DE112009000403B4

DE112009000403B4 - Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP-Schlamm), die Verwendung desselben und ein Polierverfahren, das den Schritt des Polierens einer Targetschicht eines Halbleitersubstrats mit dem CMP-Schlamm einschließt

Info

Publication number: DE112009000403B4
Application number: DE112009000403.2T
Authority: DE
Inventors: Jong-pil Kim; Seung-Beom Cho; Jun-Seok Noh; Jang-yul Kim
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: DE112009000403T5; KR101256551B1; US20110008967A1; CN101959983B; JP2011513984A; CN101959983A; TW200946662A; US8969204B2; TWI450952B; KR20090096318A

Abstract

Ein Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP-Schlamm), der ein Polierabrasiv, ein lineares anionisches Polymer, das ein Molekulargewicht im Gewichtsmittel von 2.000 bis 50.000 besitzt, Diammoniumhydrogenphosphat, eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe (-OH) oder eine Carboxylgruppe (-COOH) einschließt und die ein Molekulargewicht im Gewichtsmittel von 30 bis 500 besitzt und die Hydroxylgruppe und die Carboxylgruppe einschließt, und Wasser einschließt, wobei das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumnitridschicht 30:1 bis 50:1 beträgt, wobei das lineare anionische Polymer ein Polymer einschließt, das aus wenigstens einem Monomer erhalten wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure, und wobei die Verbindung, die die Hydroxylgruppe und die Carboxylgruppe einschließt, wenigstens eine Verbindung einschließt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Verbindung, die eine Zitratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Gluconatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Malatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Tartaratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine 2-Hydroxyisobutyratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Adipatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Octanoatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Succinatgruppe einschließt, einer ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP-Schlamm), die Verwendung desselben und ein Polierverfahren, das den Schritt des Polierens einer Targetschicht eines Halbleitersubstrats mit dem CMP-Schlamm einschließt.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den CMP-Schlamm, der die Entstehung einer Durchwölbung verringern kann, wenn er beim Polieren oder Planmachen zum Beispiel einer Siliziumdioxidschicht angewendet wird, und das Polierverfahren.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Bisher ist, als eine Einheitenisolierungstechnik, der LOCOS(Local Oxidation of Silicon = Lokale Oxidation von Silizium)-Prozess verwendet worden, der eine Siliziumdioxidschicht selektiv auf einem Halbleitersubstrat wachsen lässt und eine Einheitenisolierungsschicht bildet. Der LOCOS-Prozess zeigte jedoch seine Grenze, indem die Breite der Einheitenisolierungsschicht abnimmt, wenn die Halbleitereinheit hoch integriert und mikronisiert ist, und der STI(Shallow Trench Isolation = Flachgrabenisolierung)-Prozess wurde eingeführt, der einen Feldbereich definiert, der aktive Bereiche trennt, indem ein Graben auf dem Halbleitersubstrat gebildet und das Innere des Grabens mit einer Isolierungsschicht, wie etwa einer Siliziumdoxidschicht, gefüllt wurde.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines allgemeinen STI-Prozesses.
Bezugnehmend auf 1:

(a) Nacheinander werden auf einem Halbleitersubstrat 100 zunächst eine Polsteroxidschicht 101 und eine Siliziumnitridschicht 102 ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Siliziumnitridschicht 102 als eine Polierstoppschicht in einem späteren Polierverfahren wirken. Anschließend werden die Siliziumnitridschicht 102 und die Polsteroxidschicht 101 durch Anwendung eines Fotolithografieverfahrens unter Verwendung eines Fotoresist so mit einem Muster versehen, dass der Feldbereich definiert ist, und ein Graben 103 mit einer bestimmten Tiefe wird durch Ätzen des Halbleitersubstrats 100 unter Verwendung des Musters als einer Maske ausgebildet.
(b) Eine Siliziumoxidschicht 104 wird so abgeschieden, dass der Graben 103 gefüllt wird.
(c) Die Siliziumoxidschicht 104 wird poliert und plan gemacht, bis die Siliziumnitridschicht 102 freigelegt ist. Anschließend kann eine Einheitenisolierungsschicht ausgebildet und der Feldbereich definiert werden, indem die Polsteroxidschicht 101 und die Siliziumnitridschicht 102 eliminiert werden, und dann wird eine Gate-Isolierungsschicht 105 ausgebildet.

Beim Polierschritt (c) des STI-Prozesses ist es erforderlich, den CMP-Prozess mit hoher Polierselektivität durchzuführen, der eine überlegene Polierrate für die Siliziumdioxidschicht und eine niedrige Polierrate für die Siliziumnitridschicht zeigt, für effektives und selektives Polieren und Plan machen der Siliziumdioxidschicht 104.
Eine Durchwölbung wird jedoch entstehen, wenn die Polierselektivität im CMP-Prozess übermäßig hoch wird, und dies kann zur Verschlechterung der Eigenschaften der Einheit führen, weil die Siliziumdioxidschicht, die in dem Graben eingefüllt ist, übermäßig poliert wird. Insbesondere bewirkt das Durchwölbungsproblem einen abgestuften Defekt zwischen dem aktiven Bereich und dem Feldbereich in einer ultramikronisierten Einheit, deren Linienbreite des Grabens 50 nm oder weniger beträgt, und es kann einen negativen Effekt auf die Leistung und Verlässlichkeit der Einheit haben.
WO 2005/014746 A1 beschreibt einen CMP-Schlamm und die Verbesserung der Selektivität desselben durch die Verwendung von RNA, DNA und deren Bausteinen sowie die Verwendung des Schlamms zum Entfernen von Siliziumdioxid gegenüber Siliziumnitrit während des chemisch-mechanischen Polierens bei der Herstellung von Halbleiterwavern und -chips.
US 2005/0108947 A1 beschreibt eine wässrige Zusammensetzung, die zum Polieren von Siliziumdioxid und Siliziumnitrit auf einem Halbleiterwaver geeignet ist, die 0,001 bis 1 Gew.-% Phthalsäure und deren Salzen, 0,001 bis 1 Gew.-% quaternäre Ammoniumverbindung, 0,01 bis 5 Gew.-% Carbonsäurepolymer und 0,01 bis 5 Gew.-% Abriebs- und Ausgleichwasser enthält.
JP 2004-79984 A beschreibt eine CMP-Aufschlämmung und ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren unter Verwendung derselben. Die chemisch-mechanische Polieraufschlämmung ist eine Lösung, die ein Metalloxidpoliermittel, ein Entfernungsbeschleunigungsmittel, ein anionisches Polymerpassivierungsmittel enthält.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die sich aus dem Stand der Technik ergebenen Probleme werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen CMP-Schlamm bereitzustellen, der eine Durchwölbung verringern kann, wenn er beim Polieren einer Siliziumdioxidschicht und dergleichen angewendet wird.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, Verwendung des CMP-Schlamms zum Polieren oder Planmachen einer Siliziumdioxid-Schicht bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP-Schlamm) bereit, der ein Polierabrasiv, ein lineares anionisches Polymer, das ein Molekulargewicht im Gewichtsmittel von 2.000 bis 50.000 besitzt, Diammoniumhydrogenphosphat, eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe (-OH) oder eine Carboxylgruppe (-COOH) einschließt und die ein Molekulargewicht im Gewichtsmittel von 30 bis 500 besitzt und die Hydroxylgruppe und die Carboxylgruppe einschließt, und Wasser einschließt, wobei das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumdioxidschicht:CMP-Polier-geschwindigkeit auf einer Siliziumnitridschicht 30:1 bis 50:1 beträgt, wobei das lineare anionische Polymer ein Polymer einschließt, das aus wenigstens einem Monomer erhalten wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure, und wobei die Verbindung, die die Hydroxylgruppe und die Carboxylgruppe einschließt, wenigstens eine Verbindung einschließt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Verbindung, die eine Zitratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Gluconatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Malatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Tartaratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine 2-Hydroxyisobutyratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Adipatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Octanoatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Succinatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Ethylendiamintetraessigsäure(EDTA)-Gruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Glutaratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Methylensuccinatgruppe einschließt, Mannose, Glycerogalactoheptose, Erythromannooctose, Arabinogalactononose und Glutamin.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Polierverfahren bereit, das den Schritt des Polierens einer Targetschicht auf einem Halbleitersubstrat mit dem CMP-Schlamm einschließt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines allgemeinen STI-Prozesses. In 1 steht 100 für ein Halbleitersubstrat, 101 für eine Polsteroxidschicht, 102 für eine Siliziumnitridschicht, 103 für einen Graben, 104 für eine Siliziumdioxidschicht und 105 für eine Gate-Isolierungsschicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im weiteren werden der CMP-Schlamm gemäß der Ausführungsform der Erfindung und das Polierverfahren detaillierter erläutert.
Gemäß der Erfindung wird ein CMP-Schlamm bereitgestellt, der ein Polierabrasiv, ein lineares anionisches Polymer, eine Verbindung, die eine Phosphorsäuregruppe einschließt, und Wasser einschließt, wobei das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumnitridschicht 30:1 bis 50:1 beträgt.
Der CMP-Schlamm schließt das lineare anionische Polymer und die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, zusätzlich zu Wasser und dem Polierabrasiv ein, die üblicherweise im Schlamm enthalten sind, und das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumnitridschicht beträgt 30:1 bis 50:1.
Der CMP-Schlamm kann die Erzeugung einer Durchwölbung der Siliziumdioxidschicht und dergleichen verringern, wenn er auf die zum Beispiel Siliziumdioxidschicht angewendet wird, während er selektives und effektives Polieren des Siliziumdioxidschicht ermöglicht, gemäß den folgenden Mechanismen.
Das Siliziumnitrid, das die Siliziumnitridschicht ausmacht, hat grundsätzlich eine positive Ladung auf der Oberfläche, und das Siliziumdioxid, das die Siliziumdioxidschicht ausmacht, hat eine negative Ladung auf der Oberfläche. Wenn daher das lineare anionische Polymer im CMP-Schlamm eingeschlossen ist, haftet das lineare anionische Polymer an der Siliziumnitridschicht durch eine elektrostatische Kraft während des Polierverfahrens, das den CMP-Schlamm einsetzt, und das Polieren der Siliziumnitridschicht kann relativ gehemmt werden. Daher kann der CMP-Schlamm, der das lineare anionische Polymer einschließt, überlegene Polierselektivität zeigen, so dass das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht zum Beispiel 30:1 oder mehr betragen kann. Demgemäß kann der CMP-Schlamm vorzugsweise bei einem Polier- oder Planmachverfahren der Siliziumdioxidschicht unter Verwendung der Siliziumnitridschicht als der Polierstoppschicht angewendet werden, zum Beispiel bei einem STI(Shallow Trench Isolation = Flachgrabenisolierung)-Prozess oder einem Prozess zur Bildung eines ILD (Inter Layer Dielectric = Zwischenschichtdielektrikum) einer Halbleitereinheit, und es ermöglicht selektives und effektives Polieren der Siliziumdioxidschicht.
Aus den experimentellen Ergebnissen der gegenwärtigen Erfinder ist jedoch deutlich geworden, dass die Siliziumdioxidschicht übermäßig poliert wird und die Entstehung einer Durchwölbung im Polierverfahren der Siliziumdioxidschicht unter Verwendung des Siliziumnitrids als der Polierstoppschicht erhöht wird, wenn der CMP-Schlamm eine übermäßig hohe Polierselektivität von mehr als 50:1 besitzt. Deswegen wird die Siliziumnitridschicht kaum poliert und nur die Siliziumdioxidschicht vom CMP-Schlamm von dem Zeitpunkt an poliert, wenn die Siliziumnitridschicht freigelegt ist.
Daher schließt der CMP-Schlamm gemäß der Erfindung die Verbindung ein, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, und das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht beträgt 50:1 oder weniger.
Die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, zeigt einen gewissen Grad an Ätzrate (Polierrate) auf sowohl der Siliziumdioxidschicht als auch der Siliziumnitridschicht. Daher kann, wenn der CMP-Schlamm die Verbindung einschließt, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, nicht nur die Siliziumdioxidschicht, sondern auch die Siliziumnitridschicht, die als die Polierstoppschicht verwendet wird, etwas poliert oder entfernt werden. Es ist daher möglich zu verhindern, dass die Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht übermäßig höher wird als diejenige auf der Siliziumnitridschicht und die Siliziumdioxidschicht übermäßig poliert wird. Daher kann die Entstehung einer Durchwölbung auf der Siliziumdioxidschicht in großem Umfang durch die Verwendung des CMP-Schlammes verringert werden, der die Verbindung umfasst, die die Phosphorsäuregruppe einschließt.
Wie durch die unten diskutierten Beispiele gestützt, ist es insbesondere entdeckt worden, dass die Entstehung einer Durchwölbung auf der Siliziumdioxidschicht mehr und mehr verringert werden kann, während effektives Polieren oder Planmachen möglich ist, indem der CMP-Schlamm gemäß einer Ausführungsform verwendet wird, die die Verbindung umfasst, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, und deren CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht 50:1 oder weniger beträgt. Daher wird eine überlegene Polierselektivität auf der Siliziumdioxidschicht aufrecht erhalten und ein Überpolieren der Siliziumdioxidschicht verhindert.
Außerdem kann die Bearbeitungszeit verringert werden, weil der CMP-Schlamm, der die Verbindung umfasst, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, erhöhte Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht zeigen kann.
Es ist daher möglich, die Entstehung einer Durchwölbung auf der Siliziumdioxidschicht in großem Maße zu verringern, während selektives und effektives Polieren oder Planmachen der Siliziumdioxidschicht ermöglicht wird, wenn der CMP-Schlamm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bei dem Polierverfahren der Siliziumdioxidschicht zum Beispiel beim STI-Prozess oder ILD-Prozess verwendet wird, bei dem die Siliziumdioxidschicht poliert wird, während die Siliziumnitridschicht als die Polierstoppschicht verwendet wird.
Im weiteren wird jeder Bestandteil des CMP-Schlammes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wie folgt erläutert.
Erstens schließt der CMP-Schlamm ein Polierabrasiv als den Basisbestandteil ein. Übliche Abrasive wie diejenigen, die im CMP-Schlamm eingeschlossen gewesen sind, können unbeschränkt verwendet werden, und wenigstens eine Art von Polierabrasiven aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Titandioxid oder Ceriumoxid und dergleichen kann zum Beispiel verwendet werden. Die Polierabrasive können einen Durchmesser in Nanometer-Maßstab besitzen und können vorzugsweise Ceriumoxid-Abrasive mit einem Durchmesser in Nanometer-Maßstab sein.
Das Polierabrasiv kann mit 0,1 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des CMP-Schlammes eingeschlossen sein. Die Poliergeschwindigkeit zum Beispiel auf der Siliziumdioxidschicht kann unzureichend sein, wenn der Gehalt des Polierabrasivs übermäßig niedrig wird, im Gegensatz kann die Stabilität des Schlammes gesenkt werden, wenn der Gehalt übermäßig hoch wird.
Der CMP-Schlamm umfasst zusätzlich zum Polierabrasiv auch die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, und das lineare anionische Polymer.
Unter diesen übernimmt die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, die Rollen der Erhöhung der Poliergeschwindigkeit insgesamt auf der Targetschicht, zum Beispiel auf der Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht, und der Verringerung der Entstehung einer Durchwölbung auf der Siliziumdioxidschicht und dergleichen, weil sie verhindert, dass das Verhältnis der Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht und auf der Siliziumnitridschicht übermäßig groß wird oder die Siliziumdioxidschicht übermäßig poliert wird.
Die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, kann jede Verbindung sein, die die Phosphorsäuregruppe (-PO₄) einschließt, zum Beispiel (nicht erfindungsgemäß) Phosphorsäure, ein anorganisches Phosphat oder ein anorganisches Phosphat, und kann jedes Monomer oder Polymer sein, das die Phosphorsäuregruppe einschließt. Die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, ist erfindungsgemäß Ammoniumphosphat ((NH₄)₂HPO₄), unter Berücksichtigung der Ätzrate (Polierrate) auf der Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht.
Die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, kann mit 0,1 bis 20 Gewichtsteilen, und vorzugsweise 1 bis 10 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteilen des Polierabrasivs eingeschlossen sein. Es ist schwierig, die Entstehung einer Durchwölbung ausreichend zu verringern, wenn der Gehalt der Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, übermäßig niedrig wird, im Gegensatz dazu gibt es keinen zusätzlichen Verringerungseffekt der Entstehung einer Durchwölbung, und wird auch die Dispersionsstabilität des Schlammes gesenkt und kann Koagulation auftreten, wenn der Gehalt übermäßig hoch wird.
Weiter übernimmt das lineare anionische Polymer die Rolle des relativen Schutzes der Siliziumnitridschicht vorm Polieren, weil es an der Siliziumnitridschicht durch eine elektrostatische Kraft anhaftet und als eine Schutzschicht während des Polierverfahrens unter Verwendung des CMP-Schlammes wirkt. Der CMP-Schlamm kann überlegene Polierselektivität auf der Siliziumdoxidschicht verglichen mit der Siliziumnitridschicht wegen dieser Wirkung des linearen anionischen Polymers zeigen. Insbesondere kann die Entstehung einer Durchwölbung, die durch übermäßiges Polieren der Siliziumdoxidschicht bewirkt wird, in großem Umfang verringert werden, während effektives und selektives Polieren oder Planmachen der Siliziumdioxidschicht ermöglicht wird, aufgrund der Wechselwirkung der Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, und des linearen anionischen Polymers.
Als das lineare anionische Polymer wird ein Polymer verwendet, das eine Carbonsäure einschließt. Insbesondere wird ein Polymer verwendet, das durch Polymerisieren wenigstens eines Monomers erhalten wird, das ausgewählt ist aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure. Als das lineare Polymer kann ein Polymer, das bereits in der entsprechenden Industrie bekannt ist, oder ein marktübliches Polymer als das lineare Polymer verwendet werden, und Cerasperse 5468 von San Nopco Korea LTD. Co., ein lineares Polymer von Aldrich Co. und dergleichen können als das marktübliche Polymer verwendet werden.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Molekulargewicht im Gewichtsmittel des linearen anionischen Polymers 2.000 bis 50.000 beträgt. Die Polierselektivität kann niedriger werden, weil die Poliergeschwindigkeit (Polierrate) auf der Siliziumnitridschicht höher wird, wenn das Molekulargewicht im Gewichtsmittel übermäßig niedrig wird, im Gegensatz dazu kann eine Koagulation der Polierabrasive bewirkt werden, wenn das Molekulargewicht im Gewichtsmittel übermäßig hoch wird.
Das lineare anionische Polymer kann mit 0,1 bis 40 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,1 bis 20 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteilen des Polierabrasivs eingeschlossen sein. Die Polierselektivität kann niedriger werden, weil die Poliergeschwindigkeit (Polierrate) des Schlammes auf der Siliziumnitridschicht höher wird, wenn der Gehalt des linearen anionischen Polymers übermäßig niedrig wird, im Gegensatz dazu kann die Bearbeitungszeit erhöht werden oder kann die Polierselektivität verschlechtert werden, weil die Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht verringert wird, und kann die Dispersionsstabilität des Schlammes verschlechtert werden, weil die Polierabrasive koaguliert werden, wenn der Gehalt übermäßig hoch wird.
Überdies enthält der CMP-Schlamm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weiter eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe (-OH) oder eine Carboxylgruppe (-COOH) oder beide einschließt, zusätzlich zu den oben offenbarten Bestandteilen, und kann vorzugsweise weiter eine Verbindung einschließen, die sowohl die Hydroxylgruppe (-OH) als auch die Carboxylgruppe (-COOH) einschließt.
Wenn die Verbindung im CMP-Schlamm eingeschlossen ist, kann der Schlamm gleichförmiger mit dem Polierkissen einer CMP-Poliervorrichtung oder einem Halbleitersubstrat, auf dem die Targetschicht ausgebildet ist, gemäß dem Newton'schen Verhalten, in Kontakt kommen, weil die Viskosität des Schlammes niedriger wird. Als ein Ergebnis kann die Targetschicht gleichmäßiger poliert werden und kann die WIWNU (Within-Wafer Non-Uniformity = Nicht-Gleichmäßigkeit innerhalb des Wafers) der Targetschicht gesenkt werden.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Molekulargewicht im Gewichtsmittel der Verbindung, die die Hydroxylgruppe (-OH) und/oder Carboxylgruppe (-COOH) einschließt, 30 bis 500 beträgt. Wenn das Molekulargewicht im Gewichtsmittel übermäßig hoch wird, kann die Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht gesenkt werden, oder es wird schwierig, den Schlamm bereitzustellen, weil die Dispersionsstabilität des Schlammes verschlechtert wird.
Als die Verbindung, die die Hydroxylgruppe (-OH) und/oder die Carboxygruppe (-COOH) einschließt, ist erfindungsgemäß eine Verbindung oder zwei oder mehr Verbindungen vorgesehen, die ausgewählt ist/sind aus einer Verbindung, die eine Zitratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Gluconatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Malatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Tartratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine 2-Hydroxyisobutyratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Adipatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Octanoatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Succinatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Ethylendiamintetraessigsäure(EDTA)-Gruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Glutaratgruppe einschließt, und einer Verbindung, die eine Methylensuccinatgruppe einschließt.
Gegenwärtig schließt die „Verbindung, die eine spezifische funktionelle Gruppe (eine Zitratgruppe, eine Gluconatgruppe usw.) einschließt” nicht nur eine Säure selbst ein, die jede spezifische funktionelle Gruppe einschließt, zum Beispiel Zitronensäure, Gluconsäure, Äpfelsäure, Weinsäure, 2-Hydroxyisobuttersäure, Adipinsäure, Octansäure, Bernsteinsäure, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Glutarsäure oder Methylenbernsteinsäure, sondern auch eine Verbindung, in der eine anorganische (zum Beispiel ein Metall) funktionelle Gruppe oder eine organische funktionelle Gruppe mit der spezifischen funktionellen Gruppe kombiniert ist.
Zusätzlich zu den Verbindungen können auch Mannose, Glycerogalactoheptose, Erythromannooctose, Arabinogalactononose, Glutamin und dergleichen oder Derivate davon als die Verbindung verwendet werden, die die Hydroxylgruppe (-OH) und/oder die Carboxylgruppe (-COOH) einschließt.
Es ist bevorzugt, dass die Verbindung, die die Hydroxylgruppe (-OH) und/oder die Carboxylgruppe (-COOH) einschließt, mit 0,1 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Polierabrasivs eingeschlossen ist. Die Polierselektivität des Schlammes kann gesenkt und die WIWNU (Within-Wafer Non-Uniformity = Nicht-Gleichmäßigkeit innerhalb des Wafers) kann erhöht sein, wenn der Gehalt der Verbindung übermäßig niedrig wird, im Gegensatz dazu kann die Poliergeschwindigkeit des Schlammes auf der Siliziumdioxidschicht verringert sein, wenn der Gehalt übermäßig hoch wird.
Überdies schließt die CMP-Schlammzusammensetzung Wasser als das Medium der oben offenbarten Bestandteile ein. Das Wasser kann mit dem Restgehalt eingeschlossen sein, ausgenommen den Gesamtgehalt der oben offenbarten Bestandteile, zum Beispiel mit dem Gehalt von 94 bis 99,8 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Schlammes. Die Stabilität des Schlammes wird gesenkt, wenn der Gehalt des Wassers übermäßig niedrig wird, und die Gesamtpolierrate des Schlammes kann gesenkt werden, wenn der Gehalt übermäßig hoch wird.
Der CMP-Schlamm kann zusätzlich zu den oben offenbarten Bestandteilen weiter auch verschiedene Zusatzstoffe zur Verbesserung der Polierleistung oder Dispersionsstabilität des Schlammes einschließen. Jeder Zusatzstoff, der mit einem bisherigen CMP-Schlamm verwendet worden ist, kann als der Zusatzstoff verwendet werden, und die Art des Zusatzstoffes ist nicht besonders beschränkt.
Der CMP-Schlamm kann hergestellt werden, indem das Polierabrasiv, das lineare anionische Polymer, die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt und ggf. die Verbindung, die die Hydroxylgruppe (-OH) oder die Carboxylgruppe (-COOH) einschließt, mit Wasser vermischt werden. Unter Berücksichtigung überlegener Polierrate und Polierselektivität auf der Siliziumdioxidschicht ist es bevorzugt, den Schlamm nach dem Mischen auf pH 6 bis 8 zu titrieren. Im Titrationsverfahren können 1N NH₄OH, 1N HNO₃ und dergleichen verwendet werden.
Überdies kann der CMP-Schlamm entweder ein Einkomponenten-Schlamm oder ein Zweikomponenten-Schlamm sein. Gegenwärtig ist der Einkomponenten-Schlamm ein solcher, der alle für das Polieren notwendigen Bestandteile in einer Zusammensetzung enthält, zum Beispiel das Polierabrasiv, Wasser, das lineare anionische Polymer und dergleichen und optionale Zusatzstoffe, und der Zweikomponenten-Schlamm ist ein solcher, bei dem der Schlamm in zwei unterschiedliche Lösungen aufgeteilt ist, zum Beispiel eine Dispersionslösung des Polierabrasivs und eine Dispersionslösung der Zusatzstoffe, um jede Komponente getrennt zu bilden, und die Dispersionslösungen werden erst unmittelbar vor dem Polieren gemischt. Der letztere Ansatz kann verwendet werden, wenn die Dispergierbarkeit des Polierabrasivs durch die Zusatzstoffe gesenkt wird.
Der oben offenbarte CMP-Schlamm kann hohe Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht zeigen, zum Beispiel 2000 Amin oder mehr, und vorzugsweise 2500 Å/min oder mehr, und er kann auch überlegene Polierselektivität zeigen, indem die CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht 30:1 oder mehr beträgt, weil der Schlamm niedrige Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht zeigt.
Daher ermöglicht der CMP-Schlamm, dass die Siliziumdioxidschicht im Polier- oder Planmachverfahren der Siliziumdioxidschicht unter Verwendung der Siliziumnitridschicht als der Polierstoppschicht selektiv und effektiv poliert wird.
Überdies kann der CMP-Schlamm die Entstehung einer Durchwölbung verringern, die durch übermäßiges Polieren der Siliziumdioxidschicht verursacht wird, weil das Verhältnis von CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht 50:1 oder weniger beträgt.
Daher kann der CMP-Schlamm vorzugsweise bei dem Verfahren des Polierens oder Planmachens der Siliziumdioxidschicht unter Verwendung der Siliziumnitridschicht als Polierstoppschicht angewendet werden, zum Beispiel beim Planmachverfahren der Siliziumdioxidschicht, die im STI-Prozess in den Graben der Halbleitereinheit eingefüllt ist, oder beim ILD-Bildungsprozess, und es ist möglich, die Entstehung einer Durchwölbung zu verringern und eine Verschlechterung der Leistung der Einheit aufgrund dessen zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Polierverfahren bereitgestellt, das den Schritt des Polierens der Targetschicht auf dem Halbleitersubstrat mit dem oben offenbarten CMP-Schlamm einschließt. Im Polierverfahren kann die Targetschicht die Siliziumdioxidschicht sein.
Genauer kann das Polierverfahren ein Verfahren zum Polieren oder Planmachen der Siliziumdioxidschicht sein, während die Siliziumnitridschicht als die Polierstoppschicht verwendet wird, und kann zum Beispiel die Schritte einschließen: Ausbilden eines bestimmten Musters der Siliziumnitridschicht auf dem Halbleitersubstrat; Ausbilden der Siliziumdioxidschicht auf dem Halbleitersubstrat, auf dem das Siliziumnitridschichtmuster ausgebildet ist; und Polieren der Siliziumdioxidschicht, bis das Siliziumnitridschichtmuster freigelegt ist.
Durch Durchführung des Polierverfahrens mit dem CMP-Schlamm kann die Entstehung einer Durchwölbung nach dem Polieren der Siliziumdioxidschicht in großem Umfang verringert werden, und es ist insbesondere möglich, zur Verbesserung der Leistung oder Verlässlichkeit der Halbleitereinheit beizutragen, indem der Umfang der Entstehung einer Durchwölbung auf 500 Å oder weniger verringert wird.
Gegenwärtig kann der Umfang der Entstehung einer Durchwölbung als der abgestufte Defekt der polierten Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht nach Durchführung des Polierverfahrens definiert werden, und er kann berechnet werden, indem das Profil der Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht durch AFM-Analyse in einer Überwachungsbox gemessen wird.
Das oben offenbarte Polierverfahren kann auf den Flachgrabenisolierungs(STI)-Prozess der Halbleitereinheit angewendet werden (gegenwärtig kann die Siliziumdioxidschicht, die die zu polierende Targetschicht ist, den Feldbereich der Halbleitereinheit definieren, indem eine Einheitenisolierungsschicht ausgebildet wird, die in dem Graben eingefüllt ist), und kann auch auf viele andere Prozesse angewendet werden, wie etwa einen Prozess zur Ausbildung des Zwischenschichtdielektrikums (ILD) einer Halbleitereinheit. Ein konkretes Verfahren des STI-Prozesses oder des ILD-Bildungsprozesses kann einem allgemeinen Verfahren folgen, wie zum Beispiel in 1 veranschaulicht.
BEISPIELE
Im weiteren werden die Konstitution und die Funktion der vorliegenden Erfindung durch bevorzugte Beispiele der Erfindung detaillierter dargestellt. Die folgenden Beispiele sind jedoch nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gedacht, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf oder durch sie beschränkt.
Beispiel 1
Der CMP-Schlamm wurde hergestellt, indem Ceriumoxid als das Polierabrasiv, eine Polyacrylsäure (MG: 7000) als das lineare anionische Polymer, Gluconsäure als die Verbindung, die die Hydroxylgruppe und/oder die Carboxylgruppe einschließt, und Ammoniumphosphat ((NH₄)₂HPO₄) als die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, in reines Wasser zugegeben werden und alles vermischt wird.
Die zugesetzte Menge des Polierabrasivs betrug 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des CMP-Schlammes, die zugesetzte Menge des linearen anionischen Polymers betrug 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Ceriumoxid-Polierabrasivs, die zugesetzte Menge der Verbindung, die die Hydroxylgruppe und/oder die Carboxylgruppe einschließt, betrug 25 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Ceriumoxid-Polierabrasivs und die zugesetzte Menge der Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, betrug 1,5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Ceriumoxid-Polierabrasivs.
Beispiele 2–4
Die CMP-Schlämme wurden im wesentlichen gemäß demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen dass die Gehalte der Verbindung, die die Hydroxylgruppe und/oder die Carboxylgruppe einschließt, und der Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, verändert wurden, wie angegeben in der folgenden Tabelle 1.
Vergleichsbeispiel 1
Der CMP-Schlamm wurde im wesentlichen gemäß demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen dass die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt, nicht verwendet wurde.
<Experimentelles Beispiel 1: Bewertung der Polierleistung>
Nach Polieren eines Substrats unter Verwendung der CMP-Schlämme, die in den Beispielen 1–4 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellt worden waren, unter den folgenden Bedingungen und Sauberwaschen des Substrats wurde die Veränderung der Dicke, die durch das Polieren erzeugt wurde, gemessen, und die Polierleistung wurde bewertet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet.
[Polierbedingungen]

Poliervorrichtung: UNIPLA210 (Doosan Mecatec Co.)
Kissen: IC 1000 (Rodel Co.)
Spindelgeschwindigkeit: 90 UPM
Plattengeschwindigkeit: 90 UPM
Waferdruck: 4 psi
Halteringdruck: 3,5 psi
Durchflussrate des Schlamms: 200 ml/min

[Poliertarget]

Ein Wafer, auf dem eine Siliziumdioxidschicht mit 10.000 Å mit HDPCVD (High Density Plasma Chemical Vapor Deposition = chemische Dampfabscheidung mit hochdichtem Plasma) abgeschieden war
Ein Wafer, auf dem eine Siliziumnitridschicht mit 2.000 Å mit LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition = chemische Dampfabscheidung unter niedrigem Druck) abgeschieden war.

[Bewertung]
Zunächst wurden 59 Punkte auf jedem zu polierenden Wafer festgelegt und die Dicken an jedem Punkt vor und nach dem Polieren wurden gemessen. Gegenwärtig wurden die Dicken vor und nach dem Polieren unter Verwendung eines Nanospec 6100 (Nanometrics Co.) gemessen, das eine optische Vorrichtung zum Messen von Dicke ist. Aus den Dicken vor und nach dem Polieren wurde die polierte Menge auf jeder Targetschicht (die Siliziumdioxidschicht oder die Siliziumnitridschicht) gemessen, und der Durchschnittswert wurde auf der Basis der an den Punkten gemessenen Werte berechnet. Die Poliergeschwindigkeit auf jeder Targetschicht wurde vom Durchschnittswert der polierten Menge und der Polierzeit abgeleitet.
Überdies wurde die Polierselektivität auf der Basis des Verhältnisses der Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumdioxidschicht/Poliergeschwindigkeit auf der Siliziumnitridschicht abgeleitet.
Der Durchschnittswert des Dickenunterschiedes der Punkte wurde auf der Basis der an jedem Punkt auf dem Wafer, auf dem die Siliziumdioxidschicht ausgebildet war, gemessenen Dicken berechnet. Die Durchschnittswerte wurden vor und nach dem Polieren berechnet, und delta WIWNU wurde aus der Differenz derselben abgeleitet.

Überdies wurden die GAP-Daten, wenn die polierte Menge (die Dicke vor dem Polieren – die Dicke nach dem Polieren) an 59 Punkten auf dem Wafer, auf dem die Siliziumdioxidschicht ausgebildet war, berechnet wurde, als der maximale Wert der polierten Menge – der minimale Wert der polierten Menge unter 59 an den Punkten gemessenen Werten abgeleitet. [Tabelle 1]

	Bestandteile (Gewichtsteile; pro 100 Gewichtsteile des Polierabrasivs)			Poliergeschwindigkeit (Å/nm)			Delta WIWNU (%)	GAP
	Polyacrylsäure	Gluconsäure	Ammoniumphosphat	Siliziumdioxidschicht	Siliziumnitridschicht	Polierselektivität	Delta WIWNU (%)	GAP
Vergleichsbeispiel 1	10	12	-	3248	59	55	3,24	437
Beispiel 1	10	12	1,5	3504	73	48	2,92	302
Beispiel 2	10	25	7	2509	63	40	2,63	218
Beispiel 3	10	25	9	2632	68	39	2,46	228
Beispiel 4	10	25	11	2961	86	34	2,06	259

<Experimentelles Beispiel 2: Messen der Entstehung einer Durchwölbung>
Ein Wafer, auf dem ein übliches DRAM-Muster (einschließlich der Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht im Muster der STI-Einheitenisolierungsschicht) ausgebildet war, wurdefür 1 Minute unter Verwendung des in den Beispielen 1 und 2 und dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellten CMP-Schlammes unter denselben Polierbedingungen wie im experimentellen Beispiel 1 poliert.
[Bewertung]
Das Profil aus der Siliziumdioxidschicht und der Siliziumnitridschicht wurde durch AFM-Analyse auf 100 μm in einer FOX-Überwachungsbox im Wafer nach dem Polieren gemessen, und der abgestufte Defekt der Siliziumdoxidschicht und der Siliziumnitridschicht des Wafers wurde berechnet, und der Durchschnittswert wurde als der Umfang der Entstehung einer Durchwölbung bestimmt. [Tabelle 2]

Entstehung einer Durchwölbung (Å)

Beispiel 1 400

Beispiel 2 250

Vergleichsbeispiel 1 930
Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 ist zu sehen, dass die CMP-Schlämme der Beispiele 1 bis 4, die das lineare anionische Polymer (Polyacrylsäure) und die Verbindung, die die Phosphorsäuregruppe einschließt (Ammoniumphosphat), einschließen, hohe Polierselektivität von 30:1 oder mehr zeigen, wobei die Polierselektivität jedoch nicht über 50:1 liegt.
Überdies ist unter Bezugnahme auf Tabelle 2 zu sehen, dass die Durchwölbung auf der Siliziumdioxidschicht in großem Umfang verringert werden kann, wenn die CMP-Schlämme von Beispiel 1 und 2, die die Bestandteile und die Polierselektivität von 30:1 bis 50:1 erfüllen, beim Polieren verwendet werden, verglichen mit dem Fall der Verwendung des CMP-Schlammes von Vergleichsbeispiel 1.
Zusätzlich ist unter Bezugnahme auf Tabelle 1 zu sehen, dass das selektive und effektive Polieren der Siliziumdioxidschicht möglich ist, weil die Fälle, die die CMP-Schlämme der Beispiel 1 bis 4 verwenden, überlegene Poliergeschwindigkeit und Polierselektivität auf der Siliziumdioxidschicht zeigen.
Überdies ist zu sehen, dass das Polieren gleichförmig abläuft, wenn das Polieren mit CMP-Schlämmen der Beispiele 1 bis 4 durchgeführt wird, verglichen mit der Verwendung des CMP-Schlammes von Vergleichsbeispiel 1.

Claims

Ein Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP-Schlamm), der ein Polierabrasiv, ein lineares anionisches Polymer, das ein Molekulargewicht im Gewichtsmittel von 2.000 bis 50.000 besitzt, Diammoniumhydrogenphosphat, eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe (-OH) oder eine Carboxylgruppe (-COOH) einschließt und die ein Molekulargewicht im Gewichtsmittel von 30 bis 500 besitzt und die Hydroxylgruppe und die Carboxylgruppe einschließt, und Wasser einschließt, wobei das Verhältnis der CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumdioxidschicht:CMP-Poliergeschwindigkeit auf einer Siliziumnitridschicht 30:1 bis 50:1 beträgt, wobei das lineare anionische Polymer ein Polymer einschließt, das aus wenigstens einem Monomer erhalten wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure, und wobei die Verbindung, die die Hydroxylgruppe und die Carboxylgruppe einschließt, wenigstens eine Verbindung einschließt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Verbindung, die eine Zitratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Gluconatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Malatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Tartaratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine 2-Hydroxyisobutyratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Adipatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Octanoatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Succinatgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Ethylendiamintetraessigsäure(EDTA)-Gruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Glutaratgruppe einschließt, einer Verbindung, die eine Methylensuccinatgruppe einschließt, Mannose, Glycerogalactoheptose, Erythromannooctose, Arabinogalactononose und Glutamin.
Der CMP-Schlamm nach Anspruch 1, wobei das Polierabrasiv wenigstens eine Art von Materialien einschließt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titaniumoxid und Ceriumoxid.
Der CMP-Schlamm nach Anspruch 1, wobei das Polierabrasiv mit 0,1 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Schlammes eingeschlossen ist.
Der CMP-Schlamm nach Anspruch 3, wobei das lineare anionische Polymer mit 0,1 bis 40 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Polierabrasivs eingeschlossen ist und Diammoniumhydrogenphosphat, mit 0,1 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Polierabrasivs eingeschlossen.
Der CMP-Schlamm nach Anspruch 3, der weiter eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe (-OH) oder eine Carboxylgruppe (-COOH) einschließt, mit 0,1 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Polierabrasivs einschließt.
Der CMP-Schlamm nach Anspruch 1, mit einem pH 6 bis 8.
Verwendung des CMP-Schlamms nach Anspruch 1 zum Polieren oder Planmachen einer Siliziumdioxidschicht, die in einem Graben in einem Flachgrabenisolierungs(STI)-Prozess einer Halbleitereinheit eingefüllt ist.
Ein Polierverfahren, das den Schritt des Polierens einer Targetschicht eines Halbleitersubstrats mit dem CMP-Schlamm nach Anspruch 1 einschließt.
Polierverfahren nach Anspruch 8, wobei die Targetschicht eine Siliziumdioxidschicht einschließt.
Polierverfahren nach Anspruch 9, das die Schritte einschließt: Ausbilden eines bestimmten Musters einer Siliziumnitridschicht auf dem Halbleitersubstrat; Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht auf dem Halbleitersubstrat, auf dem das Siliziumnitridschichtmuster ausgebildet ist; und Polieren der Siliziumdoxidschicht, bis das Siliziumnitridschichtmuster freigelegt ist.
Das Polierverfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren auf einen Flachgrabenisolierungs(STI)-Prozess einer Halbleitereinheit angewendet wird und die Siliziumdoxidschicht, die poliert werden soll, einen Feldbereich der Halbleitereinheit definiert.
Das Polierverfahren nach Anspruch 10, wobei der Umfang der Entstehung einer Durchwölbung 500 Å oder weniger nach dem Polieren der Siliziumdoxidschicht beträgt.