JP2001284296A - 研磨性スラリー及びその使用 - Google Patents

研磨性スラリー及びその使用

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JP2001284296A JP2001056718A JP2001056718A JP2001284296A JP 2001284296 A JP2001284296 A JP 2001284296A JP 2001056718 A JP2001056718 A JP 2001056718A JP 2001056718 A JP2001056718 A JP 2001056718A JP 2001284296 A JP2001284296 A JP 2001284296A
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cerium
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water
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Sai Min-Shon
サイ ミン−ション
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Eternal Materials Co Ltd
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Eternal Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 半導体又は集積回路(IC)の製造工程
において使用するための研磨性スラリー。該研磨性スラ
リーは、酸化セリウム、アルミニウムの水酸化物、セリ
ウム塩及び水、並びに任意に、該スラリーのpHを5未
満に調整するための酸性物質を含有する。 【効果】 本発明の研磨性スラリーは、半導体又はIC
の製造工程の浅溝(トレンチ)分離(STI)におい
て、絶縁された誘電体層用の研磨剤として特に有用であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体又は集積回
路の製造法において使用する研磨性スラリーに関する。
詳細には、本発明の研磨性スラリーは、浅溝(トレン
チ)分離(STI)法において、誘電体の平坦化に有用
である。
【0002】
【従来の技術】酸化セリウムは二酸化ケイ素を高速度で
研磨することができるので、従来の適用ではガラスの研
磨に使用されていた。しかしながら、IC製造工程にお
いて二酸化ケイ素誘電体を研磨するために、従来、ヒュ
ームドシリカ又はコロイダルシリカから調製したスラリ
ーを使用して、絶縁された誘電体を研磨していた。これ
らのスラリーにおいては、水酸化カリウムの添加がスラ
リーの研磨速度を高めるために必要である。水酸化カリ
ウムを使用した場合、アルカリイオンの拡散に関連する
問題のため、および二酸化ケイ素/窒化ケイ素について
許容される研摩選択性を与えることが不可能であるた
め、これらの従来使用された研磨性スラリーは、浅溝分
離法における誘電体の研磨に適していない。IC及び半
導体の製造工程に有効に使用でき、そして窒化ケイ素よ
りも二酸化ケイ素を優先的に研磨する、高い研磨選択性
を与える研磨性組成物が依然として要求されている。
【0003】米国特許第5,26,010号は半導体の
表面を研磨する際に使用するための研磨性スラリーを開
示し、該スラリーは酸化セリウム、ヒュームドシリカ、
沈降シリカおよび水を含む。この特許はまた、該スラリ
ーに界面活性剤を懸濁剤として添加することも開示す
る。
【0004】米国特許第5,759,917号は、半導
体及び集積回路の製造中に二酸化ケイ素(SiO2)及
び窒化ケイ素(Si34)を研磨しそして高いSiO2
/Si 34除去選択性を達成するための化学的―機械的
研磨性組成物を開示する。該組成物は塩、可溶性セリウ
ム化合物,及びカルボン酸を含み、3〜11の範囲のp
Hを有する。
【0005】米国特許第5,891,205号は、半導
体デバイスの酸化物層を研磨するための化学的―機械的
研磨性スラリーを使用する方法を開示する。該研磨性ス
ラリーは酸化セリウムと二酸化ケイ素の混合研磨性粒子
を含有するアルカリ水性分散体を含む。
【0006】米国特許第5,766,279号は、酸化
セリウムと酸化ケイ素の微粒子を基材とした研磨性スラ
リーを開示する。該研磨性スラリーは、酸化セリウム微
粒子とシリカゾルとを混合し、該混合物を乾燥及び熱処
理し、そして該材料を液体媒体と混合することにより調
製できる。
【0007】米国特許第5,938,505号は、半導
体の製造法における浅溝分離工程に使用し、酸化ケイ素
/窒化ケイ素除去選択性を高める研磨性スラリーを開示
する。該研磨性はテトラメチルアンモニウムの塩、塩基
及び過酸化水素を含み、ここでテトラメチルアンモニウ
ムの塩は好ましくはフッ化テトラメチルアンモニウムで
あり、そして該スラリーは好ましくは11と13の間の
pHを有する。
【0008】台湾特許公報第301024号は、100
重量部のアルミナ又はシリカと、5〜25重量部の酸化
セリウムとを含む研磨性組成物を開示する。
【0009】特開平10−233378号はSTI平坦
化工程に使用する化学的−機械的研磨性スラリーを開示
する。該スラリーは11と13の間のpHを有し、8〜
16%の高い固形物含量を有し、そしてフッ化化合物を
含む。該スラリーは10:1の酸化物対窒化物除去選択
性を与えることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】酸化セリウムをSTI
平坦化工程用の研磨性スラリーにおける研磨剤として使
用した場合、酸化セリウムは高密度のためにスラリー中
に容易に沈殿するであろう。しかしながら、従来技術で
は、酸化セリウムの懸濁性を向上させるための有効な方
法について教示又は示唆されていなかった。従来技術は
研磨性スラリーの懸濁性を改良するために界面活性剤の
使用を開示したが、貯蔵期間中に研磨性粒子の重力によ
る沈殿が起こる。このとき、該粒子は優れた流動性を有
するので、粒子は再配列しそして不可逆の細かいケーキ
を形成するであろう。従って、本発明は、酸化セリウム
に関連した沈殿の問題を克服しそして有利な酸化ケイ素
/窒化ケイ素除去選択性を与える研磨性スラリーを提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体又は集
積回路(IC)の製造工程において使用する研磨性スラ
リーを提供する。本発明の研磨性スラリーは、酸化セリ
ウム(CeO2)、アルミニウムの水酸化物、セリウム
塩及び水、並びに任意に、スラリーのpHを5未満に調
整するための酸性物質を含有する。本発明の研磨性スラ
リーは、半導体又はICの製造工程の浅溝分離(ST
I)加工において、絶縁された誘電体層用の研磨剤とし
て特に有用である。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体又は集積回路
(IC)の製造工程において使用する研磨性スラリーを
提供する。本発明の研磨性スラリーは、酸化セリウム、
アルミニウムの水酸化物、セリウム塩及び水、並びに任
意に、スラリーのpHを5未満に調整するための酸性物
質を含有する。本発明の研磨性スラリーは、半導体又は
ICの製造工程の浅溝分離(STI)加工において、絶
縁された誘電体層用の研磨剤として特に有用である。
【0013】本発明者は、本発明の研磨性スラリーに含
有されるアルミニウムの水酸化物が酸性条件下で酸化セ
リウムの懸濁性を向上させることを見出した。酸性条件
下では、アルミニウムの水酸化物は酸化セリウムの表面
上に皮膜を形成し、酸化セリウムが水性媒体中に均一に
懸濁することができると考えられる。アルミニウムの水
酸化物で被覆された酸化セリウム粒子はチキソトロピー
挙動を示すであろう。チキソトロピー挙動から生じる粒
子間の相互作用により、酸化セリウム粒子は沈殿又は可
逆的凝集をしないであろう。本発明者は、酸化セリウム
がアルミニウムの水酸化物で被覆されると、酸化セリウ
ムの酸化ケイ素に対する活性が減少し、その結果、得ら
れたスラリーにより達成される研磨速度もまた減少する
であろうことを更に見出した。従って、本発明の組成物
は、酸化セリウムの表面の不活化に関連した問題を克服
し、同時に酸化ケイ素/窒化ケイ素の研磨選択性を向上
させるために、更にセリウムの塩を含む。以下に示され
る実施例によると、本発明の研磨性スラリーは、5より
大きく、好ましくは7より大きく、そして最も好ましく
は10まで又は10以上までの酸化ケイ素/窒化ケイ素
の研磨選択性を与えることができる。
【0014】従って、本発明のスラリーに使用されるア
ルミニウムの水酸化物は、酸化セリウムの懸濁性を向上
させることができるあらゆるものであることができる。
アルミニウムの水酸化物の例には、ベーマイト、擬ベー
マイト、アルミニウムゾル若しくは水酸化アルミニウ
ム、又はこれらの物質の2種以上の混合物が含まれる。
本発明の好ましい態様によると、研磨性スラリーが10
0重量部の水を含む場合、アルミニウムの水酸化物の量
は0.1〜5重量部の範囲であり得る。
【0015】本発明の研磨性スラリーに使用されるセリ
ウム塩は当業界で知られるいかなるものであってもよ
く、好ましくは水溶性である。セリウム塩の例には、硝
酸セリウムアンモニウムのような硝酸セリウム塩、硫酸
セリウム、塩化セリウム、炭酸セリウム、及びこれらの
化合物の2種以上の混合物が含まれる。本発明のスラリ
ーは水100重量部を基準にして0.01〜2重量部の
セリウム塩を含み得る。
【0016】本発明の研磨性スラリーは任意に、該スラ
リーのpHを5未満にするために酸性物質を含んでもよ
い。該酸性物質はpH値を調整するために慣用のいかな
るものでもよく、例えば硝酸、塩酸、酢酸、燐酸、硫
酸、又はそれらの酸の2種以上の混合物であることがで
きる。
【0017】本発明を下記の実施例で更に記述するが、
本発明はこれらの実施例に限定されない。本発明を参照
して当業者が容易になし得る修正又は変更は、本発明の
範囲内にある。
【0018】
【実施例】
C.ウェハー:酸化ケイ素フィルム及び窒化ケイ素フィ
ルム;シリコン バレーミクロエレクトロニクス社から
市販;これは、0.85±5%ミクロンの厚さの酸化ケ
イ素フィルム及び窒化ケイ素フィルムを6インチのシリ
コンウェハー上にLPCVD−付着することにより得ら
れる。
【0019】研磨試験の手順 研磨試験の前及び後に、研磨すべきウェハーの厚さを厚
さ測定手段により測定しなければならない。本発明は、
KLA−テンカー(Tencor)社から販売のモデル
SM 300を使用して誘電体フィルム厚さを決定し
た。研磨速度は次のようにして決定される:誘電体フィ
ルムの厚さT1をまず、モデルSM 300の上記装置
で決定する。該フィルムを例示のスラリーにより、上記
条件下で1分間研磨する。その後、ウェハーをソリッド
ステート イクイップメント社から市販のエバーグリ
ーンモデル(Evergreen Model)10X
により清浄にする。該ウェハーをスプレー乾燥した後、
誘電体フィルムの厚さT2をモデルSM 300の装置
で測定する。例示のスラリーについての誘電体フィルム
の研磨速度をT1−T2で表す。
【0020】実施例1 研磨スラリーは、100重量部の脱イオン水に1重量部
のCeO2を添加することにより調製した。得られたス
ラリーについての研磨試験の結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】実施例2 100重量部の脱イオン水にいろいろな重量部のCeO
2及び0.1重量部の硝酸を、いろいろな重量部のベー
マイトと組み合わせて添加することにより、実施例2〜
7のスラリーを調製した。得られたスラリーについての
研磨試験の結果を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】実施例8〜14 100重量部の脱イオン水に1重量部のCeO2及び
0.1重量部の硝酸を、いろいろな重量部のベーマイト
及び適当量の硝酸セリウムアンモニウム((NH 42
e(NO36)と組み合わせて添加することにより、実
施例8〜14のスラリーを調製した。得られたスラリー
についての研磨試験の結果を表3に示す。
【0025】
【表3】
【0026】実施例15 100重量部の脱イオン水に、1重量部のCeO2
0.5重量部のベーマイト及び0.1重量部の硝酸セリ
ウムアンモニウムと組み合わせて添加することにより、
実施例15のスラリーを調製した。得られたスラリーに
ついての研磨試験の結果を表4に示す。
【0027】
【表4】
【0028】
【発明の効果】本発明の研磨性スラリーは、半導体又は
ICの製造工程の浅溝(トレンチ)分離(STI)にお
いて、絶縁された誘電体層用の研磨剤として特に有用で
ある。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CeO2、アルミニウムの水酸化物、セ
    リウム塩及び水、並びに任意に、スラリーのpHを5未
    満に調整するための酸性物質を含有する研磨性スラリ
    ー。
  2. 【請求項2】 CeO2が、水100重量部に対して
    0.5〜10重量部の範囲の量で存在する、請求項1記
    載のスラリー。
  3. 【請求項3】 アルミニウムの水酸化物がベーマイト、
    擬ベーマイト、アルミニウムゾル、水酸化アルミニウ
    ム、及びこれらの物質の2種以上の混合物から成る群か
    ら選ばれる、請求項1記載のスラリー。
  4. 【請求項4】 アルミニウムの水酸化物が、水100重
    量部に対して0.1〜5重量部の範囲の量で存在する、
    請求項1記載のスラリー。
  5. 【請求項5】 セリウム塩が水溶性塩である請求項1記
    載のスラリー。
  6. 【請求項6】 セリウム塩が硝酸セリウムアンモニウ
    ム、硫酸セリウム、塩化セリウム、炭酸セリウム、又は
    それらの混合物から選ばれる、請求項5記載のスラリ
    ー。
  7. 【請求項7】 セリウム塩が、水100重量部に対して
    0.01〜2重量部の範囲の量で存在する、請求項1記
    載のスラリー。
  8. 【請求項8】 酸性物質が硝酸、塩酸、酢酸、燐酸、硫
    酸、又はそれらの混合物から選ばれる請求項1記載のス
    ラリー。
  9. 【請求項9】 半導体又は集積回路の製造工程における
    浅溝誘電体を研磨する方法において、該浅溝誘電体を、
    CeO2、アルミニウムの水酸化物、セリウム塩及び
    水、並びに任意に、スラリーのpHを5未満に調整する
    ための酸性物質を含有する研磨性スラリーで研磨するこ
    とを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】 上記スラリーが、水100重量部に対
    して0.5〜10重量部のCeO2を含む、請求項9記
    載の方法。
  11. 【請求項11】 アルミニウムの水酸化物がベーマイ
    ト、擬ベーマイト、アルミニウムゾル、水酸化アルミニ
    ウム、及びこれらの物質の2種以上の混合物から成る群
    から選ばれる、請求項9記載の方法。
  12. 【請求項12】 上記スラリーが、水100重量部に対
    して0.1〜5重量部のアルミニウムの水酸化物を含
    む、請求項9記載の方法。
  13. 【請求項13】 セリウム塩が水溶性塩である請求項9
    記載の方法。
  14. 【請求項14】 セリウム塩が硝酸セリウムアンモニウ
    ム、硫酸セリウム、塩化セリウム、炭酸セリウム、又は
    それらの混合物から選ばれる、請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 上記スラリーが、水100重量部に対
    して0.01〜2重量部のセリウム塩を含む、請求項9
    記載の方法。
  16. 【請求項16】 上記酸性物質が硝酸、塩酸、酢酸、燐
    酸、硫酸、又はそれらの混合物から選ばれる、請求項9
    記載の方法。
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