是pH10～13。pH不到10时，分散性可能会下降；超过13时，虽然研磨特性上没有问题，但可能会影响到被研磨面，而且操作性可能会恶化。
本发明的研磨剂较好是含有碱性化合物。通过改变碱性化合物的种类及其添加量，可以控制二氧化硅膜的研磨速度。通过该效果，在如图5(a)所示的使用氮化硅膜作为阻挡层且在其上具有二氧化硅膜和多晶硅膜的结构中，可以将多晶硅膜和二氧化硅膜以同等程度的研磨速度进行研磨。多晶硅膜和二氧化硅膜的研磨速度比(Vps/Vso)可以通过改变碱性化合物的种类及其添加量自由地进行控制，但上述组成的情况下，有用的是将Vps/Vso控制于0.5～1.5、特别是0.8～1.2。
对于该碱性化合物没有特别限定，可以优选示例选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化四甲铵、单乙醇胺、乙基乙醇胺、二乙醇胺、丙二胺和氨的至少1种以上的碱性化合物。其中，由于容易控制研磨速度，因此特别好是氨。
该碱性化合物在研磨剂中的含量较好是在0.001～5.0质量％的范围内，更好是在0.005～2.0质量％的范围内。不到0.001质量％时，控制二氧化硅膜的研磨速度的效果低，即使超过5.0质量％也不会获得特别的效果。
本发明的研磨剂中可以共存其它成分。代表性的成分可以例举分散剂。作为分散剂，有水溶性有机高分子和阴离子性的表面活性剂。作为水溶性有机高分子，较好是具有羧基或羧酸铵盐等的聚合物。
本发明的研磨剂并不需要制成将构成的研磨材料预先全部混合而得的材料而供于研磨的现场。可以在供于研磨的现场时，混合研磨材料而形成研磨剂的组成。例如，可以分成含有氧化铈粒子、水和任意采用的分散剂的液体以及含有水溶性多胺和碱性化合物的液体，在研磨时适当调整混合比例使用。此外，也可以分成含有氧化铈粒子、分散剂、水溶性多胺和水的液体以及含有碱性化合物和水的液体。还可以是其它的分配方法。
通过混合比例的调整，例如可以在维持大的多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比的同时控制二氧化硅膜的研磨速度，因此是在需要根据半导体器件的结构将研磨速度比最适化的情况下有用的方法。更具体来说，本研磨剂的氮化硅膜的研磨速度低且可以控制二氧化硅膜的研磨速度，所以在浅槽隔离和ILD膜的平坦化等中也可以有效地使用。
使用本发明的研磨剂研磨半导体基板的情况下，将研磨剂供于研磨垫，使半导体器件的被研磨面和研磨垫接触，通过两者间的相对运动进行研磨包含多晶硅膜的被研磨面。如上所述，如果使用本发明的研磨剂，则可以提高多晶硅膜和二氧化硅膜的研磨速度比或多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比，而且可以在维持大的多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比的情况下，控制多晶硅膜和二氧化硅膜的研磨速度比，所以本研磨方法特别是可以优选地用于在多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜或氮化硅膜的情况，或者在多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜且在该二氧化硅膜的正下方具有氮化硅膜的情况。
作为研磨装置，可以使用一般的研磨装置。例如，图2为表示可用于本发明的研磨方法的研磨装置的一例的图。其方式为，在从研磨剂供给管35供给研磨剂的同时，将半导体器件31保持于研磨垫32上，使其与贴附于研磨盘33表面的研磨垫34接触，并且使研磨垫32和研磨盘33旋转，进行相对运动。但是，本发明的研磨装置并不局限于此。
研磨垫32可以在旋转的同时进行直线运动。研磨盘33和研磨垫34可以是与半导器件31同等程度或其以下的大小。该情况下，较好是通过使研磨垫32和研磨盘33相对地移动，使得可以研磨半导体器件的整面。此外，研磨盘33和研磨垫34可以不是旋转式，例如可以是朝一个方向移动的带式。
对于研磨装置的研磨条件没有特别限定，可以通过在研磨垫32上施加荷重，压住研磨垫34，从而提高研磨速度。这时的研磨压力较好是0.5～50kPa左右，从研磨速度的半导体器件内的均一性、平坦性、划痕等研磨缺陷的防止的角度来看，特别好是3～40kPa。此外，研磨盘、研磨垫的转速较好是50～500rpm，但并不局限于此。
作为研磨垫，可以使用由一般的发泡聚氨酯、多孔质树脂、非多孔质树脂等构成的材料。此外，为了促进研磨剂的供给或使一定量的研磨剂贮留，可以对研磨垫的表面实施方格状、同心圆状、螺旋状等的沟加工。
如果这样采用本发明，半导体器件的制造中研磨被研磨面的情况下，可以在多晶硅膜和其它材料之间获得适合的研磨速度比。因此，使用本研磨方法的半导体器件的制造中，可以减低成本，能够改善生产能力。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。例1～6为实施例，例7、8为比较例。实施例中，“％”在没有特别说明的情况下表示质量％。特性值通过下述的方法进行评价。
(pH)
通过横河电机公司制的pH81-11进行测定。
(研磨颗粒的平均粒径)
使用激光散射·折射装置(堀场制作所公司制，商品名：LA-920)求得。
(研磨剂的分散稳定性)
实施例中的“凝集沉淀时间”通过在直径18mm的玻璃制试验管加入20mL研磨剂静置10天，作为至分成二层而得到上清液为止的时间而求得。
(研磨特性)
(1)研磨条件
研磨通过以下的装置和条件进行。
研磨机：全自动CMP装置MIRRA(APPLIED MATERIALS公司制)
研磨剂供给速度：200毫升/分钟
研磨垫：双层垫IC-1400的K-groove或单层垫IC-1000的K-groove(Rodel公司制)
研磨垫的调整：MEC100-PH3.5L(三菱マテリアル公司制)
研磨盘的转速：127rpm(所有例共通)
研磨垫的转速：123rpm(所有例共通)
研磨压：27.6kPa(所有例共通)
(2)被研磨物
使用以下的被研磨物。作为例1～4、7～8所述的研磨剂的被研磨物，使用通过CVD法制成多晶硅膜的8英寸硅片基板、通过CVD法制成氮化硅膜的8英寸硅片基板和通过热氧化法制成二氧化硅膜的8英寸硅片基板。
作为例5～6所述的研磨剂的被研磨物，使用通过CVD法制成多晶硅膜的8英寸硅片基板和通过热氧化法制成二氧化硅膜的8英寸硅片基板。
(3)研磨剂的特性评价方法
研磨速度的测定：使用膜厚计UV-1280SE(KLA-Tencor公司制)。
[例1]
将氧化铈研磨颗粒和作为分散剂的分子量5000的聚丙烯酸铵以100∶0.7的质量比在去离子水中一边搅拌一边混合，实施超声波分散、过滤，制成研磨颗粒浓度10％、分散剂浓度0.07％的混合物。将该混合物用去离子水稀释至5倍，制成研磨颗粒浓度2％、分散剂浓度0.014％的研磨颗粒混合物A。研磨颗粒混合物A的pH为7.6，平均粒径为0.19μm。
接着，作为添加剂在去离子水中溶解作为胺类水溶性高分子的分子量230的聚氧丙烯二胺(BASF公司制，商品名聚醚胺)和作为碱性化合物氨，制成聚氧丙烯二胺浓度1.0％、氨浓度0.01％的添加剂液B。
通过将该添加剂液B和研磨颗粒混合物A以1∶1的质量比一边搅拌一边混合，制成研磨颗粒浓度为1％、聚丙烯酸铵浓度为0.007％、聚氧丙烯二胺浓度为0.5％、氨浓度为0.005％、pH为10.8的研磨剂。
研磨剂的组成、pH、平均粒径和研磨剂的凝集沉淀时间示于表1，研磨特性的评价结果示于表2。
[例2]
与例1同样地制成研磨颗粒混合物A，在添加剂液B的调制中，除了聚氧丙烯二胺浓度为1.0％、氨浓度为0.68％之外，与例1同样地操作，制成添加剂液C。通过将该添加剂液C和研磨颗粒混合物A以1∶1的质量比混合，制成研磨颗粒浓度为1％、作为分散剂的聚丙烯酸铵浓度为0.007％、添加剂的聚氧丙烯二胺浓度为0.5％、氨浓度为0.34％、pH为11.5的研磨剂。
上述研磨剂的评价与例1同样地进行。研磨剂的组成、pH和平均粒径示于表1，研磨特性的评价结果示于表2。
[例3]
与例1同样地制成研磨颗粒混合物A，在添加剂液B的调制中，除了聚氧丙烯二胺浓度为1.0％、氨浓度为1.7％之外，与例1同样地操作，制成添加剂液D。通过将该添加剂液D和研磨颗粒混合物A以1∶1的质量比混合，制成研磨颗粒浓度为1％、作为分散剂的聚丙烯酸铵浓度为0.007％、添加剂的聚氧丙烯二胺浓度为0.5％、氨浓度为0.85％、pH为11.7的研磨剂。
上述研磨剂的评价与例1同样地进行。研磨剂的组成、pH和平均粒径示于表1，研磨特性的评价结果示于表2。
[例4]
与例1同样地制成研磨颗粒混合物A，在添加剂液B的调制中，除了聚氧丙烯二胺的浓度为1.0％、作为碱性化合物以0.02％的浓度使用氢氧化钾来代替氨之外，与例1同样地操作，制成添加剂液E。通过将该添加剂液E和研磨颗粒混合物A以1∶1的质量比混合，制成研磨颗粒浓度为1％、作为分散剂的聚丙烯酸铵浓度为0.007％、添加剂的聚氧丙烯二胺浓度为0.5％、氢氧化钾浓度为0.01％、pH为11.5的研磨剂。
上述研磨剂的评价与例1同样地进行。研磨剂的组成、pH和平均粒径示于表1，研磨特性的评价结果示于表2。
[例5]
与例1同样地制成研磨颗粒混合物A，在添加剂液B的调制中，除了聚氧丙烯二胺的浓度为0.2％、作为碱性化合物以0.4％的浓度使用单乙醇胺来代替氨之外，与例1同样地操作，制成添加剂液F。通过将该添加剂液F和研磨颗粒混合物A以1∶1的质量比混合，制成研磨颗粒浓度为1％、作为分散剂的聚丙烯酸铵浓度为0.007％、添加剂的聚氧丙烯二胺浓度为0.1％、单乙醇胺浓度为0.2％、pH为11.1的研磨剂。
上述研磨剂的评价与例1同样地进行。研磨剂的组成、pH和平均粒径示于表1，研磨特性的评价结果示于表2。
[例6]
与例1同样地制成研磨颗粒混合物A，在添加剂液B的调制中，除了聚氧丙烯二胺的浓度为0.2％、作为碱性化合物以0.24％的浓度使用氢氧化四甲铵来代替氨之外，与例1同样地操作，制成添加剂液G。通过将该添加剂液G和研磨颗粒混合物A以1∶1的质量比混合，制成研磨颗粒浓度为1％、作为分散剂的聚丙烯酸铵浓度为0.007％、添加剂的聚氧丙烯二胺浓度为0.1％、氢氧化四甲铵浓度为0.12％、pH为12.3的研磨剂。
上述研磨剂的评价与例1同样地进行。研磨剂的组成、pH和平均粒径示于表1，研磨特性的评价结果示于表2。
[例7]
作为比较例，使用含有热解法二氧化硅、水和氢氧化钾的Cabot公司制的SS25。研磨特性的评价结果示于表2。
[例8]
作为比较例，使用含有胶态二氧化硅、水和碱性有机化合物的フジミインコ一ポレ一テツド公司制的Planerite6103。研磨特性的评价结果示于表2。
以例1～例6所述的方法制作时，各研磨剂都与研磨颗粒混合物A同样，平均粒径为0.19μm。即，没有因添加液B～G的混合而出现研磨颗粒的凝集。将该研磨剂静置，评价分散稳定性，结果经过1周以上也维持分散。该分散状态与未加入添加剂的研磨颗粒混合物A同等程度，分散性非常良好。
表1
Figure C20068000844000151
表2
  例   Vps(nm/分钟)   Vso(nm/分钟)   Vsn(nm/分钟)   Vps∶Vso∶Vsn
  1   213   14   4   1∶0.06∶0.02
  2   237   95   8   1∶0.40∶0.03
  3   282   319   10   1∶1.13∶0.04
  4   217   126   9   1∶0.58∶0.04
  5   290   170   -   1∶0.59
  6   180   74   -   1∶0.41
  7   450   253   53   1∶0.56∶0.12
  8   476   33   22   1∶0.07∶0.05
关于研磨特性，确认作为本发明的实施例的例1相对于作为比较例的例7，二氧化硅膜和氮化硅膜的研磨速度比低，对于多晶硅膜的研磨速度比它们大，即多晶硅膜和它们的研磨速度比Vps/Vso、Vps/Vsn大。此外，确认相对于作为比较例的例8，虽然Vps/Vso大致同等，但Vps/Vsn大到2倍以上。另外，确认比较例7～8中无法控制二氧化硅膜的研磨速度，而实施例1～6中可以在较宽的范围内控制二氧化硅膜的研磨速度。特别是实施例1～3中，确认通过调整作为碱性化合物的氨的浓度，可以在维持多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比的情况下，控制二氧化硅膜的研磨速度。这在关于本发明的实施例1～3的表示氨浓度与Vso/Vps和Vsn/Vps的相关关系的图3中也明确地显现。
如上所述，本发明的研磨剂可以在含多晶硅膜的被研磨面的平坦化工序中优选地用于采用二氧化硅膜或氮化硅膜作为多晶硅膜的下层的阻挡层的情况，而且可以在维持大的多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比的同时，在较宽的范围内控制二氧化硅膜的研磨速度，实现被研磨面的凹凸的高度平坦化。此外，本研磨剂无研磨颗粒的凝集，分散稳定性好，对研磨缺陷也是有利的。
产业上利用的可能性
本发明的研磨剂的含多晶硅膜的被研磨面的平坦化特性和分散稳定性良好，研磨缺陷少，所以适合用于半导体器件制造工序，特别是多层配线形成工序中的电容器、栅电极和其它元件所用的含多晶硅膜的被研磨面的平坦化、与多晶硅膜相关的层间绝缘膜的平坦化、浅槽隔离用绝缘膜的平坦化工序。
另外，在这里引用2005年3月16日提出申请的日本专利申请2005-074373号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。

Claims (10)

1.研磨剂，它是半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，其特征在于，被研磨面是包含多晶硅膜的被研磨面，该研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水，该研磨剂的pH在10～13的范围内。
2.如权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，前述半导体集成电路装置在前述多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜或氮化硅膜。
3.如权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，前述半导体集成电路装置在前述多晶硅膜的正下方具有二氧化硅膜，而且在该二氧化硅膜的正下方具有氮化硅膜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的研磨剂，其特征在于，前述水溶性多胺为选自水溶性聚醚多胺和水溶性聚亚烷基多胺的1种以上的聚合物。
5.如权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，前述研磨剂含有选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化四甲铵、单乙醇胺、乙基乙醇胺、二乙醇胺、丙二胺和氨的1种以上的碱性化合物。
6.如权利要求5所述的研磨剂，其特征在于，前述碱性化合物在前述研磨剂中的含量在0.001～5.0质量％的范围内。
7.如权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，前述水溶性多胺的重均分子量在100～10万的范围内。
8.如权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，相对于前述研磨剂的总质量，前述水溶性多胺的含量在0.001～20质量％的范围内。
9.研磨方法，它是将研磨剂供于研磨垫，使半导体集成电路装置的被研磨面和研磨垫接触，通过两者间的相对运动进行研磨的被研磨面的研磨方法，其特征在于，该被研磨面是包含多晶硅膜的被研磨面，作为研磨剂使用权利要求1～8中任一项所述的研磨剂。
10.半导体集成电路装置的制造方法，其特征在于，具有通过权利要求9所述的研磨方法研磨被研磨面的工序。
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