JP6581299B2 - Ｃｍｐ用スラリー組成物及びこれを用いた研磨方法 - 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用いた研磨方法に関する。
半導体素子の集積度が増加するにつれて、半導体ウエハー（Ｗａｆｅｒ）上に形成される構造物の高低段差が増加しているが、段差が増加する場合、後続のリソグラフィー（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程で焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）の問題によりマスクパターンを正確にプリント（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）するのに困難が発生する。
したがって、最近では、ウエハーの表面を平坦化するために、化学的な除去加工と機械的な除去加工を一つの加工工程に合わせた化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」という）工程が広く用いられている。
一般に、ＣＭＰ工程は、段差を有するウエハーの表面を研磨パッド（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ）上に密着させた後、研磨剤と化学物質の含まれた研磨液であるスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）をウエハーと研磨パッドとの間に注入させてウエハーの表面を平坦化させる。すなわち、ＣＭＰ工程は、簡単に言うと、半導体ウエハーで特定の膜質を平坦に削る作業といえる。このようなＣＭＰ工程において、研磨（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）後の研磨面の均一度は非常に重要である。
ＣＭＰ工程のための構成には、ウエハーが装着されるヘッド、該ヘッドと同じ方向に回転するパッド、及びこれらのヘッドとパッドとの間に位置し、ナノサイズの研磨粒子などが含まれたスラリーがあり、ウエハーは表面張力または真空によってヘッドに装着される。ＣＭＰ工程において、ウエハーはパッドとスラリーによって研磨され、パッドが付いた研磨テーブルは単純な回転運動を行い、ヘッド部は回転運動と揺動運動を同時に行い、ウエハーを一定の圧力で研磨テーブル方向に加圧する。ヘッド部の自体荷重と印加される加圧力によってウエハーの表面とパッドとは接触し、この接触面間の微細な隙間、すなわち、パッドの気孔部分の間に加工液としてのスラリーが流動する。スラリー内の研磨粒子とパッドの表面突起によって機械的な除去作用が行われ、スラリー内の化学成分によっては化学的な除去作用が行われる。また、ウエハーのデバイスが形成された突出部分の上部から研磨粒子または表面突起との接触がなされ、この突出部分に圧力が集中するので、他の部分よりも相対的に高い表面除去速度を持つようになり、加工が進むにつれて全面積にわたって突出部分は均一に除去される。前記平坦化工程中にシリコン酸化膜が現れる層で研磨が停止しなければならない。ＣＭＰ工程は、工程進行中に同一の物質のみを研磨して、指定された厚さだけを除去しなければならないタイプと、互いに異なる種類の物質が会って研磨エンドポイント（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ）が決まるタイプに区分することができる。工程中に研磨されてはならない層の研磨率が研磨される物質の研磨率よりあまりにも小さい場合、若干のオーバーポリシングで自然に研磨エンドポイント（ＰＥＰ）が決定できる。上述のように２つの物質の研磨比を選択比という。前記ＣＭＰ工程に使用されるスラリーは、化学的な反応を引き起こすおそれのある雰囲気の溶液に、選択比を持つ研磨剤が混合されなければならない。つまり、ダマシン工程（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）中に、上述のようにシリコン窒化膜の研磨を優先とし、シリコン酸化膜が露出すると同時に研磨が停止する２つの物質の研磨比が異なる、すなわち選択比が異なるスラリーが必要になった。また、金属層の損傷がなく、素子の電気的特性を向上させるスラリーを必要とするようになった。しかし、従来開発されたスラリーは、シリコン窒化膜に比べてシリコン酸化膜の研磨率が一層高いため、前記ダマシンゲート工程に使用することができないという問題点がある。よって、ＣＭＰ工程の能力がスラリーの特性に依存する場合が多く発生しているため、最適のＣＭＰ用スラリー組成物の開発が求められている。
一方、ＣＭＰにおける被研磨面は、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）、単結晶シリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの多種多様な材料が露出している。従来は、上述した材料のうちの１種をターゲットにしたＣＭＰ用スラリー組成物を用いて、そのターゲットにした材料をＣＭＰで除去した。しかし、他の材料との研磨速度比が大きく異なると、ターゲットにした材料が過度に研磨され、ディッシングや浸食などの欠陥を引き起こすことがあった。また、ターゲットとする材料ごとに各対象に適したＣＭＰ用スラリー組成物を選択し、ＣＭＰにより除去しなければならないため生産性が低くなるという問題があった。
したがって、最近、半導体デバイスの構造の多様化に伴い、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の３種類の膜質を同時に研磨することが求められている。この３種類の膜質を同時に研磨するためには、研磨対象ごとに対象に合わせてスラリーを選択しスラリーを供給しなければならない工程から外れて、ＣＭＰ用スラリー組成物自体で膜質の選択比を調節して研磨することができる開発が必要である。
上述のようにＣＭＰ用スラリー組成物自体で膜質の選択比を調節して研磨させるための技術として、韓国登録特許公報第１３９６８５３号の「シリコン窒化物研磨用スラリー組成物、これを用いたシリコン窒化膜の研磨方法及び半導体装置の製造方法」には、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜を高い研磨選択比で研磨することができるため、シリコン窒化膜の選択的な除去が要求される半導体製造工程に有用に適用できるシリコン窒化物研磨用スラリー組成物が開示されている。また、韓国公開特許公報第２０１４−０１３３６０４号の「高い除去率及び低い欠陥を有する酸化物及び窒化物に対して選択的なＣＭＰ組成物」には、セリア（Ｃｅｒｉａ）研磨剤、１つ以上の非イオン性重合体、選択的に一つ以上のホスホン酸、選択的に一つ以上の窒素含有両性イオン性化合物、選択的に一つ以上のスルホン酸共重合体、選択的に一つ以上の陰イオン性共重合体、選択的に４級アミンを含む１つ以上の重合体、選択的に研磨組成物のｐＨを調整する一つ以上の化合物、水、及び選択的に一つ以上の添加剤を含有する化学−機械的研磨組成物を提供し、酸化シリコン、窒化シリコン及び／またはポリシリコンの好ましい選択性を示す。また、前記化学−機械的研磨組成物で、酸化シリコン、窒化シリコン及び／またはポリシリコンを含む基板を化学−機械的に研磨する方法が開示されている。
そこで、本発明は、研磨対象に応じて膜質（シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜）に適したスラリーをそれぞれ適用することなく、添加剤及び溶媒の含有量の調節によって膜質の選択比を調節して研磨することができるＣＭＰ用スラリー組成物を提供しようとする。
本発明の目的は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する研磨選択比を自由に調節して研磨することができるため、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択的な除去が要求される半導体製造工程に有用に適用できるＣＭＰ用スラリー組成物を提供することにある。特に、シリコン酸化膜に対する研磨率が高い従来のスラリーとは異なり、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜及びポリシリコン膜を高い研磨選択比で研磨することができるＣＭＰ用スラリー組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記ＣＭＰ用スラリー組成物を用いた研磨方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して研磨することができるように、コロイダルシリカからなる研磨剤と、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸よりなる群から選ばれる１種以上の添加剤と、溶媒とを含むことを特徴とする、ＣＭＰ用スラリー組成物を提供する。
本発明の好適な一実施形態において、前記コロイダルシリカは、粒子サイズが１０乃至１２０ｎｍであることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、ヘテロ環式化合物は、窒素原子が２つ以上のものであって、１，２，４Ｈ−トリアゾール、５−メチルベンゾトリアゾール、テトラゾール、イミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾゾル及びピペラジンよりなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記有機酸は、カルボン酸を含む化合物であって、コハク酸（Ｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ）、グルタル酸（Ｇｌｕｔａｒｉｃ ａｃｉｄ）及びアジピン酸（Ａｄｉｐｉｃ ａｃｉｄ）よりなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記添加剤は、ポリシリコン膜に対して選択比の調節が可能なポリエチレングリコールと、シリコン窒化膜に対して選択比の調節が可能なヘテロ環式化合物及び有機酸からなることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、組成物の総重量に対して、コロイダルシリカからなる研磨剤０．２乃至１０重量％、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸よりなる群から選ばれる１種以上の添加剤０．００１乃至７重量％を含有し、残部が溶媒からなることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記添加剤は、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸の比率が０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０であることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、水溶性高分子をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸及びヒドロキシエチルセルロースよりなる群から選ばれる１種以上を選択することができ、組成物の総重量に対して水溶性高分子０．００１乃至５重量％を含むことを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、ｐＨが３乃至５であることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の中から選ばれる２種以上で形成される被研磨膜を同時に研磨することを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記研磨は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨選択比が１：１〜５０：１〜５０であることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨剤に添加剤を含ませて単一スラリーとして使用することを特徴とする。
本発明の他の実施形態において、前記ＣＭＰスラリー組成物を用いて半導体ウエハーを研磨する段階を含むことを特徴とする、ＣＭＰ用スラリー組成物を用いた研磨方法を提供する。
本発明の好適な一実施形態において、前記研磨方法は、研磨剤と添加剤がそれぞれ注入され、添加剤の含有量の調節によってシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択比を調節して研磨することを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記添加剤は、ポリエチレングリコールの含有量の調節によってポリシリコン膜の選択比を調節して研磨させるものであり、ヘテロ環式化合物及び有機酸の含有量の調節によってシリコン窒化膜の選択比を調節して研磨させることを特徴とする。
本発明の好適な一実施形態において、前記添加剤は、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸の比率が０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０であることを特徴とする。
本発明に係るＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜及びポリシリコン膜を高い研磨選択比で研磨することができるため、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択的な除去が要求される半導体製造工程に有用に適用できる。また、上述したようなＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨対象ごとに対象膜質に適したそれぞれのスラリーを選択する必要がないため、生産効率の向上を図ることができる。
ＣＭＰ装備のパッド及びウエハーに対する研磨工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るシリコン窒化膜の研磨方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るシリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨方法を説明するための断面図である。
別に定義しない限り、本明細書で使用されたすべての技術的及び科学的用語は、本発明の属する技術分野における熟練した専門家によって通常理解されるのと同じ意味を持つ。一般に、本明細書で使用された命名法は、本技術分野でよく知られており、通常使用されるものである。
本明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
一般に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」という）工程において、スラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）とは、通常、研磨剤（Ａｂｒａｓｉｖｅ）と添加剤（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）が含まれているものをスラリーといい、また、 研磨剤のみからなる単一化製品もスラリーという。本発明は、研磨剤と添加剤の流量を変更しながら、研磨される膜の選択比を変更する技術であるため、研磨剤と添加剤とを区別する。しかし、場合によっては、研磨剤に添加剤を含ませて単一のスラリー組成物に製造することもできる。
本発明において、「除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）」とは、ＣＭＰ工程でウエハーの膜質が削れる程度、すなわち膜質の除去速度を意味する。
本発明において、「選択比（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｒａｔｉｏ）」とは、同一の研磨条件で互いに異なる物質に対する異なる除去率を意味する。
以下、本発明のＣＭＰ用スラリー組成物及びこれを用いた研磨方法を詳細に説明する。
一般的なＣＭＰ用スラリー組成物の場合には、シリコン酸化膜が最もよく研磨されるが、本発明では、シリコン酸化膜に対する選択比を低くして除去率を最小化しながら、デバイスの構造的な特徴に応じて、シリコン酸化膜に比べてシリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して除去率を高く或いは低く自由に調節して研磨することができる。
上述のようにシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節するための要因としては、ＣＭＰ用スラリー組成物の構成物質である「添加剤及び溶媒の含有量の調節」によって左右されるが、添加剤及び溶媒の含有量の調節によってそれぞれのＣＭＰ工程に合わせて最適の選択比を適用して半導体ウエハーを研磨することができる。
したがって、従来の半導体工程で使用されるスラリーは、各研磨対象に応じて途中でスラリーを交換しなければならない煩わしさがあったが、本発明で開発しようとするスラリーは、様々なデバイス及び複数の工程に対して一つのスラリーを用いて添加剤及び溶媒の含有量の調節によってシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して研磨することができるので、研磨対象に応じて途中でスラリーを交換することなく連続的に研磨して除去することができる。
本発明の一実施形態は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して研磨することができるように、コロイダルシリカからなる研磨剤と、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸よりなる群から選ばれる１種以上の添加剤と、溶媒とを含むことを特徴とするＣＭＰ用スラリー組成物を提供する。
前記コロイダルシリカは、ナノ粒径のシリカ粒子が沈降せず溶媒に安定的に分散したコロイド溶液を意味する。前記コロイダルシリカは、粒子サイズ１０乃至１２０ｎｍの場合がスクラッチ（Ｓｃｒａｔｃｈ）及び除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）を適切に維持するための観点から好ましく、粒子サイズ３０乃至８０ｎｍの場合がさらに好ましい。もしコロイダルシリカの粒子サイズが１０ｎｍ未満である場合には、膜質に対する除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）が減少して工程進行時間が長くかかり、１２０ｎｍを超える場合には、スクラッチ（Ｓｃｒａｔｃｈ）に脆弱であるため好ましくない。
本発明の一実施形態に係るＣＭＰ用スラリー組成物において、前記添加剤は、ポリシリコン膜に対して選択比の調節が可能なポリエチレングリコールと、シリコン窒化膜に対して選択比の調節が可能なヘテロ環式化合物及び有機酸からなるものであり得る。つまり、添加剤であるポリエチレングリコールの含有量を高くすると、非イオン界面活性剤として粉末状乳化剤の特性によってポリシリコン膜に対する研磨速度を大幅に減少することができ、添加剤であるヘテロ環式化合物及び有機酸の含有量を高くすると、沈降及び凝集を抑制する特性と共にシリコン窒化膜に対する研磨速度を大きくすることができる。
この際、前記ヘテロ環式化合物は、窒素原子が２つ以上のものであって、１，２，４Ｈ−トリアゾール、５−メチルベンゾトリアゾール、テトラゾール、イミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、及びピペラジンよりなる群から選ばれる１種以上のものであり得る。
また、前記有機酸は、カルボン酸を含む化合物であって、コハク酸（Ｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｃｉｄ）、グルタル酸（Ｇｌｕｔａｒｉｃ ａｃｉｄ）及びアジピン酸（Ａｄｉｐｉｃ ａｃｉｄ）よりなる群から選ばれる１種以上のものであり得る。
本発明の一実施形態に係るＣＭＰ用スラリー組成物において、前記溶媒は、組成物の濃度を調節して膜質の除去率を調節するために使用されるものであって、添加剤に希釈させて使用することができる。前記溶媒は、脱イオン水、水などを使用することができるが、脱イオン水を使用することが最も好ましい。
前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、組成物の総重量に対して、コロイダルシリカからなる研磨剤０．２乃至１０重量％、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸よりなる群から選ばれる１種以上の添加剤０．００１乃至７重量％を含有し、残部が溶媒からなるものであり得る。
前記コロイダルシリカからなる研磨剤、すなわちコロイダルシリカは、組成物の総重量に対して０．２乃至１０重量％を含むことが好ましい。コロイダルシリカを０．２重量％未満で使用する場合には、Ｓｏｌｉｄの含有量が不足して除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）が減少し、コロイダルシリカを１０重量％超過で使用する場合には、過度な含有量に起因する凝集現象が起こるので好ましくない。
前記ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸よりなる群から選ばれる１種以上の添加剤は、組成物の総重量に対して０．００１乃至７重量％を含むことが好ましい。もし添加剤を０．００１重量％未満で使用する場合には、添加剤の含有量が低いため、添加剤に対する作用が殆どなく、添加剤を７重量％超過で使用する場合には、添加剤が過量含有されて、一緒に添加された異なる種類の添加剤がまともに役割を果たさないため好ましくない。
このとき、添加剤は、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸の比率が０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０であることが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨選択比が１：１〜５０：１〜５０を満足させて、シリコン酸化膜に比べてシリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して除去率を高く或いは低く自由に調節して研磨することができるので好ましい。
前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン窒化膜に対して選択比の調節が可能な水溶性高分子をさらに含むものであり得る。前記水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸及びヒドロキシエチルセルロースよりなる群から選ばれる１種以上のものを選択することができる。前記水溶性高分子は、組成物の総重量に対して水溶性高分子０．００１乃至５重量％を含むことが好ましい。もし水溶性高分子を０．００１重量％未満で使用する場合には、添加剤の含有量が低いため、添加剤に対する作用が殆どなく、 水溶性高分子を５重量％超過で使用する場合には、一緒に添加された異なる種類の添加剤がまともに役割を果たさないため好ましくない。
本発明の一実施形態に係るＣＭＰ用スラリー組成物は、ｐＨが３乃至５であることが組成物の安定性の観点から好ましい。もしｐＨの範囲が３未満である場合には、除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）が不安定であり、ｐＨの範囲が５を超える場合には、コロイダル粒子の凝集現象及び除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ）が不安定であるため好ましくない。前記ｐＨの範囲となるように調節するために、塩基性物質としては、ＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨ、ＴＢＡＨ、ＨＮＯ３などを単独でまたは混合して使用することができ、酸性物質としては、硝酸、硫酸、塩酸などの無機酸を単独でまたは混合して使用することができる。ｐＨは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨速度と密接に関連しているため、精度よく調節しなければならない。
前述したように、本発明から提供されるＣＭＰ用スラリー組成物は、添加剤及び溶媒の含有量の調節によって、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の中から選択される２種以上で形成される被研磨膜を同時に研磨するものであり得る。このとき、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨選択比が１：１〜５０：１〜５０のものであり得る。また、シリコン酸化物の除去率（研磨速度）は２０〜２００Å／ｍｉｎ、ポリシリコン膜の除去率（研磨速度）は２０〜１５００Å／ｍｉｎ、シリコン窒化膜の除去率（研磨速度）は２００〜２０００Å／ｍｉｎを有するものであり得る。これは、シリコン酸化膜が露出する半導体工程でシリコン窒化膜及びポリシリコン膜を高い研磨選択比で研磨することができるので、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択的な除去が要求される半導体製造工程に有用に適用できる。
一例として、シリコン酸化膜に対する選択比は低くしながら、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を変更しようとする場合において、ポリシリコン膜に対する選択比を強化しようとする場合には、ポリシリコン膜に対する添加剤であるポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸を０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０の比率で選択比を調節することができる。（ｅｘ）シリコン酸化膜：ポリシリコン膜：シリコン窒化膜＝１：１〜３０：５〜３０）
他の一例として、シリコン酸化膜に対する選択比は低くしながら、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を変更しようとする場合において、シリコン窒化膜に対する選択比を強化しようとする場合には、シリコン窒化膜に対する添加剤であるポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸を０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０の比率で選択比を調節することができる。（ｅｘ）シリコン酸化膜：ポリシリコン膜：シリコン窒化膜＝１：１〜５：５〜３０）
別の一例として、シリコン酸化膜に対する選択比は低くしながら、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を変更しようとする場合において、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を強化しようとする場合には、添加剤であるポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸を０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０の比率で選択比を調節することができる。（ｅｘ）シリコン酸化膜：ポリシリコン膜：シリコン窒化膜＝１：５〜１５：５〜１５）
また、本発明から提供されるＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して研磨することができるが、場合によって一部異なる膜質の場合においても研磨することができるものであり得る。一例として、本発明のＣＭＰ用スラリー組成物の場合、トレンチ（Ｔｒｅｎｃｈ）構造の形態である場合、バルク（Ｂｕｌｋ）膜質を研磨する用途で有用に使用できる。それだけでなく、通常のパイプチャンネル（Ｐｉｐｅ ｃｈａｎｎｅｌ）地域は、犠牲膜質を用いて構造を形成するが、ＣＭＰ工程で構造を形成しようとする場合、パイプチャンネルのＤｉｓｈｉｎｇやＯｖｅｒ ＣＭＰによるトレンチ変化を最小限に抑えるために、さまざまな特性を有するスラリーの使用が必要である。このような場合、膜質の選択比調節が可能な本発明のＣＭＰ用スラリー組成物の適用が可能である。
前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、研磨剤に添加剤を含ませて単一スラリーとして使用が可能なものであり得る。
本発明の別の一実施形態は、前記ＣＭＰスラリー組成物を用いて半導体ウエハーを研磨する段階を含むことを特徴とする、ＣＭＰ用スラリー組成物を用いた研磨方法を提供するものであり得る。前記研磨方法は、研磨剤と添加剤がそれぞれ注入され、添加剤の含有量の調節によってシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択比を調節して研磨するものであり得る。
前記ＣＭＰスラリー組成物を用いた研磨方法の一例は、次のとおりである。図１に示すように、ＣＭＰ装備のパッド及びウエハーに対する研磨を示す概略図から確認できるように、まず、ＣＭＰスラリー組成物を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、被研磨面と接触させ、被研磨面と研磨パッドを相対的に動かして研磨する。研磨装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨パッドとを接着した研磨定盤を有する一般な研磨装置を使用することができる。研磨パッドとしては、一般な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などを使用することができる。研磨中、研磨パッドには、ＣＭＰ用スラリー組成物を、各研磨剤及び添加剤のラインを介してポンプなどで連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨剤で覆われている状態を維持することが好ましい。このとき、前記添加剤は、ポリエチレングリコールの含有量の調節によってポリシリコン膜の選択比を調節して研磨させるものであり、ヘテロ環式化合物及び有機酸の含有量の調節によってシリコン窒化膜の選択比を調節して研磨させるものであり得る。このとき、前記添加剤は、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸の比率が０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０であるものであり得る。研磨終了後の半導体基板は、流水でよく洗浄した後、スピンドライヤー、ランプタイプなどを用いて、半導体基板上に付着した水滴を取り払ってから乾燥させることが好ましい。被処理体としては、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の中から選ばれる２種以上で形成される被研磨面を有する半導体基板を挙げることができる。
一般な従来のＣＭＰ用スラリー組成物の場合には、シリコン酸化膜が最もうまく研磨されるが、本発明に係るＣＭＰスラリー組成物は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜を高い研磨選択比で研磨することができるため、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の３種で形成される被研磨面を有する半導体の製造工程に有用に適用できる。前述したようなＣＭＰスラリー組成物は、研磨対象ごとに対象に適したそれぞれのスラリーを選択する必要がないため、生産効率の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るシリコン窒化膜の研磨方法は、図２のとおりである。図２から確認できるように、本発明から製造されたＣＭＰ用スラリー組成物の添加剤の含有量の調節によって、添加剤であるポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸を０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０の比率で添加してポリシリコン膜またはシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨選択比を高めてシリコン窒化膜を選択的に研磨することができる。（ｅｘ）シリコン酸化膜：ポリシリコン膜：シリコン窒化膜＝１：１：５０）
本発明の別の一実施形態に係るシリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨方法は、図３のとおりである。本発明から製造されたＣＭＰ用スラリー組成物は研磨剤の添加剤が一緒に含まれているものであって、図３の構造での如く、様々な工程を経た後、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の膜質を研磨する場合、添加剤であるポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物及び有機酸を０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０の比率で添加して、シリコン酸化膜に対する選択比は低くしながら、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を高くすることができるスラリーを使用すると、トレンチ地域でのシリコン窒化膜及びポリシリコン膜を研磨しながら、シリコン酸化膜に対する選択比が高いため、トレンチ地域での高さに対する変化を最小化することができる。（ｅｘ）シリコン酸化膜：ポリシリコン膜：シリコン窒化膜＝１：２０：２０）
すなわち、前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン酸化膜がうまく研磨できず且つシリコン窒化膜及びポリシリコン膜はうまく研磨できるスラリーであって、２つのトレンチ構造のうち、一方のトレンチ構造はポリシリコン膜で充填し、もう一方のトレンチ構造はシリコン窒化膜で充填しようとする場合、まずシリコン窒化膜及びポリシリコン膜を蒸着して、２つのトレンチが１種類の膜質に蒸着されると、マスクパターン工程を経てクリーニング（Ｃｌｅａｎｉｎｇ）またはエッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程を用いて、一方のトレンチに充填されている膜質を除去する。その後は、異種膜質の物質で充填した後、再びシリコン酸化膜はうまく研磨できず、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜はうまく研磨できるスラリーでＣＭＰ工程を行うと、２つのトレンチ構造のうち、一方のトレンチ構造はポリシリコン膜で充填された構造を得ることができ、もう一方のトレンチ構造はシリコン窒化膜で充填された構造の形態を得ることができる。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。これらの実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎない。本発明の範囲がこれらの実施例に制限されるものと解釈されないことは、当業分野における通常の知識を有する者にとって自明のことである。
実施例１
研磨剤であるコロイダルシリカを用意し、ポリエチレングリコール、ヘテロ環式化合物である５メチル−ベンゾトリアゾール、及び有機酸であるグルタル酸が含有された添加剤に溶媒としての脱イオン水を混合してそれぞれ研磨剤及び添加剤を用意し、前記添加剤のラインによって含有量を調節してシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して研磨するＣＭＰ用スラリー組成物を製造した。製造されたＣＭＰ用スラリー組成物にｐＨ調節剤としてＫＯＨ、ＨＮＯ３を添加してｐＨを３．５に調節した。製造されたＣＭＰ用スラリー組成物に含まれているスラリー含有量は、下記表１のとおりである。
実施例２乃至１０
実施例１において添加剤の種類と研磨剤、添加剤及び溶媒の含有量を除いては、実施例１と同様にしてＣＭＰ用スラリー組成物を製造した。製造されたＣＭＰ用スラリー組成物に含まれているスラリーの含有量は、下記表１のとおりである。
ＣＭＰスラリー組成物による研磨速度の評価
実施例１乃至１０から製造されたＣＭＰスラリー組成物を用いてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨速度を評価した。このとき、研磨装備は、シティエス（ＣＴＳ）社のＣＭＰ装備を使用した。
ＣＭＰスラリー組成物を用いてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨速度を測定した結果を、下記表２に示した。
表２から確認できるように、実施例１乃至１０は、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨選択比が増加することを確認した。特に、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨選択比はいずれも１：１０以上であって、著しく増加した。
その結果、本発明のＣＭＰ用スラリー組成物を含む場合、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜及びポリシリコン膜を高い研磨選択比で研磨することができるため、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択的な除去が要求される半導体製造工程に有用に適用できるＣＭＰ用スラリー組成物を提供することができることを確認した。
本発明の単純な変形または変更はいずれも、当該分野における通常の知識を有する者によって容易に実施でき、それらの変形や変更も全て本発明の範囲に含まれるものと理解すべきである。

Claims (11)

  1. シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜に対する選択比を調節して研磨することができるように、
    コロイダルシリカからなる研磨剤０．２乃至１０重量％；及び
    Ａ：グルタル酸及び５−メチルベンゾトリアゾールを含み、Ｂ：ポリエチレングリコールを選択的に含む添加剤０．００１乃至７重量％；を含有し、
    残部が溶媒からなり、
    前記添加剤は、ポリエチレングリコール、５−メチルベンゾトリアゾール及びグルタル酸の比率が０〜５．０：０〜５．０：０〜５．０であり、前記グルタル酸及び５−メチルベンゾトリアゾールはそれぞれ０を超える比率であり、
    前記研磨は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の研磨選択比が１：１０〜２０：１〜２２．２であることを特徴とする、ＣＭＰ用スラリー組成物。
  2. 前記コロイダルシリカは、粒子サイズが１０〜１２０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
  3. 前記添加剤は、ポリシリコン膜に対して選択比の調節が可能なポリエチレングリコールと、シリコン窒化膜に対して選択比の調節が可能な５−メチルベンゾトリアゾール及びグルタル酸からなることを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
  4. 前記ＣＭＰ用スラリー組成物は水溶性高分子をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
  5. 前記水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸及びヒドロキシエチルセルロースよりなる群から選ばれる１種以上のものを選択することができ、組成物の総重量に対して水溶性高分子０．００１〜５重量％を含むことを特徴とする、請求項４に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。

  6. 前記ＣＭＰ用スラリー組成物は３〜５のｐＨを有することを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
  7. 前記ＣＭＰ用スラリー組成物は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の中から選ばれる２種以上で形成される被研磨膜を同時に研磨することを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
  8. 前記ＣＭＰ用スラリー組成物は研磨剤に添加剤を含ませて単一スラリーとして使用することを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＣＭＰスラリー組成物を用いて半導体ウエハーを研磨する段階を含むことを特徴とする、ＣＭＰ用スラリー組成物を用いた研磨方法。
  10. 前記研磨方法は、研磨剤と添加剤がそれぞれ注入され、添加剤の含有量の調節によってシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びポリシリコン膜の選択比を調節して研磨することを特徴とする、請求項９に記載のＣＭＰ用スラリー組成物を用いた研磨方法。
  11. 前記添加剤は、ポリエチレングリコールの含有量の調節によってポリシリコン膜の選択比を調節して研磨させるものであり、５−メチルベンゾトリアゾール及びグルタル酸の含有量の調節によってシリコン窒化膜の選択比を調節して研磨させることを特徴とする、請求項９に記載のＣＭＰ用スラリー組成物を用いた研磨方法。
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