DE602004012793T2

DE602004012793T2 - Chemisch-mechanisches Polierverfahren für STI

Info

Publication number: DE602004012793T2
Application number: DE602004012793T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Hattori; Nobuo Kawahashi
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: EP1479741A2; KR20040100964A; KR101060441B1; TW200426935A; JP2004349426A; CN100457394C; EP1479741B1; TWI311342B; DE602004012793D1; EP1479741A3; CN1572424A; US7163448B2; US20040235396A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für ein chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI und, spezieller, auf ein chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI, welches für die Einebnung, Glättung, bzw. Abflachung von Wafern während der flachen Grabenisolation („Shallow Trench Isolation"; STI) bei der der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden kann.
Beschreibung des Stands der Technik
Die Speicherkapazität von der Vorrichtung ist bemerkenswert mit dem Anstieg des Grades der Integration, der mehrschichtigen Verdrahtung bzw. Beschaltung und Ähnlichem von Halbleitervorrichtungen gestiegen. Dies wird durch den Fortschritt in den Mikrofabrikationstechnologien unterstützt. Jedoch gibt es Probleme, wie etwa eine erhöhte Chipgröße trotz der Verwendung von Mehrschichtverdrahtung und Ähnlichem und erhöhten Kosten für die Herstellung von Chips auf Grund einer angestiegenen Anzahl von Herstellungsschritten auf Grund des Fortschritts in den Mikrofabrikationstechnologien. In dieser Situation wurde eine chemisch/mechanische Poliertechnologie beim Polieren von verarbeiteten Filmen und Ähnlichem eingeführt und zog Aufmerksamkeit auf sich. Viele Mikrofabrikationstechnologien, wie etwa die Abflachung („Flattening") wurden durch Anwendung der chemisch/mechanischen Poliertechnologie in die Praxis umgesetzt.
Die Shallow Trench Isolation-(STI-)Technologie ist zum Beispiel als eine derartige Mikrofabrikationstechnologie bekannt. In der STI-Technologie ist die Flachheit von verarbeiteten Filmen, wie etwa von einem Isolierfilm, wichtig. Eine optimale abrasive Flexibilität ist als Antwort auf Ausbuchtungen und Einbuchtungen der verarbeiteten Filme unabdingbar.
Um auf den Fortschritt in der STI-Technologie in einem hohen Grad zu reagieren, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chemisch/mechanisches Polierverfahren für die STI zur Verfügung zu stellen, welches eine sehr flach polierte Oberfläche mit minimalen Wölbungen und Kratzern auf einem zu polierenden Objekt ausbilden kann, selbst wenn das Objekt Ausbuchtungen und Einbuchtungen auf der Oberfläche hat.
Die US 2003/036738 A1 offenbart ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung mit einer Shallow Trench Isolation-(SIT-)Technologie. In diesem Herstellungsverfahren wird ein Zweischrittpolieren verwendet, wobei in einem Beispiel die Poliergeschwindigkeit der Aufschlämmung, die in dem ersten Polierschritt eingesetzt wird, kleiner als die Poliergeschwindigkeit der Aufschlämmung ist, die in dem zweiten Polierschritt eingesetzt wird. In dem ersten Polierschritt dieses Beispiels wird der isolierende Siliciumoxidfilm nicht abgeflacht, sondern abgerundet.
Die EP-A-1 116 762 ist auf eine wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren gerichtet, welche in einem Zweistufen-Polierverfahren nützlich ist. Diese wässrige Dispersion wird durch ein Poliergeschwindigkeitsverhältnis zu verschiedenen Materialien charakterisiert, d. h. einem Barrieren-Metallfilm, einem Kupferfilm und einem Isolationsfilm.
Die EP-A-1 160 300 ist auf eine wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren gerichtet, und welche nützlich für die STI ist. Diese wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren ist durch die Beziehung ihrer Entfernungsrate für einen Siliciumoxidfilm zu der Entfernungsrate für einen Siliciumnitridfilm gekennzeichnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Spezifisch ist in einem Verfahren für das Polieren eines zu polierenden Gegenstandes mit einer unregelmäßigen Oberfläche, der ein Substrat mit Ausbuchtungen und Einbuchtungen, eine auf den Ausbuchtungen des Substrats ausgebildete Stopperschicht und eine eingebettete Isolationsschicht hat, die ausgebildet ist, um die Ausbuchtungen des Substrats und die Stopperschicht zu bedecken, ein chemisch/mechanisches Polierverfahren für die STI der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 ist eine Querschnittansicht, die eine Ausführungsform des zu polierenden Objekts in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein zu polierendes Objekt veranschaulicht, auf welchem die eingebettete Isolationsschicht, die eine obere Schicht des Objekts ist, in dem ersten Polierschritt der vorliegenden Erfindung poliert wurde.
Die 3 ist eine Querschnittsansicht, die das Objekt veranschaulicht, wenn die Stopperschicht in dem zweiten Polierschritt der vorliegenden Erfindung freigelegt wurde.
Die 4 ist eine Ansicht, die die Art und Weise des Polierens veranschaulicht.
Die 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein zu polierendes Objekt (Wafer) veranschaulicht, das in den Beispielen verwendet wird.
Die 6 ist eine Querschnittsansicht, die den Gegenstand in den Beispielen veranschaulicht, wenn die Stopperschicht in dem zweiten Polierschritt beigelegt wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich beschrieben.
Es gibt keine spezifischen Beschränkungen für die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B), die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, solange die Aufschlämmungen abrasive Körner enthalten. Als die abrasiven Körner können ohne spezifische Beschränkungen anorganische Partikel, organische Partikel, organisch-anorganische Komplexpartikel und ähnliche, die in dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden.
Als spezifische Beispiele von anorganischen Materialien, die die anorganischen Partikel ausbilden, können Siliciumoxid, Ceroxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Chromoxid, Manganoxid, Mangansesquioxid, Eisenoxid, Zirkonoxid, Siliciumkarbid, Borkarbid, Diamant und Bariumkarbonat angegeben werden. Anorganische Partikel, die aus diesen Materialien gebildet werden, können entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
Als Beispiele des Siliciumoxids kann Kieselpuder („fumed Siliciumoxid"; oxidiertes Siloxan), das durch ein Räucherverfahren synthetisiert wird, in welchem Siliciumchlorid, Aluminiumchlorid, Titanchlorid ähnliche mit Sauerstoff und Wasserstoff in einer gasförmigen Phase reagieren, Siliciumoxid, das durch ein Sol-Gel-Verfahren synthetisiert wird, in welchem Siliciumoxid aus einem Metallalkoxid durch hydrolytische Kondensation hergestellt wird, und kolloidales Siliziumoxid angegeben werden, das durch ein anorganisches Kolloidalverfahren hergestellt wird, in welchem Siliciumoxid durch Entfernung von Verunreinigungen gereinigt wird.
Als spezifische Beispiele der organischen Materialien, die die organischen Partikel ausbilden, können thermoplastische Harze, wie etwa Polyvinylchlorid, Polystyrol, styrolhaltige Copolymere, Polyacetal, gesättigte Polyester, Polyamid, Polycarbonat, Polyolefine, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Poly-1-buten und Poly-4-methyl-1-penten, olefinhaltige Copolymere, Phenoxyharze und (Meth)acrylharze, wie etwa Polymethylmethacrylat; Copolymerharze mit einer vernetzten Struktur, die durch Copolymerisieren von Styrol, Methylmethacrylat oder ähnlichen mit Divinylbenzol, Ethylenglycol, Dimethacrylat oder ähnlichen erhalten werden; und mit Wärme härtbare Harze, wie etwa Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Epoxyharze, Alcydharze und ungesättigte Polyesterharze angegeben werden.
Die aus diesen Materialien gebildeten organischen Teilchen können durch verschiedene Verfahren, wie etwa ein Emulsionspolymerationsverfahren, ein Suspensionspolymerationsverfahren, ein Emulsionsdispersionsverfahren und ein Zerkleinerungsverfahren (Grinding) hergestellt werden. Die aus diesen Materialien gebildeten Partikel können entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
Als die organisch-anorganischen Komplexpartikel können alle Teilchen, die aus den anorganischen Teilchen und organischen Teilchen ausgebildet werden, ohne spezifische Beschränkungen auf die Art und Konfiguration insoweit verwendet werden, als die anorganischen Teilchen und organischen Teilchen integriert sind, sodass die Partikel nicht leicht während des Polierens separiert werden. Partikel mit Polysiloxan und ähnlichem wurden an wenigstens die Oberfläche von Polymerpartikeln, welche zum Beispiel durch Polykondensation von Alkoxysilan, Aluminiumalkoxid, Titanalkoxid oder ähnlichem in der Anwesenheit von Polymerpartikeln, wie etwa Polystyrolpartikeln oder Poly(methylmethacrylat)partikeln hergestellt werden, können verwendet werden. Die resultierenden Polykondensate können entweder direkt an funktionale Gruppen der Polymerpartikel oder über ein Silankopplungsmittel oder ähnliches gebunden werden.
Organisch-anorganische Komplexpartikel, die durch Anhaftung von anorganischen feinen Partikeln aus Siliciumoxid, Ceroxid, Aluminiumoxid oder ähnlichen an die Oberfläche der organischen Partikel, wie etwa Polymerpartikel, hergestellt werden, können ebenfalls verwendet werden. Derartige anorganische Feinpartikel können entweder elektrostatisch auf den organischen Partikeln gehalten oder chemisch an die organischen Partikel über funktionelle Gruppen, wie etwa Hydroxylgruppen in den anorganischen feinen Partikeln über ein Silankopplungsmittel oder ähnliches gebunden werden.
Die aus organischen Partikeln gebildeten Partikel und anorganischen Partikeln, die Zeta-Potentiale mit entgegen gesetzter Ladung haben und durch eine elektrostatische Kraft gebunden werden, können ebenfalls als die organisch-anorganischen Komplexpartikel verwendet werden.
Das Zeta-Potential vieler organischer Partikel ist über den gesamten pH-Bereich oder über das meiste des Bereiches unter Ausschluss des Bereichs mit geringem pH negativ. Organische Partikel mit einem negativen Zeta- Potential können sicherer durch Herstellung der organischen Partikel aus Polymeren mit Carboxylgruppen, Sulfonsäuregruppen oder ähnlichem hergestellt werden. Zusätzlich ist es möglich, organische Partikel mit einem positiven Zeta-Potential in einem spezifischen pH-Bereich durch Herstellung der organischen Partikel mit Aminogruppen oder ähnlichen zu erhalten.
Andererseits ist das Zeta-Potential der anorganischen Partikel stark vom pH abhängig und wird null bei einem bestimmten pH (ein isoelektrischer Punkt). Die Ladung für das Zeta-Potential wird um den isoelektrischen Punkt herum umgekehrt.
Daher können, wenn spezifische organische Partikel und anorganische Partikel in einem pH-Bereich gemischt werden, in welchem die Ladung des Zeta-Potentials umgekehrt wird, diese organischen Partikel und anorganischen Partikel zusammen in einem integralen Komplex durch eine elektrostatische Kraft kombiniert werden. Selbst wenn die organischen Partikel und anorganischen Partikel das Gleiche (positive oder negative) Zeta-Potential beim Mischen haben, können diese Partikel durch Änderung des pH integriert werden, um jeweils die Zeta-Potentiale umzukehren.
Außerdem können Partikel, bei denen Polysiloxan oder ähnliches an die Oberfläche von derartigen anorganisch-organischen Komplexpartikeln gebunden ist, die durch Integration der anorganischen Partikel und der organischen Partikel durch eine elektrostatische Kraft hergestellt werden, ebenfalls verwendet werden, wobei in diesem Fall derartige Partikel durch Polykondensation von Alkoxysilan, Aluminiumalkoxyd, Titanalkoxyd oder ähnlichen in der Anwesenheit der durch eine elektrostatische Kraft integrierten Komplexpartikel erhalten werden können.
Die anorganischen Partikel, organischen Partikel und organisch-anorganischen Komplexpartikel können entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren als die abrasiven Körner verwendet werden.
Die in der vorher erwähnten Aufschlämmung (A) oder Aufschlämmung (B) enthaltenen abrasiven Körner sind bevorzugt wenigstens eine Art von anorganischen Partikeln ausgewählt aus Ceroxid und Siliciumoxid.
Die in der vorher erwähnten Aufschlämmung (A) oder Aufschlämmung (B) enthaltenen abrasiven Körner haben einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von bevorzugt 5–1.000 nm, bevorzugter 5–700 nm, noch bevorzugter 10 bis 500 nm. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser weniger als 5 nm ist, kann die Poliergeschwindigkeit nicht ausreichend sein. Selbst wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser mehr als 1.000 nm ist, kann es nicht nur schwierig sein, Wölbung („dishing") und Erosion zu steuern, sondern die abrasiven Körner können ebenfalls durch Ausfällen separiert werden, wodurch die Stabilität der Aufschlämmung beeinträchtigt wird. Die abrasiven Körner, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in dem vorhergehenden Bereich haben, können eine hohe Poliergeschwindigkeit aufweisen, adäquat Wölbung und Erosion steuern und eine stabile Aufschlämmung ohne Ausfällen und Separation der Partikel erzeugen.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der vorher erwähnten abrasiven Körner kann unter Verwendung eines Messinstruments vom Laserdispersionsunterbrechungstyp oder eines Transmissionselektronenmikroskop gemessen werden.
Es ist erwünscht, dass die abrasiven Körner weder Metalle wie etwa Eisen, Nickel, Zink und Natrium noch Ionen dieser Metalle enthalten, und der Gehalt dieser Verunreinigungen bevorzugt weniger als 10 ppm ist.
Bevorzugter ist der Gehalt an diesen Metallverunreinigungen 5 ppm oder weniger mit einem noch weiter bevorzugten Gehalt von 3 ppm oder weniger und einem insbesondere bevorzugten Gehalt von 1 ppm oder weniger. Die abrasiven Körner mit einem derartig reduzierten Verunreinigungsgehalt hinterlassen keine Rückstände auf den polierten Oberflächen nach dem Polierverfahren und haben eine reduzierte Wahrscheinlichkeit an einer Verringerung der Ausbeute zu leiden.
Die Menge der abrasiven Körner in der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) ist bevorzugt 0,02–20 Gew.-%, bevorzugter 0,05–10 Gew.-% und weiter bevorzugt 0,1–5 Gew.-%.
Wenn die abrasiven Körner Ceroxid sind ist der Gehalt an Ceroxid in der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) bevorzugt 0,02–5 Gew.-%, bevorzugter 0,05–4 Gew.-% und noch weiter bevorzugt 0,1–3 Gew.-%. Wenn die abrasiven Körner Siliciumoxid sind, ist der Gehalt an Siliciumoxid in der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) bevorzugt 0,5–20 Gew.-%, bevorzugter 1–15 Gew.-% und noch weiter bevorzugt 2–12 Gew.-%. Die Stabilität der Aufschlämmungen kann beeinträchtigt sein, wenn der Gehalt an abrasiven Körnern außerhalb des vorhergehenden Bereichs ist. Die Art und der Gehalt der abrasiven Körner in der Aufschlämmung (A) können entweder die gleichen oder unterschiedlich von denen in der Aufschlämmung (B) sein.
Die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) haben unterschiedliche Poliergeschwindigkeiten. Um die Poliergeschwindigkeiten einzustellen, die Dispersionsstabilität zu erhöhen und die Polierleistung durch Einstellung des Unterschieds in der Poliergeschwindigkeit wenn zwei oder mehr Sorten von Gegenständen, wie etwa Filme mit unterschiedlicher Härte poliert werden, zu verbessern, können zum Beispiel Zusätze, wie etwa ein wasserlösliches Polymer, ein oberflächenaktiver Stoff, Säure, Base, Oxidationsmittel und mehrwertige Metallionen zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) zugegeben werden.
Beispiele des wasserlöslichen Polymers enthalten, aber sind nicht beschränkt auf: (1) Polycarbonsäure, wie etwa Poly(meth)acrylsäure, poly(meth)acrylsäurehaltige Copolymere, und Ammoniumsalze, Alcylammoniumsalze (wobei die Alkylgruppe bevorzugt 1 oder 2 Kohlenstoffatome hat), Kaliumsalze dieser Polymere oder Copolymere; (2) Polystyrolsulfonsäure, Polyisoprensulfonsäure und ihre Ammoniumsalze oder Kaliumsalze; (3) Copolymere eines vinylhaltigen Monomers, wie etwa Acrylsäure, Methacrylsäure, Styrolsulfonsäure (oder ihre Salze), Naphthalinsulfonsäure (oder ihre Salze) oder Isoprensulfonsäure (oder ihre Salze) und ein (meth)acrylamidhaltiges hydrophiles Monomer; (4) Copolymere eines vinylhaltigen Monomers, wie etwa Acrylsäure, (Meth)acrylsäure, Styrolsulfonsäure (oder ihre Salze), Naphthalinsulfonsäure (oder ihre Salze), oder Isoprensulfonsäure (oder ihre Salze), ein (Meth)acrylester und ein hydrophobes Monomer; (5) Polyglutaminsäure erhalten durch Kondensationspolymerisation von Glutaminsäure; und (6) stickstoffhaltige Polymere, wie etwa Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid und Polyethylenimin, diese Polymere können entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
Wenn das vorher beschriebene wasserlösliche Polymer verwendet wird ist das Polyethylenglycol-reduzierte massegemittelte Molekulargewicht des wasserlöslichen Polymers, das durch Impermations-Chromatographie (Lösungsmittel: Wasser, hiernach bezeichnet als "wässrige GPC") bestimmt wird, bevorzugt 1.000–100.000 und bevorzugter 2.000–50.000.
Wenn das wasserlösliche Polymer zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) gegeben wird, ist die Menge bevorzugt 0,001–10 Gew.-%, bevorzugter 0,005–5 Gew.-% und am meisten bevorzugt 0,01–3 Gew.-% der gesamten Menge jeder Aufschlämmung. Die Arten und Anteile der wasserlöslichen Polymere, die in der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) verwendet werden, können entweder die gleichen oder unterschiedlich sein, aber die Anteile differieren gewöhnlich, um verschiedene Poliergeschwindigkeiten zu erhalten.
Als der vorher erwähnte oberflächenaktive Stoff (Surfactant) kann jeder kationische, anionische oder nichtionische oberflächenaktive Stoff verwendet werden. Von diesen können als der kationische oberflächenaktive Stoff ein aliphatisches Aminsalz, ein aliphatisches Ammoniumsalz und ähnliche angegeben werden. Als Beispiele des anionischen oberflächenaktiven Stoffes können Fettsäureseife; Carboxylate, wie etwa Alkylethercarboxylat; Sulfonate, wie etwa Alkylbenzolsulfonate einschließlich Dodecylbenzolsulfonat, Alkylnaphthalinsulfonat und α-Olefinsulfonat; Sulfate, wie etwa höhere Alkoholsulfate einschließlich Laurylalkohohlsulfat, Alkylethersulfat und Polyoxyethylenalkylphenylethersulfat; und Phosphate, wie etwa Alkylphosphat, angegeben werden. Als Beispiele des nichtionischen oberflächenaktiven Stoffs können oberflächenaktiven Stoffe vom Ether-Typ, wie etwa Polyoxyethylalkylether, oberflächenaktive Stoffe vom Etherester-Typ, wie etwa Polyoxyethylenether von Glycerinester, und oberflächenaktive Stoffe vom Ester-Typ, wie etwa Glycerinester und Sorbitanester, angegeben werden. Diese oberflächenaktiven Stoffe können entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
Wenn der oberflächenaktive Stoff zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) gegeben wird ist die Menge bevorzugt 0,001 bis 2 Gew.-%, bevorzugter 0,005 bis 1 Gew.-% und noch weiter bevorzugt 0,02 bis 0,5 Gew.-% der Gesamtmenge jeder Aufschlämmung. Diese Arten und Anteile der in der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) verwendeten oberflächenaktiven Stoffe können entweder die gleichen oder unterschiedlich sein, aber die Gehalte werden gewöhnlich differieren, um unterschiedliche Poliergeschwindigkeiten zu erhalten.
Als der wasserlösliche Polymer oder der oberflächenaktive Stoff für die Verwendung in der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) der vorliegenden Erfindung sind organische Säuresalze, wie etwa das Kaliumsalz oder das Ammoniumsalz von Poly(meth)acrylsäure, (meth)acrylsäurehaltiges Copolymer, Polystylrolsulfonsäure oder Polyisoprenzsulfonsäure bevorzugt. Besonders bevorzugte wasserlösliche Polymere oder oberflächenaktive Stoffe sind das Kalium- oder das Ammoniumsalz von Polyacrylsäure und das Kalium- oder das Ammoniumsalz von Dodecylbenzolsulfonsäure.
Die Aufschlämmung (A) und Aufschlämmung (B) kann entweder den gleichen Typ oder unterschiedliche Typen der vorher erwähnten organischen Säuresalze enthalten.
In der vorliegenden Erfindung sind die Typen und Anteile der organischen Säuresalze, die in der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) verwendet werden, wichtige Faktoren, um die Poliergeschwindigkeiten, die durch diese Aufschlämmungen erhalten werden, entsprechend auf 500 Å/min, oder weniger, und 600 Å/min, oder mehr, zu steuern. Wenn z. B. das gleiche organische Säuresalz sowohl für die Aufschlämmungen (A) als auch die Aufschlämmung (B) verwendet wird, sollte der Anteil des Salzes in der Aufschlämmung (A) bevorzugt größer als in der Aufschlämmung (B) sein.
Wenn spezifisch das sowohl für die Aufschlämmung (A) als auch für die Aufschlämmung (B) verwendet organische Säuresalz das Kaliumsalz der Polyacrylsäure ist, ist der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (A) bevorzugt 1,0 Gew.-% oder mehr, bevorzugter 1,0–3,0 Gew.-%, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (B) ist bevorzugt weniger als 1,0 Gew.-% und bevorzugter 0,01–0,9 Gew.-%.
Wenn das sowohl für die Aufschlämmung (A) als auch für die Aufschlämmung (B) verwendete organische Säuresalz das Ammoniumsalz der Polyacrylsäure ist, ist der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (A) bevorzugt 1,3 Gew.-% oder mehr, bevorzugter 1,3–3,0 Gew.-%, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (B) ist bevorzugt weniger als 1,3 Gew.-% und bevorzugter 0,01–1,25 Gew.-%.
Wenn das für sowohl die Aufschlämmung (A) als auch die Aufschlämmung (B) verwendete organische Säuresalz das Ammoniumsalz der Dodecylbenzolsulfonsäure ist, ist der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (A) bevorzugt 0,03 Gew.-% oder mehr und bevorzugter 0,03 bis 0,3 Gew.-% und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (B) ist bevorzugt weniger als 0,03 Gew.-% und bevorzugter 0,001 Gew.-%, oder mehr, aber weniger als 0,03 Gew.-%.
In der vorliegenden Erfindung, wenn verschiedene Typen von organischen Säuresalz in der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) verwendet werden, werden die bevorzugten zuzugebenden Mengen bestimmt, sodass sie durch diese Aufschlämmungen erzielten Poliergeschwindigkeiten, die gemäß dem später beschriebenen Verfahren bestimmt werden, entsprechend 500 Å/min oder weniger und 600 Å/min oder mehr sein können.
Es kann entweder eine organische Säure oder eine anorganische Säure ohne spezifische Beschränkungen als die Säure verwendet werden, welche ein Zusatzstoff ist. Die Aufschlämmung kann stabilisiert und die Selektivität kann durch das Hinzufügen der Säure verbessert werden.
Als Beispiel der organischen Säure können p-Toluolsulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure, Isoprensulfonsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Äpfelsäure, Glycolsäure, Malonsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Phtalsäure ergeben werden.
Als Beispiele der anorganischen Säure können Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure angegeben werden.
Diese organischen Säuren und anorganischen Säuren können entsprechend entweder einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Eine Kombination der organischen Säure und der anorganischen Säure ist ebenfalls möglich.
Wenn die Säure zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) zugesetzt wird, ist die Menge bevorzugt 2 Gew.-% oder weniger und bevorzugter 1 Gew.-% oder weniger. Wenn der Gehalt der Säure in diesem Bereich ist, können die abrasiven Körner eine hervorragende Dispergierbarkeit aufweisen und eine ausreichend stabile Aufschlämmung kann erzeugt werden.
Zusätzlich kann eine Base zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) gegeben werden, um den pH der Aufschlämmung gemäß der Zusammensetzung einzustellen, wodurch die Dispergierbarkeit der abrasiven Körner, die Poliergeschwindigkeit und die Selektivität verbessert werden kann. Als die Base können entweder eine organische Base oder eine anorganische Base ohne spezifische Beschränkungen verwendet werden.
Als Beispiele der organischen Base können stickstoffhaltige organische Verbindungen, wie etwa Ethylendiamin, Ethanolamin und Tetramethylammoniumhydroxid angegeben werden.
Als Beispiele der anorganischen Base können Ammoniak, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Rubidiumhydroxid und Cäsiumhydroxid angegeben werden. Diese organischen Basen und anorganischen Basen können entsprechend entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Eine Kombination der organischen Base und der anorganischen Base ist ebenfalls möglich.
Wenn die Base zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) gegeben wird, ist die Menge bevorzugt 1 Gew.-% oder weniger.
Der pH der Aufschlämmung kann in geeigneter Weise in einem Bereich gewählt werden, in welchen die abrasiven Körner stabil sind, wobei Faktoren, wie etwa elektrochemische Eigenschaften des zu polierenden Gegenstandes, die Dispergierbarkeit und die Stabilität der abrasiven Körner und die Poliergeschwindigkeit in Betracht gezogen werden. Wenn Siliciumoxid als die abrasiven Körner verwendet wird, ist der bevorzugte pH-Bereich 9–12 und der stärker bevorzugte Bereich ist 10–11. Wenn Ceroxid verwendet wird ist der bevorzugte pH-Bereich 3–12 und der stärker bevorzugte Bereich ist 5–10. Der pH der Aufschlämmungen in diesen Bereichen kann die Flachheit der polierten Oberfläche verbessern.
Als Beispiele des Oxidationsmittels können Wasserstoffperoxid, Persulfat und Heteropolysäure angegeben werden. Obwohl diese Oxidationsmittel zugegeben werden können, ist es erwünschter kein Oxidationsmittel zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) zu geben. Als Beispiele der mehrwertigen Metallionen können Aluminiumionen, Titanionen und Cerionen angegeben werden.
Obwohl diese mehrwertigen Metallionen zugegeben werden können, ist es erwünschter die mehrwertigen Metallionen nicht zu der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) zu geben.
Als das Medium für die Aufschlämmungen kann Wasser, eine Mischung aus Wasser und einem Alkohol (z. B. Ethanol) und eine Mischung von Wasser und anderen Komponenten angegeben werden. Von diesem ist die Verwendung von Wasser alleine insbesondere bevorzugt.
In der vorliegenden Erfindung kann die Poliergeschwindigkeit der Aufschlämmung (A) oder der Aufschlämmung (B) wie folgt bestimmt werden. Die Poliergeschwindigkeit wird durch Polieren eines gleichmäßigen PETEOS-(Plasma Enhanced-TEOS)-Films ohne ein Muster (im Folgenden beschrieben) unter Verwendung eines Poliergeräts ("EPO 112" hergestellt durch Ebara Corp.) ausgestattet mit einem Polierkissen ("IC1000(P)" hergestellt durch Rodel Inc.) unter den folgenden Bedingungen gemessen.
(Polierbedingungen)

Trägerlast: 500 g/cm²
Trägerrotation: 107 U/min
Poliertischrotation: 100 U/min
Aufschlämmungszufuhrmenge: 200 ml/min
Polierzeit: 1 min

Jede der in der vorher beschriebenen Art und Weise zubereiteten Aufschlämmungen (A) und (B) werden in dem ersten und dem zweiten Polierschritten des erfindungsgemäßen Polierverfahrens verwendet.
Das chemisch/mechanische Polierverfahren für STI der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt für die Polierung eines Gegenstandes mit einer unregelmäßigen Oberfläche verwendet werden, welcher ein Substrat mit Ausbuchtungen, eine Stopperschicht ausgebildet auf den Ausbuchtungen des Substrats und eine eingebettete Isolationsschicht ausgebildet zur Bedeckung der Ausbuchtungen des Substrats und der Stopperschicht umfasst.
Es gibt keine spezifischen Beschränkungen auf die Konfiguration und die Größe des Substrats, die Konfiguration und die Größe der vorhergehenden Ausbuchtungen und Einbuchtungen, die Tiefe der Einbuchtungen oder ähnliches. Silicium oder ähnliches kann als das Material zur Ausbildung des Substrats angegeben werden.
Es gibt keine spezifischen Beschränkungen auf die Dicke und ähnliches der vorher erwähnten Stopperschicht. Entweder die Gesamtheit oder ein Teil der vorhergehenden Stopperschicht kann auf den Ausbuchtungen des Substrats ausgebildet werden. Es gibt ebenfalls keine spezifischen Beschränkungen auf die Dicke oder ähnliches der vorher erwähnten eingebetteten Isolationsschicht.
Als das Material zur Ausbildung der vorher erwähnten Stopperschicht oder der eingebetteten Isolationsschicht kann Siliciumnitrid, Siliciumoxid (SiO₂), ein BorphosphorSiliciumoxidtgas-(BPSG-)Film, der durch Zugabe einer geringen Menge an Bor und Phosphor zu Siliciumoxid hergestellt wird, ein FSG (Fluor-dotiertes Silcatglas) genannter Film, der durch Dotierung von Siliciumoxid mit Fluor gebildet wirde, ein Siliciumoxidhaltiger Isolationsfilm mit einer niedrigen dielektrischen Konstante oder ähnliche angegeben werden.
Als Typen von Siliciumoxid können ein thermisch oxidierter Film, ein PETEOS-Film, ein HDP-Film (High Density Plasma Enhanced-TEOS-Film), ein durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltener Siliciumoxidfilm und ähnliche angegeben werden.
Der thermisch oxidierte Film kann durch Aussetzen von auf eine hohe Temperatur erwärmtes Siliciumoxid mit einer oxidierenden Atmosphäre, damit das Silicium chemisch mit Sauerstoff oder Wasser reagiert, ausgebildet werden.
Der PETEOS-Film kann durch ein chemisches Dampfphasenwachstumsverfahren aus TetraethylorthoSiliciumoxidt (TEOS) als ein Rohmaterial unter Beschleunigungsbedingungen unter Verwendung von Plasma ausgebildet werden.
Der HDP-Film kann durch ein chemisches Dampfphasenwachstumsverfahren aus TetraethylorthoSiliciumoxidt (TEOS) als ein Rohmaterial unter Beschleunigungsbedingungen unter Verwendung von hochdichtem Plasma hergestellt werden.
Der durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidfilm kann entweder durch ein atmosphärisches CVD-Verfahren (AP-CVD-Verfahren) oder durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren (LP-CVD-Verfahren) hergestellt werden.
Der BorphosphorSiliciumoxidtglas-(BPSG-)Film kann entweder durch ein atmosphärisches CVD-Verfahren (AP-CVD-Verfahren) oder durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren (LP-CVD-Verfahren) hergestellt werden.
Der FSG genannte Isolationsfilm kann durch ein chemisches Dampfphasenwachstumsverfahren unter Beschleunigungsbedingungen unter Verwendung von hochdichtem Plasma ausgebildet werden.
Der Siliciumoxid enthaltende Isolationsfilm mit einer niedrigen dielektrischen Konstante kann durch Aufbringen eines Rohmaterials auf ein Substrat durch ein Walzenbeschichtungsverfahren oder ähnliches gefolgt durch Erwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre hergestellt werden. Als ein derartiger Isolationsfilm kann ein HSQ(Wasserstoffsilsesquioxan-)Film hergestellt aus Triethoxysilan als ein Rohmaterial, ein MSQ(Methylsilsesquioxan-)Film, der zusätzlich zu Tetraethoxysilan, Methyltrimethoxysilan als ein Teil des Rohmaterials enthält, oder ähnliche angegeben werden.
Überdies können Isolationsfilme mit einer niedrigen dielektrischen Konstante, aus einem organischen Polymer, wie etwa ein Polyarylenpolymer, Polyarylenetherrpolymer, Polyimidpolymer oder Benzocylobutenpolymer die hergestellt werden, als ein Rohmaterial angegeben werden.
Das die Stopperschicht ausbildende Material differiert gewöhnlich von Material, das die eingebettete Isolationsschicht bildet, kann aber auch das Gleiche sein.
Als ein Beispiel des zu polierenden Gegenstandes kann ein zu polierender Gegenstand 1 (hiernach als "Gegenstand 1" bezeichnet) mit einer Querschnittstruktur wie in 1 gezeigt angegeben werden. Der Gegenstand 1 umfasst ein Substrat 11, gebildet aus Silicium oder ähnlichem mit Ausbuchtungen und Einbuchtungen, eine Stopperschicht 12, gebildet auf den Ausbuchtungen des Substrats aus Siliciumnitrit oder ähnlichem und einer eingebettete Isolationsschicht 13, die ausgebildet ist, um die Einbuchtungen des Substrats 12 und der Stopperschichtung 12 zu bedecken. Der zu polierende Gegenstand der vorliegenden Erfindung hat Ausbuchtungen und Einbuchtungen auf der Oberfläche. In dem Fall des in der 1 gezeigten Gegenstands 1 sind die Ausbuchtungen und Einbuchtungen auf der Oberfläche der eingebetteten Isolationsschicht 13. Es gibt keine spezifischen Beschränkungen auf die Konfiguration, die Stellen oder die Anzahl der Ausbuchtungen und Einbuchtungen. Die Größe der nebeneinander angeordneten Ausbuchtungen und Einbuchtungen zueinander kann unterschiedlich sein. In der 1 wird die obere Seite der Oberfläche poliert. Das gleiche gilt für die anderen Zeichnungen.
In dem erfindungsgemäßen Polierverfahren werden die Aufschlämmungen (A) und die Aufschlämmungen (B) entsprechend in den ersten und zweiten Polierschritten verwendet, um den Gegenstand 1 zu polieren.
Wenn der Gegenstand 1 poliert wird, wird die eingebettete Isolationsschicht 13 zunächst in dem ersten Polierschritt unter Verwendung der Aufschlämmung (A) unter den gleichen Bedingungen wie Bedingungen bei welchen die Poliergeschwindigkeit für einen Film ohne ein Muster aus dem gleichen Material wie für die polierte Oberfläche bevorzugt 500 Å/min oder weniger, bevorzugter 100 bis 450 Å/min und weiter bevorzugt 200 bis 400 Å/min ist, poliert (siehe 2). Die Poliergeschwindigkeit kann in dem vorhergehenden Bereich während des ersten Polierschritts geändert werden. Wenn die Poliergeschwindigkeit mehr als 500 Å/min ist, neigt die Flachheit der polierten Oberfläche dazu ungenügend zu sein.
In dem ersten Polierschritt wird der Gegenstand in einem Ausmaß poliert, dass die Stopperschicht 12, die auf den Ausbuchtungen des Substrats ausgebildet ist, nicht freigelegt wird. Wenn der Gegenstand poliert wird bis die Stopperschicht 12 freigelegt wird, neigt die Flachheit der polierten Oberfläche dazu ungenügend zu sein. Obwohl es keine spezifischen Beschränkungen auf die Dicke der verbleibenden eingebetteten Isolationsschicht 13 auf der Stopperschicht 12 dem Polieren gibt, ist eine derartige Dicke bevorzugt 100–1.000 Å, bevorzugter 200–600 Å.
Als Nächstes wird in dem zweiten Polierschritt die verbleibende eingebettete Isolationsschicht 13, die abgeflacht wurde, poliert, während die Flachheit beibehalten wird bis die Stopperschicht 12, die auf den Ausbuchtungen des Substrats ausgebildet ist, freigelegt wird, unter Verwendung der Aufschlämmung (B) unter den gleichen Bedingungen wie die Bedingungen, in welchem die Poliergeschwindigkeit für einen Film ohne ein Muster hergestellt aus dem selben Material wie für die polierte Oberfläche verwendet bevorzugt 600 Å/mm oder mehr, bevorzugter 650–10.000 Å/min und weiter bevorzugt 700–7.000 Å/min ist (siehe 3). Ein natürlicher Oxidationsfilm kann auf der äußersten Oberfläche der Stopperschicht 12 in dem Stadium der Herstellung des Gegenstandes 1 ausgebildet werden. In einem derartigen Fall wird der zweite Polierschritt beendet, wenn die natürliche Oxidationsschicht poliert wurde. Die Poliergeschwindigkeit kann in dem vorhergehenden Bereich während des zweiten Polierschritts geändert werden. Wenn die Poliergeschwindigkeit weniger als 600 Å/min ist, kann ein Teil der eingebetteten Isolationsschicht 13 auf der äußersten Oberfläche der Stopperschicht 12 verbleiben.
Poliergeräte, die in dem chemisch/mechanischen Polierverfahren für STI der vorliegenden Erfindung verwendet werden, schließen z. B. "EPO-112" und "EPO-222" hergestellt durch Ebara Corp., "LGP-510" und "LGP-552" hergestellt durch Lapmaster SET Corp., "Mirra" hergestellt durch Applied Materials, Inc., "Teres" hergestellt durch Ram Research Co., und "AVANTI 472" hergestellt durch Speed Fam-IPEC Co., Ltd. ein. Diese Poliergeräte polieren typischerweise den zu polierenden Gegenstand in der in 4 gezeigten Art und Weise. Spezifisch wird ein Polierkissen 3 auf einem axial rotierbaren Poliertisch 4 befestigt und der Gegenstand 1 wird auf einem Ende eines Anpresskopfs 2 befestigt. Der Anpresskopf 2 kann den Gegenstand 1 auf dem Polierkissen 3 durch Rotation und Bewegung von sich selbst gleiten lassen, während der Gegenstand 1 auf die Oberfläche des Polierkissens 3 gedrückt wird. Der zu polierende Gegenstand 1 wird durch eine Aufschlämmung aufgetropft auf die Oberfläche des Polierkissens 3 von oberhalb (z. B. Aufschlämmungszufuhrabschnitt 5) poliert, während der Gegenstand 1 gleitet.
Im Stand der Technik bekannte Polierkissen wie etwa "IC1000/SUBA400", "IC1010", die "SUBA"-Reihen und die "Polytex"-Reihen (hergestellt durch Rodel Nitta Co.) können verwendet werden. Kissen, entweder hergestellt aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien, können in dem ersten Polierschritt und dem zweiten Polierschritt der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Der erste Polierschritt und der zweite Polierschritt können entweder auf dem gleichen Poliertisch oder auf unterschiedlichen Poliertischen; angebracht auf einem Poliergerät; durchgeführt werden. Wenn die ersten und zweiten Polierschritte auf dem gleichen Poliertisch durchgeführt werden, können die Aufschlämmungen (A) und (B) von dem Aufschlämmungszufuhrabschnitt umgeschaltet werden. Andererseits, wenn unterschiedliche Poliertische verwendet werden, können die ersten und zweiten Polierschritte, welchem Aufschlämmungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, die die Erfordernisse für unterschiedliche Poliergeschwindigkeiten erfüllen, verwendet werden, auf unterschiedlichen Poliertischen durchgeführt werden. Das Polieren kann folglich effizient erfolgen. Der Poliervorgang unter Verwendung unterschiedlichen Polierkissen bringt ebenfalls den gleichen Effekt.
Der Betrieb unter Verwendung von unterschiedlichen Poliertischen ist nicht beschränkt auf einen Vorgang unter Verwendung von unterschiedlichen Poliertischen in dem ersten Polierschritt und dem zweiten Polierschritt. Ein Vorgang unter Verwendung von unterschiedlichen Poliertischen in dem ersten Polierschritt kann ebenfalls verwendet werden. Beide Vorgänge weisen die gleiche Wirkung auf.
Die vorhergehenden zwei Polierschritte können von einem Waschschritt gefolgt werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher durch Beispiele beschrieben. In den Beispielen und Vergleichsbeispielen bedeuten, wenn nicht anders angegeben, "Teile" "Gewichtsteile" und "%" "Gew.-%.
Beispiel 1
Eine Aufschlämmung (A), die 0,5% Ceroxidpartikeln mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,14 μm als abrasive Körner und 1,4% Ammoniumpolyacrylat (angegeben als "PAA-NH₄" in der Tabelle) mit einem Polyethylenglycol-reduzierten massegemittelten Molekulargewicht bestimmt durch wässrige GPC von 8.000 enthält, wurde hergestellt. Diese Aufschlämmung wurde als eine Aufschlämmung (A1) für den ersten Polierschritt (hiernach als "der erste Schritt" bezeichnet) verwendet. Andererseits wurde eine Aufschlämmung mit 6% Siliciumoxidpartikeln mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,18 μm und 0,05% des vorhergehenden Ammoniumpolyacrylats hergestellt. Diese Aufschlämmung wurde als eine Aufschlämmung (B1) für den zweiten Polierschritt (hiernach bezeichnet als "der zweite Schritt") verwendet.
Die durch die Aufschlämmungen (A1) und (B1) bei Polierung eines gleichmäßigen Films (ohne Ausbuchtung und Einbuchtungen) aus PETEOS erzielten Poliergeschwindigkeiten wurden unter Verwendung eines Poliergeräts ("EPO 112", hergestellt durch Ebara Corp.) unter den folgenden Polierbedingungen 1 bestimmt. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt.
(Polierbedingungen 1)

Polierkissen: IC1000(P) hergestellt durch Rodel Inc.
Trägerbelastung: 500 g/cm²
Trägerrotation: 107 U/min
Poliertischrotation: 100 U/min
Aufschlämmungszufuhrmenge: 200 ml/min
Polierzeit: 1 min

Ein Wafer ("SKW-3" hergestellt durch SKW Associates, Inc.; siehe 5) mit einem Siliciumsubstrat 11 mit Gräben mit jeweils einer Breite von 100 μm und einer Tiefe von 0,5 μm, die mit einem Abstand von 200 μm ausgebildet sind, einem Siliciumoxidfilm 14 mit einer Dicke von 10 bis 15 nm, der auf dem Siliciumsubstrat 11 ausgebildet ist, einer Stopperschicht (Siliciumnitridfilm) 12 mit einer Dicke von 150 bis 200 nm, der auf dem Siliciumoxidfilm 14 ausgebildet ist, und einem eingebetteten Isolationsfilm 13 mit einer Dicke von etwa 0,8 μm, der auf der Stopperschicht 12 aus PETEOS ausgebildet ist, wobei der Isolationsfilm die Gräben des Siliciumsubstrats 11 füllt (Gräben werden auf der Oberfläche des eingebetteten Isolationsfilms 13 erzeugt und machen die Oberfläche unregelmäßig) wurde poliert. Spezifisch wurde der erste Schritt unter Verwendung der Aufschlämmung (A1) für einen Zeitraum beschrieben in Tabelle 2 unter den folgenden Polierbedingungen 2 durchgeführt bis der eingebettete Isolationsfilm 13 in einem Ausmaß poliert war, so dass die Oberfläche ohne Ausbuchtungen und Einbuchtungen darauf abgeflacht war. Als Nächstes wurde der zweite Schritt unter Verwendung der Aufschlämmung (B1) für einen in Tabelle 2 beschriebenen Zeitraum, auf dem gleichen Poliertisch wie in dem ersten Schritt verwendet, unter den folgenden Bedingungen 2 durchgeführt bis der eingebettete Isolationsfilm 13 in einem Ausmaß poliert war, dass die Stopperschicht 12 freigelegt war. Da der gleiche Poliertisch in dem ersten und zweiten Schritt verwendet wird, wird der Poliertisch in Tabelle 2 als T1 angegeben.
(Polierbedingungen 2)

Polierkissen: IC1010(P) hergestellt durch Rodel Inc.
Trägerbelastung: 490 g/cm²
Trägerrotation: 105 U/min
Poliertischrotation: 100 U/min
Aufschlämmungszufuhrmenge: 200 ml/min
Polierzeit: 2 min

Nach dem Polieren wurde der Dickeverlust des Siliciumnitridfilms unter Verwendung eines Dickenmessgeräts "UV1280", hergestellt durch KLA-Tencor Corp., gemessen. Der Dickeverlust wurde als 85 Å gefunden.
Um die Flachheit des PETEOS-Abschnitts in dem eingebetteten Isolationsfilm eingebettet in den Gräben des Siliciumsubstrats zu beobachten, wurde der gekerbte Bereich des polierten Wafers zerbrochen. Der Querschnitt wurde durch ein Elektronenmikroskop untersucht und Wölbungen (der Tiefe von Ausbuchtungen von der horizontalen Oberfläche des Siliciumnitritfilms) wurde gemessen, um zu finden, dass die Wölbung 630 Å war.
Defekte auf der polierten Oberfläche des PETEOS-Bereichs wurden unter Verwendung eines Wafer-Defekteuntersuchungsgeräts "KLA2351" hergestellt durch KLA-Tencor Corp. untersucht. 100 oder mehr wahllos ausgesuchte Defekte wurden beobachtet, um das Verhältnis von Kratzern zu bestimmen und die Anzahl der Kratzer wurde auf der Grundlage eines derartigen Verhältnisses berechnet. Als ein Ergebnis wurden 250 Kratzer gefunden.
Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 2–4
Die Poliergeschwindigkeiten der Aufschlämmungen (A2)–(A4) und der Aufschlämmungen (B2)–(B4), die jeweils das Ammoniumpolyacrylat in einer in Tabelle 2 beschriebenen Menge enthalten, werden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt. Der Wafer wurde für einen in Tabelle 2 beschriebenen Zeitraum in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 poliert, um die vorher beschriebene Leistungsfähigkeit der Aufschlämmungen zu bewerten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiele 5–6
Aufschlämmungen (A5)–(A8) und Aufschlämmungen (B5)–(B8) wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die gleichen abrasiven Körner (Ceroxidpartikel), die für die Abschlämmung (A) verwendet wurden, zu der Aufschlämmung (B) gegeben wurde, und die Menge der Komponenten wurde wie in Tabelle 3 geändert. Die Poliergeschwindigkeiten dieser Aufschlämmungen wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Der Wafer wurde für einen in der Tabelle 3 gezeigten Zeitraum in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 poliert, um die vorher beschriebene Leistungsfähigkeit der Aufschlämmungen zu bewerten. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiele 9–14
Aufschlämmungen (A9)–(A14) und Aufschlämmungen (B9)–(B14) wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Arten und Mengen der abrasiven Körner und Zusatzstoffe zugegeben zu der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) wie in Tabelle 4 und Tabelle 5 beschrieben geändert wurden und ein Poliergerät ("Mirra" hergestellt durch Applied Materials, Inc.) mit zwei oder mehr Poliertischen verwendet wurde. Die Poliergeschwindigkeiten dieser Aufschlämmungen wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Der Wafer wurde für einen in Tabelle 4 und 5 beschriebenen Zeitraum in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 poliert, um die vorher beschriebene Leistungsfähigkeit der Aufschlämmung zu bewerten. Die Ergebnisse werden in den Tabelle 4 und 5 gezeigt. Im Beispiel 9 wurden unterschiedliche Poliertische für den ersten Schritt und den zweiten Schritt verwendet. In den Beispielen 10 bis 14 wurde der erste Schritt in zwei Stufen unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Poliertischen durchgeführt, während der zweite Schritt durch die Verwendung noch eines anderen Poliertisches durchgeführt wurde. Da unterschiedliche Poliertische verwendet werden, werden die Poliertische in Tabelle 3 als T1, T2 und T3 angegeben. Die gleiche Angabe wurde für die folgenden Beispiele verwendet. In den Tabellen steht "DBS-NH₄" für Ammoniumdodecylbenzolsulfat und "PAA-K" steht für Kaliumpolyacrylat mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 6.000 und einem Neutralisationsgrad von 80%.
Vergleichsbeispiel 1
Der Wafer wurde für einen in Tabelle 6 beschriebenen Zeitraum in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel poliert mit der Ausnahme der Verwendung nur einer Aufschlämmung (A15) mit einer Poliergeschwindigkeit von 1.800 Å/min bei Polieren einer gleichmäßigen Oberfläche aus PETEOS. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 gezeigt.
Vergleichsbeispiele 2–4

Die Poliergeschwindigkeit der Aufschlämmungen (A16)–(A18) und der Aufschlämmungen (B16)–(B18) wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 10 gemessen, mit der Ausnahme, dass die Arten und Mengen der abrasiven Körner und Zusatzstoffe, die zu der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) zugegeben wurden, wie in Tabelle 6 gezeigt geändert wurden, und ein Poliergerät mit einer Mehrzahl von Poliertischen wurde verwendet. Der Wafer wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 für einen in Tabelle 6 beschriebenen Zeitraum poliert, um die vorher beschriebene Leistungsfähigkeit der Aufschlämmungen zu bewerten. Die Ergebnisse werden in der 5 Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 1

	Poliergeschwindigkeit (Å/min)
	Aufschlämmung (A)		Aufschlämmung (B)
Beispiel 1	A1	485	B1	820
Beispiel 2	A2	325	B2	820
Beispiel 3	A3	225	B3	820
Beispiel 4	A4	185	B4	820
Beispiel 5	A5	300	B5	880
Beispiel 6	A6	300	86	1220
Beispiel 7	A7	300	B7	1520
Beispiel 8	A8	300	B8	1900
Beispiel 9	A9	300	B9	750
Beispiel 10	A10	300	810	750
Beispiel 11	A11	450	B11	1520
Beispiel 12	A12	320	B12	1520
Beispiel 13	A13	321	B13	1850
Beispiel 14	A14	340	B14	630
Vgl.-Bsp. 1	A15	1800	815	-
Vgl.-Bsp. 2	A16	3250	816	485
Vgl.-Bsp. 3	A17	510	817	630
Vgl.-Bsp. 4	A18	480	818	550

Das Vergleichsbeispiel 1 in Tabelle 6 ist eine Ausführungsform, die nur den ersten Schritt einsetzt. Es ist ersichtlich, dass der Dickeverlust des Siliciumnitritfilms groß war (720 Å) und das Wölben war groß (3.400 Å). Das Vergleichsbeispiel 2 ist eine Ausführungsform unter Verwendung der Aufschlämmung (B16) mit einer Poliergeschwindigkeit von weniger als 600 Å/min im zweiten Schritt. Das Wölben war groß (1.200 Å), was in Produkten mit schlechter Flachheit resultiert. Zusätzlich gab eines eine sehr große Anzahl von Kratzern (2.150 Kratzer). Das Vergleichsbeispiel 3 ist eine Ausführungsform unter Verwendung der Aufschlämmung (A17) mit einer Poliergeschwindigkeit von mehr als 500 Å/min in dem ersten Schritt. Der Dickeverlust des Siliciumnitridfilms und das Wölben waren schlechter als im Vergleichsbeispiel 2, was in Produkten mit schlechter Flachheit resultierte. Zusätzlich gab eine große Anzahl von Kratzern (1.520 Kratzer). Das Vergleichsbeispiel 4 ist eine Ausführungsform unter Verwendung der Aufschlämmung (B18) mit einer Poliergeschwindigkeit von weniger als 600 Å/min im zweiten Schritt. Ein PETEOS-Teil wurde auf dem Siliciumnitritfilm zurückgelassen, wie durch den Si₃N₄-Verlust von –210 Å in Tabelle 6 angegeben.
Andererseits wiesen die in Beispielen 1 bis 14 polierten Produkte eine hervorragende Flachheit mit einer Wölbung von 1.000 Å oder weniger auf und der Dickeverlust des Siliciumnitridfilms war gering. Die Anzahl der Kratzer war nicht mehr als 500 (105–110 in Beispielen 7–9), was ein problemloses Niveau ist.
Gemäß dem chemisch/mechanischen Polierverfahren für STI der vorliegenden Erfindung können Shallow Trench Isolation-Bereiche wirkungsvoll bei einer ausreichend hohen Poliergeschwindigkeit beim Polieren eines Gegenstandes mit Ausbuchtungen und Einbuchtungen auf der Oberfläche effizient abgeflacht werden. Außerdem ist das Wölben in dem eingebetteten Isolationsteil, in welchem ein isolierendes Material Einbuchtungen auf einem Substrat eingebettet ist, sehr gering, und die Anzahl von Kratzern auf der polierten Oberfläche ist ebenfalls sehr gering. Daher kann ein sehr nützliches chemisch/mechanisches Polierverfahren in der STI-Technologie und ähnlichem zur Verfügung gestellt werden.
Wenn die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) abrasive Körner enthalten, die Ceroxid oder Siliciumoxid oder beides enthalten, können die Mengen an Ceroxid oder Siliciumoxid und die Arten und Mengen der Zusatzstoffe in geeigneter Weise ausgewählt werden, um Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit zu erzeugen. Eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann durch Verwendung derartiger Aufschlämmungen erhalten werden.
Wenn die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) die gleichen oder unterschiedliche organische Säuresalze enthalten, können Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit einfach erhalten werden und eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann erhalten werden.
Wenn die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) die gleichen organischen Säuresalze enthalten, können Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit einfach erhalten werden und eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann erhalten werden wenn der Gehalt des organischen Suresalzes in der Aufschlämmung (A) größer als der Gehalt des Salzes der Aufschlämmung (B) ist.
Wenn das organische Säuresalz wenigstens eine Art ausgewählt aus dem Kaliumsalz der Polyacrylsäure, dem Ammoniumsalz der Polyacrylsäure, dem Kaliumsalz der Dodezylbenzolsulfonsäure und dem Ammoniumsalz der Dodezylbenzolsulfonsäure ist, können Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit einfach erhalten werden und eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann erhalten werden.
Wenn das in sowohl der Aufschlämmung (A) und der Aufschlämmung (B) enthaltene organische Säuresalz das Kaliumsalz der Polyacrylsäure ist, ist der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (A) 1,0 Gew.-% oder mehr, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (B) weniger als 1,0 Gew.-% ist, können Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit einfach erhalten werden und eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann erhalten werden.
Wenn das sowohl in der Aufschlämmung (A) und in der Aufschlämmung (B) enthaltene organische Säuresalz das Ammoniumsalz der Polyacrylsäure ist, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (A) 1,3 Gew.-% oder mehr ist, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (B) weniger als 1,3 Gew.-% ist, können Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit einfach erhalten werden und eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann erhalten werden.
Wenn das sowohl in der Aufschlämmung (A) und in der Aufschlämmung (B) enthaltene organische Säuresalz das Ammoniumsalz der Dodezylbenzolsulfonsäure ist, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (A) 0,03 Gew.-% oder mehr ist, und der Gehalt des organischen Säuresalzes in der Aufschlämmung (B) weniger als 0,03 Gew.-% ist, können Aufschlämmungen mit einer erwünschten Poliergeschwindigkeit einfach erhalten werden, und eine polierte Oberfläche mit exzellenter Flachheit kann erhalten werden.
Wenn ein Gegenstand auf einem Poliertisch, der auf einem Poliergerät vorgesehen ist, poliert wird, und die ersten und zweiten Polierschritte entsprechend auf den gleichen oder unterschiedlichen Poliertischen erfolgen, weist das chemisch/mechanische Polierverfahren eine hervorragende Fähigkeit zur Bearbeitung auf.
Ein chemisch/mechanisches Polierverfahren für das Polieren eines zu polierenden Gegenstandes mit einer unregelmäßigen Oberfläche, der ein Substrat mit Ausbuchtungen und Einbuchtungen, eine auf den Ausbuchtungen des Substrats ausgebildeten Stopperschicht und eine eingebettete Isolierschicht hat, die ausgebildet ist, um die Ausbuchtungen des Substrats und die Stopperschicht zu bedecken, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen ersten Polierschritt des Abflachens der eingebetteten Polierschicht unter Verwendung einer Aufschlämmung (A) umfasst, welche die Poliergeschwindigkeit bei 500 Å/min oder weniger aufrechterhält, und einen zweiten Polierschritt umfasst für das weitere Polieren der eingebetteten Isolationsschicht um zu bewirken, dass die Stopperschicht auf den Ausbuchtungen freigelegt wird, unter Verwendung einer Aufschlämmung (B), welche die Poliergeschwindigkeit bei 600 Å/min oder mehr erhalten kann. Das Verfahren ist nützlich für das Abflachen von Wafern während der Shall Trench Isolation (STI) bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

Claims

Verfahren für das Polieren eines zu polierenden Gegenstands mit einer unregelmäßigen Oberfläche, der ein Substrat mit Ausbuchtungen und Einbuchtungen, eine auf den Ausbuchtungen des Substrats ausgebildeten Stopperschicht und eine eingebettete Isolationsschicht hat, die ausgebildet ist, um die Ausbuchtungen des Substrats und die Stopperschicht zu bedecken, ein chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI bestehend aus: einem ersten Polierschritt des Abflachens der eingebetteten Isolierschicht unter Verwendung einer Aufschlämmung (A) bei einer Poliergeschwindigkeit von 500 Å/min oder weniger bis die eingebettete Isolationsschicht in einem Umfang poliert ist, dass die Oberfläche ohne Ausbuchtungen und Einbuchtungen darauf abgeflacht ist; und einem zweiten Polierschritt des weiteren Polierens der eingebetteten Isolationsschicht, um zu bewirken, dass die Stopperschicht auf den Ausbuchtungen freigelegt wird, unter Verwendung einer Aufschlämmung (B) bei einer Poliergeschwindigkeit von 600 Å/min oder mehr, wobei die Aufschlämmung (B) unterschiedlich von der Aufschlämmung (A) ist.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) abrasive Körner enthalten, die wenigstens eine Art ausgewählt aus Ceroxid und Siliciumoxid umfassen.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung (A) und die Aufschlämmung (B) die gleichen oder unterschiedliche Salze einer organischen Säure enthalten.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 3, wobei der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (A) größer als der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (B) ist, wenn das gleiche Salz einer organischen Säure sowohl für die Aufschlämmung (A) als auch für die Aufschlämmung (B) verwendet wird.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 3, wobei das Salz einer organischen Säure wenigstens ein Typ ausgewählt aus dem Kaliumsalz von Polyacrylsäure, dem Ammoniumsalz der Polyacrylsäure, dem Kaliumsalz der Dodecylbenzolsulfonsäure und dem Ammoniumsalz der Dodecylbenzolsulfonsäure ist.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 3, wobei der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (A) 1,0 Gew.-% oder mehr und der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (B) weniger als 1,0 Gew.-% ist, wenn das Salz einer organischen Säure, das sowohl in der Aufschlämmung (A) als auch in der Aufschlämmung (B) enthalten ist, das Kaliumsalz der Polyacrylsäure ist.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 3, wobei der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (A) 1,3 Gew.-% oder mehr und der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (B) weniger als 1,3 Gew.-% ist, wenn das Salz einer organischen Säure, das sowohl in der Aufschlämmung (A) als auch in der Aufschlämmung (B) enthalten ist, das Ammoniumsalz der Polyacrylsäure ist.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 3, wobei der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (A) 0,03 Gew.-% oder mehr und der Gehalt des Salzes einer organischen Säure in der Aufschlämmung (B) weniger als 0,03 Gew.-% ist, wenn das Salz einer organischen Säure, das sowohl in der Aufschlämmung (A) als auch in der Aufschlämmung (B) enthalten ist, das Ammoniumsalz der Dodecylbenzolsulfonsäure ist.
Chemisch/mechanisches Polierverfahren für STI nach Anspruch 1, wobei ein zu polierender Gegenstand auf einem Poliertisch, der auf einer Poliervorrichtung vorgesehen ist, poliert wird, und die ersten und zweiten Polierschritte entsprechend auf dem gleichen oder unterschiedlichen Poliertisch(en) durchgeführt werden.