CN101517709B - 半导体集成电路装置用抛光剂、抛光方法、以及制造半导体集成电路装置的方法 - Google Patents

半导体集成电路装置用抛光剂、抛光方法、以及制造半导体集成电路装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体用抛光剂，当该抛光剂在制造半导体集成电路装置过程中用于抛光二氧化硅类材料层的表面时，其显示出优异的分散稳定性。该抛光剂具有用于抛光的优异的平坦化特性。本发明具体公开了一种化学机械抛光用抛光剂，该抛光剂在制造半导体集成电路装置过程中用于抛光作为待抛光目标表面的二氧化硅类材料层的表面。该化学机械抛光用抛光剂包含二氧化铈粒子、水溶性聚醚胺、选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质、以及水。该抛光剂的pH值在6～9的范围内，并且相对于抛光剂的总质量，上述物质的含量为大于0.02质量％。

Description

半导体集成电路装置用抛光剂、抛光方法、以及制造半导体集成电路装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于半导体集成电路装置制造步骤中的抛光技术。更具体地说，本发明涉及一种用于含有二氧化硅类材料层的半导体集成电路装置的制造步骤中的抛光技术。
背景技术
随着近来半导体集成电路装置向更高集成度和更高功能性的发展，需要开发用于实现微细化和高密度的微加工技术。具体地讲，根据化学机械抛光法(以下称为“CMP”)的平坦化技术的重要性正在提高。
例如，随着半导体集成电路装置的微细化或者布线的多层化发展，在制造步骤中的各层表面上的凸凹(高度差)往往变大。为了防止该高度差超出光刻的焦点深度而无法获得足够高的分辨率的问题，CMP已经成为不可缺少的技术。
此外，对于常规的半导体装置，被称为LOCOS(硅的局部氧化)法的硅衬底的选择性热氧化法已用于诸如晶体管的元件间的电隔离。然而，该技术具有通过热氧化形成的隔离区域由于体积膨胀而在表面上产生凸凹的问题。另外，存在氧化在横向继续进行从而侵入到元件区域的问题，这成为微细化的障碍。因此，近年来，已引入了通过浅沟槽隔离元件的方法(浅沟槽隔离，以下称为“STI”)。这是一项其中将沟槽布置在硅衬底上以使元件区域电绝缘并且将诸如氧化硅膜的绝缘膜嵌入该沟槽中的技术。
利用图1，通过图解描述STI步骤。图1(a)示出了其中沟槽10在硅衬底1上形成，同时用氮化硅膜3等遮住元件区域，然后使氧化硅膜2等(一种包含二氧化硅的膜)沉积以填充沟槽10的状态。其后，通过CMP抛光和移除形成凹部的氮化硅膜3上多余的氧化硅膜2，并使沟槽10中限定凹部的绝缘膜保留。STI步骤就是这样一种方法。当进行CMP时，通常在氧化硅膜的抛光速率与氮化硅膜的抛光速率间保持选择比率，并且当氮化硅膜3如图1(b)所示暴露时，通常该氮化硅膜3作为阻止层以使得抛光停止。
此处，如果过度地进行抛光，则如图1(c)所示，嵌入沟槽部分10中的氧化硅膜被抛光并凹进去而产生诸如凹痕20的被称为凹陷的结构缺陷，并且存在平坦化可能会变得不足或电性能可能会恶化的情况。凹陷的程度取决于沟槽宽度，并且具体地讲，具有宽的宽度的沟槽往往产生大的凹陷。
通常用于CMP的抛光磨粒迄今为硅石磨粒，但该磨粒提供在氧化硅膜的抛光速率与氮化硅膜的抛光速率间小的选择比率。因此，在STI步骤中，已经改用在这些膜间抛光选择性优异的二氧化铈磨粒。
专利文献1公开了通过使用抛光剂相对于凹部优先抛光凸部的平坦化技术，所述抛光剂含有二氧化铈磨粒和作为添加剂的具有由羧基或羧基的盐组成的亲水基的有机化合物。该专利中使用的添加剂为用于改善凹陷的沟槽宽度依赖性的添加剂，并且为了减少甚至具有宽沟槽的凹陷，上述添加剂的浓度要高。然而，如果使添加剂浓度高，则促进了二氧化铈磨粒的凝集而引起磨粒的沉降和使抛光剂分散稳定性恶化。此外，存在下述问题：当磨粒的凝集发生时，划痕数量增加并且装置变得有缺陷。
例如，专利文献1公开了相对于抛光液的总质量，在纯水中含有1％二氧化铈作为磨粒和6.0％聚羧酸铵作为添加剂的抛光液的实例。然而，由于添加剂的高浓度，发生磨粒的严重凝集，并且当静置抛光液时二氧化铈磨粒在几分钟内完全沉淀出来。根据CMP的抛光步骤包括未进行抛光的等待时间。因此，磨粒的沉降可能会在抛光剂并未一直被搅拌或流动的部分中产生，从而造成配管元件的堵塞。
为了解决该问题，存在紧挨着在抛光垫之前的配管中或在抛光垫上把添加剂混合到抛光剂中的方法，但容易引起混合不充分或浓度不均匀并且抛光特性容易变得不稳定。此外，存在下述问题：由于磨粒变得可能凝集或粘附到抛光垫上，因此划痕数量增加。
与常规的硅石磨粒相比，二氧化铈磨粒在抛光特性方面优异，但由于其比重大而容易发生沉降。而且，存在一个严重的问题：当为了改善抛光特性而过度添加添加剂时，凝集加速，并且显著的凝集/沉降发生。
专利文献2公开了适用于浅沟槽隔离的抛光剂，其为含有二氧化铈粒子、水和阴离子性表面活性剂的抛光剂，以及公开了当在其中pH为x和粘度为y的(x，y)坐标系上表示时，该抛光剂优选在由点A(5.5，0.9)、点B(5.5，3.0)、点C(10.0，3.0)和点D(9.0，0.9)四点围成的区域范围内。此外，公开了为实现全局平坦化，需要将表面活性剂的添加量和pH各调节至能够提供图案凹部的抛光速率充分小于凸部的抛光速率的抛光特性的范围，以及公开了抛光剂的粘度优选为1.0～2.5mPa·s、更优选为1.0～1.4mPa·s。
此外，公开了由于粘度随着表面活性剂的添加量增加而增加，所以就将粘度调节至1.0～1.4mPa·s的范围而言，为了实现具有较小图案依存性的平坦化特性，在加入表面活性剂后抛光剂的pH值优选为5.5～9、更优选为6～8.5，以及公开了在上述pH值范围内，能够使氧化硅膜的抛光速率与氮化硅膜的抛光速率间的选择比率大。而且，通过实施例举例说明了预先将少量分散剂添加到磨粒中的情况。
然而，当根据该公布的实施例制备抛光剂时，通过将表面活性剂添加到其中分散了磨粒的液体中，会发生凝集而使平均粒径大至磨粒分散体的平均粒径的2～3倍。因此，抛光剂中的磨粒具有差的可分散性并且在几分钟内就沉淀出来。因而，在使用时存在困难并且抛光速率不够。此外，虽然在高表面活性剂浓度的情况下获得小的凹陷变化和优异的平坦化特性，但具有较低表面活性剂浓度的基于实施例的抛光剂导致了大的凹陷变化和不令人满意的平坦化特性。
此外，表面活性剂浓度的增加导致划痕数量急剧增加。这是因为如果表面活性剂浓度高，则促进二氧化铈磨粒的凝集和沉降。认为，当即使少量的作为造成划痕原因的粗粒子存在于抛光磨粒中时，粗粒子也通过凝集堆积在抛光垫上，从而作为划痕增加的原因。另外，认为抛光磨粒本身在由于凝集导致的巨大晶粒生长后可能会产生划痕。
如上所述，在常规的技术中，尚未获得满足抛光剂的分散稳定性和优异的划痕特性并且同时满足抛光中优异的平坦化特性的抛光剂。因而，难以获得具有令人满意的特性的半导体装置。
专利文献1：日本专利No.3,278,532(权利要求书)
专利文献2：JP-A-2000-160137(权利要求书)
专利文献3：JP-A-11-12561(权利要求书)
专利文献4：JP-A-2001-35818(权利要求书)
发明内容
本发明所要解决的问题
因此，本发明的目的是解决上述问题并且提供半导体用抛光剂，其分散稳定性优异且产生较少诸如划痕的缺陷，并且在抛光中具有优异的平坦化特性。
解决问题的手段
本发明的实施方式1提供了一种抛光剂，其为在制造半导体集成电路装置中用于抛光待抛光面的化学机械抛光用抛光剂，该抛光剂包含二氧化铈粒子、水溶性聚醚胺、选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质、以及水，其中抛光剂的pH值为6～9，以及其中相对于该抛光剂的总质量，所述物质的含量为大于0.02质量％。
实施方式2提供了如实施方式1中所述的抛光剂，其中所述水溶性聚醚胺的重均分子量为100～2,000，并且相对于所述抛光剂的总质量，该水溶性聚醚胺的含量范围为0.001～20质量％。
实施方式3提供了如实施方式1或2中所述的抛光剂，其中所述物质的聚丙烯酸部分的重均分子量为1,000～1,000,000，并且相对于所述抛光剂的总质量，该物质的含量范围为大于0.02质量％且在0.5质量％以下。
实施方式4提供了如实施方式1～3中任一项所述的抛光剂，其中相对于所述抛光剂的总质量，所述二氧化铈粒子的含量范围为0.1～5质量％。
实施方式5提供了一种待抛光面的抛光方法，其包括将抛光剂供给抛光垫、使半导体集成电路装置的待抛光面与所述抛光垫接触、以及通过两者间的相对运动进行抛光，其中所述待抛光面为二氧化硅类材料层的待抛光面，以及其中所述抛光剂为实施方式1～4中任一项所述的抛光剂。
实施方式6提供了如实施方式5中所述的抛光方法，其中所述二氧化硅类材料层为硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层、硼硅酸盐玻璃(BSG)层或磷硅酸盐玻璃(PSG)层。
实施方式7提供了如实施方式6中所述的抛光方法，其中所述二氧化硅类材料中硼的浓度或者磷的浓度或者硼和磷各自的浓度为0.1～20质量％。
实施方式8提供了如实施方式5中所述的抛光方法，其中所述二氧化硅类材料层为二氧化硅层。
实施方式9提供了制造半导体集成电路装置的方法，其包括通过实施方式8中所述的方法抛光待抛光面的步骤。
本发明的优点
根据本发明，可获得分散稳定性优异、产生较少诸如划痕的缺陷并且在抛光中具有优异的平坦化特性的抛光剂。
附图说明
图1为在抛光半导体装置中半导体装置的示意性侧向截面图。
图2为示出了适用于本发明抛光方法的抛光设备的一个例子的视图。
图3为具有图案的晶片的示意性侧向截面图。
附图标记和符号的说明
1硅衬底
2氧化硅膜
3氮化硅膜
10沟槽
20凹痕
31半导体装置
32抛光头
33抛光盘
34抛光垫
35抛光剂供应配管
36抛光剂
51硅晶片的沟槽
具体实施方式
下面利用附图、表、公式、实施例等描述本发明的实施方式。附带地讲，这些附图、表、公式、实施例等以及基于这些的描述仅为了举例说明本发明并且不应被理解为限制本发明的范围。只要与本发明的目的一致，其它实施方式也可属于本发明的范畴。在附图中，相同的附图标记指相同的要素。
本发明的抛光剂为用于抛光半导体集成电路装置(以下有时简称为“半导体装置”)的待抛光面的化学机械抛光用抛光剂，该抛光剂包含二氧化铈粒子、水溶性聚醚胺、选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质、以及水，其中抛光剂的pH值为6～9，并且相对于该抛光剂的总质量，上述物质的含量为大于0.02质量％。可以允许分散剂共存。附带提及，本发明中所述“待抛光面”指在制造半导体装置期间出现的中间阶段的表面。
在含有二氧化硅类材料层的半导体装置的制造步骤中，当该抛光剂用于抛光二氧化硅类材料层的待抛光面时，减少了诸如划痕的缺陷并且具有平坦表面的层能够在短时间内容易地形成。一个半导体装置中可包含两个以上的二氧化硅类材料层。抛光剂的分散稳定性也优异。
在本发明中，二氧化铈在抛光剂中用作抛光磨粒。按照惯例，对于二氧化硅类材料的抛光，已知的是二氧化铈磨粒显示出特别高的抛光速率。这是因为，当二氧化铈与待抛光的膜表面上的Si-O部分接触时，在该两者间形成化学键从而产生大于单独机械作用的粉碎力。因此，在使用二氧化铈进行抛光中，重要的是控制磨粒与抛光对象间的接触。
用于本发明的二氧化铈磨粒不受特别限制，但可优选使用例如在专利文献3或4中公开的二氧化铈磨粒。即，可优选使用通过向硝酸铵铈(IV)水溶液中添加碱以产生氢氧化铈凝胶并对该凝胶进行过滤、洗涤和烧制而获得的二氧化铈粉末。此外，也可优选使用通过粉碎高纯度碳酸铈，接着烧制、粉碎并分级而获得的二氧化铈磨粒。
从抛光特性和分散稳定性方面来看，二氧化铈磨粒的平均粒度(直径)优选为0.01～0.5μm、更优选为0.02～0.3μm、甚至更优选为0.05～0.2μm。如果平均粒径过大，则存在诸如划痕的抛光缺陷可能会易于在半导体衬底表面上产生的顾虑，而如果平均粒径太小，则存在抛光速率可能会降低的顾虑。此外，如果平均粒径太小，则每单位体积的表面积的比例变大，并且磨粒可能会受到其表面状态影响。因此，取决于诸如pH值或添加剂浓度的条件，存在磨粒易于发生凝集的情况。当凝集发生时，诸如划痕的抛光缺陷易于在半导体衬底表面上产生。
二氧化铈磨粒与抛光剂总质量的比值优选为0.1～5质量％。如果该比值小于0.1质量％，则不可能获得足够高的抛光速率，而如果其超过5质量％，则情况通常变为抛光剂开始具有增加的粘度以及其操作变得困难。
用于本发明的二氧化硅类材料通常为二氧化硅本身或二氧化硅中含有其它元素的材料。在这种情况下，“含有”指均匀地含有其它元素。至于本文的“其它元素”，可使用任意元素。其例子包括硼、磷、碳、氮以及氟。
在用于本发明的二氧化硅类材料含有硼和磷中的至少一种的情况下，抛光速率随着所含元素的浓度而明显不同，并且这使得易于成功地达到本发明的效果。至于含有磷或硼或者含有磷和硼的二氧化硅类材料，当在二氧化硅类材料中磷的浓度、硼的浓度或者硼和磷各自的浓度在0.1～20质量％的范围时，效果大。含有磷或硼或者含有磷和硼的二氧化硅类材料可根据SiO2-CVD(化学气相沉积法)，通过同时将SiH4(硅烷)、O2和诸如B2H6(乙硼烷)和PH3(膦)的无机气体、或诸如B(OCH3)3(三甲氧基硼烷)和P(OCH3)3(三甲氧基膦)的有机气体添加到原料气体中而形成。
已知作为含有磷或硼或者含有磷和硼的二氧化硅类材料的材料包括硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)和磷硅酸盐玻璃(PSG)。认为用小抛光量在待抛光面上实现凸凹的高平坦化的效果应当归因于水溶性聚醚胺对二氧化铈磨粒表面和待抛光面的吸附作用。具体地讲，认为当水溶性聚醚胺被吸附时，在抛光压力低的凹部中，抑制了由于二氧化铈与待抛光膜中的Si-O部分接触而发生的化学反应，从而延迟抛光的进行，而在抛光压力高的凸部中，被吸附的水溶性聚醚胺容易离开并且优先继续进行抛光。结果，能够达到待抛光面的高平坦化。在使用水溶性聚醚胺的情况下，即使当可以小抛光量实现待抛光面的高平坦化时，也可能存在引起下述问题的顾虑：用于实现高平坦化所需的时间被延长，或者抛光剂中二氧化铈粒子的可分散性恶化。然而，根据本发明，这类问题可通过选择pH值范围和共存选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质而克服。
附带提及，BPSG是含有硅、磷、硼和氧作为主要成分的玻璃。磷和硼的含量各自可在0.1～20质量％的范围内变化。BSG为含有硅、硼和氧作为主要成分的玻璃。硼含量可在0.1～20质量％的范围内变化。此外，PSG为含有硅、磷和氧作为主要成分的玻璃。磷含量可在0.1～20质量％的范围内变化。
抛光剂中的水溶性聚醚胺不受特别限制，并且可从已知的化合物中进行适当地选取。水溶性可在任何水平，只要在用作抛光剂的浓度下，当用眼睛观察时化合物处于完全溶解在抛光剂溶液中的状态。
对水溶性聚醚胺的分子量没有特别限制，只要其在具有水溶性的范围内的分子量，但就重均分子量而言，所述分子量优选为100～2,000。如果重均分子量小于100，则作用小，而如果其超出2,000，则在纯水中的可溶性在许多情况下均降低。从提高二氧化铈磨粒的分散稳定性的观点来看，水溶性聚醚胺的重均分子量更优选为150～800、甚至更优选为150～400。
聚醚胺指具有两个以上的氨基和两个以上的醚氧原子的化合物。氨基优选为伯氨基(-NH2)。仲氨基(-NH-)或叔氨基可存在，但用于本发明的聚醚胺优选为具有两个以上的伯氨基并且基本上不具有其它氨基的化合物、更优选为仅具有两个伯氨基的聚醚二胺。聚醚胺优选为具有这样结构的化合物，在该结构中，多元醇或聚醚多元醇中羟基的氢原子被氨基烷基取代。多元醇优选为二至六元醇、更优选为二羟基醇，以及聚醚多元醇优选为二至六价聚氧亚烷基多元醇、更优选为聚氧亚烷基二醇。氨基烷基优选为具有2～6个碳原子的氨基烷基，例如2-氨乙基、2-氨丙基、2-氨基-1-甲基乙基、3-氨丙基、2-氨基-1，1-二甲基乙基以及4-氨丁基。
多元醇优选为可具有醚氧原子的碳原子数为2～8的二元醇，例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、以及二丙二醇。聚醚多元醇优选为重复单元是碳原子数2～6的氧亚烷基的聚醚二醇，例如诸如三乙二醇和四乙二醇的聚乙二醇(即聚氧亚乙基二醇)、诸如三丙二醇和四丙二醇的聚丙二醇(即聚氧亚丙基二醇)、或诸如聚(氧亚丙基·氧亚乙基)二醇的具有两个以上氧亚烷基的聚氧亚烷基二醇。
聚醚二胺优选为具有由下式(1)表示的结构的化合物：
H2N-(R-X-)k-R-NH2(1)
其中R表示碳原子数为2-8的亚烷基，X表示氧原子，以及k表示2以上的整数。一分子中的多个R可彼此不同。
聚醚二胺更优选为具有由下式(2)表示的结构的化合物：
H2N-R2-O-(R1-O-)m-R2-NH2(2)
其中R1表示亚乙基或亚丙基，R2表示碳原子数为2～6的亚烷基，m表示1以上的整数，以及R1和R2可相同或不同。
由式(2)表示的聚醚二胺的具体例子包括聚氧亚丙基二胺(其中R1和R2为亚丙基以及m为1以上的整数的化合物)、聚氧亚乙基二胺(其中R1和R2为亚乙基以及m为1以上的整数的化合物)、4，7，10-三氧杂-十三烷-1，13-二胺(其中R1为亚乙基，R2为三亚甲基以及m为整数2的化合物)。
由于将水溶性聚醚胺添加到抛光剂中，通过控制二氧化硅类材料层的抛光速率，以优先抛光凸部而延迟进行凹部的抛光，能够抛光二氧化硅类材料层，从而能够以相当小的图案依存性实现抛光至高平坦化。
从在上述控制抛光速率获得足够高的效果的观点看，抛光剂中水溶性聚醚胺的浓度为0.001～20质量％，并且优选通过考虑抛光速率、抛光剂混合物的均匀度、水溶性聚醚胺的重均分子量等而设定适当的浓度。抛光剂中水溶性聚醚胺的浓度优选为0.03～5质量％、更优选为0.05～3质量％。
用于本发明中的选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质的例子包括聚丙烯酸和其铵盐、胺盐或金属盐(例如碱金属盐、碱土金属盐)。优选聚丙烯酸和其铵盐。其可为混合物。聚丙烯酸的盐能够充当二氧化铈用分散剂。
在任何情况下，该物质的聚丙烯酸部分的重均分子量优选为1,000～1,000,000。如果重均分子量小于1,000，则这种物质通常几乎不可得到，而如果其超出1,000,000，则粘度升高并且其操作变得困难。
在本发明的抛光剂中上述物质的比例大于0.02质量％是重要的。如果该比例为0.02质量％以下，则磨粒的可分散性不足。相对于抛光剂的总质量，上述物质的含量范围优选为大于0.02质量％且在0.5质量％以下。如果该比例超出0.5质量％，则存在可能进行磨粒的凝集的顾虑。磨粒的不足的可分散性或凝集的进行在抛光时引起产生诸如划痕的缺陷。附带提及，存在这样的情况，即上述物质还能够用作具有其它作用的试剂，例如磨粒用分散剂。然而，在这类情况中，“具有其它作用的试剂”的含量当然包含在本发明抛光剂中的上述物质的比例之内。例如，在其中0.005质量％聚丙烯酸铵作为磨粒用分散剂被添加到本发明的抛光剂中，以及0.02质量％聚丙烯酸被进一步添加以充当上述物质的情况下，在本发明的抛光剂中上述物质的比例为0.025质量％。
对本发明中使用的水没有特别限制，但考虑到对其它试剂、杂质的混入的影响以及对pH的影响，可以优选使用纯水、超纯水、离子交换水等。
考虑到抛光剂的抛光特性和分散稳定性，本发明抛光剂在6～9的pH值下使用。如果pH值小于6，则存在可分散性可能会降低的顾虑，而如果其超出9，则就全部的待抛光面而言的抛光速率极有可能降低。
在本发明的抛光剂中，可以允许其它组分共存。其它组分典型地为分散剂。分散剂包括水溶性有机聚合物或阴离子性表面活性剂。至于水溶性有机聚合物，优选例如具有羧酸基团或羧酸铵的聚合物。
本发明的抛光剂未必需要以所有抛光剂成分预先混合的形式供给至抛光位置。即，抛光材料可在供给抛光位置的时候混合以完成抛光剂的组成。例如，可将组成分为含有二氧化铈粒子、水和任选分散剂的溶液1，以及含有水溶性聚醚胺等的溶液2，并且可以在抛光时适当地调节混合比例而使用这些溶液。当需要根据在二氧化硅类材料层中的硼的浓度或磷的浓度调节抛光速率时，这是一种有用的方法。
在通过使用本发明的抛光剂而抛光半导体衬底的情况下，将抛光剂供给抛光垫，使半导体装置的待抛光面与抛光垫接触，以及通过两者之间的相对运动而抛光二氧化硅类材料层的待抛光面。对于本发明的抛光剂，关于二氧化硅类材料的条件与上述条件相同。
至于抛光设备，可使用一般的抛光设备。图2示出了适用于本发明的抛光方法的抛光设备的一个例子。其是这样一种系统：在从抛光剂供应配管35供应抛光剂36的同时，将半导体装置31保持在抛光头32上并使其与贴附于抛光盘33表面的抛光垫34接触，并且同时使抛光头32和抛光盘33旋转以进行相对运动。然而，本发明中使用的抛光设备不限于此。
抛光头32不仅可以进行旋转，而且可以进行直线运动。抛光盘33和抛光垫34各自的尺寸可以等于或小于半导体装置31的尺寸。在这种情况下，优选抛光头32和抛光盘33相对移动，以便能够抛光半导体装置的整个表面。此外，抛光盘33和抛光垫34可以不采用旋转的系统，而是每一个可以例如通过带式系统在一个方向上移动。
对抛光设备的抛光条件没有特别限制，但通过在施加载荷的同时将抛光头32压向抛光垫34，可以增加抛光速率。此时，抛光压力优选为约0.5～50kPa，并且考虑到半导体装置中抛光速率的均匀性、平面性以及防止诸如划痕的抛光缺陷，更优选为约3～40kPa。抛光盘和抛光头各自的旋转频率优选为大约50～500rpm，但并不限于此。
至于抛光垫，可以使用由无纺布、发泡的聚氨酯、多孔树脂、无孔树脂等形成的抛光垫。此外，可以在抛光垫的表面上进行例如网格形状、同心形状或螺旋形状的开槽加工，以便促进抛光剂的供应或使给定量的抛光剂保留下来。
这样，通过使用本发明的抛光剂进行抛光，在二氧化硅类材料层的待抛光面上凸凹的高平坦化可以用小的抛光量在短时间内实现。抛光后的表面非常平坦，并且能够容易地使剩余膜厚度变大。抛光后的表面也具有很少的抛光缺陷，所以能够降低成膜的成本并且能够改善成膜的生产能力。因此，在使用本发明抛光方法的半导体装置的制造中，能够降低成本并且能够改善生产能力。本发明能够特别适用于采用ILD、STI或PMD的半导体装置。
实施例
下面举例说明与本发明有关的实例。例1、2、3和11为本发明的实施例，其它的为比较例。在实施例和比较例中，如果不另外说明，则“％”指“质量％”。通过下列方法对特性值进行评价。
(pH值)
通过由Yokogawa Electric Corporation制造的pH 81～11测量pH值。
(磨粒的平均粒径)
通过使用激光散射·衍射仪(商品名为LA-920，由Horiba，Ltd.制造)，测定平均粒径。
(抛光剂的分散稳定性)
在将20mL抛光剂放入直径为18mm的玻璃制试管中并且静置10天后，作为直至发生分成两层而产生上清液的时间来测定各例中的“凝结时间”。
(抛光特性)
(1)抛光条件
使用以下设备和条件进行抛光。
抛光机：全自动CMP设备MIRRA(由APPLIED MATERIALS制造)
抛光剂供应速率：200ml/分钟
抛光垫：具有K-凹槽的双层垫IC-1400或具有K-凹槽的单层垫IC-1000(由Rodel制造)。
抛光垫的调整：MEC100-PH3.5L(由Mitsubishi Materials Corp制造)
抛光盘的旋转频率：127rpm
抛光头的旋转频率：129rpm
抛光压力：27.6kPa(在例1、2、4、5和9的抛光剂的情况下)
(2)评价
抛光速率的测量：
使用膜厚度仪UV-1280SE(由KLA-Tencor制造)。
抛光后缺陷的测量：
通过使用缺陷检测仪KLA-2132(由KLA-Tencor制造)，测量在抛光后的晶片平面中诸如划痕的缺陷的数量。
(3)待抛光的材料
在测量凸部的膜厚度的变化以评价通过抛光实现的平坦化的过程中，使用如下带有图案的晶片，该带有图案的晶片是通过高密度等离子CVD法，在由International SEMATECH制造的型号STI864CMP000的图案晶片上形成SiO2(HDP-SiO2膜，膜厚度：0.8μm)而获得的。这种带有图案的晶片具有模拟STI图案的条纹图案，其中图案宽度为0.5～500μm，图案间距为100μm以及图案密度为10～90％，并且硅表面上的图案凹槽被完全覆盖。图3显示出带有图案的晶片的示意性侧向截面图。附图标记51表示硅晶片的沟槽。
抛光后凸部的膜厚度的变化为其中抛光容易进行的图案密度稀疏的部分与其中抛光难以进行的稠密的部分间的膜厚度的差值。因此，凸部的膜厚度的较小的变化表示由于图案密度形成的高度差较小，即平坦化性能较高。
附带提及，带有图案的晶片表面上的高度差即图案沟槽深度(图3中对应于L)在所有情况中均为350nm，但本发明不仅限于这一数值。
至于图案晶片，对于一个芯片内具有20～90％的图案密度的各个部分，在一点测量每一个图案密度的图案中心部分的凸部的膜厚度，并确定每一个图案密度的凸部的膜厚度。凸部的膜厚度的变化为在一个芯片内具有各自图案密度的凸部间膜厚度差的最大值与最小值之间的差值。对于膜厚度的测量，使用光干涉型全自动膜厚度测量仪UV1280SE(由KLA-Tencor制造)。
附带提及，图案密度的数值指例如在10％的情况下，当从与其表面垂直的方向观察图案晶片时，凸部的图案宽度与凸部的图案宽度和凹部的图案宽度的总和的比值为10％。
至于抛光后的缺陷，对具有PE-TEOS膜(通过使用原硅酸四乙酯(TEOS)作为原料的等离子CVD法而形成的SiO2膜)的Si晶片进行抛光60秒、洗涤、干燥并且然后通过KLA-2132测量。缺陷的数量指每一张晶片检测到的缺陷总数。为了获得其平均值，每个等级(level)使用两张晶片。
[例1]
在去离子水中搅拌混合二氧化铈磨粒和作为分散剂的重均分子量为5,000的聚丙烯酸铵，以得到100∶0.7的质量比，以及通过应用超声波分散和过滤，制备磨粒浓度为10％和分散剂浓度为0.07％的混合物。用去离子水将该混合物稀释至原来的5倍以制备磨粒浓度为2％和分散剂浓度为0.014％的磨粒混合物A。磨粒混合物A的pH值为7.6，以及磨粒的平均粒径为0.19μm。
其后，将作为水溶性聚醚胺的重量平均分子量为230的聚氧亚丙基二胺(商品名为聚醚胺，由BASF制备)和分子量为5,000的聚丙烯酸溶解在去离子水中，以制备聚氧亚丙基二胺浓度为1.0质量％且聚丙烯酸浓度为0.6质量％的添加剂溶液B1。
以1∶1的质量比搅拌混合添加剂溶液B1和磨粒混合物A，以制备具有表1中示出的组成和pH值的抛光剂。在各例中，根据本发明的定义，聚丙烯酸铵和聚丙烯酸均属于在本发明中使用的“选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质”。
[例2]
以与例1中相同的方法制备具有表1中示出的组成和pH值的抛光剂，所不同的是，制备并使用聚氧亚丙基二胺浓度为0.6质量％且聚丙烯酸浓度为0.6质量％的添加剂溶液B2。
[例3]
通过将作为pH调节剂的氨水添加到以与例1中相同的方法获得的抛光剂中，制备pH为9.0的抛光剂。
[例4]
以与例1中相同的方法制备具有表1中示出的组成和pH值的抛光剂，所不同的是，制备并使用聚氧亚丙基二胺浓度为1.0质量％且未使用聚丙烯酸的添加剂溶液B4。
[例5]
以与例1中相同的方法制备具有表1中示出的组成和pH值的抛光剂，所不同的是，制备并使用未使用聚氧亚丙基二胺且聚丙烯酸浓度为0.34质量％的添加剂溶液B5，并且添加了氨水作为pH调节剂。
[例6～8]
制备其中通过将硝酸作为pH调节剂添加到在与例4中相同的条件下制备的抛光剂中而将pH值调节至表1中示出的值的抛光剂。
[例9和10]
制备其中通过将氨和硝酸作为pH调节剂分别添加到在与例1中相同的条件下制备的抛光剂中而将pH值调节至表1中示出的值的例9和10的抛光剂。
[例11]
在去离子水中搅拌混合二氧化铈磨粒和作为分散剂的重量平均分子量为5,000的聚丙烯酸铵，以得到50∶0.35的质量比，以及通过应用超声波分散和过滤，制备磨粒浓度为5.0％且分散剂浓度为0.035％的混合物。用去离子水将该混合物稀释至原来的5倍以制备磨粒浓度为1.0％且分散剂浓度为0.007％的磨粒混合物溶液A1。
以与例1中相同的方式以1∶1质量比搅拌混合溶液A1和与例2中相同的添加剂溶液B2，以获得抛光剂。未使用pH调节剂。所得抛光剂具有0.5质量％的磨粒浓度、0.3质量％的聚氧亚丙基二胺浓度、0.3质量％的聚丙烯酸浓度，及6.1的pH值。
对于上述各例，各抛光剂的组成、pH值、凝结时间、抛光特性的评价结果等均在表1和2中示出。抛光时间均为150秒。通过测量抛光后各个图案密度的凸部之间的膜厚度差，测定凸部的膜厚度的变化。然而，未对其中结果未在表2中示出的项目进行评价。
[表1]
Figure G2007800340482D00191
(1)磨粒：二氧化铈(粒径：0.19μm)
(2)分散剂：对于各体系，0.007质量％的聚丙烯酸铵
[表2]
  例   凸部的膜厚度的变化(nm)   缺陷数量(缺陷/晶片)
  1   54   281
  2   55   477
  3
  4   165   126
  5   52   1785
  6
  7
  8
  9   130
  10
  11   112
在例1、2、3和11中，分散稳定性良好。在例1、2和11中，也可保持缺陷数量小。此外，在例1和2中，无论图案密度的大小，也均可保持抛光后凸部的膜厚度的变化小。换句话说，可以小的图案依存性在短时间内实现待抛光面的凸凹的高平坦化，并且诸如划痕的缺陷数量少。
另一方面，在例4中，分散稳定性良好，但凸部的膜厚度的变化大。推测这可能是由于根据本发明的物质的量不足。
在例5中，分散稳定性良好，但缺陷数量大大增加。推测这是由于未使用水溶性聚醚胺。
在例6～8中，在根据本发明的pH值范围内对根据本发明的物质的作用进行检测。从这些结果看，应当理解当存在不足的根据本发明的物质时，pH降低导致分散稳定性的恶化。
上述结果表明当满足了本发明的要求时，能够以小的抛光量在短时间内实现待抛光面的凸凹的高平坦化，并且不仅缺陷的数量少，而且抛光剂的可分散性良好。同时，表明如果水溶性聚醚胺不存在，则缺陷数量增加，以及如果上述物质不存在或其量不够大，则在低pH的情况下在凸部中抛光剂的可分散性发生恶化，而在高pH的情况下抛光特性(凸部中膜厚度的变化)不足。附带提及，即使当水溶性聚醚胺存在并且上述物质以足够大的量存在时，如例10所示，如果抛光剂的pH小于6，则抛光剂的可分散性发生恶化，以及如例9所示，如果其超过9，则抛光特性变得不足。
虽然已详细地并且参照本发明的具体实施方式对本发明进行了描述，但对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的构思和范围的条件下对其进行各种变化和修改应当是显而易见的。
本申请基于2006年9月13日提交的日本专利申请No.2006-248220，其全部内容以引用的方式并入本文。
产业实用性
本发明能够适用于采用ILD、STI或PMD的半导体装置。

Claims (7)

1.一种抛光剂，其为在半导体集成电路装置的制造中用于对待抛光面进行抛光的化学机械抛光用抛光剂，所述抛光剂包含：
二氧化铈粒子、
水溶性聚醚胺、
选自聚丙烯酸和其盐的至少一种物质、以及
水，
其中所述抛光剂的pH值为6～9，以及
其中所述物质的聚丙烯酸部分的重均分子量为1,000～1,000,000，并且相对于所述抛光剂的总质量，所述物质的含量范围为大于0.02质量％且在0.5质量％以下，且
其中相对于所述抛光剂的总质量，所述二氧化铈粒子的含量范围为0.1～5质量％。
2.根据权利要求1所述的抛光剂，其中所述水溶性聚醚胺的重均分子量为100～2,000，并且相对于所述抛光剂的总质量，所述水溶性聚醚胺的含量范围为0.001～20质量％。
3.一种待抛光面的抛光方法，其包括将抛光剂供给抛光垫、使半导体集成电路装置的待抛光面与所述抛光垫接触、以及通过两者之间的相对运动进行抛光，
其中所述待抛光面为二氧化硅类材料层的待抛光面，以及
其中所述抛光剂为根据权利要求1所述的抛光剂。
4.根据权利要求3所述的抛光方法，其中所述二氧化硅类材料层为硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层、硼硅酸盐玻璃(BSG)层或磷硅酸盐玻璃(PSG)层。
5.根据权利要求4所述的抛光方法，其中所述二氧化硅类材料中磷的浓度或者硼的浓度或者磷和硼各自的浓度在0.1～20质量％的范围。
6.根据权利要求3所述的抛光方法，其中所述二氧化硅类材料层为二氧化硅层。
7.一种制造半导体集成电路装置的方法，其包括通过权利要求6中所述的抛光方法对待抛光面进行抛光的步骤。
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