TW201037066A - Semiconductor polishing agent, method for producing the same, and polishing method - Google Patents

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201037066 六、發明說明： c發明戶斤屬技術領域】 技術領域 本發明係關於一種於半導體裝置製程中供化學機械研 磨用之半導體用研磨劑及研磨方法，特別是有關一種適用 在淺溝渠隔離及層間絕緣膜平坦化且含有氧化鈽之半導體 用研磨劑、其製造方法及研磨方法。 【先前技術3 背景技術 近年來，由於半導體裝置在高集積化及高機能化上的 而求’用以使元件高密度化之微細加工技術正在進行開發 當中°特別是’利用化學機械研磨法(chemical Mechanicai Polishing :以下稱為CMp)之平坦化技術的重要性正曰漸提 南。舉例來說，隨著半導體裝置之微細化及配線之多層化， 於製程中各層之表面凹凸（高低差）容易增大。為了防止該高 低差超過光钱刻法之焦點深度而無法獲得充分解析度的問 題’於多層配線形成步驟中之層間絕緣膜及埋入配線的平 坦化技術甚為重要。 此外’習知之半導體裝置中，為了使電晶體等元件之 間呈現電性隔離，而採用了稱為LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法之矽基板的選擇性熱氧化法，但是以熱氧化形成 之分離領域因體積膨張而有表面發生凹凸之問題。此外， 亦有氧化朝橫向進行而侵入元件領域之問題，而成為微細 化之障礙。因此，近年來導入了利用淺溝渠隔離之元件分 201037066 (Shallow Trench Isolation ： T^^STI) 。此係為了使 元件領域呈電絕緣而財基板設置溝渠，並於溝渠内埋入 氧化矽膜等之絕緣膜者。 錄使用第1圖就STI步驟予以說明。第i⑷圖係以氮化石夕 膜3等將it件領域遮罩並於/^基板丨形a溝渠職 ，以埋入 溝朱10之方式堆積氧化㈣2等之絕緣膜的狀態。於該狀態 下藉CMP將凸α(5之氮化石夕膜3上的多餘氧化石夕膜2研磨去 除，使凹部之溝渠_的絕緣韻留，藉此而獲得溝渠内 埋入有'纟e緣膜之％件分離結構。於進行CMp之際，使氧化 石夕膜之研磨速度錢切膜之研磨速度具有選擇比，而如 第1(b)圖所示般在氮化石夕膜3露出之時間點結束研磨，如此 將氮化石夕膜3用作槽止件(st〇pper)是一般情況。對cMp用研 磨劑而言，使此研磨速度具有選擇比之效果甚大，且是— 般研磨劑所無法實現的效果。 於此，若研磨過剩，則如第1(c)圖所示，已埋入在溝渠 部分10之氧化賴受到研磨而凹陷，而發生如同稱作碟狀 凹陷（dishing)之凹陷20般的結構性缺陷，而有平坦化不足或 電性能劣化之情況。碟狀凹陷之程度與溝渠之寬度相關， 特別是在寬度較廣之溝渠巾碟狀凹陷有增大的傾向。 攻今，用於CMP之研磨粒一般而言為二氧化矽研磨 粒，但因氧化矽獏之研磨速度與氮化矽膜之研磨速度的選 擇比甚小，於STI步驟中漸趨使用對其等具優異研磨選擇性 的氧化鈽研磨粒。 專利文獻1中揭示一種利用研磨劑而相對於凹部優先 201037066 研磨凸部的平坦化技術，該研磨劑包含氧化鈽研磨粒及作 為添加劑之有機化合物，且該有機化合物含有㈣基或叛 基之鹽所構紅親水性基。於此，所謂添加難指〇改盖 ^狀者’為了能夠連寬度甚廣 之溝渠亦可減少碟狀凹陷’上述添加劑濃度必須甚高。然 而’ -旦提高添域濃度，將會促進氧化錦研練之凝集： 因此而發生研餘麟’使研相之分散安定轉低。此 外，一旦發生研磨粒凝集，亦有制.苗+龄 Ο

，】痕增加而使裝置變得不 良之問題。 —裡研磨液之實施 例，該研綠係雜水巾含有佔㈣液全質量1%之氧化鈽 作為研磨粒及佔6.0%之聚賴錢鹽作為添加劑。缺而，因 添加劑呈高濃度’研練㈣«，將研錢靜置時，氧 化鈽研磨粒會在數分鐘内完全崎。由於咖研磨步驟中 具有不進行研磨之待機時間，右讲命 门在研磨财常·或流動之 部分將發生研練崎，_會成輕料件阻塞之廣因。 鋒trr卜現象，亦有於研磨墊近前之管路内或研 t上將研Μ與添加航合之方法，但容纽合不足或 :二吏_性容易變得不安定。此外，因研磨粒 谷易凝集錢者於研磨塾上，亦有刮痕增加之問題。 此外，氧化鈽研磨粒與習知之二氧 :然=性較優異’但因比重較大而易於沉降。若= 進一乂改°研磨特性而將添加劑作過剩添加，將會促進凝 集而有凝集沉降顯著之問題。 5 201037066 於專利文獻2中，作為可適用在淺溝渠隔離之研磨劑， 已揭不一種含有氧化鈽粒子、水、陰離子性界面活性劑之 研磨劑，且若分別令pH為X、黏度為y，並以(x,y)座標表示 、PH及黏度（mPa · s)，則以位在A點（5 5 〇 9)、b點 (.5,3.〇)、匸點（1〇.〇,3.〇)、〇點（9_0,0.9)等4點所包圍之領域 範圍内的研磨劑為佳。且其記載到，為了實現整體平坦化， 鴯在可獲得圖案凹部之研磨速度與凸部之研磨速度相較下 夠小之研磨特性的範圍内，調整界面活性劑添加量及pH， 研磨劑黏度宜為1.0〜2.5mPa · s。 此外，其記載到，因黏度會隨著界面活性劑之添加量 而增加，為了使黏度在l.〇~1.4mPa · s範圍内且實現圖案相 依性較小之平坦化特性，添加界面活性劑後之研磨劑pH宜 為5.5〜9,該PH範圍内可使氧化矽膜之研磨速度與氮化石夕膜 之研磨速度的選擇比增大。又，其例示了預先對研磨粒添 加微量之分散劑。 然而，若依據該公開公報之實施例製作研磨劑，則因 於分散有研磨粒之液中添加界面活性劑，平均輪徑會凝集 至研磨粒分散液之平均粒徑的2〜3倍。因此，研磨劑中之研 磨粒分散性不佳，研磨粒在數分鐘以内就沉降，難以使用 且研磨速度亦不足。又，界面活性劑濃度較高時，雖然碟 狀凹陷之偏差較小而平坦化特性優異，但以依捸界面活性 劑濃度較低之實施例的研磨劑來看，碟狀凹陷之偏差甚 大’平坦化特性不佳。 再者，一旦界面活性劑濃度增高，則刮痕數量急遽増 201037066 加。這被認為是因為，-旦界面活性劑濃度提高，氧化飾 研磨粒之凝集、沉降㈣促進而蓄積在研磨墊上之故。亦 即’可以想見，較僅存有微量之粗大粒子(刮痕 之成因），研磨粒就會凝集而蓄積在研磨墊上，而成為刮痕 增加之原因。此外，也認為因凝集而巨大化之研磨粒凝集 體本身有時也會成為造成到痕之原因。 如前所述’於習知技術中，並未獲得一種兼具研磨劑 之分散安定性及優異刮痕特性、與優異研磨平坦化特性兩 者的研磨劑，而難以製得具充分特性之半導體裝置。 此外，研磨劑用添加劑已知有支鏈澱粉(puUulan)(舉例 而έ，參照專利文獻3 )但，專利文獻3係一種障蔽層用研 磨劑，而非如本案般之氧化矽用者。若研磨對象物不同， 其應解決之課題及效果亦應有所不同。 先行技術文獻 專利文獻 【專利文獻1】日本專利第3278532號公報(美國專利第 6D4464號說明書） 【專利文獻2】日本特開第2000-160137號公報 【專利文獻3】日本特開第2005-294798號公報（美國專 利公開公報2007/0004210號） C發明内容3 發明揭示 發明欲解決之課題 於此’本發明之目的在於：解決上述課題，提供—種 7 201037066 同時具有分散安定性、優異研磨純及優異平坦化特 性之半導體用研磨劑。 解決課題之手段 —種半導 且更含有 劑所構成 亦即，本發明係以下述特徵作為要旨。即， 體用研磨劑，含有氧化#研磨粒、水及多聽類， 選自於由水雜錢冑分子及_付界面活性 群組中之1種以上物質。 發明效果 本發明之研磨劑係藉由使用特有之添加物而可實現優 異研磨特性及優異研磨平坦化特性。 圖式簡單說明 第1圖係於STI步驟中藉由半導體研磨劑研磨半導 置基板時之模式性截面圖。 ^ 第2圖係顯示可適用於本發明之研磨方法之研磨裝置 的一例者。 I：實施方式】 本發明之最佳實施形態 兹就本發明詳細說明於下。 於本發明中，研磨粒係使用氧化鈽，但在以氧化石夕膜 為始之玻璃材料的研磨過程中，氧化鈽研磨粒顯示出特異 之快速研磨速度。這是因為，氧化飾與被研磨材中之^匕 石夕接觸，因此兩者之間產生化學性結合，而產生單純 性作用以上的研磨力。因此’使用氧化鈽之研磨過程中 控制研磨粒與研磨對象物之接觸甚為重要，會發生使用氧 201037066 化石夕時所未曾發生之課題。 SJTI步驟及層間絕緣膜之CMP步驟中，需要將表面具凹 凸之氧化矽膜等之研磨對象物予以有效率地平坦化。亦 即，希望能將凸部作選擇性研磨。為了實現此一目的，使 研磨劑中含有會吸附在氧化飾研磨粒表面而妨礙其與氧化 石夕膜等研磨對象物的直接接觸並抑制研磨的添加劑，是甚 為重要的。藉由添加此種添加劑，一旦施加高壓，吸附於 〇 —研磨粒表面之添加劑將剝離’產生與研磨對象物之 接觸而進行研磨。 將研磨對象物緊壓於研磨墊等使其作相對運動，於此 種一般研磨方法中，施加於研磨對象物表面之壓力會依其 - 表面形狀而局部性地不同。凸部與凹部相較下因施加之壓 _ 力較高，吸附於氧化鈽研磨粒表面之添加劑容易在凸㈣ 離，與研磨對象物發生接觸而使研磨容易進行，而可L對 於凹部將凸部作選擇性研磨。 〇 t化闕餘並未特別受限，例如，可適宜使用日本 特開平仰⑹或特開厕_35818所揭示之氧化㈣磨 粒。即，可適用蝴酸鈽(IV)銨水溶液中加入鹼而製作氫氧化 鈽凝膠，經過濾、洗淨、燒成後獲得之氡化鈽粉末。此外， 將高純度之碳酸鈽粉碎後燒成，再進—步粉碎並分級，所 得之氧化铈研磨粒亦可適於使用。 氧化鈽研磨粒之平均粒徑宜為0 05〜0·5以m，更宜為 〇.〇5〜0·3 μ m ’而尤宜為0.05〜〇.2㈣。若平均粒徑過大則 有半導體基板表面容易發生刮痕等研磨傷痕之虞。又，若 9 201037066 平均粒徑過小，則研磨速度有降低之虞。此外，因每單位 體積之表面積比例較大，容易受到表面狀態影響，依pH或 添加劑濃度等條件，有時會有研磨劑容易凝集的情況。 平均粒徑之測定可使用雷射繞射/散射式、動態光散射 式以及光子相關式等之粒度分布計。在粒子徑大至一定程 度而容易沉降的情況下，宜用雷射繞射/散射式粒度分布 汁，且上述範圍係使用雷射繞射/散射式粒度分布計測定時 之較佳範圍。 相對於研磨劑之全質量，宜在0.1〜5.0質量％(特別是 〇·15〜〇.35質量％)之範圍内含有氧化鈽研磨粒。若小於0.1 夤里/〇則會有無法獲得充分研磨速度之情況。一旦超過5.0 質量/〇貝丨研磨劑黏度提高，處理困難的情況將增加。 本發明之研磨劑中’含有選自於由水溶性有機高分子 及陰離子性界面活性_構成群財之丨種以上。 水溶性有機高分子宜為具有竣酸基或竣酸鹽基者，具 來兒可列舉如丙稀酸、甲基丙稀酸、順丁稀二酸等之 具有羧酸基之單體的同元聚合物或是該聚合物之紐基部 分成為銨鹽等之鹽的料聚合物。此外，亦宜為：具有叛 酸基之單體、具有_鹽基之單體、或是具有㈣鹽基之 :體與_之縣I旨等衍生物的共聚物。此外，聚乙稀醇 等之水溶性有機高分子類、油酸銨、月桂基硫酸銨、月桂 土 Ά—乙醇胺等之陰離子性界面活性劑亦可適用。 ，水办性有機南分子及陰離子性界面活性劑尤宜為具有 狀基或其鹽之聚合物。具體來說，可列舉如聚丙稀酸或 201037066 聚丙婦酸之«基的至少—部分被取代駿賴鹽基之聚 合物（以下，稱為聚⑽酸録）等。使本發明之研磨射含有 後述之無機酸或無機酸鹽時，為了將阳調整為本發明之研 磨如的㈣’以聚丙雄酸銨尤佳。於此，將聚丙烯酸錢等 之水办性有機高分子用作添加劑時，其分子量宜為 〇〇〇>50GGG ’且尤宜細卜細⑽。但未必需要含有水溶性 有機高分子及陰離子性界面活性劑。

為了、准持刀政女疋性之目的，上述水溶性有機高分子 及陰離子性界面活性劑之合計含量宜為議質量％， 更且為0.001〜0.2質量％，且以〇 〇〇5〜〇」質量％尤佳。 另一方面，被研磨物之矽晶圓之研磨速度的面内均勻 吐甚為重要。茲以STI CMP為例予以說明。於STI CMP中， 曰曰圓面内之所有的點上通常會進行研磨至氮化矽膜上之氧 化石夕膜完全去除。此時，若面㈣自性職，則研磨速度 較快之部分會先露出氮化賴，另-方面，研磨速度較慢 之部分則氮化矽膜尚未露出。於研磨速度較慢之部分中， 若研磨持續至氮化矽膜露出為止，則研磨速度較快之部分 中，溝渠部分之氧化膜會進行研磨，而有凹陷量増大的問 題0 因該凹陷量增大，具有元件分離機能之溝渠氧化膜厚 發生偏差而引起裝置不良，結果將有良率降低的可能性。 本發明之研磨劑含有多醣類。多醣類係指單畴分子夢 糖苷鍵(glycosidic bond)而多數聚合之物質，具體來說有直 鏈;殿粉、殿粉膠(amyl〇pectin)、肝酷、經乙基纖維素、_丙 11 201037066 基纖維素、聚甘露糖、玻尿酸、軟骨素、支鏈殿粉、幾丁 質、洋菜糖、鹿角菜膠、果膠、乂八"y、木葡聚醣 (xyloglucan)及糊精等。上述多醣類宜為羥乙基纖維素、羚 丙基纖維素、玻尿酸、軟骨素及支鏈殿粉，尤宜為支鏈殿 粉。支鏈澱粉係指，葡萄糖3分子作結合之麥芽三糖 再作α -1，6結合之多醣類。 此種多醣類之支鏈澱粉因可改善研磨速度之面内均勻 性而甚理想。一旦添加支鏈澱粉，研磨速度之面内均勻性 即會提升。其理由尚未確定，但可想見的是，藉由研磨粒 表面之羥基與支鏈澱粉之羥基及被研磨物（氧化矽膜）之羥 基（更甚者，研磨墊之末端基）的相互作用，研磨粒、氧化矽 膜、研磨塾之親和性提高，藉由改善研磨時之潤滑性而使 面内均勻性提升。 支鏈戮粉之重量平均分子量幻萬〜⑽萬之範圍内時 效果甚向。可以想見羥基之存在成為重要因子。重量平均 分子量小於1萬時，研磨速度提升效果較小，但即使超過100 萬，亦無法期待效果格外增大。宜為5萬〜3〇萬，且更宜5〜2〇 萬 尤且為1〇萬〜20萬之範圍。此外，重量平均分子量可 藉凝膠渗透層析儀(GPC)來測定。此外，多醣類可不K1種， 亦可含有多數種。 如可充分獲得促進研磨之效果的觀點來看，支鏈澱粉 於所磨^中之濃度為0·005〜2〇質量％，且宜為0.005〜5質量 %，更宜為〇.005〜1質量。/。，尤宜為0.005〜5質量％，且最宜 為0.005〜0.2質量％。支鏈激粉於研磨射之濃度宜考慮研 12 201037066 磨速度、研磨劑漿料之均勻性等，於上述範圍内作適宜設 定。 水溶性有機高分子及陰離子性界面活性劑使用聚丙烯 酸銨時，支鏈澱粉與聚丙烯酸銨之比例量以質量％計宜為 1 : 0.0005〜1 : 100 ’且特別宜為丨：〇 : 4〇。藉由使支 鏈澱粉與聚丙烯酸銨共存，可更提高面内均勻性。 Ο

亦可含有確酸錢來作為研磨劑中之其他添加劑。推測 含有硝酸銨可具有使研磨速度上昇之效果。從可充分獲得 促進研磨之效果的觀點來看，硝酸銨於研磨劑中之濃度為 0.01〜0.5質量％ ’特別是GG1〜G2f量％。支鏈殿粉中更含 有硝酸敍時，支鏈殿粉於研磨劑中之濃度宜考慮研磨速 度、研磨璧料之均勻性等’予以適當設定。支鏈殿粉與 硝酸銨之比例以質量％計，宜為丨：0 00054 : 1〇〇，且尤宜 為1 〇·〇2 1 · 40。藉由使支鍵殿粉與硝’酸敍於上述範圍内 共存，可在維持面内均自性㈣的情況下使研磨速度提高。 ίΡϋ 7Γ 之具他添加劑，亦可於抑制微生 物及細菌發生或增加的目的下，而含有抗_、殺菌劑。 以可獲得充分之研磨速度及維持分散安定性之理由， 本研磨劑之pH宜為4〜1〇，特別是宜為5〜9。 德發明之研磨劑亦可含有無機I絲機酸鹽。前述益 機酉夂或無機酸鹽可例示如猶、_、魏 碳酸及其等之銨鹽或鉀鹽等。可 整研磨劑之PH。 藉無機酸或無機酸鹽來調 為了將本研磨劑調整成預定之PH，除了酸以外’亦可 13 201037066 於本研磨劑中添加驗性化合物。驗性化合物可使用氨、氫 氧化鉀或是羥化四曱銨或羥化四乙銨（以下稱為TEAH)等 之經化4級錢等。宜不含驗金屬時，則以乱為佳。 宜考慮氧化鈽研磨粒之等電點及凝膠化領域’於上述 範圍内調整至本研磨劑之最佳pH值。為此’亦可使用pH緩 衝劑。作為pH緩衝劑，只要是一般之具PH緩衝能力的物 質’無論何種均可使用，但宜選自多價羧酸之琥珀酸、檸 檬酸、草酸、鄰苯二甲酸、酒石酸及己二酸中之1種以上。 此外，亦可使用甘胺酿甘胺酸或驗性碳酸（alkaline carbonate)。又，本研磨劑中之pH緩衝劑濃度宜為研磨劑全 質量之0·01〜1〇質量％。硝酸敍不僅具pH調整劑之機，依其 他添加劑之濃度，有時亦可有助於研磨速度之提升。 為了達到研磨劍之效果’本研磨劑宜使用水作為溶 劑。水之含量宜為5〇—99.9質量％，更宜為80-99.9質量％， 且尤宜為90〜99質量％。就本發明之研磨劑所用之水而言， 雖無特別限制，但從對其他成分及添加劑之影響、雜質之 混入以及對pH等所造成之影響來看，可適用純水、超純水 及離子交換水等。 另外，於適合半導體用途之研磨劑中，宜不含鹼金屬、 鹼土族金屬及重金屬等之金屬雜質。金屬雜質之含有濃度 宜小於100質量ppm。真較宜小於1〇質量ppm ’而更宜小於【 質量ppm。 本發明之研磨劑製造方法有鑒於研磨劑之長期保存安 义性及研磨諸特性之安定性的觀點，而採用：製作含氧化 14 201037066 飾研磨粒與水之A液以及含添加劑與水之B液，於研磨前將 A液與B液混合而獲得半導體用研磨劑之方法。a液與b液之 混合方法雖亦有在研磨墊近前之管路内及研磨墊上進行混 合的方法，但因本發明之半導體用研磨劑即使是混合後也 不會進行凝集，在實用上有充分的時間是處於安定狀態， 因此亦可預先予以混合。即，將A液與B液裝入半導體研磨 劑保管槽，以螺旋槳攪拌機等進行攪拌混合，或是藉循環 線使研磨劑不斷流動，可利用一般使用之半導體研磨劑供 給裝置。 於本發明中’為了使氧化鈽研磨粒與添加劑充分混 合，並使添加劑對研磨粒表面之吸附狀態安定化，宜將含 有氧化鈽研磨粒與水之A液以及含有添加劑與水之b液預 先混合、授拌後再使用研磨液。研磨液即使是在A液與B液 混合瞬後亦可使用，但仍宜混合過後待數分鐘以上方才使 用之。特別是，宜在混合後經過15分以上才使用研磨劑。 可藉由使混合完成之半導體研磨劑透過泵而供給至研磨裝 置’而安定地進行CMP研磨。為使半導體研磨劑均勻化， 供給線亦可設有循環線。 A液之製作以使氧化鈽研磨粒分散至純水或去離子水 之方法為佳，且於進行分散時，宜使用：藉超音波之能量 來打散凝集體，使研磨粒分散至水中之超音波分散機或均 質儀；或是使研磨粒彼此碰撞，藉由碰撞之動能來打散凝 集體’使研磨粒分散至水中之均質儀（商品名，SUGINO MACHINE LIMITED製）、Nanomizer(商品名，吉田機械興 15 201037066 業社製）等。此外，此時宜同時添加分散劑。於此，分散劑 係指，為了使研磨粒安定地分散於純水等之分散媒介中η 添加之物，但分散劑亦可使用與上述添加劑相同之^質。 即，本發明中之添加劑不僅可添加至3液，亦可作為具有八 散劑機能之物質而添加至Α液中。 刀 例如，添加如同聚丙烯酸銨之水溶性有機高分子作為 分散劑時，就其濃度而言，相對於氧化鈽研磨粒之質量: 以質量比計宜在O.W.OW更宜在〇_3〜〇.7%)之範圍内=旦 分散劑濃度較此濃度範圍更低，則研磨粒之分散性容易— 足，若分散劑濃度較此範圍更高，則可見研磨粒2 1 徐徐進行之傾向。 ^ Β液之製作則可例示如，使上述多醣類、水溶性有機高 分子及陰離子性界面活性劑等之添加劑溶解於純水戈去離 子水中的方法。此外，亦可使Β液含有無機酸或無機酸鹽並 預先進行ρ Η調整，藉此使Α液與Β液混合而製作出之半導體 用研磨劑的pH成為預定值。此外，使混合後之半導體用研 磨劑之ρ Η成為預定值的方法，亦可採用上述控制添加劑ρ h 之方法。例如，添加劑使用由羧酸與羧酸鹽所構成之共聚 物時，亦可採用控制羧酸與羧酸鹽之聚合比率以調整 方法。 舉例而言，可令A液及B液之濃度為研磨使用時之濃度 的2倍，並將A液與B液以質量比丨：丨進行混合，藉此即可 製成預定濃度。此外，為了保管及輸送之便利性，例如，A 液及B液之濃度亦可使研磨粒及添加劑等成分之濃度為研 201037066 磨使用時之濃度的1G倍左右，於使料稀釋至2倍濃度後， 更使Α液與崎以質量比！ ： i混合，而製成預定之濃度。此 外’亦可將1G倍濃度之A液、崎及去離子水混合至質量比 1 ·· 1 : 8，藉此而成為預定濃度，但濃度調整方法並不限於 此等。 Ο

作為以本發明之半導體研磨劑研磨之半導體基板，可 列舉前述之淺溝渠隔_STI&板作為較佳例。如同上述， 本發明之半導體㈣磨㈣於氧化销與氮化賴之研磨 速度選擇性甚高，且躲氧化賴，可以高研磨速度進行 碟狀凹陷少之研磨。因此，本發明之研磨劑在研磨於石夕基 板1上形成有氧化賴2與氮化碎膜3之半導體基板時甚為 有效。而就更進-步之應用來說，在用以使多層配線間之 層間絕緣膜平坦化㈣虹，本發明之研磨财甚有效。 氧化賴2可轉如’以四乙氧基魏為補並以電聚 ㈣法成膜之所謂PE_TE〇s膜。此外，亦可列舉如以高密 度電製CVD法成膜之所謂卿膜。作為氮化石夕膜3，可例示 如以石夕烧或—IU續與氨為原料，並以低壓CVD法或電聚 CVD法成膜者。此外，亦可使用Si〇F膜、 BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass) 膜 、 psG(Ph〇sph〇-smcate Glas_等來取代氧化石夕膜。又可 使用SiON膜、SiCN膜來取代氮化矽膜。 使用本發明之半導體用研磨劑來研磨半導體基板之方 法且採用.邊供給半導體用研磨劑，一邊使半導體基 板之被研磨面（例如形成於半導體基板表面之氧化賴)與 17 201037066 研磨塾接觸且使其作相對運動來進行的研磨方法。研磨裝 置可使用—般之研磨裝置。例如’第2圖係顯示可適用在本 發=研磨方法的研磨裝置之一例者。其係一邊從研磨劑 供給官路35供給半導體用研磨劑36，一邊將半導體基板31 支持於研磨頭32，使其與貼附在研磨平板33表面之研磨墊 34接觸，且使研磨頭32與研磨平板33旋轉而作相對運動的 方式，但並不限於此。 於此，研磨頭34可不僅作旋轉而亦可作直線運動。研 磨平板33及研磨墊34可為與半導體基板31相同程度的大 ◎ 小，亦可為半導體基板以下之大小。此時，宜使研磨頭32 與研磨平板33相對移動俾以研磨半導體基板之被研磨面全 面。此外，研磨平板33及研磨墊34亦可非為旋轉式，例如， 亦可為帶(belt)式且朝單方向移動。 研磨條件並不受特別限制’但可對研磨頭34施加荷重 而使緊壓研磨墊34之壓力發生變化，藉以提高研磨速度。 此時之研磨壓力宜為0.5~50kPa左右，從研磨速度在半導體 基板内之均勻性、平坦性及防止刮痕等研磨缺陷之觀點來 看，尤宜為3〜40kPa左右。此外，研磨平板、研磨頭之轉數 宜為50〜500rpm左右，但並不限於此。 作為研磨塾’可使用由普通之不織布、發泡聚胺甲酸 酯、多孔質樹脂及非多孔質樹脂等所構成之物。此外，為 了促進半導體用研磨劑之供給或是使半導體用研磨劑蓄積 到一定量，研磨塾表面亦可施加有格子狀、同心圓狀及螺 旋狀等之溝加工。 18 201037066 實施例 ?尤本發明之實施例說明如下。例1〜9及17〜21為實施 H=〜16為比較例。於實施例中，只要無特別陳明，「％」 Ά貝$%。特性值係以下述方法評估。 (pH) 以橫河電機社製之ρΗ81-11進行測定。 (研磨特性） 研磨係以下述裴置及條件進行。 研磨機.全自動CMP裝置Mirra(Applied Materials社 製）。 研磨劑供給速度：200毫升/分。 研磨墊：2層墊KM400，K-groove (Rohm&Haas社製）。 研磨墊之調節（Conditioning) : MEC100-PH3.5L(三菱 Material社製）。 研磨壓力：14kPa 研磨平板轉數：77rpm 研磨頭轉數：73rpm (被研磨物） 藉由原料使用原矽酸乙酯（TEOS)之電漿CVD法 (PE-TEOS)而於8英吋矽晶圓基板表面製膜出氧化矽膜（膜 厚：lOOOnm)的矽晶圓基板。 (研磨速度測定） 研磨速度之測定係使用KLA-Tencor社之膜厚計 UV-1280SE。藉由取研磨前之膜厚與研磨1分鐘後之膜厚的 19 201037066 差來算出研磨速度。藉叮枝，將研錢度平均值及面 内均勻性作為評估指標。 •研磨速度(A/min):晶®面削9狀研磨速度平均值 •面内均勻性(％):標準差/平均值X刚 [例1] :氣化飾研磨粒及相對於氧化飾研磨粒 ^^%之㈣職銨(作為水溶性«高好)於去離子 7出一邊混合，施加超音波分散、過渡，而製作 出研磨粒濃度_量％、水祕有機高分子濃度讀質量％ 2磨粒齡液。料，將“絲子水_錢倍，製 =研磨粒濃飢5„%、水溶性有機高分子濃度_ 2里之研磨粒混合^。其幽81。其次於去離子水 ，作為水溶性有機高分子之聚丙烯酸銨溶解為濃度 至0 0二:添加硝酸銨至°，1質量%、支鏈澱粉(作為多醣類)

=〇2質％，而製作出添加劑細。將該研磨粒混合液A =:二一她-邊混合，藉此製作出研磨粒濃度 酿1置/〇、聚丙婦酸錢（分子量测)濃度0·05質量％、硝 酸銨濃度晴量％、切_濃度 研磨劑。其pH為7.73。^ ^ ^千导體用 粒之濃度，分峨輪㈠研至研拉/度係指氧化筛研磨 酸錢濃度。 从添加至研磨粒混合液A之聚丙稀 ’藉上述所示方 兹將半導體用研 2 〇 針對所得半導體用研軸之研磨特性 法並以研磨速度及面叫自，时以評估。 磨劑之、域科表1，麵評储果示於表 20 201037066 [例2] ❹ Ο 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液Α。接著，使 丙烯酸敍溶解於去離子水中而成為濃度量％，更添二 确酸敍至〇·2質量％、支__讀ff%，㈣出添= 液B2。將該研磨粒混合液A與添加劑液B2—邊搜拌一逢、'β 合’藉此製作㈣磨粒濃纽25f量％、聚丙稀酸錢濃= 〇.〇5質量％、鑛銨濃度Glf量％、支麟粉濃度_ = %之半導體用研磨劑。其pH為7.54。 貝里 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估 導體用研磨劑之組成示於表卜並將評估結果轉表2。> [例 3] 、。 同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著 丙稀酸銨溶解於去離子水中而成為濃度(U質量％，更六聚 硝酸銨至0.4質量％、支鏈殿粉至〇〇2質量％，製作』加 液B3。將該研磨粒混合液A與添加劑液B3 —邊授拌^削 合’藉此製作出研磨粒濃纽25質量％、聚丙烯酸= 〇.05質量％、硝酸賴度G.2f量％、支賴料度 %之半導體用研磨劑。其pH為7.33。 里 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估 V體用研磨劑之組成示於表卜並將評估結果示於表2" 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液八。接著 丙稀酸贿解於去離子水中而成為濃度(U質量％，|^聚 魏銨至G.i質量％、支频粉至_量％，製作出心 21 201037066 液B4:將該研磨粒混合液A與添加劑液B4-邊攪拌-邊混 口藉此製作出研磨粒浪度〇25質量％、聚丙稀酸錄濃度 0_05貝里/。、蝴m農度〇 〇5質量％、支鏈澱粉濃度〇 〇〇5質 量%之半導體用研磨劑。其PH為7.33。 。例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。兹將半 導體用研磨狀組成轉表卜並料估結果示於表2。 [例5] 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液八。接著，使聚 丙烯酸錄溶解於去離子水中而成為濃度，更添加 墙酸叙至0.1質量％、支鏈殿粉至㈣4f量％，製作出添加劑 液。將該研磨粒混合液A與添加劑液B5—邊攪拌一邊混 合’藉此製作出研磨粒濃度G.25質量％、聚丙埽酸鍵濃度 〇'〇5質量％、硝酸銨濃度〇.05質量％、支鏈澱粉濃度〇 〇2質 畺/〇之半導體用研磨劑。其pH為7.73。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例6] 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度〇.〇4質量％，更添加 硝酸銨至0.1質量％、支鏈澱粉至〇.〇2質量％，製作出添加劑 液B6。將該研磨粒混合液A與添加劑液B6_邊攪拌一邊混 合，藉此製作出研磨粒濃度〇 25質量。/。'聚丙烯酸銨濃度 〇_02質量％、硝酸銨濃度0.05質量°/。、支鏈澱粉濃度〇.01質 量％之半導體用研磨劑。其pH為7.61。 22 201037066 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。兹將半 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例7]

以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，於去 離子水中添加硝酸銨至(^質量％、支鏈澱粉至〇.〇2質量％， 製作出添加劑液B7。將該研磨粒混合液a與添加劑液B7_ 邊攪拌一邊混合，藉此製作出研磨粒濃度〇·25質量❶/。、聚丙 烯酸銨濃度0.002質量％、硝酸銨濃度0.05質量％、支鏈澱粉 濃度〇.〇1質量％之半導體用研磨劑。其？11為7.〇2。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表卜並將評估結果示於表2。 [例8] 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液八。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度〇1質量。7。，更添加 支鏈澱粉至〇.〇2質量％，製作出添加劑液Bs。將該研磨粒混 合液A與添加劑液B8—邊攪拌一邊混合，藉此製作出研磨 粒濃度0.25質;f%、聚丙烯酸銨濃度㈣質量％、支鍵殿粉 濃度〇_〇1質量％之半導體用研磨劑。其阳為815。 ' 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表i，並將評估結果示於表2。 [例9] 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液八。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度0 04質量％，更添加 硝酸至0.004質量％、支鏈澱粉至〇 〇2質量％，製作出添加劑 23 201037066 液B9。將該研磨粒混合液A與添加劑獅—邊攪拌—邊混 合’藉此製作出研純濃纽25f量％、聚㈣酸錢濃= 〇·〇2質量％、硝酸濃度0地ft%、支鏈祕濃纽〇㈣ %之半導體用研磨劑。其pH為7 63。 、 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。兹將半 導體用研磨劑之組成示於表卜並_估結果示於表2。 [例10](比較例） 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水巾而成為濃度Q if4% ,製作出 添加劑液B10。將該研磨粒混合液A與添加劑液⑽—邊授 拌-邊混合，藉此製作出研磨粒濃纽抑量％、聚丙缚酸 敍濃度〇.05質量％之半導體用研磨劑。其pH為8 2。 與例1同樣地進行㈣半導_研磨敎冊。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表卜並將評估結果示於表2。 [例11](比較例） 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度〇1質量％，更添加 硝酸銨至〇.1質量％，製作出添加劑液B11。將該研磨粒混^ 液A與添加劑液B11—邊攪拌—邊混合，藉此 濃度一、聚丙稀酸錢濃度一 0.〇5質量％之半導體用研磨劑。其pH為7.69。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例12](比較例） 24 201037066 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度〇1質量％，更添加 硝酸至0.009質量。/❶’製作出添加劑液B12。將該研磨粒混合 液A與添加劑液B12—邊攪拌—邊混合，藉此製作出研磨粒 濃度0.25質量％、聚丙烯酸銨濃度〇 〇5質量％、硝酸濃度 〇.0〇45質量。/〇之半導體用研磨劑。其pH為7 48。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 〇 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例13](比較例） 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度〇1質量％，更添加 、 *肖酸銨至0.1質量％、葡萄糖至〇.〇4質量％，製作出添加劑液 • B13。將該研磨粒混合液A與添加劑液Bn一邊攪拌—邊混 合，藉此製作出研磨粒濃度0.25質量％、聚丙稀酸錄濃度 〇.〇5質量％、石肖酸録漠度G G5 f量％、葡萄糖濃度q G2質量。乂 〇 之半導體用研磨劑。其pH為7.7。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表卜並將評估結果示於表2。 [例14](比較例） 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸贿解於去離子水中而成為濃度0謂量％，更添加 肖酸銨至〇.1質量％、海藻糖(trehal〇se)至〇 〇5質量％，製作 出添加劑液B14。將該研磨粒混合液A與添加劑液Bi4一邊 授拌-邊混合，藉此製作出研磨粒濃度㈣質量％、聚丙婦 25 201037066 酸銨濃度〇.〇5質量％、硝酸銨濃度〇.〇5質量％、海藻糖濃户 0.〇25質量％之半導體用研磨劑。其pH為7.7。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例15](比較例） 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液A。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度匕丨質量％，更添加 硝酸銨至0.1質量％、PEG(聚乙二醇分子量20000)至〇 〇5質 量°/〇，製作出添加劑液B15。將該研磨粒混合液a與添加劑 液B15—邊攪拌一邊混合，藉此製作出研磨粒濃度〇 25質量 %、聚丙烯酸銨濃度0·05質量％、硝酸銨濃度〇.〇5質量％、 聚乙二醇(PEG)濃度〇.〇25質量％之半導體用研磨劑。其ρΗ 為 7·7。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。兹將半 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例16](比較例） 以與例1同樣之手法製出研磨粒混合液Α。接著，使聚 丙烯酸銨溶解於去離子水中而成為濃度〇1質量％，更添加 硝酸銨至〇_1質量％、PVP(聚乙烯吡咯烷醐，分子量9〇〇〇) 至0·02質量％，製作出添加劑液B16。將該研磨粒混合液A 與添加劑液B16 —邊攪拌一邊混合’藉此製作出研磨粒濃度 〇,25質量％、聚丙烯酸銨濃度〇 〇5質量％、硝酸銨濃度〇 質量°/。、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)濃度0.01質量％之半導體用 研磨劑。其pH為7.7。 26 201037066 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。茲將半 導體用研磨劑之組成示於表1，並將評估結果示於表2。 [例17]〜[例21] 除了製成表3所載之濃度以外，與例8同樣地製作出半 導體用研磨劑。 與例1同樣地進行所得半導體用研磨劑之評估。兹將半 導體用研磨劑之組成示於表3，並將評估結果示於表4。 表1 in? 添加劑1 多麟 Ce02 i度 聚丙烯酸 銨濃度 硝酸 满度 種類 濃度 種類 漉度 pH 質量X 質戤 質鬅 質戧 例1 0.25 0.05 - 硝酸銨 0.05 支鏟級粉 0.01 7.73 例2 0.25 0.05 - mmm 0.1 一 支鏈搬 0.01 7. S4 例3 0.25 0.0B - 硝酸銨 0.2 支璉搬 0.01 7.33 例4 0.25 0.05 轉 硝酸銨 0.05 支鍵騰 0.005 7.33 例5 0.25 0.05 - 硝酸i 0.05 魏棚 0.02 7.73 例6 0.28 0.02 硝酸桑 0.05 支鏈撇 0.01 7.61 例7 0.25 0.002 - mmm 0.05 &搬 0.01 7.02 例8 0.25 0.05 丽 0.01 8.15 例9 0.25 0.02 0.002 - 魏嫌粉 0,01 7.63 例W 0.25 0.05 - — 8.2 例U 0.25 0.05 硝酸銨 0.05 • M 7.69 例12 0.25 0,05 0.0045 7.48 例13 0.25 0.05 - 硝雜 0.05 葡荀糖 0.02 7.7 例14 0.25 0.05 硝酸銨 0.05 海藻糖 0.025 7.7 例15 0.25 0.05 - 硝酸逄 0.05 PEG 0.025 7,7 例托 0.25 0,05 - 硝酸銨 0.05 PVP 0.01 7.7 27 201037066 表2 研磨速度 面内均勻性 {A;min) (%) 例1 217B. 7 6. 6 例2 2322,6 5,9 例3 1974. 1 5.0 例4 2245.9 6, 6 例5 2060/1 3.4 例6 2170. 7 6,6 例7 2415. 7 4, 2> 例8 1906.2 5.5 例9 2493.0 6.0 例10 1583. 1 15.6 例η 2125, 9 17.2 例12 1879, 5 18, 4 例13 1943, 7 19.6 例14 1652. 7 19. 3 例1S 2012. 7 18. 0 例16 1565. 6 19, 8 表3 水溶性有 機高分子 添加劑1 多醣類 Ce02 濃度 聚丙烯酸 銨濃度 硝酸 濃度 種類 濃度 種類 濃度 pH 質量 % 質量 % 質量 % 質量 % 質量％ 例17 0.1 0.05 - - 支鏈澱粉 0.01 7.55 例18 1 0.05 - - - 支鏈澱粉 0.01 7.95 例19 0.25 0.3 - - - 支鏈澱粉 0.01 7.78 例20 0.25 0.05 - - - 支鏈澱粉 0.05 7.81 例21 0.25 0.2 - - 支鏈澱粉 0.01 7.75 例21 0.25 0.05 - - - 支鏈澱粉 0.05 7.32 28 201037066 表4 研磨速度 面内均勻性 (A/min) (%) 例17 1828.1 5.1 例18 3321.5 6.2 例19 1642.0 3.6 例20 1789.5 2.4 例21 2024.9 5.9 例21 1114.9 5.7 Ο 粉兩者作為添加劑時’可保持良好之研磨速度及约勺座 呈現出良好之結果。此外，研磨速度宜為丨800(A/mi…以 更宜為1900(A/min)以上。又，有關於均勻性，則…上，

足在l〇V 以下，且尤宜在7%以下。 /〇 此外，如表1之例8及9所載，可知即使未含有峭 僅以支鏈澱粉亦可獲得良好之結果。 峻锋， 〇 如表1之例1〜7、Π〜21所載述般，含有硝酸銨及支鏈 不 於 表1之例10〜12、I5、丨6為不含支鏈澱粉之比較例 論是其中任一例均不具良好均勻性，而不甚理想。$，無 含葡萄糖或海藻糖之例13、14分別為單醣及雙醣，^外， 因其與多51相較下潤滑性改善效果較低而較支^哪係 佳。推測其理*在於，藉由添加支賴料之多^ 研磨時氧化;5續.研磨研磨粒之間關滑性受到改 故。此外，本研磨劑無研磨粒之難且分散安定性^善々 對研磨缺陷亦甚有利。 ’、隹， 產業上之可利用性 本發明之研磨劑係關於一種丰導體梦 機械研磨用的半導㈣研磨财研磨錢，特 29 201037066 於淺溝渠隔離或層間絕緣膜之平坦化上。 另外，於此引用已在2009年3月13日提出申請之日本專 利申請案第2009-061917號的說明書、申請專利範圍、圖式 及摘要的全部内容，並將其納入作為本發明揭示内容。 I：圖式簡單說明3 第1圖係於STI步驟中藉由半導體研磨劑研磨半導體裝 置基板時之模式性截面圖。 第2圖係顯示可適用於本發明之研磨方法之研磨裝置 的一例者。 【主要元件符號說明】 1...ί夕基板 32...研磨頭 2...氧化矽膜 33...研磨平板 3...氮化矽膜 34...研磨墊 10...溝渠部 35...研磨劑供給管路 20.. .凹陷 31.. .半導體基板 36...半導體用研磨劑 30

Claims (1)

1. 201037066 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體用研磨劑，含有氧化鈽研磨粒、水及多醣 類，且更含有選自於由水溶性有機高分子及陰離子性界 面活性劑所構成群組中之1種以上物質。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體用研磨劑，其中前述水 溶性有機高分子及陰離子性界面活性劑為具有羧酸基 或其鹽之聚合物。 3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體用研磨劑，其更含有 石肖酸銨。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體用研磨 劑，其中前述氧化鈽之含量為0.1〜5.0質量％，前述多醣 類之含量為0.005〜20質量％，前述水溶性有機高分子及 陰離子性界面活性劑之合計含量為0.001〜0.5質量％，前 述水之含量為50〜99.9質量％。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體用研磨 劑，其中前述多_類為支鏈澱粉(pullulan)，且其分子量 為5萬〜30萬。 6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體用研磨 劑，其於使用聚丙烯酸銨作為前述水溶性有機高分子及 陰離子性界面活性劑且前述多醣類為支鏈澱粉時，支鏈 澱粉與聚丙烯酸銨之比率以質量％計係1 : 0.0005〜1 : 100 ° 7. 如申請專利範圍第3項之半導體用研磨劑，其中前述多 醣類為支鏈澱粉時，支鏈澱粉與硝酸銨之比率以質量％ 31 201037066 計係 1 : 0.0005〜i : 100。 9. 8·如申請專利範圍第卜7項中任—項之半導體用研磨劑， 其中鹼金屬及鹼土族金屬之合計含量為100ppm以下。 如申請專利範®第1〜8項巾任—項之轉體用研磨劑， 其中前述研磨劑之pH為4〜10。 1〇· -種如申請專利範圍第卜9項巾任—項之至少於表面具 氧化石夕膜之半導體裝置用基板的氧化石夕膜研磨用二 磨劑。 W 種半導體用研磨劑之製造方法，係如申請專利範圍第 1〜9項中任—項之半導體用研磨劑的製造方法其特徵 在於.將含有前述氧化鈽研磨粒及水之A液、與含有選 自於由多醣類、水溶性有機高分子及陰離子性界面活性 12則所構成群組中之1種以上物質及水的B液予以混合。 種研磨方法，係於一邊供給半導體用研磨劑一邊使被 研磨面與研磨墊接觸且作相對運動而進行的研磨方 彳’其特徵在於：使用如申請專利範圍第1〜9項中任— 項之半導體用研磨劑作為前述研磨劑，並將半導體基板 作為前述被研磨面而予以研磨。 申叫專利範圍第12項之研磨方法，其中前述半導體基 板為至少表面含有氧化矽膜之半導體裝置用基板，且被 研磨面為前述氧化石夕膜。 32