JP2005268409A - Method for chemically and mechanically polishing slurry for organic film and organic film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学的機械的研磨スラリー、これを用いた研磨方法に係り、特に、レジスト膜等の有機膜用の化学的機械的研磨スラリー、これを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry and a polishing method using the same, and more particularly to a chemical mechanical polishing slurry for an organic film such as a resist film and a polishing method using the same.
半導体装置の製造プロセスにおいては、所望の構造を形成するためにフォトレジスト膜が犠牲膜として用いられる。例えば、半導体基板にトレンチ、あるいは絶縁膜にホールを形成した後、フォトレジストを塗布して犠牲膜を形成する。犠牲膜をリセスあるいは剥離することによって、所望の構造が得られる。こうした方法は、例えば、トレンチキャパシタを有する半導体記憶装置の製造において、ストレージノード電極とセルトランジスタ拡散層とを電気的に接続する埋め込みストラップを形成するために用いられる。 In a semiconductor device manufacturing process, a photoresist film is used as a sacrificial film in order to form a desired structure. For example, after forming a trench in a semiconductor substrate or a hole in an insulating film, a sacrificial film is formed by applying a photoresist. A desired structure can be obtained by recessing or peeling the sacrificial film. Such a method is used, for example, to form a buried strap that electrically connects a storage node electrode and a cell transistor diffusion layer in the manufacture of a semiconductor memory device having a trench capacitor.
いずれの場合も、フォトレジスト膜の膜厚は、ウエハー全体にわたって均一であることが要求される。しかしながら、パターン密度が高いトレンチあるいはホールにレジストが埋め込まれる場合には、密パターン上のレジスト体積が減少する。このため、密パターン上のレジスト膜厚と、疎なパターン上あるいはフィールド上のレジスト膜厚との間には、数100nmオーダーのバラツキが生じてしまう。 In either case, the film thickness of the photoresist film is required to be uniform over the entire wafer. However, when a resist is buried in a trench or hole having a high pattern density, the resist volume on the dense pattern is reduced. For this reason, a variation of the order of several hundred nm occurs between the resist film thickness on the dense pattern and the resist film thickness on the sparse pattern or on the field.
レジストの膜厚バラツキは、その後に施されるリセスにおいてさらに拡大されて、デバイス形状を悪化させる。さらに、焦点深度の低下や歩留まり悪化を引き起こす。 The film thickness variation of the resist is further enlarged in the recess that is performed thereafter, thereby deteriorating the device shape. In addition, the focal depth is reduced and the yield is deteriorated.
こうしたレジスト膜厚のバラツキに起因した問題を解消すべく、レジスト塗布後に化学的機械的研磨法によりフォトレジストを平坦化する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、フォトレジスト膜の表面が疎水性であるため、研磨により疎水性の削りカスが発生して研磨布上に滞留し、これが種々の問題を引き起こす。例えば、研磨布に目詰まりが生じて研磨速度が不安定となり、ウエハー表面にも削りカスや研磨粒子が付着して表面欠陥の原因となる。さらに、CMP後のレジストリセス工程においては、リセス深さバラツキといった不都合が引き起こされる。
本発明は、削りカスを滞留させることなく、レジスト膜等の有機膜を均一に化学的機械的に研磨可能なスラリーを提供することを目的とする。また本発明は、低い表面欠陥密度でレジスト膜等の有機膜を研磨する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a slurry capable of uniformly chemically and mechanically polishing an organic film such as a resist film without causing residue of shavings. Another object of the present invention is to provide a method for polishing an organic film such as a resist film with a low surface defect density.
本発明の一態様にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーは、一次粒子径が0.05μm以上5μm以下の樹脂粒子と、親水部を有する界面活性剤とを含有することを特徴とする。 The chemical mechanical polishing slurry for an organic film according to one embodiment of the present invention contains resin particles having a primary particle size of 0.05 μm or more and 5 μm or less and a surfactant having a hydrophilic portion.
本発明の一態様にかかる研磨方法は、半導体基板上に堆積された有機膜を化学的機械的に研磨する方法であって、ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機膜を有する半導体基板を当接させる工程、前記研磨布上に、前述の有機膜用化学的機械的研磨スラリーを供給して、前記有機膜を研磨する工程を具備することを特徴とする。 A polishing method according to one embodiment of the present invention is a method for chemically and mechanically polishing an organic film deposited on a semiconductor substrate, the organic film being provided on a polishing cloth affixed on a turntable. A step of contacting a semiconductor substrate; and a step of polishing the organic film by supplying the chemical mechanical polishing slurry for an organic film to the polishing cloth.
本発明の他の態様にかかる研磨方法は、半導体基板上に堆積された有機膜を化学的機械的に研磨する方法であって、ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機膜を有する半導体基板を当接させる工程、前記研磨布上に、一次粒子径が0.05μm以上5μm以下の樹脂粒子を含有する分散液を供給して前記有機膜を研磨する第1の研磨工程、および、前記第1の研磨工程に続いて、前記研磨布上に親水部を有する界面活性剤の溶液を供給して前記有機膜を研磨する第2の研磨工程を具備することを特徴とする。 A polishing method according to another aspect of the present invention is a method for chemically and mechanically polishing an organic film deposited on a semiconductor substrate, wherein the organic film is applied to a polishing cloth affixed on a turntable. A step of bringing the semiconductor substrate into contact, a first polishing step of polishing the organic film by supplying a dispersion containing resin particles having a primary particle size of 0.05 μm or more and 5 μm or less on the polishing cloth, and Further, following the first polishing step, there is provided a second polishing step of polishing the organic film by supplying a solution of a surfactant having a hydrophilic portion onto the polishing cloth.
本発明の一態様によれば、削りカスを滞留させることなく、レジスト膜等の有機膜を均一に化学的機械的に研磨可能なスラリーが提供される。本発明の他の態様によれば、低い表面欠陥密度でレジスト膜等の有機膜を研磨する方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a slurry capable of uniformly chemically and mechanically polishing an organic film such as a resist film without retaining shaving residue. According to another aspect of the present invention, a method for polishing an organic film such as a resist film with a low surface defect density is provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーに含有される樹脂粒子は、一次粒子径が0.05μm以上5μm以下に制限される。樹脂粒子の一次粒子径は、例えば、動的、静的光散乱法により測定することができる。樹脂粒子の一次粒子径が0.05μm未満の場合には、有機膜が埋め込まれる凹部、すなわち半導体基板に設けられたトレンチあるいは絶縁膜に設けられたホール内に粒子が侵入しやすくなって、ディッシングが拡大する傾向にある。一方、5μmを越えると粒子の分散性を制御するのが困難になり、スラリーが沈降しやすくなる。樹脂粒子の一次粒子径は、好ましくは0.1μm以上3.0μm以下である。 The resin particles contained in the chemical mechanical polishing slurry for organic films according to the embodiment of the present invention have a primary particle size limited to 0.05 μm or more and 5 μm or less. The primary particle diameter of the resin particles can be measured by, for example, a dynamic or static light scattering method. When the primary particle size of the resin particles is less than 0.05 μm, the particles easily penetrate into the recesses in which the organic film is embedded, that is, the trenches provided in the semiconductor substrate or the holes provided in the insulating film. Tend to expand. On the other hand, if it exceeds 5 μm, it becomes difficult to control the dispersibility of the particles, and the slurry tends to settle. The primary particle diameter of the resin particles is preferably 0.1 μm or more and 3.0 μm or less.
こうした一次粒子径を有する樹脂粒子は、PMMA(ポリメチルメタクリレート)等のメタクリル樹脂、PST(ポリスチレン)樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリアセタール樹脂、およびポリカーボネイト樹脂からなる群から選択される粒子を用いることができる。特に、CMPに適した硬度・弾性を有することから、PMMAあるいはPST樹脂が好ましい。 The resin particles having such a primary particle diameter are particles selected from the group consisting of methacrylic resins such as PMMA (polymethyl methacrylate), PST (polystyrene) resins, urea resins, melamine resins, polyacetal resins, and polycarbonate resins. Can do. In particular, PMMA or PST resin is preferable because it has hardness and elasticity suitable for CMP.
分散性を高めるために、樹脂粒子は表面に官能基を有していてもよい。官能基は特に限定されず、アニオン系、カチオン系、両性系、および非イオン系官能基から選択することができる。アニオン系官能基としては、例えば、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型等が挙げられ、カチオン系官能基としては、例えば、アミン塩型、第4級アンモニウム塩型等が挙げられる。両性系官能基としては、例えば、アルカノールアミド型、カルボキシベタイン型、およびグリシン型等が挙げられ、非イオン系官能基としては、例えば、エーテル型、エステル型等が挙げられる。粒子の製造が容易であることから、カルボキシル基が特に好ましい。 In order to improve dispersibility, the resin particles may have a functional group on the surface. The functional group is not particularly limited, and can be selected from anionic, cationic, amphoteric, and nonionic functional groups. Examples of the anionic functional group include a carboxylic acid type, a sulfonic acid type, a sulfate ester type, and a phosphate ester type. Examples of the cationic functional group include an amine salt type and a quaternary ammonium salt type. Is mentioned. Examples of the amphoteric functional group include alkanolamide type, carboxybetaine type, and glycine type, and examples of the nonionic functional group include ether type and ester type. A carboxyl group is particularly preferred because of easy particle production.
本発明の実施形態にかかるスラリーに含有される樹脂粒子は、上述したようにトレンチ等の凹部の径よりも大きな一次粒子径を有するので、レジスト膜等の有機膜の研磨中にトレンチ内に侵入することはなく、ディッシングを抑制することができる。しかも、レジストと同質の樹脂からなるので、ウエハー表面に残留してもその後のドライ工程(レジストリセス工程)で除去できる。また、レジストが埋め込まれるSiNなどの無機絶縁膜の研磨速度が極めて小さく、高選択比を得ることができる。 Since the resin particles contained in the slurry according to the embodiment of the present invention have a primary particle diameter larger than the diameter of the concave portion such as the trench as described above, the resin particles enter the trench during polishing of the organic film such as the resist film. No dishing can be performed. Moreover, since it is made of the same resin as the resist, it can be removed by a subsequent dry process (registry process) even if it remains on the wafer surface. Further, the polishing rate of the inorganic insulating film such as SiN in which the resist is embedded is extremely low, and a high selection ratio can be obtained.
一方、界面活性剤は親水部を有し、この親水部は、研磨中に研磨布およびウエハーの表面、さらにはレジスト削りカスに付着して、それらに親水性を付与するといった作用を有する。例えば、親水部は、アニオン系、カチオン系、両性系、および非イオン系官能基のいずれでもよく、具体的にはカルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、およびリン酸エステル型等が挙げられる。例えば、アニオン性の親水部を有する界面活性剤としては、ポリカルボン酸アンモニウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム等が挙げられ、カチオン性の親水部を有する界面活性剤としては、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。非イオン性の親水部を有する界面活性剤としては、アセチレンジオール系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等が挙げられる。また、両性の親水部を有する界面活性剤を用いてもよい。 On the other hand, the surfactant has a hydrophilic portion, and this hydrophilic portion has an action of adhering to the polishing cloth and the surface of the wafer, and further to the resist shavings during polishing, and imparting hydrophilicity thereto. For example, the hydrophilic portion may be any of anionic, cationic, amphoteric, and nonionic functional groups, and specific examples include carboxylic acid type, sulfonic acid type, sulfate ester type, and phosphate ester type. It is done. For example, examples of the surfactant having an anionic hydrophilic part include ammonium polycarboxylate and ammonium dodecylbenzenesulfonate, and examples of the surfactant having a cationic hydrophilic part include cetyltrimethylammonium chloride and diallyldimethyl. Examples include ammonium chloride. Examples of the surfactant having a nonionic hydrophilic portion include acetylene diol surfactants and silicone surfactants. Moreover, you may use surfactant which has an amphoteric hydrophilic part.
本発明の実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーは、例えば、上述したような樹脂粒子と界面活性剤とを水に加えることによって調製することができる。水としては、イオン交換水、純水等を用いることができる。樹脂粒子は、スラリー中0.01〜30wt%程度の濃度となるよう分散させることが好ましい。0.01wt%未満の場合には、十分に高い速度で有機膜を研磨することが困難となる。一方、30wt%を越えると、有機膜が埋め込まれるSiN、SiO2等といった無機絶縁膜との選択比が取れなくなるおそれがある。また、界面活性剤の含有量は、スラリー中0.01〜10wt%が好ましく、0.1〜3wt%がより好ましい。0.01wt%未満の場合には、基板や研磨布に十分に付着することができず、削りカスを排出することが困難となる。一方、10wt%を越えると、スラリーの粘度が高くなり、配管を詰らせる等、取り扱いが困難になるおそれがある。 The chemical mechanical polishing slurry for an organic film according to the embodiment of the present invention can be prepared, for example, by adding resin particles and a surfactant as described above to water. As water, ion exchange water, pure water, or the like can be used. The resin particles are preferably dispersed so as to have a concentration of about 0.01 to 30 wt% in the slurry. If it is less than 0.01 wt%, it becomes difficult to polish the organic film at a sufficiently high rate. On the other hand, if it exceeds 30 wt%, there is a possibility that the selection ratio with the inorganic insulating film such as SiN or SiO 2 in which the organic film is embedded cannot be obtained. Moreover, 0.01-10 wt% is preferable in a slurry, and, as for content of surfactant, 0.1-3 wt% is more preferable. If it is less than 0.01 wt%, it cannot adhere sufficiently to the substrate or polishing cloth, and it becomes difficult to discharge scraps. On the other hand, if it exceeds 10 wt%, the viscosity of the slurry becomes high, and there is a risk that handling will be difficult, such as clogging the piping.
スラリー中には、酸化剤、有機酸あるいはpH調整剤といった添加剤を、通常用いられている量で必要に応じて配合してもよい。 In the slurry, additives such as an oxidizing agent, an organic acid, or a pH adjusting agent may be blended in a conventionally used amount as necessary.
樹脂粒子と界面活性剤とは、必ずしも予め水中に配合されている必要はなく、有機膜のCMPが行なわれる際に研磨布上で、本発明の実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーが調製されてもよい。この場合には、上述したような樹脂粒子を含有する分散液と、界面活性剤を含有する溶液とを研磨布上に供給して混合する。樹脂粒子分散液としては、例えば、JSR製RST−01等の市販のスラリーを用いることができる。混合後の有機膜用化学的機械的研磨スラリーにおける各成分の含有量が上述した範囲内となるよう、濃度や流量を制御して分散液および溶液を供給することが望まれる。 The resin particles and the surfactant need not be previously mixed in water. The chemical mechanical polishing for organic film according to the embodiment of the present invention is performed on the polishing cloth when CMP of the organic film is performed. A slurry may be prepared. In this case, the dispersion containing the resin particles as described above and the solution containing the surfactant are supplied onto the polishing cloth and mixed. As the resin particle dispersion, for example, a commercially available slurry such as RST-01 manufactured by JSR can be used. It is desirable to supply the dispersion and the solution by controlling the concentration and flow rate so that the content of each component in the chemical mechanical polishing slurry for organic film after mixing is within the above-described range.
以下、ストレージノード電極とセルトランジスタ拡散層とを電気的に接続する埋め込みストラップを形成するプロセスを例に挙げて、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking as an example a process of forming a buried strap that electrically connects a storage node electrode and a cell transistor diffusion layer.
(実施形態1)
図1乃至図3は、埋め込みストラップの形成方法を表わす。
(Embodiment 1)
1 to 3 show a method for forming a buried strap.
まず、図1(a)に示すように、Pad酸化膜12およびPad窒化膜13が順次堆積された半導体基板11に対し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法によりトレンチ14を形成する。トレンチ周面の下部には、n型の不純物を拡散させることによって埋め込みプレート電極15を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a
こうして形成された埋め込みプレート電極15の内周にキャパシタ誘電膜16を堆積し、さらに、このキャパシタ誘電膜上にストレージノード電極となるAs−dopedポリシリコン膜(以下、ストレージノードと称す)17を堆積する。このストレージノード17によってトレンチ14内が埋め込まれる。次に、ストレージノード17を所望の深さまでエッチバックし、H3PO4等の溶液を用いてトレンチ14側壁のキャパシタ誘電膜16をエッチングにより除去して、図1(b)に示す構造を得る。その後、半導体基板上に熱酸化膜(図示せず)を形成する。
A capacitor dielectric film 16 is deposited on the inner periphery of the buried
さらに、図1(c)に示すように、ストレージノード17が埋め込まれていないトレンチ14の上部内壁にカラー酸化膜18を堆積する。このカラー酸化膜18は、埋め込みプレート電極15とセルトランジスタの拡散層(図示せず)とを電気的に絶縁する機能を有する。その後、後述するポリシリコン膜とストレージノード17とのコンタクトをとるために、ドライエッチング法を用いて、ストレージノード17上のカラー酸化膜18を除去する。
Further, as shown in FIG. 1C, a
次いで、図2(d)に示すように全面にレジスト膜19を形成した後、レジスト膜にCMPを施し、図2(e)に示すように平坦化してPad窒化膜13の表面を露出する。レジスト膜19の研磨には、本発明の実施形態にかかる方法が適用され、これによってレジスト削りカスを滞留させることなく平坦な表面が得られる。ここでのレジストCMPに関しては、追って詳細に説明する。
Next, after forming a resist
さらに、図2(f)に示すように、セルトランジスタ拡散層(図示せず)とのコンタクトをとるために必要な深さまで、CDE(Chemical Dry Etching)法によりレジスト膜19がリセスされる。
Further, as shown in FIG. 2F, the resist
ウエットエッチング法により、図3(g)に示すようにカラー酸化膜18の一部を除去して、トレンチ14内に半導体基板11の一部を露出する。カラー酸化膜18の表面は、図示するようにレジスト膜19の表面よりも下方に存在し、埋め込みストラップの開口部20が形成される。
As shown in FIG. 3G, a part of the
図3(h)に示すようにレジスト膜19を除去した後、図3(i)に示すように、セルトランジスタの拡散層(図示せず)とストレージノード17とのコンタクトをとるためのポリシリコン膜21を堆積する。このポリシリコン膜21により埋め込みストラップの開口部20が埋め込まれる。こうして、埋め込みストラップが形成される。
After removing the resist
本実施形態の方法により、レジスト削りカスを研磨布上に滞留させることなく、レジスト膜19の表面を平坦化することができる。このため、研磨布の目詰まりや削りカスの付着といった、レジスト削りカスに起因した不都合は何等生じることはない。その後、レジストリセスが行なわれるので、ウエハー全体にわたって均一な深さでレジスト膜をリセスすることができる。したがって、エッチバック後には、カラー酸化膜18の膜厚バラツキを回避することが可能となった。
By the method of the present embodiment, the surface of the resist
カラー酸化膜の膜厚バラツキは、埋め込みストラップにおける抵抗値バラツキを招き、歩留まり低下の原因となる。このため、バラツキは30nm以下に抑制することが必要とされる。 The variation in the thickness of the color oxide film causes a variation in the resistance value in the buried strap and causes a decrease in yield. For this reason, it is necessary to suppress the variation to 30 nm or less.
従来は、削りカスを排除することなくレジスト膜の表面を研磨して平坦化し、引き続いてリセスした後に、カラー酸化膜のエッチバックが行なわれていた。削りカスが部分的に残留したままレジストがトレンチに埋め込まれることにより、ウエハー全体におけるレジスト膜厚は一定ではなく不均一となる。例えば、開口径0.14μm、深さ1.2μmのトレンチにレジストを埋め込んだ場合、削りカスが残留した部分と残留しない部分とにおけるレジストの膜厚には、200nm程度の差が生じる。その結果、レジストリセス深さがばらつくため、カラー酸化膜エッチバック後の膜厚にバラツキが生じる。具体的には、カラー酸化膜の膜厚には、50nm程度のバラツキが生じて、プロセスの破綻を招いていた。 Conventionally, the surface of the resist film is polished and flattened without removing scraps, and then the color oxide film is etched back after being recessed. Since the resist is buried in the trench with the shavings remaining partially, the resist film thickness over the entire wafer is not constant but non-uniform. For example, when a resist is buried in a trench having an opening diameter of 0.14 μm and a depth of 1.2 μm, a difference of about 200 nm occurs in the resist film thickness between a portion where the shaving residue remains and a portion where the residue remains. As a result, since the registry depth varies, the film thickness after the color oxide film etch back varies. Specifically, the thickness of the color oxide film has a variation of about 50 nm, resulting in a process failure.
上述したように本発明の実施形態における研磨によって、レジスト削りカスはレジスト膜上に滞留することなく排除されるので、リセス前には清浄な表面のレジスト膜19を確保することができる。このため、カラー酸化膜18の膜厚のバラツキを30nm以下に低減することが可能となった。
As described above, the polishing in the embodiment of the present invention eliminates resist shaving residue without staying on the resist film, so that the resist
ここで、本発明の実施形態にかかるレジストCMPについて詳細に説明する。 Here, the resist CMP according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
本実施形態においては、CMP装置として荏原製作所製EPO−222を用いて、レジスト膜の研磨を行なった。具体的には、図4に示すように、研磨布31が貼付されたターンテーブル30を50rpmで回転させつつ、半導体ウエハー32を保持したトップリング33を500gf/cm2の研磨荷重で当接させた。研磨布31としては、弾性圧縮率が290MPaのロデール社製IC1000を用い、トップリング33は52rpmの回転数で回転させた。
In this embodiment, the resist film was polished using EPO-222 manufactured by Ebara Corporation as a CMP apparatus. Specifically, as shown in FIG. 4, the
樹脂粒子を含有する分散液を第1の供給ノズル34から供給しつつ、界面活性剤を含有する溶液を第2の供給ノズル35から研磨布31上に供給し、研磨布31上で混合することにより本実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリー37(スラリーサンプル1)を調製した。分散液としては、一次粒子径200nmのポリスチレン粒子を1wt%含有するスラリー(JSR製RST−01)を用いて、150cc/minの流量で供給した。一方、界面活性剤を含有する溶液としては、0.15wt%ポリカルボン酸水溶液を100cc/minの流量で供給した。樹脂粒子と界面活性剤とが予め混合された有機膜用化学的機械的研磨スラリーを用いる場合には、供給ノズルは1つでよい。研磨後には、水供給ノズル(図示せず)から水を供給して、水研磨を行なった。なお、図4には、ドレッサー36も併せて示してある。
While supplying the dispersion containing the resin particles from the
レジスト膜の研磨に当たって、トップリング33を研磨布31に当接する研磨圧力は、200〜600gf/cm2の範囲内で選択することができる。また、ターンテーブル30およびトップリング33の回転数は、それぞれ10〜50rpmおよび5〜60rpmの範囲で適宜決定すればよい。
In polishing the resist film, the polishing pressure for bringing the
図5には、本発明の実施形態にかかる方法に用いられる研磨装置の構成を模式的に示す。図示する研磨装置は一般的な構成であり、二系統で研磨が行なわれるCMP部40と、それぞれから搬送されたウエハーを洗浄する洗浄部41とを有している。ロードされた半導体ウエハー43は、CMP部40において、ターンテーブル42上で有機膜の研磨が行なわれた後、ポリッシングユニット44に保持される。上述した例においては、ターンテーブル42上に貼付された研磨布(図示せず)上でスラリー研磨および水研磨が行なわれた後、ウエハー43が搬送される。なお、CMP部40には、ドレッシングユニット45も併せて示してある。
In FIG. 5, the structure of the grinding | polishing apparatus used for the method concerning embodiment of this invention is shown typically. The illustrated polishing apparatus has a general configuration, and includes a
洗浄部41においては、ウエハー搬送ロボット46のウェハーハンガー(図示せず)が、ポリッシングユニット44から半導体ウエハー43を受け取り、両面ロール洗浄機47に搬送する。ウエハー43は、両面ロール洗浄機47でロールスポンジにより純水で両面が洗浄され、さらにウエハー搬送ロボット46により反転機48に搬送される。反転されたウエハーは、ペンシル洗浄機49でペンシルスポンジにより純水洗浄が行なわれた後、スピン乾燥してカセット50に収容される(ウエハーアンロード)。
In the
研磨後のウエハーの欠陥を、KLAテンコール社製KLA2139を用いて評価した結果、残渣欠陥数は75countであった。なお、図1(c)に示したようなレジスト塗布前における欠陥数は70countであり、欠陥の増加は実質的に抑制されたということができる。 As a result of evaluating wafer defects after polishing using KLA2139 manufactured by KLA Tencor, the number of residual defects was 75 counts. Note that the number of defects before resist application as shown in FIG. 1C is 70 counts, and it can be said that the increase in defects was substantially suppressed.
さらに、次のような分散液および界面活性剤溶液を研磨布上に供給して、種々のスラリーサンプルを調製し、前述と同様の条件で有機膜の研磨を行なった。 Furthermore, the following dispersion and surfactant solution were supplied onto the polishing cloth to prepare various slurry samples, and the organic film was polished under the same conditions as described above.
(スラリーサンプル2)
分散液:一次粒子径200nmのPST粒子を1wt%含有
流量150cc/min
界面活性剤溶液:0.2wt%ドデシンベンゼンスルホン酸カリウム水溶液
流量200cc/min
(スラリーサンプル3)
分散液:一次粒子径200nmのPST粒子を1wt%含有
流量150cc/min
界面活性剤溶液:0.2wt%アセチレンジオール系ノニオン界面活性剤水溶液
流量200cc/min
(スラリーサンプル4)
分散液:一次粒子径200nmのPST粒子を1wt%含有
流量150cc/min
界面活性剤溶液:0.2wt%シリコーン系界面活性剤水溶液
流量200cc/min
ここで用いたPST粒子は、以下のような手法により合成した。まず、スチレン92重量部、メタクリル酸4重量部、ヒドロキシエチルアクリレート4重量部、ラウリル硫酸アンモニウム0.1重量部、過硫酸アンモニウム0.5重量部、およびイオン交換水400重量部を、容量2リットルのフラスコに収容した。窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら70℃に昇温し、6時間重合させることによって、一次粒子径200nmのPST粒子が得られた。粒子の表面には、カルボキシル基が結合していた。
(Slurry sample 2)
Dispersion: 1 wt% of PST particles with a primary particle size of 200 nm
Flow rate 150cc / min
Surfactant solution: 0.2 wt% potassium dodecinebenzenesulfonate aqueous solution
Flow rate 200cc / min
(Slurry sample 3)
Dispersion: 1 wt% of PST particles with a primary particle size of 200 nm
Flow rate 150cc / min
Surfactant solution: 0.2 wt% acetylenic diol nonionic surfactant aqueous solution
Flow rate 200cc / min
(Slurry sample 4)
Dispersion: 1 wt% of PST particles with a primary particle size of 200 nm
Flow rate 150cc / min
Surfactant solution: 0.2 wt% silicone surfactant aqueous solution
Flow rate 200cc / min
The PST particles used here were synthesized by the following method. First, 92 parts by weight of styrene, 4 parts by weight of methacrylic acid, 4 parts by weight of hydroxyethyl acrylate, 0.1 part by weight of ammonium lauryl sulfate, 0.5 part by weight of ammonium persulfate, and 400 parts by weight of ion-exchanged water were added to a flask having a capacity of 2 liters. Housed in. While stirring in a nitrogen gas atmosphere, the temperature was raised to 70 ° C. and polymerized for 6 hours to obtain PST particles having a primary particle diameter of 200 nm. A carboxyl group was bonded to the surface of the particle.
(スラリーサンプル5)
分散液:一次粒子径300nmのPMMA粒子を1wt%含有
流量150cc/min
界面活性剤溶液:0.2wt%ポリカルボン酸水溶液
流量200cc/min
ここで用いたPMMA粒子は、以下のような手法により合成した。まず、メチルメタクリレ−ト94重量部、メタクリル酸1重量部、ヒドロキシメチルメタクリレート5重量部、ラウリル硫酸アンモニウム0.03重量部、過硫酸アンモニウム0.6重量部、およびイオン交換水400重量部を、容量2リットルのフラスコに収容した。窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら70℃に昇温し、6時間重合させることによって、一次粒子径300nmのPMMA粒子が得られた。粒子の表面には、カルボキシル基が結合していた。
(Slurry sample 5)
Dispersion: 1% by weight of PMMA particles with a primary particle size of 300 nm
Flow rate 150cc / min
Surfactant solution: 0.2 wt% polycarboxylic acid aqueous solution
Flow rate 200cc / min
The PMMA particles used here were synthesized by the following method. First, 94 parts by weight of methyl methacrylate, 1 part by weight of methacrylic acid, 5 parts by weight of hydroxymethyl methacrylate, 0.03 part by weight of ammonium lauryl sulfate, 0.6 part by weight of ammonium persulfate, and 400 parts by weight of ion-exchanged water were added. Housed in a 2 liter flask. While stirring in a nitrogen gas atmosphere, the temperature was raised to 70 ° C. and polymerization was performed for 6 hours to obtain PMMA particles having a primary particle diameter of 300 nm. A carboxyl group was bonded to the surface of the particle.
いずれのスラリーサンプルを用いた場合も、前述と同様に、欠陥の増加を抑制することができた。特に、スラリーサンプル4,5では、欠陥低減効果がより顕著であることが確認された。これらのサンプルにおいては、樹脂粒子の表面に官能基が結合しており、この官能基によって、樹脂粒子の分散性をよりいっそう高めることができた。樹脂粒子の分散性の確保は、研磨特性上、さらには保存安定性の観点から非常に重要な要因である。粒子が良好に分散されていない場合には、粗大粒子が形成されてスクラッチの原因となるおそれがある。あるいは、スラリーがハードケーキ化して、保存安定性が悪化してしまう。樹脂粒子の表面に官能基が存在しているので、スラリーサンプル4,5では、こうした不都合が生じることはない。 When any slurry sample was used, an increase in defects could be suppressed as described above. Particularly, in the slurry samples 4 and 5, it was confirmed that the defect reduction effect was more remarkable. In these samples, a functional group was bonded to the surface of the resin particle, and the dispersibility of the resin particle could be further enhanced by this functional group. Ensuring the dispersibility of the resin particles is a very important factor in terms of polishing characteristics and from the viewpoint of storage stability. If the particles are not well dispersed, coarse particles may be formed and cause scratches. Or a slurry will turn into a hard cake and storage stability will deteriorate. Since the functional groups are present on the surface of the resin particles, such a problem does not occur in the slurry samples 4 and 5.
比較のため、界面活性剤溶液を用いない以外は同様の条件で、レジスト膜の研磨を行なった(比較例1)。前述と同様にして評価したところ、研磨後の残渣欠陥数は、200countにも及んでいた。 For comparison, the resist film was polished under the same conditions except that the surfactant solution was not used (Comparative Example 1). When evaluated in the same manner as described above, the number of residual defects after polishing reached 200 counts.
上述したように本実施形態にかかる方法により、レジスト残渣に起因する有機膜の欠陥数を大幅に低減することが可能となった。図6を参照して、これについて説明する。本実施形態にかかる方法においては、有機膜を研磨する際のスラリー中には、樹脂粒子52とともに界面活性剤が含有され、この界面活性剤の親水部53の作用によって、研磨布31およびウエハー32表面が親水化される。
As described above, the number of defects in the organic film caused by the resist residue can be greatly reduced by the method according to the present embodiment. This will be described with reference to FIG. In the method according to the present embodiment, the slurry for polishing the organic film contains a surfactant together with the
疎水性のレジスト削りカス(図示せず)が発生しても、親水部53の作用により親水化される。このため、削りカスは、研磨布31表面に滞留することがなく排出されて、ウエハー32表面に付着することは避けられる。すなわち、研磨中のウエハー32においては、図7に示されるようにレジスト膜19上にレジスト削りカスは存在せず、ウエハー32全体にわたってレジスト膜19の表面は平坦化されている。レジスト削りカスが残留しないことから、このように清浄な表面を得ることが可能となった。レジスト膜19の表面が平坦化、清浄化されていることから、CMP後のリセス工程に影響を及ぼすことはなく、図8に示すように一定の深さでレジストリセスを行なうことができる。その結果、カラー酸化膜エッチバック後の膜厚は均一とすることができ、埋め込みストラップにおける抵抗値バラツキを低減させることが可能となった。
Even if hydrophobic resist scraps (not shown) are generated, they are hydrophilized by the action of the
これに対して、比較例1の場合には界面活性剤が用いられないので、研磨布31およびウエハー32の表面は、図9に示すようにいずれも疎水性を呈している。レジスト削りカス54もまた疎水性であるので、場合によっては、ウエハー32表面にレジスト削りカス54が付着することがある。研磨中のウエハー32においては、図10(a)に示すように削りカス54の付着した領域と、図10(b)に示すように削りカスの存在しない領域とが混在することになる。さらに、基板11上に設けられたPad窒化膜13は、本来親水性ではないことから、図10(a)に示すように、このPad窒化膜13上にもレジスト削りカス54が付着しやすい。
On the other hand, since the surfactant is not used in Comparative Example 1, the surfaces of the
レジスト膜19上に残留した削りカス54は、CMP後のリセス工程に影響を及ぼし、レジストリセス後のレジスト膜19においては、図11(a)および(b)に示すようにリセス深さにバラツキが生じてしまう。その結果、均一性よくレジストリセスを行なうことができず、カラー酸化膜エッチバック後の膜厚は不均一となって、埋め込みストラップにおける抵抗値バラツキの原因となる。
The
本実施形態にかかる方法においては、レジスト削りカスは界面活性剤の作用によりウエハー上から排除されるので、こうした不都合を回避することが可能となった。なお、本実施形態にかかる研磨方法は、フォトレジスト膜のみならず、有機SOGなどの低誘電率絶縁膜に代表される疎水性有機膜に対して広く適用することができる。 In the method according to the present embodiment, resist shaving residue is removed from the wafer by the action of the surfactant, so that such inconvenience can be avoided. The polishing method according to this embodiment can be widely applied not only to a photoresist film but also to a hydrophobic organic film typified by a low dielectric constant insulating film such as organic SOG.
(実施形態2)
本実施形態においては、樹脂粒子を含有する分散液と界面活性剤を含有する溶液とを、研磨布上に順次供給する以外は前述の実施形態1のスラリーサンプル1を使用した場合と同様にして、レジスト膜の研磨を行なった。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the same procedure as in the case of using the slurry sample 1 of the first embodiment described above except that the dispersion containing the resin particles and the solution containing the surfactant are sequentially supplied onto the polishing cloth. Then, the resist film was polished.
図5を参照して本実施形態の方法を説明すると、ターンテーブル42上でのレジスト膜の研磨は、樹脂粒子分散液による第1の研磨と、これに引き続いた界面活性剤溶液による第2の研磨との2工程で行なわれることになる。第2の研磨が終了すると、ウエハー42は洗浄部41に搬送されて、両面ロール洗浄機47においてロールスポンジにより純水洗浄が行なわれる。ロールスポンジ洗浄後のウエハーは、前述と同様にペンシルスポンジ洗浄およびスピン乾燥を経て、アンロードされる。
The method of this embodiment will be described with reference to FIG. 5. The resist film is polished on the
樹脂粒子分散液を用いた第1の研磨の結果、研磨布およびウエハーの表面には、レジスト削りカスが付着することがある。こうした削りカスは、界面活性剤溶液を用いた第2の研磨を行なうことにより、上述したようなメカニズムにしたがって除去される。 As a result of the first polishing using the resin particle dispersion, resist shavings may adhere to the surface of the polishing pad and the wafer. Such shavings are removed according to the mechanism described above by performing the second polishing using the surfactant solution.
研磨後のウエハーの欠陥を、KLAテンコール社製KLA2139を用いて評価した結果、残渣欠陥数は70countであった。レジスト塗布前の欠陥数は70countであり、本実施形態における研磨の結果、欠陥は増加しないことが確認された。また、界面活性剤でのポリッシュによるレジストディッシングの拡大はほとんどなく、SiNの研磨速度は1nm/min以下であり、Pad窒化膜の研磨はほとんど進行しない。 As a result of evaluating the defects of the wafer after polishing using KLA2139 manufactured by KLA Tencor, the number of residual defects was 70 count. The number of defects before resist application was 70 counts, and it was confirmed that the number of defects did not increase as a result of polishing in this embodiment. Further, there is almost no expansion of resist dishing by polishing with a surfactant, the polishing rate of SiN is 1 nm / min or less, and polishing of the pad nitride film hardly progresses.
比較のため、界面活性剤溶液を、研磨布上ではなくロールスポンジ洗浄に用いた以外は、同様の条件でレジスト膜の研磨を行なった(比較例2)。すなわち、ウエハーは、研磨布上で樹脂粒子分散液のみによる研磨、および純水洗浄を経て、両面ロール洗浄機に搬送される。ここで、界面活性剤溶液を用いてロールスポンジ洗浄が行なわれた後、ペンシルスポンジ洗浄およびスピン乾燥を経てアンロードされる。前述と同様にして評価したところ、研磨後の残渣欠陥数は150countにも及んでいた。 For comparison, the resist film was polished under the same conditions except that the surfactant solution was used not for polishing cloth but for roll sponge cleaning (Comparative Example 2). That is, the wafer is transferred to a double-sided roll cleaning machine after being polished on the polishing cloth only with the resin particle dispersion and washed with pure water. Here, roll sponge cleaning is performed using a surfactant solution, and then unloaded through pencil sponge cleaning and spin drying. When evaluated in the same manner as described above, the number of residual defects after polishing reached 150 counts.
本実施形態においては、樹脂粒子分散液によるレジスト研磨直後に、研磨布とウエハーとを接触させながら界面活性剤溶液を用いた研磨により洗浄が行なわれる。このため、ロールスポンジ等による洗浄に比べて高い洗浄効果を得ることができる。界面活性剤溶液を用いたところで、比較例2のようにロールスポンジによる洗浄では、レジスト残渣に起因する欠陥数は低減することはできない。界面活性剤における親水性基は、研磨布とウエハーとに作用して、その効果が得られるので、界面活性剤溶液を研磨布上で用いることによって、レジスト残渣に起因した欠陥を大幅に低減することが初めて可能となった。 In this embodiment, immediately after resist polishing with the resin particle dispersion, cleaning is performed by polishing using a surfactant solution while bringing a polishing cloth and a wafer into contact with each other. For this reason, a high cleaning effect can be obtained as compared with cleaning with a roll sponge or the like. When a surfactant solution is used, cleaning with a roll sponge as in Comparative Example 2 cannot reduce the number of defects caused by resist residues. Since the hydrophilic group in the surfactant acts on the polishing cloth and the wafer, and the effect is obtained, the use of the surfactant solution on the polishing cloth significantly reduces defects caused by the resist residue. It became possible for the first time.
(実施形態3)
前述の実施形態1のように、樹脂粒子分散液と界面活性剤溶液とを研磨布上に供給して有機膜用化学的機械的研磨スラリーによりレジスト膜を研磨した後、樹脂粒子分散液の供給を停止して界面活性剤溶液のみを供給してもよい。この場合には、有機膜用化学的機械的研磨スラリーによる研磨と、界面活性剤溶液による洗浄とが、研磨布上で行なわれることにより、研磨布表面とウエハー表面の親水化効果がさらに高められる。その結果、レジスト残渣に起因した欠陥数をよりいっそう低減するとともに、より安定してレジスト膜を研磨することが可能になる。
(Embodiment 3)
As in the first embodiment, the resin particle dispersion and the surfactant solution are supplied onto the polishing cloth, and the resist film is polished with the chemical mechanical polishing slurry for organic film, and then the resin particle dispersion is supplied. May be stopped and only the surfactant solution may be supplied. In this case, the polishing with the chemical mechanical polishing slurry for organic film and the cleaning with the surfactant solution are performed on the polishing cloth, thereby further enhancing the hydrophilic effect of the polishing cloth surface and the wafer surface. . As a result, the number of defects caused by the resist residue can be further reduced and the resist film can be polished more stably.
11…半導体基板; 12…Pad酸化膜; 13…Pad窒化膜; 14…トレンチ
15…プレート電極; 16…キャパシタ誘電膜; 17…ストレージノード
18…カラー酸化膜; 19…レジスト膜; 20…埋め込みストラップの開口部
21…ポリシリコン; 30…ターンテーブル; 31…研磨布; 32…半導体基板
33…トップリング; 34…第1の供給ノズル; 35…第2の供給ノズル
36…ドレッサー; 37…スラリー; 40…CMP部; 41…洗浄部
42…ターンテーブル; 43…半導体ウエハー; 44…ポリッシングユニット
45…ドレッシングユニット; 46…ウエハー搬送ロボット
47…両面ロール洗浄機; 48…反転機; 49…ペンシル洗浄機
50…カセット; 52…樹脂粒子; 53…親水部; 54…レジスト削りカス。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機膜を有する半導体基板を当接させる工程、
前記研磨布上に、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の有機膜用化学的機械的研磨スラリーを供給して、前記有機膜を研磨する工程を具備することを特徴とする有機膜の化学的機械的研磨方法。 A method for chemically and mechanically polishing an organic film deposited on a semiconductor substrate, comprising:
A step of bringing a semiconductor substrate having the organic film into contact with a polishing cloth affixed on a turntable;
An organic film comprising the step of polishing the organic film by supplying the chemical mechanical polishing slurry for an organic film according to any one of claims 1 to 3 onto the polishing cloth. Chemical mechanical polishing method.
ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機膜を有する半導体基板を当接させる工程、
前記研磨布上に、一次粒子径が0.05μm以上5μm以下の樹脂粒子を含有する分散液を供給して前記有機膜を研磨する第1の研磨工程、および
前記第1の研磨工程に続いて、前記研磨布上に親水部を有する界面活性剤の溶液を供給して前記有機膜を研磨する第2の研磨工程
を具備することを特徴とする有機膜の化学的機械的研磨方法。 A method for chemically and mechanically polishing an organic film deposited on a semiconductor substrate, comprising:
A step of bringing a semiconductor substrate having the organic film into contact with a polishing cloth affixed on a turntable;
Following the first polishing step of supplying a dispersion containing resin particles having a primary particle size of 0.05 μm or more and 5 μm or less onto the polishing cloth, and polishing the organic film, and the first polishing step A chemical mechanical polishing method for an organic film, comprising: a second polishing step for polishing the organic film by supplying a solution of a surfactant having a hydrophilic portion onto the polishing cloth.
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