TW510917B - Abrasive composition for polishing semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device using same - Google Patents
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Description
510917 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（i ) 本發明係有關於一種用以研磨半導體裝置之研磨材料 組成物，尤其是藉以淺溝隔離法進行半導體裝置之元件分 離時之研磨材料組成物，以及用以該研磨材料組成物進行 半導體裝置之製造的方法者。 可取代LOCOS(Local Oxidation of Silicon石夕之局部氧 化）作為半導體裝置之元件分離方式在此可舉例有一種淺 溝隔離（Shallow Trench Isoration)法，其係在石夕基板上附 著一氮化石夕膜，接著形成一淺溝（Shallow Trench)，在那 上面堆積一氧化膜後，經CMP技術令氮化矽膜當作擋件 ，使之平坦化，該淺溝隔離法可作為一種使有效元件領域 擴大，且可對應半導體裝置之高密度化之技術，而令人矚 目。 使用該法時，需在被研磨之氧化物膜下層配設氮化矽 膜，以該氮化矽膜作為擋件施以研磨，且在研磨一需平坦 化加工之面時，所磨光厚度不會過度或不夠而可均勻地完 成，且到達了所定之厚度時結束研磨者為多。 作為此時之研磨材料組成物，係如記載於日本公開公 報特開平9-194823號中，揭示了氮化矽、碳化矽、石墨等 研磨材料組成物作為研磨粒子者；而在日本公開公報特開 平9-208933號中揭示了在氮化矽細粉末上添加葡糖酸等之 酸的研磨材料組成物等。 在上述研磨材料組成物中，因含有高硬度之研磨材料 ，因此研磨速度的確很高，但卻因此在研磨表面上常產生 傷痕，這對半導體裝置而言，成為導致性能降低之關鍵所 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4
、1T up- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4
在。 又、，選擇比’即’此值表示針對作為氮化石夕膜播膜之 氧化膜被研磨之輕易度，此氧化膜大多為二氧化矽膜，令 氧化膜之研錢度m切膜之研磨速度後所得之數值 ，該選擇比用以前述習知技術時仍顯過小，需要更大之數 值。 因此，本發明之目的在於提供一種用以研磨半導體裝 置之研磨材料組成物，係可解決上述問題以及課題。 本發明另一目的在於提供一種可解決上述問題之半導 體裝置之製造方法。 本案發明人等為解決上述問題點，乃經苦心研究結果 發現：本發明，即⑴-種用以研磨半導體裝置之研磨材 料組成物，其係使用於淺溝隔離者，主成分包含有水、氧 化鈽細粉末以及一種或兩種以上水溶性有機化合物，該水 溶性有機化合物具有一C00H基、一C00MX基係可取 代Η原子而形成鹽之原子或官能基）、—s〇3H基及—s〇3My 基（?^^系可取代η原子而形成鹽之原子或官能基）之基團中 至少一種。 尤其，係藉（2)其中前述研磨材料組成物中之氧化鈽 濃度宜為0·1〜l〇wt·%，又，相對於該氧化鈽，前述水溶性 有機化合物之添加量重量比宜為〇〇〇1〜2〇，並且，（3)係 使用研磨速度比為10以上之用以研磨半導體裝置之研磨 材料組成物時，可極度減少研磨表面之傷痕，同時可使前 述選擇比之值極高；前述研磨速度比為，於各自獨立且相 家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 5 同條件研磨經CVD法各自獨立形成㈣基板上之氮化石夕 膜及氧化矽膜時，後者相對於前者之研磨速度比。 、根據本發明，同樣地（4)可提供一種使用研磨材料組 成物進行半導體裝置之製造的方法，其係包含有以下步驟 於半導體基板上形成氮化矽膜； 選擇並加以除去前述氮化矽膜之一部分，使該部分之 前述半導體基板露出； 將前述氮化矽膜遮蓋並蝕刻前述半導體基板，形成溝 在前述氮化矽膜以及前述前述半導體基板上堆積氧化 石夕膜，而以該氧化矽膜填滿前述溝； 以則述氮化碎膜作為擔件，研磨前述氧化硬膜使之平 坦化，藉此在前述溝内選擇性地留下前述氧化矽，而前述 平坦化研磨則係使用如下用以研磨半導體裝置之研磨材料 組成物進行之，該用以研磨半導體裝置之研磨材料組成物 係主成分包含有水、氧化鈽細粉末以及一種或兩種以上水 溶性有機化合物，而該水溶性有機化合物具有一 〇〇〇11基 、一 COOMxS(Mx.可取代H原子而形成鹽之原子或官能 基）、一 SC^H基及一 S〇3MY基（Μγ係可取代Η原子而形成鹽 之原子或官能基）之基團中至少一種。 依該方法係可減少研磨表面之傷痕，且其控制性高， 適於形成淺溝隔離。 第1〜4圖係用以說明淺溝隔離之形成方法之步驟順 五、發明説明（4 ) 之半導體裝置之截面圖。 首先，說明本發明之用以研磨半導體裝置之研磨材料 組成物。 使用於該組成物之氧化飾細粉末，氧化飾係高純度者 為佳，較佳者為99wt·%以上，99 9wt %以上者尤佳。純度 降低時，即使洗淨了研磨後之半導體裝置，也難以從半^ 體裝置除去對半導體特性有不良影響之不純物元素，致使 不良品增加’令良率惡化，故不佳。 氧化鈽微粉末之平均粒徑以〇〇1〜1〇#m為佳，在〇卜 0.5/zm内尤佳。因小於〇.〇1//111時，氧化膜，大多為二氧 化矽膜，其研磨速度就會變小。另一方面，大於1〇#m 時，則使研磨表面上容易產生微小傷痕，因此不佳。 氧化鈽之一次粒子粒徑宜為〇 〇〇5〜〇 5 # m，〇 〇2〜〇 2 尤佳。若不到〇.005 “111時，則氧化膜之研磨速度明顯 降低，不能得到大的選擇比，又，超過〇·5 # m時，則使 研磨表面容易產生傷痕，因此不佳。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本發明之研磨材料組成物之氧化鈽（微粉末）濃度係依 據研磨時之加工壓力等之研磨條件時而定，以〇1〜1〇wt% 為佳，0·3〜5wt·%尤佳。不足〇.lwt%時，則氧化膜之研磨 速度變小，既使超過l〇wt%時，增量效果之提高，即氧化 膜之研磨速度之提南效果變小，此非經濟，故不佳。 其次’說明用於本發明之研磨材料組成物中之水溶性 有機化合物。 該化合物具有一 COOH基、一 COOM^^CMx係可取代 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X 297公釐） 510917 A7 B7 五、發明説明（5) Η原子而形成鹽之原子或官能基）、一S03H基及一 S03My 基（Μγ係可取代η原子而形成鹽之原子或官能基）之基團中 至少一種之水溶性有機化合物。該有機化合物為一種鹽時 ，以不含驗金屬者為佳。若為一具有上述基類中至少一種 水溶性有機化合物時，並無特別限定。該水溶性有機化合 物係可使用一種，組合兩種以上也可。 理想之有機化合物可具體舉例有··聚丙烯酸（(ch2ch C00H)n、分子量500〜10000)、聚甲基丙烯酸（(CH2CCH3 COOH)n、分子量500〜10000)、該等之銨鹽、萘磺酸甲醛 縮合物（式子： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
CH, s〇9h 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 分子量500〜10000)、該銨鹽、以及羥基丁二酸（HOOCCH (OH)CH2COOH、分子量 134.09)、乳酸（CH3CH(OH)COOH 、分子量90.08)、酒石酸（HOOC(CHOH)3COOH、分子量 15〇·09)、葡糖酸（HOCH2(HCOH)4COOH、分子量 196.06) 、檸檬酸一水合物（HOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH •H30、分子量210.14)、琥珀酸（HOOC(CH2)2COOH、分子 量 118.09)、己二酸（HOOC(CH2)4COOH、分子量 146.14)、 富馬酸（11〇〇(：(：11:(：11(：〇〇11、分子量116.07)等之有機酸、 該銨鹽、胺基丁二酸（HOOCCH2CH(NH2)COOH、分子量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs ) a4規格（210X297公釐） 8 510917 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（A) 6 133.10)、2-胺基戊二酸（HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH、分 子量147.13)等之酸性胺基酸，該銨鹽、甘胺酸（H2NCH2 (：〇〇11、分子量 75.07)、4-胺基丁酸（112叫(：112)3(：〇〇11、分 子量 103.12)、6-胺基己酸（H2N(CH2)5COOH、分子量 131.17) 、12-胺基十二酸（H2N(CH2)uCOOH、分子量215.33)、精 胺酸（H2NC(:NH)NH(CH2)3CH(NH3)COOH、分子量 174.20) 、甘胺醯替甘胺酸（H2NCH2CONHCH2COOH、分子量 132.12)等之中性或鹼性胺基酸、十二烷基苯磺酸（CH3 (CH2)uC6H4S03H、分子量 326.50)、該銨鹽等。 上述之水溶性有機化合物之添加量，係依該化合物之 種類、本發明之組成物中氧化鈽微粉末之濃度、組成物之 pH值、研磨時之加工壓力等之研磨條件而決定之，其中 相對於該氧化鈽，前述水溶性有機化合物之添加量重量比 宜為0.001〜20，0.005〜10更佳，0.005〜5尤佳。若重量比不 到〇· 1時，則對於作用於研磨加工時之研磨粒子而言，吸 著於氮化矽膜表面之上述水溶性有機化合物之量過少，使 吸著層薄弱，因此可抑制氧化鈽微粉末與氮化矽膜之直接 接觸之效果差，而不能降低氮化矽膜之研磨速度，另一方 面，若重量比超過20時，會降低因增量之效果提高，致使 並非經濟，因此不佳。 其次，說明本發明之研磨材料組成物之pH。 pH會影響二氧化矽膜、氮化矽膜兩者之研磨速度， 因此可做適當調整。想降低pH時，可利用硝酸、鹽酸、 硫酸等之無機酸；羥基丁二酸、乳酸、酒石酸、葡糖酸、 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
.I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） 9 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 510917 A7 —^ _B7 __ 五、發明説明（7 ) 檸檬酸一水合物、琥珀酸、己二酸、福馬酸等之有機酸； 胺基丁二酸、2-胺基戊二酸等之酸性胺基酸。又，想提高 pH時，可利用銨或2羥基乙胺等之胺類；甘胺酸、‘胺基 丁酸、6-胺基己酸、12-胺基十二酸、精胺酸、甘胺醯替 甘胺酸等之中性或鹼性胺基酸等。pH值在4以上時，也有 良好的情況，但未滿4時也可。 又，本發明之研磨材料組成物除可添加氧化鈽以外之 研磨材料，還可混合廣泛地一般使用的添加黏度調整劑、 緩衝劑、界面活性劑、螯合劑等之添加劑。 本發明之特徵在於氧化石夕及氮化石夕之研磨速度之選擇 性尚’至少10為佳，30以上更佳，50以上者尤佳。並具有 可極度減少研磨面上之傷痕之特徵。 其次，使用上述研磨組成物，說明在半導體裝置上开^ 成淺溝隔離之方法。 參考圖式說明之。如第1圖，輕微氧化由石夕等形成之 半導體基板1之表面，形成氧化矽膜2後，用以cVD堆積 成如200nm厚度之氮化矽膜3，再以使用光阻抗蝕劑之攝 影刻印術等在應形成氮化矽膜2之淺溝之特定位置上，形 成幅度500〜500Onm之開口部3。 其次，將設有開口部之氮化矽膜3當作面罩，局部餘 刻半導體基板1，形成如深度500nm之淺溝4。 在表面具有氮化矽膜3之半導體基板1之全表面上，用 以埋入性佳之偏壓CVD法堆積氧化矽5，可以氧化秒5完 全埋沒於淺溝4中（第2圖）。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
10 510917 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 8 在此狀態下，進行研磨材料組成物之平坦化研磨，即 使氧化矽膜5之表面上具有淺溝4上之凹部，也可漸漸研磨 出一平坦面。如此繼續研磨時，研磨表面到達氮化矽膜3 之表面，此時表面完全平坦化，淺溝4上之凹部即消失。 此研磨在一露出氮化矽膜3表面時結束之。如此，如第3圖 所示，形成一淺溝隔離5,。氮化矽膜3可以此狀態作為半 導體表面之絕緣膜利用，但通常如第4圖除去之。 如上述在淺溝隔離之形成中所進行之平坦化研磨，係 使有效地研磨氧化矽，又令研磨確實地停止在氮化矽膜之 位置上時，氧化矽及氮化矽之研磨速度比，即，選擇比必 須要高。又，若平坦化研磨後之表面有傷痕時，則可能使 半導體裴置特性惡化，故無傷痕者為佳。 本發明先刖所說明之研磨材料組成物，係以開發成最 適用於作為進行上述平坦化研磨之目的者。若使用本發明 之研磨材料組成物時，上述選擇比至少要1〇，5〇以上者為 佳，可為60以上，依此可進行控制性極高之平坦化研磨， 且可使研磨表面不致產生傷痕。 進行用以本發明之研磨材料組成物之研磨方法可藉以 公知之研磨方法、機械化學研磨方法進行之。 實施例 下列藉由實施例進而詳細說明本發明，但本發明並不 因该等實施例而有所限制。 實施例1 相對於高純度氧化鈽漿液（昭和電工（股）公司製、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 11 510917 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（9) GPL-C1010、ds〇=0.5 /z m、一次粒子徑為 0.1 // m、純度 99.9wt·%以上之氧化鈽之濃度為l〇wt.%)l〇〇g，與用水溶 解聚丙烯酸銨10g之液體100g混合，再加水製作一總量 1000g之漿狀研磨材料組成物。該組成物之pH值為7.2，氧 化鈽及聚丙烯酸銨之濃度皆為1 wt·%，相對於氧化鈽之水 溶性有機化合物之添加量之重量比此時為1.0。 針對該研磨材料漿液之二氧化矽膜及氮化矽膜之研磨 性能評價，藉下列方式進行之。 [研磨條件] 被研磨材料：①6” 0、厚度625 /z m矽晶圓上以CVD 法形成之二氧化矽膜（膜厚約1 // m) ②6” 0、厚度625 /z m矽晶圓上以CVD 法形成之氮化石夕膜（膜厚約0 · 5 # m) 墊片：兩層型之半導體裝置研磨用墊片（羅德利（股) 公司製、IC1000/Suba400) 研磨機：半導體裝置研磨用片面研磨機、蘇必德發姆 (股）公司製、型號SH-24、定盤徑610nm 定盤旋轉速度：70rpm 加工壓力：300gf/cm2 漿液供給速度·· l〇〇ml/min 研磨時間：lmin [評價項目及評估方法] 研磨速度：光干涉式膜厚測試裝置 傷痕：光學顯微鏡暗視野觀察 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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(以200倍進行晶圓表面3%之觀察，將檢測出 來之傷痕個數換算成個/晶圓） •上述研磨測試結果：二氧切膜之研磨速度為5050A /mm，此值極高，氮化矽膜之研磨速度為77Α/_，此值 極小。因此可得一很高的選擇比66。 又，二氧化矽膜、氮化矽膜都沒發現傷痕。 實施例2〜9 除改變氧化鈽濃度、聚丙烯酸銨濃度以外，其餘用以 與實施m相同條件製造聚液，進行與實施w相同之研磨 性忐S平價方法。將結果包括實施例i，示於表i。 實施例10〜15 使用與實施例1相同之氧化鈽，製作改變水溶性有機 化合物之種類的漿液。將氧化鈽濃度統一為丨…％、水溶 性有機化合物之濃度為丨wt %，使重量比為i。又，藉由 添加銨，調整研磨材料漿液ipH值為7左右。進行與^施 例1相同之研磨性能評價方法。將結果示於表2。 實施例16〜23 使用與實施例1相同之氧化鈽，製作添加各種水溶性 有機化合物之漿液。將氧化鈽濃度統一為^( %、水溶性 有機化合物之濃度為〇.lwt%，使重量比為〇1。進行與實 施例1相同之研磨性能評價方法，將結果示於表3。 比較例1 經稀釋加博特公司製之矽漿液、3〇wt%)，製造 一 l〇wt·%之漿液，進行與實施例“目同之研磨性能評價方 本紙張尺度適财關家標準（CNS) M規格（训幻97公董） 13
、發明説明（ 11 法’將結果示於表4。 比較例2 稀釋與實施例1相同之氧化鈽，製作_lwt%之漿液 。該漿液不添加水溶性有機化合物。進行與實施例丨相同 之研磨性能評價方法，將結果示於表4。 由上述結果得知在本發明中，於各自獨立且以同一條 件研磨藉CVD法各自分別形成在矽基板上之氮化矽膜及 氧化石夕膜時，對前者之後者的研磨速度比，即，選擇比為 一遠超過10者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'乂 297公釐） 14 510917 A7 B7 五、發明說明（ιυ 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 画 < 學 vS 〇 〇 〇 ο ο ο η 丨1 〇 〇 〇 ο ο ο ftikL 〇\ “安w CO 00 〇〇 〇\ 5: Ο r-H ο <Ν οο W§ ,$ w Ί ^ 〇 〇〇 CN κη 〇 Ό 〇 1> ON m Ο Ο ο Ό tn CO ο 寸 Ο ιη ^ κ 00 CA 00 m ι> ο CN vd ϊ> 镲 荽 •Φ -ϋ Μ 爱 5- # 6- 键 Μ 卜 盤 νς Μ Μ 4- Α£) 〇 ι·-Η cs m 寸 U-) L l·------------------^---------^ —Αν— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16- 510917 A7B7 14 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i ¥ ν0 〇 Ο ο 〇 o o η Μ 〇 Ο ο o o o m 瓣 〇 〇 Ψ^4 (N 00 oo On 寸 η ^ ^ w CN Ό m <s oo oo tn oo ON 5： 5^1 ί繁5 丨丨卜 ο — CS ο 卜 CN m o (N o ^--4 O o OS 卜 CM 〇 VO OS 寸 o o 00 CO O Os o 寸 a ' Pu es m m oo CN as 〇 m CN CO v〇 cs m en 练 荽 Φ J 键 h 集 键 Μ I CN M 、1 卜 m 盤 键 如宙 t0 Ό r> oo ON cs CN cn 04 £ (請先閱讀背面之注意事項再δ本頁)
Ilt#^| 女 訂· -综· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 510917 A7 B7 五、發明說明（15) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
画 Ϊ V0 -ϋ ο Ο Μ ο Ο jJ as cn 〇〇 ο r-H 寸 Ο ο Μ卜 ο r-H Ό f-H ο m τ-Η ο ^ ffi ^ α ΓΟ Ο ο ι> _ 省 1 ο ο τ—Η νς i τ-Η -ϋ |«F 5媒 t-H CN — — — — ^ — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18-
Claims (1)
- Μ 0917 A8 ,B8 C8 D8 泌告衣I - ' ------- 申請專利範圍 第88102755號專利申請案申請專利範圍修正本年^7月%^ (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 1· 一種用以研磨半導體裝置之研磨材料組成物，$ 係使用於淺溝隔離者，主成分包含有水、氧化鈽細粉末以 及一種或兩種以上水溶性有機化合物，該水溶性有機化合 物具有一COOH基、一（：〇01^^基（％乂係可取代H原子而形成 鹽之原子或官能基）、一S〇3H基及一 S03MY基（Μγ係可取代 Η原子而形成鹽之原子或官能基）之基團中至少一種， 其中該氧化鈽細粉末之一次粒子粒徑為 0.005〜0·5 # m 〇 2·如申請專利範圍第1項之用以研磨半導體裝置之 研磨材料組成物’該研磨材料組成物中之氧化鈽濃度為 〇·1〜10wt·%，且，相對於該氧化鈽，前述水溶性有機化合 物之添加章重量比為〇.〇〇1〜2〇。 3 ·如申請專利範圍第1項之用以研磨半導體裝置之 研磨材料組成物，其於各自獨立且以同一條件研磨藉Cvd 法各自分別形成於矽基板上之氮化矽膜以及氧化矽膜時， 後者相對於前者之研磨速度比為1〇以上者。 4· 一種使用研磨材料組成物進行之半導體裝置之製 造方法，其係包含有以下之步驟： 於半導體基板上形成氮化矽膜； 選擇並加以除去前述氮化矽膜之一部分，使該部 分之前述半導體基板露出； 將前述氮化矽膜遮蓋並蝕刻前述半導體基板，形 成溝； 本紙張尺度適用中國國家標準（⑽)A4規格（21〇><297公爱） 20 六、_請專利範圍 ^ 在前述氮化矽膜以及前述前述半導體基板上堆積 氧化矽膜，而以該氧化矽膜填滿前述溝； 、/以刖述氮化矽膜作為擋件，研磨前述氧化矽膜使 之平'坦化，藉此在前述溝内選擇性地留下前述氧化矽，而 前述平坦化研磨則係使用如下用以研磨半導體裝置之研磨 材料組成物進行之，該用以研磨半導體裝置之研磨材料組 成物係主成分包含有水、氧化筛細粉末以及一種或兩種以 上水溶性有機化合物，而該水溶性有機化合物具有一 ⑺⑽基、一 C〇〇Mx基（Μχ係可取代Η原子而形成鹽之原子 或吕月b基）S〇3H基及一 s〇3MY基（Μγ係可取代Η原子而 形成鹽之原子或官能基）之基團中至少一種， 其中该氧化鈽細粉末之一次粒子粒徑為 0·005〜0.5 // m。 5.如申請專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法 ，該研磨材料組成物中之氧化鈽濃度為〇1〜1〇wt %，且， 相對於該氧化鈽，前述水溶性有機化合物之添加量重量比 為 0.001 〜20 〇 6·如申請專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法 。亥研磨材料組成物之使用，於各自獨立且以相同條件研 磨藉CVD法各自分別形成於石夕基板上之氮化石夕膜以及氧 化矽膜時，後者相對於前者之研磨速度比為以上者。
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