JP2002305167A - 化学機械的研磨液及び化学機械的研磨方法 - Google Patents
化学機械的研磨液及び化学機械的研磨方法Info
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Abstract
(57)【要約】
【課題】化学機械的研磨液を提供する。
【解決手段】研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節剤及びポ
リエチレンイミンを含む研磨液を使用すれば、ポリシリ
コン層のような導電層のＣＭＰ時に同時に露出されるシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を調節でき
る。また、ポリエチレンイミン及びコリン誘導体を添加
した研磨液はシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去
率の減少においてシナジー効果を生じ、コリン誘導体の
含有量を調節してシリコン酸化膜の除去率及びシリコン
窒化膜の除去率の相対的な割合を調節できる。
リエチレンイミンを含む研磨液を使用すれば、ポリシリ
コン層のような導電層のＣＭＰ時に同時に露出されるシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を調節でき
る。また、ポリエチレンイミン及びコリン誘導体を添加
した研磨液はシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去
率の減少においてシナジー効果を生じ、コリン誘導体の
含有量を調節してシリコン酸化膜の除去率及びシリコン
窒化膜の除去率の相対的な割合を調節できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械的研磨
（以下、ＣＭＰ）工程に使用される研磨液及び化学機械
的研磨方法に係り、特に、ポリシリコン層の研磨時に露
出されるシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を
調節できる研磨液及び化学機械的研磨方法に関する。
（以下、ＣＭＰ）工程に使用される研磨液及び化学機械
的研磨方法に係り、特に、ポリシリコン層の研磨時に露
出されるシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を
調節できる研磨液及び化学機械的研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＰ工程は、フォトリソグラフィにお
いてＰＥ−ＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ−Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）工程
と共にサブミクロンのチップの製造において必要な工程
である。ＣＭＰ工程により半導体基板を平坦化させる過
程において、研磨テーブル上に置かれた研磨パッドの表
面上にウェハを接触させた状態で研磨液を供給すると、
ウェハと研磨パッドとの間にその研磨液が流れる。研磨
テーブルを回動させ、ウェハの上部に位置する研磨ヘッ
ドを回動及び揺動させつつ一定の圧力をウェハに加え
る。この時、研磨液の内部にある研磨粒子及びパッドの
表面突起により機械的な除去作用がなされ、研磨液内の
化学成分によっては化学的な除去作用がなされることに
より半導体基板が平坦化される。このようなＣＭＰ技術
では研磨速度及び平坦化度が重要であり、これらはＣＭ
Ｐ装備の工程条件、研磨液の種類、パッドの種類などに
よって決定される。
いてＰＥ−ＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ−Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ）工程
と共にサブミクロンのチップの製造において必要な工程
である。ＣＭＰ工程により半導体基板を平坦化させる過
程において、研磨テーブル上に置かれた研磨パッドの表
面上にウェハを接触させた状態で研磨液を供給すると、
ウェハと研磨パッドとの間にその研磨液が流れる。研磨
テーブルを回動させ、ウェハの上部に位置する研磨ヘッ
ドを回動及び揺動させつつ一定の圧力をウェハに加え
る。この時、研磨液の内部にある研磨粒子及びパッドの
表面突起により機械的な除去作用がなされ、研磨液内の
化学成分によっては化学的な除去作用がなされることに
より半導体基板が平坦化される。このようなＣＭＰ技術
では研磨速度及び平坦化度が重要であり、これらはＣＭ
Ｐ装備の工程条件、研磨液の種類、パッドの種類などに
よって決定される。
【０００３】一方、半導体素子の集積度が高くなるのに
伴い、ビットラインまたはストレージ電極を半導体基板
の活性領域に連結させるためのプラグを形成するために
は、ビットラインと半導体基板との間、またはストレー
ジ電極と半導体基板との間に挟まれる層間シリコン酸化
膜内に自己整列方式のコンタクトホールを形成してい
る。次に、コンタクトホールをポリシリコン層により充
填した後、層間シリコン酸化膜の表面が露出されるまで
（部分）ＣＭＰ工程を行った。ところで、半導体チップ
において、多数のゲート電極の各々が配置された位置に
よってＣＭＰ後の層間シリコン酸化膜の厚さが不均一に
なる問題があるので、ＣＭＰ工程を層間シリコン酸化膜
内に形成されたゲート電極の上部のキャッピング膜（シ
リコン窒化膜）まで行っている。このようなＣＭＰ工程
を全体ＣＭＰという。
伴い、ビットラインまたはストレージ電極を半導体基板
の活性領域に連結させるためのプラグを形成するために
は、ビットラインと半導体基板との間、またはストレー
ジ電極と半導体基板との間に挟まれる層間シリコン酸化
膜内に自己整列方式のコンタクトホールを形成してい
る。次に、コンタクトホールをポリシリコン層により充
填した後、層間シリコン酸化膜の表面が露出されるまで
（部分）ＣＭＰ工程を行った。ところで、半導体チップ
において、多数のゲート電極の各々が配置された位置に
よってＣＭＰ後の層間シリコン酸化膜の厚さが不均一に
なる問題があるので、ＣＭＰ工程を層間シリコン酸化膜
内に形成されたゲート電極の上部のキャッピング膜（シ
リコン窒化膜）まで行っている。このようなＣＭＰ工程
を全体ＣＭＰという。
【０００４】図１ないし図３は、全体ＣＭＰ工程を説明
している。図１において、半導体基板１０の上に多数の
ゲート電極構造体Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６
及びＧ７が形成されている。ゲート電極構造体の各々は
順次に形成されたゲート絶縁膜１２、ポリシリコン層１
４、金属シリサイド層１６及びキャッピング膜１８と、
これらの側壁に形成されたスペーサ２０とを含む。ゲー
ト電極構造体が形成された半導体基板１０の全面には層
間絶縁膜２２が形成されている。キャッピング膜１８及
びスペーサ２０は層間絶縁膜２２に対してエッチング選
択比が大きい物質から形成され、層間絶縁膜２２は通常
シリコン酸化膜から形成され、キャッピング膜１８及び
スペーサ２０はシリコン窒化膜から形成される。層間絶
縁膜２２の上部の所定部分にマスク２４を形成した後に
層間絶縁膜２２をエッチングして、ゲート電極構造体Ｇ
２とゲート電極構造体Ｇ３との間、ゲート電極構造体Ｇ
３とゲート電極構造体Ｇ４との間及びゲート電極構造体
Ｇ４とゲート電極構造体Ｇ５との間にコンタクトホール
１９を形成する。
している。図１において、半導体基板１０の上に多数の
ゲート電極構造体Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６
及びＧ７が形成されている。ゲート電極構造体の各々は
順次に形成されたゲート絶縁膜１２、ポリシリコン層１
４、金属シリサイド層１６及びキャッピング膜１８と、
これらの側壁に形成されたスペーサ２０とを含む。ゲー
ト電極構造体が形成された半導体基板１０の全面には層
間絶縁膜２２が形成されている。キャッピング膜１８及
びスペーサ２０は層間絶縁膜２２に対してエッチング選
択比が大きい物質から形成され、層間絶縁膜２２は通常
シリコン酸化膜から形成され、キャッピング膜１８及び
スペーサ２０はシリコン窒化膜から形成される。層間絶
縁膜２２の上部の所定部分にマスク２４を形成した後に
層間絶縁膜２２をエッチングして、ゲート電極構造体Ｇ
２とゲート電極構造体Ｇ３との間、ゲート電極構造体Ｇ
３とゲート電極構造体Ｇ４との間及びゲート電極構造体
Ｇ４とゲート電極構造体Ｇ５との間にコンタクトホール
１９を形成する。
【０００５】ところで、コンタクトホール１９の形成工
程は乾式エッチングを利用して行われるが、この時、ゲ
ート電極構造体Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５のキャッピング
膜１８ａが損傷を受けて、マスク２４の下部に位置して
いたゲート電極構造体Ｇ１、Ｇ６、Ｇ７のキャッピング
膜１８よりも薄くなる。
程は乾式エッチングを利用して行われるが、この時、ゲ
ート電極構造体Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５のキャッピング
膜１８ａが損傷を受けて、マスク２４の下部に位置して
いたゲート電極構造体Ｇ１、Ｇ６、Ｇ７のキャッピング
膜１８よりも薄くなる。
【０００６】マスク２４を除去した後、図２に示すよう
に、コンタクトホールの部分を含めて層間絶縁膜２２の
全面にポリシリコン層１６を形成する。
に、コンタクトホールの部分を含めて層間絶縁膜２２の
全面にポリシリコン層１６を形成する。
【０００７】次に、ポリシリコン層２６をＣＭＰする。
ところで、ゲート電極構造体Ｇ１、Ｇ６及びＧ７のキャ
ッピング膜１８が、プラグが形成される領域に配置され
たゲート電極構造体Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５のキャッピ
ング膜１８ａよりも厚いため、ＣＭＰ工程はキャッピン
グ膜１８の上面で止まってしまう。このため、コンタク
トホールを充填するプラグ２６ａはＣＭＰ工程が完了し
た後にも分離されていない状態となる。しかしながら、
表１に示されたように、通常使用する研磨液はシリコン
酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率が大きいため、これ
を使ってプラグ２６ａを分離するための追加ＣＭＰ工程
を行えば、ゲート電極構造体の上部のキャッピング膜１
８、１８ａが完全に除去されてゲート電極が損傷を受け
る。
ところで、ゲート電極構造体Ｇ１、Ｇ６及びＧ７のキャ
ッピング膜１８が、プラグが形成される領域に配置され
たゲート電極構造体Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５のキャッピ
ング膜１８ａよりも厚いため、ＣＭＰ工程はキャッピン
グ膜１８の上面で止まってしまう。このため、コンタク
トホールを充填するプラグ２６ａはＣＭＰ工程が完了し
た後にも分離されていない状態となる。しかしながら、
表１に示されたように、通常使用する研磨液はシリコン
酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率が大きいため、これ
を使ってプラグ２６ａを分離するための追加ＣＭＰ工程
を行えば、ゲート電極構造体の上部のキャッピング膜１
８、１８ａが完全に除去されてゲート電極が損傷を受け
る。
【０００８】
【表１】
【０００９】表１は、ウェハ上のポリシリコン層、シリ
コン酸化膜としてのＰＥ−ＴＥＯＳ及びシリコン窒化膜
（Ｓｉ３Ｎ４）を同時に研磨する場合の除去率を示した
ものであり、研磨工程の条件は次の通りである。キャボ
ット社（Ｃａｂｏｔ ｃｏ．）のヒュームドシリカを含
むＳＳ−２５（商標名）研磨原液を脱イオン水と１：１
で希釈した研磨液を使用し、研摩器として使用されたプ
レシ（Ｐｒｅｓｉ）社の研摩器の研磨ヘッドの下降力は
５ｐｓｉに、研磨テーブルの速度は６５ｒｐｍに調整し
た。
コン酸化膜としてのＰＥ−ＴＥＯＳ及びシリコン窒化膜
（Ｓｉ３Ｎ４）を同時に研磨する場合の除去率を示した
ものであり、研磨工程の条件は次の通りである。キャボ
ット社（Ｃａｂｏｔ ｃｏ．）のヒュームドシリカを含
むＳＳ−２５（商標名）研磨原液を脱イオン水と１：１
で希釈した研磨液を使用し、研摩器として使用されたプ
レシ（Ｐｒｅｓｉ）社の研摩器の研磨ヘッドの下降力は
５ｐｓｉに、研磨テーブルの速度は６５ｒｐｍに調整し
た。
【００１０】言い換えれば、表１に示されたように、ポ
リシリコン層の除去時に共に除去されるシリコン酸化膜
及びシリコン窒化膜の除去率が大きいためにゲート電極
が損傷を受ける可能性が高く、その結果、ポリシリコン
層のＣＭＰ工程マージンを確保し難い。
リシリコン層の除去時に共に除去されるシリコン酸化膜
及びシリコン窒化膜の除去率が大きいためにゲート電極
が損傷を受ける可能性が高く、その結果、ポリシリコン
層のＣＭＰ工程マージンを確保し難い。
【００１１】この理由から、ポリシリコンプラグを分離
するための追加ＣＭＰ工程を勘案してゲート電極構造体
のキャッピング膜１８をより厚く蒸着し、ポリシリコン
層の除去率は高く保ちつつシリコン酸化膜及びシリコン
窒化膜の除去率が小さい研磨液が必要になった。さらに
は、追加ＣＭＰ工程において、キャッピング膜１８、１
８ａであるシリコン窒化膜よりもコンタクトホールが形
成されていないゲート電極構造体の間を充填する層間絶
縁膜２２ａをさらに除去できる研磨液も必要になった。
するための追加ＣＭＰ工程を勘案してゲート電極構造体
のキャッピング膜１８をより厚く蒸着し、ポリシリコン
層の除去率は高く保ちつつシリコン酸化膜及びシリコン
窒化膜の除去率が小さい研磨液が必要になった。さらに
は、追加ＣＭＰ工程において、キャッピング膜１８、１
８ａであるシリコン窒化膜よりもコンタクトホールが形
成されていないゲート電極構造体の間を充填する層間絶
縁膜２２ａをさらに除去できる研磨液も必要になった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする技術的課題は、ポリシリコンプラグを形成
するためのポリシリコン層の全体ＣＭＰ時に露出してい
て該ポリシリコン層と共にエッチングされるシリコン酸
化膜及びシリコン窒化膜の除去率を小さくすることがで
きる研磨液を提供するところにある。
しようとする技術的課題は、ポリシリコンプラグを形成
するためのポリシリコン層の全体ＣＭＰ時に露出してい
て該ポリシリコン層と共にエッチングされるシリコン酸
化膜及びシリコン窒化膜の除去率を小さくすることがで
きる研磨液を提供するところにある。
【００１３】本発明が解決しようとする他の技術的課題
は、ポリシリコンプラグの短絡を防止するためのポリシ
リコン層の追加ＣＭＰ工程時に露出していてエッチング
されるシリコン酸化膜の除去率が、該シリコン酸化膜と
共にエッチングされるシリコン窒化膜の除去率よりも高
い研磨液を提供するところにある。
は、ポリシリコンプラグの短絡を防止するためのポリシ
リコン層の追加ＣＭＰ工程時に露出していてエッチング
されるシリコン酸化膜の除去率が、該シリコン酸化膜と
共にエッチングされるシリコン窒化膜の除去率よりも高
い研磨液を提供するところにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決
するために、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節剤、及
び、ポリエチレンイミン（［−ＣＨ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２
ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘ［−ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２−］ｙの
分子構造を有し、ここで、ｘ及びｙは正の整数）を含む
研磨液を組成する。この研磨液を使用すれば、ポリシリ
コン層のような導電層のＣＭＰ時に同時に露出されるシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を調節できる
（すなわち、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去
率を低めることができる）。この時のポリエチレンイミ
ンは全体研磨液を基準として０．０２ｗｔ％以上含まれ
ていることが望ましい。０．０２ｗｔ％のポリエチレン
イミンが含まれた研磨液を使用すれば、ポリシリコンの
除去率は６，０００（Å／分）以上である時、シリコン
酸化膜の除去率は約２００（Å／分）以下であり、シリ
コン窒化膜の除去率は約３５０（Å／分）以下である。
ポリエチレンイミンの含有量によって具体的な除去率は
変わりうる。
するために、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節剤、及
び、ポリエチレンイミン（［−ＣＨ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２
ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘ［−ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２−］ｙの
分子構造を有し、ここで、ｘ及びｙは正の整数）を含む
研磨液を組成する。この研磨液を使用すれば、ポリシリ
コン層のような導電層のＣＭＰ時に同時に露出されるシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を調節できる
（すなわち、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去
率を低めることができる）。この時のポリエチレンイミ
ンは全体研磨液を基準として０．０２ｗｔ％以上含まれ
ていることが望ましい。０．０２ｗｔ％のポリエチレン
イミンが含まれた研磨液を使用すれば、ポリシリコンの
除去率は６，０００（Å／分）以上である時、シリコン
酸化膜の除去率は約２００（Å／分）以下であり、シリ
コン窒化膜の除去率は約３５０（Å／分）以下である。
ポリエチレンイミンの含有量によって具体的な除去率は
変わりうる。
【００１５】一方、ポリエチレンイミンが含まれた研磨
液にコリン誘導体をさらに含めれば、酸化膜及び窒化膜
の除去率を低めるに当たってシナジー効果が生じる。こ
のようにコリン誘導体が含まれる場合には、ポリエチレ
ンイミンの含有量は０．０２ｗｔ％よりも小さくても酸
化膜及び窒化膜の除去率の減少効果が大きい。コリン誘
導体としては、例えば、コリンクロライド、コリンベー
ス、コリンブロマイド、コリンアイオダイド、コリンジ
ハイドロジェンシトレイト、コリンビタルトレイト、コ
リンビカルボネイト、コリンシトレイト、コリンアスコ
ベイト、コリンボレイト、コリンテオフィリネイト、コ
リングルコネイト、アセチルコリンクロライド、アセチ
ルコリンブロマイド及びメタコリンクロライドよりなる
群から選ばれたいずれか一種を使用することができる。
液にコリン誘導体をさらに含めれば、酸化膜及び窒化膜
の除去率を低めるに当たってシナジー効果が生じる。こ
のようにコリン誘導体が含まれる場合には、ポリエチレ
ンイミンの含有量は０．０２ｗｔ％よりも小さくても酸
化膜及び窒化膜の除去率の減少効果が大きい。コリン誘
導体としては、例えば、コリンクロライド、コリンベー
ス、コリンブロマイド、コリンアイオダイド、コリンジ
ハイドロジェンシトレイト、コリンビタルトレイト、コ
リンビカルボネイト、コリンシトレイト、コリンアスコ
ベイト、コリンボレイト、コリンテオフィリネイト、コ
リングルコネイト、アセチルコリンクロライド、アセチ
ルコリンブロマイド及びメタコリンクロライドよりなる
群から選ばれたいずれか一種を使用することができる。
【００１６】特に、ポリエチレンイミンは約０．５ｗｔ
％、そして前記コリンクロライドは約１．３ｗｔ％添加
した研磨液を使用すれば、ポリシリコン層のＣＭＰ時に
シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率が低い状態
を保ちつつも、シリコン酸化膜の除去率がシリコン窒化
膜の除去率よりも若干大きくなるので、ポリエチレンイ
ミン及びコリン誘導体が添加された研磨液は全体ＣＭＰ
工程を利用したプラグ形成及びノード分離時に有効に使
用できる。
％、そして前記コリンクロライドは約１．３ｗｔ％添加
した研磨液を使用すれば、ポリシリコン層のＣＭＰ時に
シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率が低い状態
を保ちつつも、シリコン酸化膜の除去率がシリコン窒化
膜の除去率よりも若干大きくなるので、ポリエチレンイ
ミン及びコリン誘導体が添加された研磨液は全体ＣＭＰ
工程を利用したプラグ形成及びノード分離時に有効に使
用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を詳細に説明する。
を詳細に説明する。
【００１８】本発明の好適な実施の形態による研磨液
は、例えば、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節剤（ｐＨ
＝１１）及び界面活性剤などを含んでいる。研磨剤は、
研摩器から圧力を受けて機械的に半導体基板の表面を研
磨する作用をするものであって、使用用途及び研磨度に
応じて適当な強度、粒径及び化学的特性を有する物質を
選んで使用したり、幾つかの種類の物質を混ぜて使用し
たりすることができる。一般に使用される研磨剤として
は、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニ
ア、ゲルマニア、セリアなどのような金属酸化物が挙げ
られる。ｐＨ調節剤は、研磨液のｐＨを調節して研磨剤
の分散状態を最適化させるものである。
は、例えば、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節剤（ｐＨ
＝１１）及び界面活性剤などを含んでいる。研磨剤は、
研摩器から圧力を受けて機械的に半導体基板の表面を研
磨する作用をするものであって、使用用途及び研磨度に
応じて適当な強度、粒径及び化学的特性を有する物質を
選んで使用したり、幾つかの種類の物質を混ぜて使用し
たりすることができる。一般に使用される研磨剤として
は、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニ
ア、ゲルマニア、セリアなどのような金属酸化物が挙げ
られる。ｐＨ調節剤は、研磨液のｐＨを調節して研磨剤
の分散状態を最適化させるものである。
【００１９】界面活性剤としては、研磨液の保管温度、
老化などによるゲル化及び粒子の沈殿現象を最小限に抑
えると共に、研磨剤の分散安定性を維持するための分散
剤、研磨剤による機械的研磨に化学的研磨効果を加えて
研磨速度及び研磨効率を向上させるための研磨加速剤、
ｐＨの変化による粒子の分散性への影響をできる限り抑
えるための緩衝溶液などが使用されたりもする。
老化などによるゲル化及び粒子の沈殿現象を最小限に抑
えると共に、研磨剤の分散安定性を維持するための分散
剤、研磨剤による機械的研磨に化学的研磨効果を加えて
研磨速度及び研磨効率を向上させるための研磨加速剤、
ｐＨの変化による粒子の分散性への影響をできる限り抑
えるための緩衝溶液などが使用されたりもする。
【００２０】本発明の好適な実施の形態による研磨液
は、前述した成分のほかに、シリコン窒化膜及びシリコ
ン酸化膜の除去率を低めることができる添加剤をさらに
含む。添加剤としては、例えばポリエチレンイミン（以
下、ＰＥＩ）を使用することができる。ＰＥＩは［−Ｃ
Ｈ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘ［−ＣＨ２
ＣＨ２ＮＨ２−］ｙの分子構造（ここで、ｘ及びｙは正
の整数）を有している。ＰＥＩは、研磨液に対して０．
１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％が添加されることが好まし
い。ここで、研磨液とは、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ
調節剤、界面活性剤及びＰＥＩが含まれた結果物を意味
する。
は、前述した成分のほかに、シリコン窒化膜及びシリコ
ン酸化膜の除去率を低めることができる添加剤をさらに
含む。添加剤としては、例えばポリエチレンイミン（以
下、ＰＥＩ）を使用することができる。ＰＥＩは［−Ｃ
Ｈ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘ［−ＣＨ２
ＣＨ２ＮＨ２−］ｙの分子構造（ここで、ｘ及びｙは正
の整数）を有している。ＰＥＩは、研磨液に対して０．
１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％が添加されることが好まし
い。ここで、研磨液とは、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ
調節剤、界面活性剤及びＰＥＩが含まれた結果物を意味
する。
【００２１】前述したＰＥＩは、水溶液において解離さ
れてイオン化し易い分子構造を有している。すなわち、
［−ＣＨ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘの作
用基であるＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２のＮＨ２は水溶液の状態
で水素を受け入れてＮＨ３ ＋となり、［−ＣＨ２ＣＨ２
ＮＨ−］ｙのＮＨはＮＨ２ ＋となる。そして、シリコン
酸化膜の基本構造であるＳｉＯ２及びシリコン窒化膜の
基本構造であるＳｉ３Ｎ４は酸度１１の塩基性水溶液の
状態で各々Ｏ−及びＮＨ−またはＮＨ２ −の陰電荷を帯
びる。従って、静電引力によりＮＨ３ −及びＮＨ２ ＋は
陰イオンの状態にあるシリコン酸化膜及びシリコン窒化
膜と結合してパッシベーション膜を形成する。静電引力
により形成されたパッシベーション膜は、シリコン酸化
膜及びシリコン窒化膜の除去率を低める。
れてイオン化し易い分子構造を有している。すなわち、
［−ＣＨ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘの作
用基であるＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２のＮＨ２は水溶液の状態
で水素を受け入れてＮＨ３ ＋となり、［−ＣＨ２ＣＨ２
ＮＨ−］ｙのＮＨはＮＨ２ ＋となる。そして、シリコン
酸化膜の基本構造であるＳｉＯ２及びシリコン窒化膜の
基本構造であるＳｉ３Ｎ４は酸度１１の塩基性水溶液の
状態で各々Ｏ−及びＮＨ−またはＮＨ２ −の陰電荷を帯
びる。従って、静電引力によりＮＨ３ −及びＮＨ２ ＋は
陰イオンの状態にあるシリコン酸化膜及びシリコン窒化
膜と結合してパッシベーション膜を形成する。静電引力
により形成されたパッシベーション膜は、シリコン酸化
膜及びシリコン窒化膜の除去率を低める。
【００２２】一方、ＰＥＩが含まれていない既存の研磨
液を希釈して使用する場合にはシリコン酸化膜及びシリ
コン窒化膜の除去率を所望のままに低めることができな
いが、ＰＥＩが含まれた本発明の好適な実施の形態に従
って研磨液に脱イオン化水を添加して希釈使用すればポ
リシリコン層の除去率が高い状態でシリコン窒化膜及び
シリコン酸化膜の除去率を低めることができる。従っ
て、本発明の好適な実施の形態によれば、半導体装置の
価格競争力も確保できる。
液を希釈して使用する場合にはシリコン酸化膜及びシリ
コン窒化膜の除去率を所望のままに低めることができな
いが、ＰＥＩが含まれた本発明の好適な実施の形態に従
って研磨液に脱イオン化水を添加して希釈使用すればポ
リシリコン層の除去率が高い状態でシリコン窒化膜及び
シリコン酸化膜の除去率を低めることができる。従っ
て、本発明の好適な実施の形態によれば、半導体装置の
価格競争力も確保できる。
【００２３】従って、研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節
剤及び界面活性剤が含まれた研磨液にＰＥＩを添加すれ
ば、ポリシリコン、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜
を同時にＣＭＰする過程においてシリコン酸化膜及びシ
リコン窒化膜の除去を最小化させつつポリシリコン層を
十分に除去できるので、本発明の好適な実施の形態によ
れば、ポリシリコンプラグのＣＭＰ工程のマージンを高
めることができる。
剤及び界面活性剤が含まれた研磨液にＰＥＩを添加すれ
ば、ポリシリコン、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜
を同時にＣＭＰする過程においてシリコン酸化膜及びシ
リコン窒化膜の除去を最小化させつつポリシリコン層を
十分に除去できるので、本発明の好適な実施の形態によ
れば、ポリシリコンプラグのＣＭＰ工程のマージンを高
めることができる。
【００２４】シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去
率を低めるための他の方法として、研磨剤、ｐＨ調節
剤、脱イオン化水及びＰＥＩのほかにコリン誘導体をさ
らに添加する方法がある。ＰＥＩが含まれずにコリン誘
導体だけが含まれた研磨液を使ってシリコン酸化膜及び
シリコン窒化膜を除去する場合、シリコン酸化膜に対す
るシリコン窒化膜の除去率が低められて、シリコン窒化
膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比が格段に
上がる。これは、水溶液の状態で解離されたコリン誘導
体の陽イオンが酸素成分よりも窒素成分によく結合する
からである。ところが、シリコン窒化膜の除去率を低め
る効果があるコリン誘導体をＰＥＩと共に通常の研磨液
に添加すれば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除
去率の減少においてシナジー効果が生じる。
率を低めるための他の方法として、研磨剤、ｐＨ調節
剤、脱イオン化水及びＰＥＩのほかにコリン誘導体をさ
らに添加する方法がある。ＰＥＩが含まれずにコリン誘
導体だけが含まれた研磨液を使ってシリコン酸化膜及び
シリコン窒化膜を除去する場合、シリコン酸化膜に対す
るシリコン窒化膜の除去率が低められて、シリコン窒化
膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比が格段に
上がる。これは、水溶液の状態で解離されたコリン誘導
体の陽イオンが酸素成分よりも窒素成分によく結合する
からである。ところが、シリコン窒化膜の除去率を低め
る効果があるコリン誘導体をＰＥＩと共に通常の研磨液
に添加すれば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除
去率の減少においてシナジー効果が生じる。
【００２５】このようなコリン誘導体としては、例え
ば、コリンクロライド、コリンベース、コリンブロマイ
ド、コリンアイオダイド、コリンジハイドロジェンシト
レイト、コリンビタルトレイト、コリンビカルボネイ
ト、コリンシオレイト、コリンアスコベイト、コリンボ
レイト、コリンテオフィリネイト、コリングルコネイ
ト、アセチルコリンクロライド、アセチルコリンブロマ
イド、メタコリンクロライドなどが使用される。これら
の中でもコリンクロライドを使用することが望ましく、
その添加量は、研磨剤、ｐＨ調節剤、界面活性剤、脱イ
オン化水、ＰＥＩ及びコリンクロライドを含んで組成さ
れた研磨液の０．１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％であること
が好ましい。
ば、コリンクロライド、コリンベース、コリンブロマイ
ド、コリンアイオダイド、コリンジハイドロジェンシト
レイト、コリンビタルトレイト、コリンビカルボネイ
ト、コリンシオレイト、コリンアスコベイト、コリンボ
レイト、コリンテオフィリネイト、コリングルコネイ
ト、アセチルコリンクロライド、アセチルコリンブロマ
イド、メタコリンクロライドなどが使用される。これら
の中でもコリンクロライドを使用することが望ましく、
その添加量は、研磨剤、ｐＨ調節剤、界面活性剤、脱イ
オン化水、ＰＥＩ及びコリンクロライドを含んで組成さ
れた研磨液の０．１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％であること
が好ましい。
【００２６】一方、全体ＣＭＰ工程によりポリシリコン
プラグを形成する工程において、半導体素子のゲート電
極構造体の上面に形成されているキャッピング膜（図１
の１８）であるシリコン窒化膜の一部がプラグ用コンタ
クトホール（図１の１９）の形成時にエッチングされ
る。従って、ゲート電極構造体の上面のシリコン窒化膜
１８ａよりも、ゲート電極構造体の間を充填してこれら
を覆うシリコン酸化膜２２ａが若干高くなる。そのた
め、露出しているシリコン酸化膜２２ａ及びシリコン窒
化膜１８ａの除去時に、シリコン酸化膜２２ａがより多
く除去されることが要求される。
プラグを形成する工程において、半導体素子のゲート電
極構造体の上面に形成されているキャッピング膜（図１
の１８）であるシリコン窒化膜の一部がプラグ用コンタ
クトホール（図１の１９）の形成時にエッチングされ
る。従って、ゲート電極構造体の上面のシリコン窒化膜
１８ａよりも、ゲート電極構造体の間を充填してこれら
を覆うシリコン酸化膜２２ａが若干高くなる。そのた
め、露出しているシリコン酸化膜２２ａ及びシリコン窒
化膜１８ａの除去時に、シリコン酸化膜２２ａがより多
く除去されることが要求される。
【００２７】ところで、このような要求には、ＰＥＩ及
びコリン誘導体、例えばコリンクロライドを共に入れて
組成した研磨液により応えることができる。すなわち、
ＰＥＩ及びコリン誘導体が添加された研磨液を使ってポ
リシリコン層、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を同
時にエッチングすれば、ポリシリコン層の除去率を高め
つつシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を低め
ることができ、さらには、シリコン酸化膜の除去率をシ
リコン窒化膜の除去率よりも若干高くできる。従って、
ポリシリコン、シリコン酸化膜及びシリコンシリコン窒
化膜を同時に露出させて除去する自己整列コンタクトプ
ラグの形成のための全体ＣＭＰ工程のマージンを高める
ことができる。
びコリン誘導体、例えばコリンクロライドを共に入れて
組成した研磨液により応えることができる。すなわち、
ＰＥＩ及びコリン誘導体が添加された研磨液を使ってポ
リシリコン層、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を同
時にエッチングすれば、ポリシリコン層の除去率を高め
つつシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を低め
ることができ、さらには、シリコン酸化膜の除去率をシ
リコン窒化膜の除去率よりも若干高くできる。従って、
ポリシリコン、シリコン酸化膜及びシリコンシリコン窒
化膜を同時に露出させて除去する自己整列コンタクトプ
ラグの形成のための全体ＣＭＰ工程のマージンを高める
ことができる。
【００２８】＜実施例１＞キャボット社のＳＳ−２５
（商標名）研磨原液を脱イオン水と１：１で希釈した研
磨液を使用し、研摩器として使用されたプレシ社の研磨
器の研磨ヘッドの下降力は５ｐｓｉに、研磨テーブルの
速度は６５ｒｐｍに調整して、ＰＥＩ添加量の変化によ
るＳｉ３Ｎ４及びＰＥ−ＴＥＯＳの除去率を調べた。そ
の結果を表２に示す。ここで、ＰＥ−ＴＥＯＳはＰＥ−
ＣＶＤにより、そしてＳｉ３Ｎ４はＬＰＣＶＤにより形
成された。ＳＳ−２５はヒュームドシリカの研磨剤が２
５ｗｔ％含まれており、ｐＨ調節剤（ｐＨ＝１１）、脱
イオン化水を主成分としている。
（商標名）研磨原液を脱イオン水と１：１で希釈した研
磨液を使用し、研摩器として使用されたプレシ社の研磨
器の研磨ヘッドの下降力は５ｐｓｉに、研磨テーブルの
速度は６５ｒｐｍに調整して、ＰＥＩ添加量の変化によ
るＳｉ３Ｎ４及びＰＥ−ＴＥＯＳの除去率を調べた。そ
の結果を表２に示す。ここで、ＰＥ−ＴＥＯＳはＰＥ−
ＣＶＤにより、そしてＳｉ３Ｎ４はＬＰＣＶＤにより形
成された。ＳＳ−２５はヒュームドシリカの研磨剤が２
５ｗｔ％含まれており、ｐＨ調節剤（ｐＨ＝１１）、脱
イオン化水を主成分としている。
【００２９】
【表２】
【００３０】ＰＥＩの添加量はＳＳ−２５にＰＥＩが含
まれて得られた結果物を基準として示した。ＰＥＩの添
加量が０．０２ｗｔ％であるＳｉ３Ｎ４及びＰＥ−ＴＥ
ＯＳの除去率はＰＥＩが添加されていない場合のＳｉ３
Ｎ４及びＰＥ−ＴＥＯＳの除去率と大差なく、かえって
ＰＥ−ＴＥＯＳの除去率は高まった。しかし、０．５ｗ
ｔ％のＰＥＩが添加された研磨液を使用した場合にはＳ
ｉ３Ｎ４及びＰＥ−ＴＥＯＳの除去率が各々ＰＥＩを添
加しなかった時よりも低まるということが分かる。すな
わち、既存の研磨液に０．０２ｗｔ％以上の濃度を有す
るＰＥＩを添加すれば、ＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４
の除去率を格段に低めることができることが分かる。
まれて得られた結果物を基準として示した。ＰＥＩの添
加量が０．０２ｗｔ％であるＳｉ３Ｎ４及びＰＥ−ＴＥ
ＯＳの除去率はＰＥＩが添加されていない場合のＳｉ３
Ｎ４及びＰＥ−ＴＥＯＳの除去率と大差なく、かえって
ＰＥ−ＴＥＯＳの除去率は高まった。しかし、０．５ｗ
ｔ％のＰＥＩが添加された研磨液を使用した場合にはＳ
ｉ３Ｎ４及びＰＥ−ＴＥＯＳの除去率が各々ＰＥＩを添
加しなかった時よりも低まるということが分かる。すな
わち、既存の研磨液に０．０２ｗｔ％以上の濃度を有す
るＰＥＩを添加すれば、ＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４
の除去率を格段に低めることができることが分かる。
【００３１】表２の結果から、０．０２ｗｔ％のＰＥＩ
が含まれた研磨液を使用すれば、シリコン酸化膜の除去
率は約２００（Å／分）以下であり、シリコン窒化膜の
除去率は約３５０（Å／分）以下であることが分かる。
そして、ＰＥＩの含有量によって具体的な除去率値を変
えることができ、プラグノードの形成工程のほかに具体
的な条件が異なる各種のＣＭＰ工程にも本発明を適用で
きる。
が含まれた研磨液を使用すれば、シリコン酸化膜の除去
率は約２００（Å／分）以下であり、シリコン窒化膜の
除去率は約３５０（Å／分）以下であることが分かる。
そして、ＰＥＩの含有量によって具体的な除去率値を変
えることができ、プラグノードの形成工程のほかに具体
的な条件が異なる各種のＣＭＰ工程にも本発明を適用で
きる。
【００３２】＜実施例２＞脱イオン化水の希釈によるＰ
Ｅ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４の除去率の変化を調べるた
めに、ＳＳ−２５にＰＥＩを添加せずに単に脱イオン化
水だけを添加して希釈した場合及びＰＥＩが添加された
ＳＳ−２５に脱イオン化水を希釈した場合の各々に関す
る除去率データを表３及び表４に示す。
Ｅ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４の除去率の変化を調べるた
めに、ＳＳ−２５にＰＥＩを添加せずに単に脱イオン化
水だけを添加して希釈した場合及びＰＥＩが添加された
ＳＳ−２５に脱イオン化水を希釈した場合の各々に関す
る除去率データを表３及び表４に示す。
【００３３】表３及び表４の結果を得るために、研摩器
として使用されたプレシ社の研摩器の研磨ヘッドの下降
力は５ｐｓｉに、研磨テーブルの速度を６５ｒｐｍに調
整した。
として使用されたプレシ社の研摩器の研磨ヘッドの下降
力は５ｐｓｉに、研磨テーブルの速度を６５ｒｐｍに調
整した。
【００３４】表３の結果は、キャボット社のＳＳ−２５
（商標名）研磨原液を１：１で希釈した第１研磨液、第
１研磨液を脱イオン化水と１：１でさらに希釈した第２
研磨液及び第２研磨液をさらに１：１で希釈した第３研
磨液を使って得たものである。ここで、第１研磨液は１
２．５ｗｔ％、第２研磨液は６．２５ｗｔ％、第３研磨
液は約３．１３ｗｔ％の研磨剤を含んでいる。
（商標名）研磨原液を１：１で希釈した第１研磨液、第
１研磨液を脱イオン化水と１：１でさらに希釈した第２
研磨液及び第２研磨液をさらに１：１で希釈した第３研
磨液を使って得たものである。ここで、第１研磨液は１
２．５ｗｔ％、第２研磨液は６．２５ｗｔ％、第３研磨
液は約３．１３ｗｔ％の研磨剤を含んでいる。
【００３５】表４の結果は、キャボット社のＳＳ−２５
（商標名）研磨原液を１：１で希釈してＰＥＩを０．５
ｗｔ％添加した第４研磨液、第４研磨液をさらに脱イオ
ン水と１：１（研磨液：脱イオン化水）で希釈した第５
研磨液及び第５研磨液をさらに１：１で希釈した第６研
磨液を使って得たものである。ここで、第４研磨液は１
２．５ｗｔ％、第５研磨液は６．２５ｗｔ％、第６研磨
液は約３．１３ｗｔ％の研磨剤を含んでいる。そして、
第５研磨液は０．２５ｗｔ％のＰＥＩを、第６研磨液は
０．１２５ｗｔ％のＰＥＩを含んでいる。
（商標名）研磨原液を１：１で希釈してＰＥＩを０．５
ｗｔ％添加した第４研磨液、第４研磨液をさらに脱イオ
ン水と１：１（研磨液：脱イオン化水）で希釈した第５
研磨液及び第５研磨液をさらに１：１で希釈した第６研
磨液を使って得たものである。ここで、第４研磨液は１
２．５ｗｔ％、第５研磨液は６．２５ｗｔ％、第６研磨
液は約３．１３ｗｔ％の研磨剤を含んでいる。そして、
第５研磨液は０．２５ｗｔ％のＰＥＩを、第６研磨液は
０．１２５ｗｔ％のＰＥＩを含んでいる。
【００３６】
【表３】（比較例）
【表４】
【００３７】ＳＳ−２５を希釈した場合にはＳＳ−２５
原液を使用した場合に比べてＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３
Ｎ４の除去率が下がりはするもののその変化率が小さ
く、ＰＥＩが添加されたＳＳ−２５に脱イオン化水を入
れて希釈した場合にはＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４の
除去率の変化幅が相当大きいことが分かる。ＰＥＩが添
加された研磨液を希釈して使っても本発明の思想が実現
できるので、ＰＥＩが添加された本発明の研磨液は価格
競争力も確保できる。
原液を使用した場合に比べてＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３
Ｎ４の除去率が下がりはするもののその変化率が小さ
く、ＰＥＩが添加されたＳＳ−２５に脱イオン化水を入
れて希釈した場合にはＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４の
除去率の変化幅が相当大きいことが分かる。ＰＥＩが添
加された研磨液を希釈して使っても本発明の思想が実現
できるので、ＰＥＩが添加された本発明の研磨液は価格
競争力も確保できる。
【００３８】特に、ポリシリコン層を６，０００Åの厚
さに形成し、第４研磨液を使ってシリコン酸化膜及びシ
リコン窒化膜を同時に除去する時、ＰＥ−ＴＥＯＳ及び
Ｓｉ ３Ｎ４の除去率は、表４に示されたように、各々１
５２（Å／分）及び３３４（Å／分）である。この時、
ポリシリコン層は完全に除去された（すなわち、除去率
が６，０００（Å／分）以上である）。すなわち、従来
の研磨液であるＳＳ−２５を使用する場合にはポリシリ
コンに対するＰＥ−ＴＥＯＳの選択比は０．４１（表
１）であり、Ｓｉ３Ｎ４の選択比は０．０９７（＝５８
８／６０３４；表１）であるのに対し、０．５ｗｔ％の
ＰＥＩを添加したＳＳ−２５を使用すれば、各々約０．
０２５（＝１５２／６，０００）以下及び約０．０５６
（＝３３４／６，０００）以下に下がることが分かる。
従って、本発明を利用すれば、プラグ用ポリシリコン
層、シリコン窒化膜であるキャッピング膜及びスペー
サ、そして層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が同時にエ
ッチングされる時、ポリゲート電極を含むトランジスタ
ーの特性劣化を生じさせることなく所望のプラグノード
を形成できる。
さに形成し、第４研磨液を使ってシリコン酸化膜及びシ
リコン窒化膜を同時に除去する時、ＰＥ−ＴＥＯＳ及び
Ｓｉ ３Ｎ４の除去率は、表４に示されたように、各々１
５２（Å／分）及び３３４（Å／分）である。この時、
ポリシリコン層は完全に除去された（すなわち、除去率
が６，０００（Å／分）以上である）。すなわち、従来
の研磨液であるＳＳ−２５を使用する場合にはポリシリ
コンに対するＰＥ−ＴＥＯＳの選択比は０．４１（表
１）であり、Ｓｉ３Ｎ４の選択比は０．０９７（＝５８
８／６０３４；表１）であるのに対し、０．５ｗｔ％の
ＰＥＩを添加したＳＳ−２５を使用すれば、各々約０．
０２５（＝１５２／６，０００）以下及び約０．０５６
（＝３３４／６，０００）以下に下がることが分かる。
従って、本発明を利用すれば、プラグ用ポリシリコン
層、シリコン窒化膜であるキャッピング膜及びスペー
サ、そして層間絶縁膜であるシリコン酸化膜が同時にエ
ッチングされる時、ポリゲート電極を含むトランジスタ
ーの特性劣化を生じさせることなく所望のプラグノード
を形成できる。
【００３９】＜実施例３＞ＰＥＩのほかにコリン誘導体
を通常の研磨液であるＳＳ−２５に含めて組成した新し
い概念の研磨液を使ってＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４
をＣＭＰした結果を表５に示す。
を通常の研磨液であるＳＳ−２５に含めて組成した新し
い概念の研磨液を使ってＰＥ−ＴＥＯＳ及びＳｉ３Ｎ４
をＣＭＰした結果を表５に示す。
【００４０】使用された研摩器の種類及び研磨固定変数
は実施例１及び実施例２と同じである。
は実施例１及び実施例２と同じである。
【００４１】
【表５】
【００４２】表５によれば、コリン誘導体を通常の研磨
液、例えばＳＳ−２５に添加すれば、ＰＥ−ＴＥＯＳ、
すなわちシリコン酸化膜の除去率には大きい変化がない
が、Ｓｉ３Ｎ４、すなわちシリコン窒化膜の除去率が大
きく下がってシリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜の
選択比が高まる。そして、ＰＥＩだけをＳＳ−２５に添
加すれば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率
は下がるものの、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化
膜の選択比を高めはしない。ところで、ＰＥＩ及びコリ
ン誘導体の両方をＳＳ−２５に添加すれば、シリコン酸
化膜の除去率及びシリコン窒化膜の除去率がＰＥＩだけ
を添加した場合に比べて格段に下がることが分かる。す
なわち、ＰＥＩだけを添加した場合に比べてコリン誘導
体、具体的にはコリンクロライドを添加した場合にはシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率においてシナ
ジー効果が生じることが分かる。従って、コリン誘導体
が添加されれば、ＰＥＩだけを添加してシリコン酸化膜
及びシリコン窒化膜の除去率を格段に下げる場合（ＰＥ
Ｉの含有量である０．０２ｗｔ％以上）に使用されたも
のよりも少量のＰＥＩが添加されても、シリコン酸化膜
及びシリコン窒化膜の除去率は格段に下がるということ
が当業者にとって自明である。
液、例えばＳＳ−２５に添加すれば、ＰＥ−ＴＥＯＳ、
すなわちシリコン酸化膜の除去率には大きい変化がない
が、Ｓｉ３Ｎ４、すなわちシリコン窒化膜の除去率が大
きく下がってシリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜の
選択比が高まる。そして、ＰＥＩだけをＳＳ−２５に添
加すれば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率
は下がるものの、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化
膜の選択比を高めはしない。ところで、ＰＥＩ及びコリ
ン誘導体の両方をＳＳ−２５に添加すれば、シリコン酸
化膜の除去率及びシリコン窒化膜の除去率がＰＥＩだけ
を添加した場合に比べて格段に下がることが分かる。す
なわち、ＰＥＩだけを添加した場合に比べてコリン誘導
体、具体的にはコリンクロライドを添加した場合にはシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率においてシナ
ジー効果が生じることが分かる。従って、コリン誘導体
が添加されれば、ＰＥＩだけを添加してシリコン酸化膜
及びシリコン窒化膜の除去率を格段に下げる場合（ＰＥ
Ｉの含有量である０．０２ｗｔ％以上）に使用されたも
のよりも少量のＰＥＩが添加されても、シリコン酸化膜
及びシリコン窒化膜の除去率は格段に下がるということ
が当業者にとって自明である。
【００４３】特に、ＳＳ−２５に０．５ｗｔ％のＰＥＩ
と共に添加されるコリン誘導体の含有量（この実施例で
は１．３ｗｔ％である）を調節することにより、シリコ
ン窒化膜の除去率よりもシリコン酸化膜の除去率を大き
くできる。従って、ＰＥＩ及びコリン誘導体が含まれた
本発明による研磨液はプラグ用ポリシリコン層、シリコ
ン窒化膜であるキャッピング膜及びスペーサ、そして層
間絶縁膜であるシリコン酸化膜が同時にエッチングされ
る時、ポリゲート電極を含むトランジスターの特性劣化
を生じさせることなく所望のプラグノードを形成する場
合に適用できるだけではなく、プラグノードの両側に配
置される層間絶縁シリコン酸化膜を薄めることができ
る。
と共に添加されるコリン誘導体の含有量（この実施例で
は１．３ｗｔ％である）を調節することにより、シリコ
ン窒化膜の除去率よりもシリコン酸化膜の除去率を大き
くできる。従って、ＰＥＩ及びコリン誘導体が含まれた
本発明による研磨液はプラグ用ポリシリコン層、シリコ
ン窒化膜であるキャッピング膜及びスペーサ、そして層
間絶縁膜であるシリコン酸化膜が同時にエッチングされ
る時、ポリゲート電極を含むトランジスターの特性劣化
を生じさせることなく所望のプラグノードを形成する場
合に適用できるだけではなく、プラグノードの両側に配
置される層間絶縁シリコン酸化膜を薄めることができ
る。
【００４４】本発明の実施例ではシリコン酸化膜として
ＰＥ−ＴＥＯＳを例に取って説明したが、これに限定さ
れることなく、ＳｉＯ２を基本構造とするシリコン酸化
膜、例えば、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＨＤＰシリコ
ン酸化膜、ＵＳＧ、ＨＴ―ＵＳＧまたはＰＥ−シリコン
酸化膜に対しても本発明が適用できるということは自明
である。また、シリコン酸化膜であるＰＥ−ＴＥＯＳ及
びシリコン窒化膜であるＳｉ３Ｎ４が各々ＰＥ−ＴＥＯ
Ｓ及びＬＰＣＶＤにより形成された場合に限って説明し
たが、これらの膜の形成方法はプラズマ化学気相蒸着方
法または常圧気相蒸着方法などの各種の方法により形成
され、各々の基本構造、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４を
有する膜に対しても本発明が適用できるということは当
業者にとって自明である。
ＰＥ−ＴＥＯＳを例に取って説明したが、これに限定さ
れることなく、ＳｉＯ２を基本構造とするシリコン酸化
膜、例えば、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＨＤＰシリコ
ン酸化膜、ＵＳＧ、ＨＴ―ＵＳＧまたはＰＥ−シリコン
酸化膜に対しても本発明が適用できるということは自明
である。また、シリコン酸化膜であるＰＥ−ＴＥＯＳ及
びシリコン窒化膜であるＳｉ３Ｎ４が各々ＰＥ−ＴＥＯ
Ｓ及びＬＰＣＶＤにより形成された場合に限って説明し
たが、これらの膜の形成方法はプラズマ化学気相蒸着方
法または常圧気相蒸着方法などの各種の方法により形成
され、各々の基本構造、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４を
有する膜に対しても本発明が適用できるということは当
業者にとって自明である。
【００４５】また、本発明は研磨剤としてヒュームドシ
リカを使用した研磨液にＰＥＩ及び／またはコリン誘導
体を添加した場合を説明したが、コロイダルシリカ、湿
式シリカまたはストバー若しくはゾル−ゲルシリカが含
まれた研磨液、そしてアルミナ、チタニア、ジルコニ
ア、ゲルマニア、セリアなどの研磨剤が含まれた研磨液
にＰＥＩ及び／またはコリン誘導体を添加しても本発明
の思想が実現できるということは当業者にとって自明で
ある。
リカを使用した研磨液にＰＥＩ及び／またはコリン誘導
体を添加した場合を説明したが、コロイダルシリカ、湿
式シリカまたはストバー若しくはゾル−ゲルシリカが含
まれた研磨液、そしてアルミナ、チタニア、ジルコニ
ア、ゲルマニア、セリアなどの研磨剤が含まれた研磨液
にＰＥＩ及び／またはコリン誘導体を添加しても本発明
の思想が実現できるということは当業者にとって自明で
ある。
【００４６】そして、本発明の実施例では導電性物質と
してポリシリコン層を例にとって説明したが、他の導電
性物質、例えばタングステン、アルミニウムまたは銅な
どと酸化膜及び窒化膜を同時に除去する場合にも本発明
を適用できる。
してポリシリコン層を例にとって説明したが、他の導電
性物質、例えばタングステン、アルミニウムまたは銅な
どと酸化膜及び窒化膜を同時に除去する場合にも本発明
を適用できる。
【００４７】
【発明の効果】研磨液にＰＥＩ及び／またはコリン誘導
体を添加したり、添加物が含まれた研磨液を希釈して使
ったりしてポリシリコン層とシリコン酸化膜及びシリコ
ン窒化膜を同時にＣＭＰする時、ポリシリコン層の除去
率を高く維持しつつ該ポリシリコン層と共に除去される
シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の研磨率を低めるこ
とができる。さらには、ＰＥＩ及びコリン誘導体が添加
された研磨液を使用すれば、前述したＣＭＰ工程中にシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を全体的に低
めつつ、シリコン酸化膜の除去率をシリコン窒化膜より
も若干高めることができる。
体を添加したり、添加物が含まれた研磨液を希釈して使
ったりしてポリシリコン層とシリコン酸化膜及びシリコ
ン窒化膜を同時にＣＭＰする時、ポリシリコン層の除去
率を高く維持しつつ該ポリシリコン層と共に除去される
シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の研磨率を低めるこ
とができる。さらには、ＰＥＩ及びコリン誘導体が添加
された研磨液を使用すれば、前述したＣＭＰ工程中にシ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜の除去率を全体的に低
めつつ、シリコン酸化膜の除去率をシリコン窒化膜より
も若干高めることができる。
【図１】、
【図２】、
【図３】全体ＣＭＰにより形成された自己整列コンタク
トプラグの形成段階を示した図である。
トプラグの形成段階を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河商▲録▼ 大韓民国ソウル特別市江南区新沙洞565− 19番地韓州ビル５階 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CA01 DA02 DA12 DA17
Claims (17)
- 【請求項１】 研磨剤、 脱イオン化水、 ｐＨ調節剤、及び、 ［−ＣＨ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）−］ｘ［−
ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２−］ｙ（ｘ及びｙは正の整数）の分
子構造を有するポリエチレンイミンを含む研磨液。 - 【請求項２】 前記ポリエチレンイミンを０．０２ｗｔ
％以上含む請求項１に記載の研磨液。 - 【請求項３】 コリン誘導体をさらに含む請求項１また
は２に記載の研磨液。 - 【請求項４】 前記コリン誘導体は、コリンクロライド
である請求項３に記載の研磨液。 - 【請求項５】 前記ポリエチレンイミンは０．０２ｗｔ
％よりも小さい請求項４に記載の研磨液。 - 【請求項６】 前記コリン誘導体は、コリンクロライ
ド、コリンベース、コリンブロマイド、コリンアイオダ
イド、コリンジハイドロジェンシトレイト、コリンビタ
ルトレイト、コリンビカルボネイト、コリンシトレイ
ト、コリンアスコベイト、コリンボレイト、コリンテオ
フィリネイト、コリングルコネイト、アセチルコリンク
ロライド、アセチルブロマイド及びメタコリンクロライ
ドよりなる群から選ばれたいずれか一種である請求項３
または４に記載の研磨液。 - 【請求項７】 前記研磨剤は、シリカ、アルミナ、チタ
ニア、ジルコニア、ゲルマニア及びセリアよりなる群か
ら選ばれたいずれか一種である請求項１に記載の研磨
液。 - 【請求項８】 前記ｘ及びｙのうちいずれか一つは０で
ある請求項１に記載の研磨液。 - 【請求項９】 前記ポリエチレンイミンを約０．５ｗｔ
％含み、前記コリンクロライドを約１．３ｗｔ％含む請
求項３に記載の研磨液。 - 【請求項１０】 研磨剤、脱イオン化水、ｐＨ調節剤、
及び、［−ＣＨ２ＣＨ３Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）−］
ｘ［−ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２−］ｙ（ｘ及びｙは正の整
数）の分子構造を有するポリエチレンイミンを含む研磨
液を使って、導電層、シリコン酸化膜及びシリコン窒化
膜を同時に除去する段階を含む化学機械的研磨方法。 - 【請求項１１】 前記シリコン酸化膜は、ＰＢＳＧ、Ｐ
ＳＧ、ＢＳＧ、ＨＤＰシリコン酸化膜、ＵＳＧ、ＨＴ−
ＵＳＧ及びＰＥ−シリコン酸化膜よりなる群から選ばれ
たいずれか一種である請求項１０に記載の化学機械的研
磨方法。 - 【請求項１２】 前記シリコン窒化膜は、Ｓｉ３Ｎ４を
基本式とする絶縁物である請求項１０に記載の化学機械
的研磨方法。 - 【請求項１３】 前記ポリエチレンイミンを前記研磨液
の０．０２ｗｔ％以上含む請求項１０に記載の化学機械
的研磨方法。 - 【請求項１４】 前記研磨液にコリン誘導体をさらに含
め、 前記導電層の除去率が高い状態で前記シリコン窒化膜及
び前記シリコン酸化膜の除去率を低め、前記シリコン酸
化膜の除去率を前記シリコン窒化膜の除去率よりも若干
大きくする請求項１３に記載の化学機械的研磨方法。 - 【請求項１５】 前記コリン誘導体は、コリンクロライ
ドである請求項１４に記載の化学機械的研磨方法。 - 【請求項１６】 前記コリン誘導体はコリンクロライ
ド、コリンベース、コリンブロマイド、コリンアイオダ
イド、コリンジハイドロジェンシトレイト、コリンビタ
ルトレイト、コリンビカルボネイト、コリンシトレイ
ト、コリンアスコベイト、コリンボレイト、コリンテオ
フィリネイト、コリングルコネイト、アセチルコリンク
ロライド、アセチルブロマイド、メタコリンクロライド
よりなる群から選ばれたいずれか一種である請求項１５
に記載の化学機械的研磨方法。 - 【請求項１７】 前記ポリエチレンイミンを前記研磨液
の０．０２ｗｔ％以下とし、前記研磨液にコリン誘導体
をさらに含め、 前記導電層の除去率が高い状態で前記窒化膜及び前記酸
化膜の除去率を低める請求項１０に記載の化学機械的研
磨方法。
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