JP5568641B2 - Ｃｍｐ用スラリー組成物及び研磨方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＭＰ用スラリー組成物及びこれを使用した研磨方法に関し、より詳細には、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れている、ＣＭＰ用スラリー組成物及びこれを使用した研磨方法に関する。
最近、ＤＲＡＭまたはフラッシュメモリ素子などの半導体素子の素子間の電気的分離のために、シャロートレンチアイソレーション（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ、ＳＴＩ）工程が使用されている。このようなＳＴＩ工程は、研磨停止層などが形成されたシリコン基板上にエッチングまたはフォトリソグラフィを利用してトレンチを形成する段階、シリコン酸化物などの絶縁物質でトレンチを充填する段階、及び過剰な絶縁物質によって発生した段差（ｓｔｅｐ ｈｅｉｇｈｔ）を除去する平坦化段階などを含んで構成される。
以前から、前記平坦化段階のために、リフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）、ＳＯＧ、またはエッチバック（Ｅｔｃｈｂａｃｋ）などの多様な方法が使用されたが、これらの方法は、半導体素子の高集積化及び高性能化の傾向によって、満足できるだけの結果を示すことができなかった。そのため、最近は、平坦化段階のために、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）方法が最も幅広く使用されている。
このようなＣＭＰ方法は、研磨装置の研磨パッドとウエハー（ｗａｆｅｒ）との間に研磨粒子及び多様な化学成分を含むスラリー組成物を供給し、前記ウエハー及び研磨パッドを接触させてこれらを相対的に移動させて、前記研磨粒子などでシリコン基板を機械的に研磨し、前記化学成分などの作用によってシリコン基板を化学的に研磨する方法である。
ＣＭＰ方法によれば、ウエハーの上部にあるシリコン酸化物などの絶縁物質が選択的に除去されて、絶縁物質が充填されたトレンチが生成される。このような研磨及び平坦化段階で研磨停止膜の上面が露出された時に研磨を中止することによって、ウエハーを部位別に均一に研磨することができて、過研磨による活性領域とフィールド領域との間の段差を最少化して、素子の性能及び工程の信頼性を維持することができる。
従来は、シリコン窒化膜が研磨停止膜として使用されたが、最近は、半導体装置の線幅が狭くなって、ＩＣが高集積化されることによって、単結晶シリコンまたはポリシリコン薄膜が研磨停止膜として検討されている。それによって、ＣＭＰ用スラリー組成物は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜などの研磨停止膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れていることが要求される。
本発明は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れている、ＣＭＰ用スラリー組成物を提供するものである。
本発明は、また、前記スラリー組成物を使用した研磨方法を提供するものである。
本発明は、研磨粒子；分散剤；イオン性高分子添加剤；及び２つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも１つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体を含む非イオン性高分子添加剤；を含む、ＣＭＰ用スラリー組成物を提供する。
また、本発明は、前記ＣＭＰ用スラリー組成物を使用して半導体基板上の研磨対象膜を研磨する段階を含む、研磨方法を提供する。
以下、発明の具体的な具現例によるＣＭＰ用スラリー組成物及びこれを使用した研磨方法について、より詳細に説明する。
発明の一具現例によれば、研磨粒子；分散剤；イオン性高分子添加剤；及び２つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも１つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体を含む非イオン性高分子添加剤；を含む、ＣＭＰ用スラリー組成物が提供される。
このようなＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨粒子、分散剤、イオン性高分子添加剤、及び特定の構造を有する非イオン性高分子添加剤を含むことによって、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対しては低い研磨率を示し、これとは反対に、シリコン酸化膜に対しては高い研磨率を示して、結果的に単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対して優れた研磨選択比（例えば、ポリシリコン膜に対する研磨率：シリコン酸化膜に対する研磨率が１：３５以上）を示す。ここで、前記スラリー組成物をシリコン酸化膜などの研磨対象膜に対するＣＭＰ方法のために使用すれば、研磨ターゲットからなる研磨対象膜を迅速に選択的に除去することができる。
また、本発明者の実験の結果、前記ＣＭＰ用スラリー組成物が前記イオン性高分子添加剤及び特定の構造を有する非イオン性高分子添加剤を同時に含むことによって、研磨及び平坦化段階でスラリー組成物の分散安定性が高くなり、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対して優れた研磨選択比を示して、高い研磨率でシリコン酸化膜を研磨することができることが確認された。
そして、前記ＣＭＰ用スラリー組成物が研磨領域に均等に良好に分散するため、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の表面特性を均一に調節して、研磨段階で発生するディッシングやエロージョンを最少化することができる。この時、ディッシングやエロージョンとは、研磨によって除去されてはならない部分の一部が除去されることによって、研磨面上に凹部が発生する現象であって、このようなディッシングまたはエロージョンなどによって半導体素子の電気的特性が低下する。
一方、前記イオン性高分子添加剤は、ポリアクリル酸；ポリメタクリル酸；イオン性高分子から誘導された主鎖に非イオン性高分子から誘導された複数の分枝鎖が結合しているくし型（ｃｏｍｂ−ｔｙｐｅ）共重合体；またはこれらの混合物を含む。このようなイオン性高分子添加剤が研磨停止膜の表面に吸着することによって、研磨停止膜に対する研磨率が低下して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜などの研磨停止膜及びシリコン酸化膜に対する優れた研磨選択比を実現することができる。
特に、前記イオン性高分子添加剤として前記くし型共重合体を使用する場合、前記非イオン性高分子から誘導された複数の分枝鎖は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の表面に吸着して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜を保護する役割を果たし、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨速度を低下させる反面、ポリアクリル酸などのイオン性高分子から誘導された主鎖は、シリコン酸化膜に対する研磨速度を低下させないため、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する優れた研磨選択比を実現することができる。
また、前記くし型共重合体は、同一な分子量範囲の線状共重合体に比べて、主鎖の長さが短く、スラリー組成物内で凝集現象を最少化することができるので、研磨パッドにスラリーが累積して発生した巨大粒子によるマイクロスクラッチを抑制することができる。そして、前記くし型（ｃｏｍｂ−ｔｙｐｅ）共重合体は、分枝鎖を含む形態で、単位面積当たりの重合体の密度が線状共重合体に比べて大きいため、ポリシリコン膜の表面に厚く吸着して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨速度をより効果的に低下させて、研磨選択比を向上させることができるようにする。したがって、このようなくし型共重合体のイオン性高分子添加剤を含むことによって、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する優れた研磨選択比を実現することができる。
一方、前記くし型共重合体は、アクリレート系またはメタクリレート系反復単位を含む主鎖にアルキレンオキシド系反復単位を含む分枝鎖が結合して、主鎖及び分枝鎖がくし型の共重合体を含むことができる。前記主鎖及び分枝鎖がくし型（ｃｏｍｂ−ｔｙｐｅ）の共重合体は、少なくとも１つ以上のアクリレート系またはメタクリレート系反復単位を含み、少なくとも１つ以上のアルキレンオキシド系反復単位が分枝鎖に結合されたものであれば、特別な制限なく使用することができる。好ましくは、前記アルキレンオキシド系反復単位は、ポリエチレンオキシド系またはポリプロピレンオキシド系反復単位である。
また、前記くし型共重合体は、ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸からなる群から選択されたいずれか１つ以上の反復単位と、ポリプロピレンオキシドメタクリル酸、ポリプロピレンオキシドアクリル酸、ポリエチレンオキシドメタクリル酸、及びポリエチレンオキシドアクリル酸からなる群から選択された１つ以上の反復単位とを含む共重合体を含む。
前記くし型共重合体は、下記の化学式１の単量体及び化学式２の単量体が共重合されて、主鎖及び分枝鎖がくし型（ｃｏｍｂ−ｔｙｐｅ）の共重合体を含む。
前記化学式１で、Ｒ１は水素原子またはメチル（ＣＨ３）であり、Ｒ２は炭素数２乃至３のアルキル（ａｌｋｙｌ）であり、Ｒ３は水素または炭素数１乃至４のアルキルであり、ｍは２乃至１００の整数である。
前記化学式２で、Ｒ１は水素原子またはメチルである。
前記くし型共重合体は、前記化学式１で示される単量体を１０乃至５０重量％で含む。このような単量体の含有量が１０重量％未満である場合には、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の表面に吸着するくし型共重合体の量が少なくて、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する研磨選択比が低くなり、その含有量が５０重量％を超過する場合には、くし型共重合体の水に対する溶解度が低くて、研磨粒子の凝集現象が発生するようになり、研磨対象膜に対する研磨率及び研磨選択比が低くなる。
本発明で使用することができるくし型共重合体の製造方法及び構造に関しては、例えば、韓国特許登録第０７８６９４８号、第０７８６９４９号、及び第０７８６９５０号などに記載されており、前記共重合体は、これら特許文献に開示された方法によって当業者が自明に得ることができる。
一方、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、前記イオン性高分子添加剤を０．０５乃至５重量％で含む。このような高分子添加剤の量によって、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の研磨速度を調節することができるが、イオン性高分子添加剤の含有量が０．０５重量％未満である場合には、研磨停止膜として使用される単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の研磨率が増加して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する研磨選択比が低くなる。これに反して、イオン性高分子添加剤の含有量が５重量％を超過する場合には、シリコン酸化膜の研磨率が低下して、研磨選択比が低くなり、研磨粒子の凝集現象が発生して、スラリー組成物の分散安定性が低下する。
前記イオン性高分子添加剤は、重量平均分子量が１，０００乃至５００，０００である。このようなイオン性高分子添加剤の重量平均分子量が１，０００未満である場合には、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が増加して、研磨選択比が低くなり、重量平均分子量が５００，０００を超過する場合には、ＣＭＰ用スラリー組成物の製造過程でイオン性高分子添加剤の水に対する溶解度が低くなって、研磨粒子の凝集現象が発生して、研磨対象膜に対する研磨率及び研磨選択比が低くなる。
一方、前記特定の構造を有する非イオン性高分子添加剤は、２つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも１つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体である。このようなポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体は、下記の化学式３または化学式４で示される。
前記化学式３及び４で、ｌは４乃至１００の整数、ｍは４乃至２５０の整数、ｎは４乃至２５０の整数、ｏは４乃至２５０の整数である。
前記化学式３または４で示されるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体の非イオン性高分子添加剤は、研磨工程で湿潤剤（ｗｅｔｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）として作用して、より効率的にＣＭＰ用スラリー組成物がウエハー内の広い領域に均等に分散及び侵入することができるようにする。それによって、前記化学式３または４で示されるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体の非イオン性高分子添加剤を含むＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨対象膜に対する高い研磨率及び優れた研磨選択比を示して、より向上した研磨均一度を達成することができるようにして、シリコン酸化膜などの研磨対象膜に対する過剰研磨現象であるディッシングの発生を最少化することができる。
前記ポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体は、疎水性部分及び親水性部分が混ざり合っているので、疎水性部分がポリオレフィン反復単位であり、親水性部分がポリエチレングリコール反復単位である。より好ましくは、前記ポリオレフィン反復単位は、その構成は限定されないが、分子量が１００乃至２０００のポリエチレンまたはポリエチレン−プロピレン共重合体から選択される。前記のように疎水性部分であるポリオレフィン反復単位が分子量１００乃至２０００のポリエチレンまたはポリエチレン−プロピレン共重合体などから構成される場合、ＣＭＰ用水系スラリー組成物のポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体のウエハー内の分散性及び浸透力をより向上させることができる。一方、前記ポリオレフィンの反復単位の分子量が１００未満である場合には、高分子添加剤の添加に伴う効果が微々たるものであり、ポリオレフィン反復単位の分子量が２０００を超過する場合には、スラリー組成物の構成時に、高分子添加剤の水に対する溶解度が低くなって、研磨剤として好ましくない。
前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、前記非イオン性高分子添加剤を０．０００１乃至０．５重量％で含む。このような非イオン性高分子添加剤の含有量によって、研磨率及び研磨選択比を調節することができるが、非イオン性高分子添加剤の含有量が０．０００１重量％未満である場合には、研磨対象膜に対する好ましい研磨選択比を実現するのが難しく、０．５重量％を超過する場合には、絶縁膜に対する研磨速度が急激に低下して、研磨スラリーとして適切な機能を発揮することができない。
一方、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、前記非イオン性高分子添加剤の溶解度を増加させるために、ＤＢＳＡ（ドデシルベンゼンスルホン酸）、ＤＳＡ（ドデシルセルフェート）、またはこれらの塩をさらに含むことができる。
前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨対象膜の機械的研磨のための研磨粒子を含む。このような研磨粒子は、従来から研磨粒子として使用された通常の物質は特別な制限なく使用することができ、例えば、金属酸化物粒子、有機粒子、または有機無機複合粒子などを使用することができる。
例えば、前記金属酸化物粒子としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、セリア、ジルコニア粒子、またはチタン粒子などを使用することができ、これらの中から選択された２種以上を使用することもできる。また、このような金属酸化物粒子としては、発煙法またはゾルゲル法などの任意の方法で形成されたものであれば、特別な制限なく使用される。
また、前記有機粒子としては、ポリスチレンやスチレン系共重合体などのスチレン系重合体粒子、ポリメタクリレート、アクリル系共重合体、またはメタクリレート系共重合体などのアクリル系重合体粒子、ポリ塩化ビニル粒子、ポリアミド粒子、ポリカーボネート粒子、またはポリイミド粒子などを特別な制限なく使用することができ、これらの中から選択された高分子の単一粒子やコア／シェル構造を有する球形の高分子粒子などを特別な制限なく使用することができる。また、乳化重合法または懸濁重合法などの任意の方法で得られた前記高分子粒子を有機粒子として使用することができる。
そして、前記研磨粒子として、前記高分子などの有機物及び前記金属酸化物などの無機物を複合させて形成した有機無機複合粒子を使用することもできる。
ただし、前記粒子としては、研磨対象膜に対する研磨率または研磨速度や適切な表面保護のために、酸化セリウム（ＣｅＯ２）を使用するのが好ましい。
また、前記研磨粒子は、前記研磨対象膜の適切な研磨速度及び前記スラリー組成物内での分散安定性などを考慮して、平均粒径が１０乃至５００ｎｍである。前記研磨粒子の大きさが小さすぎると、前記研磨粒子対象膜に対する研磨速度が阻害され、反対に、大きすぎると、前記研磨粒子のスラリー組成物内の分散安定性が阻害される。
前記研磨粒子は、前記ＣＭＰ用スラリー組成物内に０．００１乃至５重量％、好ましくは０．０５乃至２重量％の含有量で含まれる。前記研磨粒子が少なすぎると、前記研磨対象膜に対する研磨速度が阻害され、反対に、多すぎると、前記研磨粒子のスラリー組成物内の分散安定性が阻害される。
一方、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨剤の研磨効率を向上させるために、研磨剤用分散剤を含む。前記分散剤は、非イオン性高分子分散剤または陰イオン性高分子分散剤を使用することができる。非イオン性高分子分散剤は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレングリコール（ＥＧ）、グリセリン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、またはポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）であり、陰イオン性高分子分散剤は、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、またはポリアクリルマレイン酸であるが、必ずしもこれに限定されない。
前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、前記研磨粒子１００重量部に対して前記分散剤０．１乃至１００重量部を含む。前記分散剤の含有量が０．１重量部未満である場合には、分散力が低くて、沈澱が容易に行われるので、研磨液の移送時に沈澱が発生して、研磨剤の供給が均一でなくなる。これに反して、前記分散剤の含有量が１００重量部を超過する場合には、研磨材粒子の周辺に一種のクッションの役割を果たす分散剤ポリマー層が厚く形成されて、研磨剤の表面が研磨面に接触するのが難しくなり、研磨速度が低くなる。
一方、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨粒子及び分散剤を水に混合した後、ｐＨを適正に４乃至８にするのが好ましく、ｐＨの適正化のために、ｐＨ調節剤をさらに含むことができる。前記ｐＨ調節剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、水酸化ビジウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、または炭酸ナトリウムなどの塩基性ｐＨ調節剤や、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホルム酸、または酢酸などの酸性ｐＨ調節剤を含む。このうちの強酸または強塩基を使用する場合には、局地的ｐＨ変化によるスラリーの凝集を抑制するために、脱イオン水で希釈して使用することができる。
また、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、前記各構成成分を溶解または分散させるための媒質として、残量の水またはこれを含む水溶媒を含む。それによって、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、前記研磨粒子０．００１乃至５重量％；前記イオン性高分子添加剤０．０５乃至５重量％；前記非イオン性高分子添加剤０．０００１乃至０．５重量％；前記研磨粒子１００重量部に対して前記分散剤０．１乃至１００重量部；及び残量のｐＨ調節剤及び水；を含む。
本発明の他の具現例によれば、前記ＣＭＰ用スラリー組成物を使用して半導体基板上の研磨対象膜を研磨する段階を含む研磨方法が提供される。前記スラリー組成物を使用して研磨対象膜を研磨すれば、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対するシリコン酸化膜の研磨選択比が優れていて、半導体基板を均一に研磨することができる。前記研磨対象膜は、シリコン酸化膜である
より具体的に、前記研磨方法は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜を研磨停止層として使用して、シリコン酸化膜を研磨または平坦化する方法であり、例えば、半導体基板上に所定の単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンを形成する段階；前記単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンが形成された半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する段階；及び前記単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜が露出するまで前記シリコン酸化膜を研磨する段階；を含む。
一方、前記研磨方法は、半導体素子のシャロー・トレンチ・アイソレーション工程（ＳＴＩ工程）に適用され（この時、前記研磨対象膜となるシリコン酸化膜がトレンチ内に埋込まれた素子分離膜を形成して、半導体素子のフィールド領域を定義する）、その他の半導体素子の層間絶縁膜（ＩｎｔｅｒＬａｙｅｒＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ、ＩＬＤ）形成工程などの多様な工程に適用される。
本発明によれば、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れている化学的機械的研磨用スラリー組成物が提供される。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は、本発明を例示するためのものであって、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるのではない。
＜実施例：ＣＭＰ用スラリー組成物の製造＞
セリア研磨剤（ＬＧ化学製品）、分散剤であるポリアクリル酸またはポリメタクリル酸（ＬＧ化学製品）、選択比実現用イオン性高分子添加剤であるポリアクリル酸（３ｋ及び７ｋ：ＬＧ化学製品、２５０ｋ：ＢＡＳＦ社）またはポリプロピレンオキシドメタクリル酸−ポリアクリル酸共重合体（ＬＧ化学製品）、及び選択比実現用非イオン性高分子添加剤（三井化学）を下記の表１の含有量比率で水に混合した。そして、ｐＨ調節剤としてアンモニアを使用して、製造された組成物のｐＨが６になるように調節した。
セリア研磨剤（ＬＧ化学製品）、分散剤であるポリアクリル酸またはポリメタクリル酸（ＬＧ化学製品）、選択比実現用イオン性高分子添加剤であるポリアクリル酸（３ｋ及び７ｋ：ＬＧ化学製品、２５０ｋ：ＢＡＳＦ社）またはポリプロピレンオキシドメタクリル酸−ポリアクリル酸共重合体（ＬＧ化学製品）、及び選択比実現用非イオン性高分子添加剤（三井化学）を下記の表１の含有量比率で水に混合した。そして、ｐＨ調節剤としてアンモニアを使用して、製造された組成物のｐＨが６になるように調節した。
＜比較例：ＣＭＰ用スラリー組成物の製造＞
セリア研磨剤（ＬＧ化学製品）、分散剤であるポリメタクリル酸（ＬＧ化学製品）、イオン性高分子添加剤であるポリアクリル酸またはポリプロピレンオキシドメタクリル酸−ポリアクリル酸共重合体、及び非イオン性高分子添加剤を下記の表３の含有量比率で水に混合して、１００重量％になるようにした。そして、ｐＨ調節剤としてアンモニアを使用して、製造された組成物のｐＨが６になるように調節した。
セリア研磨剤（ＬＧ化学製品）、分散剤であるポリメタクリル酸（ＬＧ化学製品）、イオン性高分子添加剤であるポリアクリル酸またはポリプロピレンオキシドメタクリル酸−ポリアクリル酸共重合体、及び非イオン性高分子添加剤を下記の表３の含有量比率で水に混合して、１００重量％になるようにした。そして、ｐＨ調節剤としてアンモニアを使用して、製造された組成物のｐＨが６になるように調節した。
＜実験例：実施例１乃至５及び比較例１乃至４の研磨率の比較＞
実験例１．ポリシリコン膜を使用した研磨
前記表１及び表３のＣＭＰ用スラリー組成物を使用して、ＨＤＰによって６０００Åが蒸着された８インチＳｉＯ２ウエハー及び８０００Åが蒸着された８インチｐｏｌｙ Ｓｉウエハーを下記の研磨条件で１分間研磨した。
実験例１．ポリシリコン膜を使用した研磨
前記表１及び表３のＣＭＰ用スラリー組成物を使用して、ＨＤＰによって６０００Åが蒸着された８インチＳｉＯ２ウエハー及び８０００Åが蒸着された８インチｐｏｌｙ Ｓｉウエハーを下記の研磨条件で１分間研磨した。
［研磨条件］
研磨装備：Ｄｏｏｓａｎ ＤＮＤ ＵＮＩＰＬＡ２１０ ８ｉｎｃｈ
パッド：ＩＣ１０００／ＳｕｂａｌＶ Ｓｔａｃｋｅｄ（Ｒｏｄｅｌ社）
プレイトン速度：２４ｒｐｍ
キャリア速度：９０ｒｐｍ
圧力：４ｐｓｉ
スラリー流速：２００ｍｌ／ｍｉｎ
研磨装備：Ｄｏｏｓａｎ ＤＮＤ ＵＮＩＰＬＡ２１０ ８ｉｎｃｈ
パッド：ＩＣ１０００／ＳｕｂａｌＶ Ｓｔａｃｋｅｄ（Ｒｏｄｅｌ社）
プレイトン速度：２４ｒｐｍ
キャリア速度：９０ｒｐｍ
圧力：４ｐｓｉ
スラリー流速：２００ｍｌ／ｍｉｎ
前記研磨が行われる前と後とのシリコン酸化膜の厚さ及びポリシリコン膜の厚さをＮａｎｏｓｐｅｃ ６１００装備（ナノマトリックス社製品）を使用して測定した。これによってシリコン酸化膜及びポリシリコン膜に対する研磨率（研磨速度：Å／ｍｉｎ）を各々算出し、このように算出された各薄膜に対する研磨率から各ＣＭＰ用スラリー組成物のシリコン酸化膜に対するポリシリコンの研磨選択比を算出した。このように算出された各薄膜に対する研磨率及び研磨選択比を表４に記載した。
前記表４に示された結果によれば、イオン性高分子と共に優れた選択比実現用非イオン性高分子添加剤を含むＣＭＰ用スラリー組成物をＣＭＰ方法に使用すれば、シリコン酸化膜に対する研磨率：ポリシリコン膜に対する研磨率が３５：１以上の優れた研磨選択比が示されることを確認することができる。
Claims (22)
- 研磨粒子；分散剤；イオン性高分子添加剤；及び２つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも１つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなっており、下記化学式３または化学式４：
で示されるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体を含む非イオン性高分子添加剤；を含む、ＣＭＰ用スラリー組成物。 - 前記イオン性高分子添加剤は、イオン性高分子から誘導された主鎖に非イオン性高分子から誘導された複数の分枝鎖が結合しているくし型（ｃｏｍｂ−ｔｙｐｅ）共重合体；ポリアクリル酸；及びポリメタクリル酸；からなる群から選択された１種以上を含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記くし型共重合体は、アクリレート系またはメタクリレート系反復単位を含む主鎖にアルキレンオキシド系反復単位を有する分枝鎖が結合して、主鎖及び分枝鎖がくし型の共重合体を含む、請求項２に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記くし型共重合体は、下記の化学式１の単量体及び化学式２の単量体が共重合されて、主鎖及び分枝鎖がくし型の共重合体を含む、請求項２に記載のＣＭＰ用スラリー組成物：
Ｒ１は水素原子またはメチルであり、
Ｒ２は炭素数２乃至３のアルキル（ａｌｋｙｌ）であり、
Ｒ３は水素または炭素数１乃至４のアルキルであり、
ｍは２乃至１００の整数であり、
Ｒ１は水素原子またはメチルである。 - 前記イオン性高分子添加剤を０．０５乃至５重量％で含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記イオン性高分子添加剤の重量平均分子量が１，０００乃至５００，０００である、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記ポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体のポリオレフィンは、分子量が１００乃至２０００のポリエチレンまたはポリエチレン−プロピレン共重合体を含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記非イオン性高分子添加剤を０．０００１乃至５重量％で含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- ポリシリコン膜に対する研磨率：シリコン酸化膜に対する研磨率が１：３５以上の研磨選択比を示す、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記研磨粒子は、
シリカ粒子、アルミナ粒子、セリア、ジルコニア粒子、及びチタン粒子からなる群から選択された１つ以上を含む金属酸化物粒子；
スチレン系重合体粒子、アクリル系重合体粒子、ポリ塩化ビニル粒子、ポリアミド粒子、ポリカーボネート粒子、及びポリイミド粒子からなる群から選択された１つ以上を含む有機粒子；及び
前記金属酸化物及び有機粒子を複合して形成した有機無機複合粒子；を含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 前記研磨粒子は、平均粒径が１０乃至５００ｎｍである、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記研磨粒子を０．００１乃至５重量％で含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記分散剤は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレングリコール（ＥＧ）、グリセリン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、及びポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）からなる群から選択された１種以上の非イオン性高分子分散剤；または
ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、及びポリアクリルマレイン酸からなる群から選択された１種以上の陰イオン性高分子分散剤；を含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 前記研磨粒子１００重量部に対して前記分散剤０．１乃至１００重量部を含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- ｐＨ調節剤をさらに含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記ｐＨ調節剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、水酸化ビジウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸ナトリウムからなる群から選択された１つ以上の塩基性ｐＨ調節剤；または
塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホルム酸、及び酢酸からなる群から選択された１つ以上の酸性ｐＨ調節剤；を含む、請求項１５に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - ｐＨが４乃至８である、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
- 前記研磨粒子０．００１乃至５重量％；
前記イオン性高分子添加剤０．０５乃至５重量％；
前記非イオン性高分子添加剤０．０００１乃至０．５重量％；
前記研磨粒子１００重量部に対して前記分散剤０．１乃至１００重量部；及び
残量のｐＨ調節剤及び水；を含む、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 請求項１のＣＭＰ用スラリー組成物を使用して半導体基板上の研磨対象膜を研磨する段階を含む、研磨方法。
- 前記研磨対象膜は、シリコン酸化膜を含む、請求項１９に記載の研磨方法。
- 半導体基板上に所定の単結晶シリコン膜パターンまたは単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンを形成する段階；
前記単結晶シリコン膜パターンまたは単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンが形成された半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する段階；及び
前記単結晶シリコン膜または単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜が露出するまで前記シリコン酸化膜を研磨する段階；を含む、請求項２０に記載の研磨方法。 - 半導体素子のシャロー・トレンチ・アイソレーション工程（ＳＴＩ工程）に適用されて、前記研磨されるシリコン酸化膜が半導体素子のフィールド領域を定義する、請求項２０に記載の研磨方法。
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