TWI384058B - 半導體基板用研磨液組合物 - Google Patents

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Haruki Nojo
Hirofumi Kashihara
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Description

半導體基板用研磨液組合物
本發明係關於一種半導體基板用研磨液組合物、使用該半導體基板用研磨液組合物之半導體基板的研磨方法、以及具有使用該研磨方法實施之研磨步驟的半導體裝置之製造方法。
為減少製造設備及降低運輸成本，半導體基板用研磨液組合物較理想的是，製造成高濃度產品，且於使用時稀釋至特定濃度後進行使用，然濃度越高，則越易於凝聚．沈澱，故要求分散穩定性更優異之研磨液組合物。
尤其是，該研磨液組合物中作為研磨材料而廣泛使用之鈰氧(氧化鈰)粒子，其比重較大，約為7.3 g/cm3 ，易於沈澱。進而，為賦予其平坦化性能而加入之添加劑，存在促進鈰氧粒子之凝聚、加速沈澱、降低分散穩定性之傾向。其結果是，導致研磨液組合物之供給配管中產生沈澱或過濾器產生阻塞，且使得刮痕增加。
作為使鈰氧粒子難以沈澱之技術，眾所周知有選擇聚丙烯酸系共聚物作為添加劑之技術(日本專利特開2000－17195號公報)。然而，由於該研磨液組合物中，共聚物之添加量較少，故於研磨具有凹凸高度差之受研磨面之情形時，不僅對於凸部，亦對凹部進行研磨，故會產生凹陷，無法獲得平坦之半導體基板。
另一方面，於近年之半導體領域中，高積體化及高速化不斷推進，尤其是於高積體化中，要求布線小型化。其結果是，半導體基板之製造製程中，光阻劑曝光時之焦深變淺，故期待更進一步之表面平坦性。又，隨著高積體化．小型化的進步，由於研磨後之晶圓表面上之缺陷(亦稱為缺損)的存在而產生電路斷開等，導致品質優良之晶片的良率降低，故而亦更進一步地要求降低缺損。
於該半導體基板之製造製程中，例如，於布線形成步驟或埋入元件分離步驟中，由於基板上形成了布線或用於埋入之槽，而導致大量存在具有各種寬度的微小的凹凸，因此要求使該凹凸高度差平坦化並減少缺損。
於研磨該基板表面上之凹凸高度差之情形時，若使用僅包含研磨材料之研磨液組合物，則凸部將迅速地受到研磨，但同時凹部亦受到研磨，故存在以下問題：直至兩者實質上變得平坦為止，既耗費時間，亦必須對受研磨面之構件研磨相當量。
針對以上之問題，先前技術中，嘗試藉由添加天冬醯胺酸等低分子添加劑而提高平坦化性能(例如，日本專利特開2001－7059號公報)。
即，本發明係關於：[1]一種半導體基板用研磨液組合物，其係包含二羥基乙基甘胺酸、鈰氧粒子、分散劑及水性介質之半導體基板用研磨液組合物，且該研磨液組合物中之鈰氧粒子的含量為2~22重量%，分散劑的含量為0.001~1.0重量%；[2]一種半導體基板用研磨液組合物，其係將二羥基乙基甘胺酸、鈰氧粒子、分散劑及水性介質混合而獲得之半導體基板用研磨液組合物，且該研磨液組合物，係以2~22重量%之鈰氧粒子、0.001~1.0重量%之分散劑與水性介質相混合而獲得之半導體基板用研磨液組合物；[3]一種半導體基板之研磨方法，包括將上述[1]或[2]所揭示之半導體基板用研磨液組合物稀釋後所形成之溶液，以每分鐘向每平方厘米之受研磨基板為0.01~10 g之供給速度而供給至該基板；以及[4]一種半導體裝置之製造方法，包括藉由上述[3]所揭示之研磨方法而對受研磨基板進行研磨之步驟。
上述日本專利特開2001－7059號公報所揭示之研磨液組合物中，上述鈰氧粒子之分散穩定性不充分，且未提出有效之改善對策。本發明係關於一種半導體基板用研磨液組合物、使用該半導體基板用研磨液組合物之半導體基板之研磨方法、以及具有該研磨方法之研磨步驟的半導體裝置之製造方法，其可製造出鈰氧粒子之分散穩定性優異、且品質穩定之高濃度產品，並且於稀釋後加以使用之情形時將賦予凸部之選擇研磨性能，且不易受凹凸圖案之密度或尺寸的影響，即，可以較少之研磨量而迅速地完成圖案依賴性較少且高度的平坦化，且可降低研磨後之缺損。
根據本發明，可提供一種半導體基板用研磨液組合物、使用該半導體基板用研磨液組合物的半導體基板之研磨方法、以及包括使用該研磨方法實施之研磨步驟的半導體裝置之製造方法，其可製造出鈰氧粒子之分散穩定性優異、且品質穩定之高濃度產品，並且於稀釋後加以使用之情形時，會賦予凸部之選擇研磨性能，且不易受凹凸圖案之密度或尺寸的影響，即，能夠以較少之研磨量而迅速地完成圖案依賴性較少之高度的平坦化，且可降低研磨後之缺損。
本發明之該等優點以及其他優點，可由下述說明而明確。
如上所述，本發明之半導體基板用研磨液組合物(以下，有時簡稱為"研磨液組合物")，係包含二羥基乙基甘胺酸、鈰氧粒子、分散劑及水性介質之半導體基板用研磨液組合物，且該研磨液組合物中之鈰氧粒子的含量為2~22重量%，分散劑之含量為0.001~1.0重量%。本發明由於具有該結構，故可製造出鈰氧粒子之分散穩定性優異，且品質穩定之高濃度產品，並且於稀釋後加以使用之情形時，將賦予凸部之選擇研磨性能，且不易受凹凸圖案之密度或尺寸之影響，即，可發揮到以較少之研磨量而迅速地完成圖案依賴性較少之高度的平坦化的效果。
[機制]
本發明之研磨液組合物呈現較高之平坦化性能、且鈰氧粒子之分散穩定性優異之原因可推斷在於：由於鈰氧粒子與二羥基乙基甘胺酸共存，而導致產生如以下所述之機制。
可推斷，二羥基乙基甘胺酸由於其分子內均衡地存在陰離子基、陽離子基、及非離子基，故即使其附著於鈰氧粒子上亦不使粒子之界面電位差或親水性大幅降低，又，不易對分散劑之效果造成影響。進而，推斷鈰氧粒子間亦不存在如高分子化合物般之交聯效果，故於高濃度添加之情形時鈰氧粒子之分散穩定性亦較優異。
另一方面，於將研磨液組合物供給至半導體基板之情形時，二羥基乙基甘胺酸會附著於鈰氧粒子表面及/或受研磨膜表面，而形成薄膜。形成於表面之薄膜，會妨礙鈰氧粒子對受研磨膜表面之作用，抑制研磨之進行。然而，若施加較高之研磨負荷，則二羥基乙基甘胺酸之附著薄膜破裂，鈰氧粒子可作用於受研磨膜表面，故使研磨進行。因此，於研磨具有凹凸高度差之受研磨膜之情形時，於凸部處，局部較高之研磨負荷將起作用，故附著膜破裂，研磨進行，相反，凹部之局部負荷較低，且受到附著薄膜之保護，故不進行研磨。因此，僅凸部受到選擇性的研磨，且高效地降低凹凸高度差。
進而，伴隨研磨的進行，凹凸高度差減少，使得施加於凸部與凹部上之局部負荷逐漸接近於設定負荷。接著，可呈現出以下顯著的研磨特性(凸部/平坦化後研磨選擇比)：藉由預先設定於設定負荷下研磨幾乎不進行之條件，而使得於凹凸高度差消除後(平坦化後)幾乎不進行研磨。
其結果是，表現出可以較少之研磨量而迅速地完成圖案依賴性較少之高度的平坦化的優異效果。該效果於半導體基板表面之膜中至少含有矽之情形時，尤其係於含有氧化矽之情形時較顯著。
(1)研磨液組合物 [鈰氧粒子]
作為本發明中所使用之鈰氧粒子，例如可列舉藉由各種合成法而製備之鈰氧粒子。作為該合成法，可列舉煅燒法、水熱合成法、鹽觸媒法、及氣相法(PSV法)等，其中，自研磨速度之觀點考慮，較好的是，煅燒碳酸鹽、硫酸鹽、及草酸鹽等之鈰化合物而獲得鈰氧(ceria)的煅燒法。
關於鈰氧粒子之體積平均粒徑，自研磨速度之觀點考慮，較好的是30 nm以上，又，自鈰氧粒子於水性介質中之分散穩定性．防止沈澱分離之觀點考慮，較好的是1000 nm以下。鈰氧粒子之體積平均粒徑較好的是30~1000 nm，進而較好的是40~500 nm，更好的是50~160 nm，進而更好的是50~140 nm。再者，體積平均粒徑，係使用雷射繞射．散射式粒度分佈計(堀場製作所製造之LA－920)，且於超聲波分散之同時將其稀釋之狀態下所測定的作為體積基準之中值粒徑。
又，關於鈰氧粒子之平均一次粒徑(微晶尺寸)，自研磨速度之觀點考慮，較好的是5 nm以上，又，自抑制研磨面產生擦傷之觀點考慮，較好的是100 nm以下。上述鈰氧粒子之平均一次粒徑，較好的是5~100 nm，更好的是10~50 nm，進而更好的是20~40 nm。再者，作為鈰氧粒子之平均一次粒徑的測定方法，可列舉根據由BET法而求出之比表面積而將粒子形狀假定為球形，以此而求出平均一次粒徑的方法或X射線繞射法。
關於研磨液組合物中之鈰氧粒子的含量，自製造．運輸成本之觀點考慮，為2重量%以上，又，自鈰氧粒子於水性介質中之分散穩定性．防止沈澱分離之觀點考慮，為22重量%以下。因此，上述含量為2~22重量%，較好的是2~15重量%，更好的是2.5~12重量%，更好的是3~10重量%，更好的是3~8重量%。
關於使用時已經過稀釋之研磨液組合物中的鈰氧粒子之含量，自研磨速度之觀點考慮，較好的是0.1重量%以上，更好的是0.2重量%以上，進一步好的是0.4重量%以上，進一步更好的是0.5重量%以上。又，自鈰氧粒子於水性介質中之分散穩定性或成本之觀點考慮，上述含量較好的是8重量%以下，更好的是5重量%以下，進一步好的是4重量%以下，進一步更好的是3重量%以下。因此，使用時上述含量較好的是0.1~8重量%，更好的是0.2~5重量%，進一步好的是0.4~4重量%，進一步更好的是0.5~3重量%。
[二羥基乙基甘胺酸]
關於研磨液組合物中之二羥基乙基甘胺酸的含量，自製造.運輸成本之觀點考慮，較好的是0.4重量%以上，又，自鈰氧粒子於水性介質中之分散穩定性.防止沈澱分離之觀點考慮，較好的是40重量%以下。因此，上述含量較好的是0.4~40重量%，更好的是1~20重量%，進一步好的是2~15重量%，進一步更好的是3~12重量%。
關於使用時經過稀釋之研磨液組合物中的二羥基乙基甘胺酸的含量，自平坦化性能之觀點考慮，較好的是0.2重量%以上，10重量%以下。因此上述含量較好是0.2~10重量%，更好的是0.5~8重量%，進一步好的是1~6重量%。
又，可於不損害本發明效果之範圍內含有其他成分，然而自平坦化性能之觀點考慮，二羥基乙基甘胺酸之含量，較好的是在本發明之研磨液組合物之除水性介質及鈰氧粒子之成分中佔80重量%以上，更好的是90重量%以上，進一步好的是95重量%以上，進一步更好的是97重量%以上。進而，研磨液組成液中之二羥基乙基甘胺酸的含量，較好的是99.9999重量%以下，更好的是99.999重量%以下，進一步好的是99.98重量%以下，進一步更好的是99.97重量%以下。因此，研磨液組合物中，上述含量較好的是80~99.9999重量%，更好的是90~99.999重量%，進一步好的是95~99.98重量%，進一步更好的是97~99.97重量%。
[二羥基乙基甘胺酸與鈰氧粒子含量比(重量比)]
於本發明之研磨液組合物中，自防止凹陷及減少缺損之觀點考慮，上述二羥基乙基甘胺酸/鈰氧粒子之含量比(重量比)較好的是1/5以上，更好的是1/4以上，進一步好的是1/3以上。又，自平坦化速度之觀點考慮，較好的是15/1以下，更好的是12/1以下，進一步好的是10/1以下。
因此，二羥基乙基甘胺酸/鈰氧粒子之含量比(重量比)，較好的是1/5~15/1，更好的是1/4~12/1，進一步好的是1/3~10/1。
[分散劑]
作為分散劑，可列舉陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑等界面活性劑，或丙烯酸共聚物、環氧乙烷－環氧丙烷嵌段共聚物(Pluronic類)等高分子分散劑等。其中，自分散效果之觀點考慮，較好的是丙烯酸共聚物，特別好的是聚丙烯酸或其鹽，關於其重量平均分子量，較好的是1000~10000，更好的是1000~6000。此處，上述重量平均分子量，係藉由以下之凝膠滲透色譜法(GPC)法而測定之值。
<GPC條件>管柱：G4000PWXL＋G2500PWXL(Tosoh(公司)製造)溶析液：0.2 M磷酸緩衝劑/CH3 CN＝9/1流量：1.0 mL/min管柱溫度：40℃檢測：RI標準物質：聚丙烯酸換算
又，關於研磨液組合物中之分散劑之含量，自獲得適度之分散效果之觀點考慮，其為0.001~1.0重量%，較好的是0.003~0.3重量%，更好的是0.005~0.1重量%。
關於使用時經過稀釋之研磨液組合物中的分散劑含量，自分散效果之觀點考慮，較好的是0.0005~0.5重量%，更好的是0.001~0.1重量%。
再者，自分散效果之觀點考慮，作為丙烯酸共聚物之較好的鹽，可列舉銨鹽、四甲基銨鹽、水溶性胺鹽、及鉀鹽等，更好的是銨鹽。
[水性介質]
於本發明中，所謂水性介質，係指水、以及可與水混合之溶劑(醇等)與水之混合介質。作為水性介質，較好的是使用離子交換水等之水。
關於研磨液組合物中之水性介質的含量，自提昇研磨速度之觀點以及鈰氧粒子於水性介質中之分散穩定性．防止沈澱分離之觀點考慮，較好的是60~97.599重量%，更好的是70~96重量%。
關於使用時經過稀釋之研磨液組合物中之水性介質的含量，自提昇研磨速度之觀點以及鈰氧粒子於水性介質中之分散穩定性．防止沈澱分離之觀點考慮，較好的是80~99.6995重量%，更好的是85~99重量%。
[研磨液組合物之製備方法]
本發明之研磨液組合物，可將上述鈰氧粒子、二羥基乙基甘胺酸、分散劑、以及根據期望將下述任意成分混合於水性介質中而進行製備。其中，自混合時鈰氧粒子之分散穩定性之觀點考慮，較好的是，預先製備包含鈰氧粒子、或包含鈰氧粒子及分散劑之水分散體(鈰氧漿料)，再對該鈰氧漿料與溶解有二羥基乙基甘胺酸之水溶液加以混合攪拌的方法。又，可使用於混合鈰氧漿料與二羥基乙基甘胺酸水溶液之前，分別預先製備成設定的pH值再混合之方法，或於混合後製備成設定的pH值之方法。
[製備鈰氧漿料]
鈰氧漿料，可藉由分散處理而加以製備。作為分散處理，可列舉使用高速攪拌機、均質機、超聲波分散機、及濕式球磨機等攪拌機而進行分散之方法。又，自鈰氧粒子之分散性之觀點考慮，較好的是，於進行分散處理時同時使用上述分散劑。再者，較好的是，將鈰氧漿料之pH值調整為3~10。
較好接著從上述方式而獲得之鈰氧漿料中去除粗大粒子。作為去除該粗大粒子之方法，例如，可列舉分散處理後之離心分離法或過濾器過濾法。
又，較好將溶解有二羥基乙基甘胺酸之水溶液之pH值調整為3~10。
[任意成分]
又，本發明之研磨液組合物中，作為任意成分(添加劑)，可混合氯化苯二甲羥銨、氯化苯銨松寧、1,2－苯幷異噻唑啉－3－酮、(5－氯－)2－甲基－4－異噻唑啉－3－酮、過氧化氫、及次氯酸鹽等防腐劑。又，可混合過氧化物或過錳酸、鉻酸、硝酸、過氧酸或其等之鹽等之氧化劑。並且，作為二羥基乙基甘胺酸以外之螯合劑，可於不損害本發明之效果的範圍內而混合乙二胺四乙酸(EDTA)、環己二胺四乙酸(CyDTA)、氮川三乙酸(NTA)、羥基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二伸乙基三胺五乙酸(DTPA)、三伸乙基四胺六乙酸(TTHA)、L－穀胺酸二乙酸(GLDA)、胺基三(亞甲基膦酸)、1－羥基乙叉1,1－二膦酸、乙二胺四(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、β－丙胺酸二乙酸(β－ADA)、α－丙胺酸二乙酸(α－ADA)、天冬醯胺酸二乙酸(ASDA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)，亞胺基二乙酸(IDA)，羥基乙基亞胺基二乙酸(HEIDA)、1,3－丙二胺四乙酸(1,3－PDTA)、蘋果酸、酒石酸、葡萄糖酸、檸檬酸、天冬醯胺酸、穀胺酸、甘胺酸、4－胺基丁酸、精胺酸、及苯二甲酸等。可將該等之任意成分，混合於上述鈰氧漿料、二羥基乙基甘胺酸水溶液之任意一者中。
可於不損害本發明之效果之範圍內添加以上之任意成分，關於該任意成分之量，較好的是佔研磨液組合物中之0.001~1.0重量%，更好的是0.01~0.5重量%。
[研磨液組合物之pH值]
關於由以上方法而獲得之本發明之研磨液組合物的pH值範圍，自研磨速度之觀點考慮，較好的是3~10，更好的是4~8，進一步好的是4.5~7，進一步更好的是5~7，再進一步更好的是5.8~6.5。
對於上述研磨液組合物之pH值，可藉由pH值調整劑而加以調整。作為pH值調整劑，可列舉胺、氫氧化鉀、水溶性有機胺、及氫氧化四級銨等鹼性物質，以及硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸等無機酸及醋酸、草酸、琥珀酸、乙醇酸、蘋果酸、檸檬酸、安息香酸等有機酸等酸性物質。
本發明之研磨液組合物，較好的是經過稀釋後再使用。關於稀釋倍率，自製造．運輸成本之觀點考慮，較好的是1.5倍以上，更好的是2倍以上，進一步好的是3倍以上，進一步更好的是4倍以上，又，自研磨速度之觀點考慮，較好的是20倍以下，更好的是15倍以下，進一步好的是10倍以下，進一步更好的是8倍以下。因此，作為本發明之研磨液組合物於使用時的稀釋倍率，較好的是1.5~20倍，更好的是2~15倍，進一步好的是2~10倍，進一步更好的是2~8倍。
關於稀釋方法，可使用向本發明之研磨液組合物中加入特定量之水性介質，且攪拌混合之方法。進而，具體而言，可使用於研磨前將本發明之研磨液組合物取入槽中，且向其中加入特定量之水性介質並攪拌混合之方法，或於研磨期間除加入本發明之研磨液之外亦加入水性介質之方法。
[半導體基板]
本發明之研磨液組合物，使用於半導體基板之研磨。
關於本發明之半導體基板，其詳細內容於下文中有相關敍述，作為其材料，可列舉矽、鋁、鎳、鎢、銅、鉭及鈦等金屬或半金屬，及以該等金屬作為主成分之合金、玻璃、玻璃狀碳、非晶碳等玻璃狀物質，氧化鋁、二氧化矽、氮化矽、氮化鉭、氮化鈦等陶瓷材料，以及聚醯亞胺樹脂等之樹脂等，自表現高效之平坦化的觀點考慮，其中較好的是於基板表面上形成包含矽且具有凹凸高度差形狀之膜之半導體基板。作為包含矽之膜，可列舉TEOS(Tetraethoxysilane，四乙氧基矽烷)、石英、及玻璃等氧化矽，以及BPSG(Boro－Phospho－Silicate Glass，硼磷矽玻璃)、PSG(Phospho－Silicate Glass，磷矽玻璃)等摻雜有磷、硼等元素的氧化矽、氮化矽、多晶矽等。尤其是，於研磨具有以二氧化矽作為主成分之受研磨膜的半導體基板時，使用本發明之研磨液組合物之情形時，可實現高效之平坦化。
於為如BPSG或PSG般摻雜有磷、硼等元素之氧化矽之情形時，為表現出平坦化性能，必須較通常之氧化矽膜添加更多之添加劑。然而，由於添加劑濃度越高，則鈰氧粒子因鹽析效果等變得更易於凝聚．沈澱，故而可更好的使用分散穩定性更優異之本發明之研磨液組合物。
其中，本發明之研磨液組合物，可較好的使用於以使半導體基板平坦為目的而進行之研磨中，且該半導體基板具有50~2000 nm、較好的是100~1500 nm之凹凸高度差形狀。凹凸高度差可藉由剖圖測定裝置(例如KLA－Tencor公司製造，商品名：HRP－100)而求出。
尤其是，於半導體基板為包括凹凸高度差相同之構件之情形時，本發明之研磨液組合物表現出可迅速研磨凸部使其平坦化之優異效果。
(2)研磨方法
作為本發明之研磨方法，可列舉包括下述步驟之半導體基板之研磨方法，即，將稀釋上述研磨液組合物後所形成之液體，以每分鐘向每平方厘米之受研磨基板為0.01~10 g之供給速度而供給至該基板的步驟。
[研磨液組合物供給速度]
對於研磨液組合物(稀釋液)之供給速度，自維持較高之研磨速度，於短時間內平坦化之觀點考慮，受研磨基板每平方厘米為0.01 g/分鐘以上，較好的是0.1 g/分鐘以上，又，自經濟性之觀點及廢液處理之觀點考慮，為10 g/分鐘以下，較好的是5 g/分鐘以下。因此，該供給速度為0.01~10 g/分鐘，較好的是0.1~5 g/分鐘。
[研磨負荷]
關於研磨負荷，自研磨速度之觀點考慮，較好的是5 kPa以上，更好的是10 kPa以上，又，自受研磨面之平坦化及抑制擦傷之觀點考慮，較好的是100 kPa以下，更好的是70 kPa以下，進一步好的是50 kPa以下。因此，研磨負荷較好的是5~100 kPa，更好的是10~70 kPa，進一步好的是10~50 kPa。
作為將研磨液組合物稀釋後之液體，例如可使用按照上述較好之稀釋倍率將上述研磨液組合物稀釋後形成之液體。
作為使用本發明之研磨液組合物(稀釋液)之半導體基板的研磨裝置，並無特別限制，可使用具備保持以半導體基板為代表之受研磨物的工模及研磨布(研磨墊)的研磨裝置。作為使用該研磨裝置之研磨方法的具體例，可列舉下述方法，即，於作為研磨布，而黏貼有有機高分子系發泡體、非發泡體、及不織布狀之研磨布等的平臺上，壓上保持上述受研磨物之工模，或者，將上述受研磨物夾於黏貼有研磨布之平臺上，將本發明之研磨液組合物供給至受研磨物表面，一面施加固定之壓力(負荷)，一面使平臺或受研磨物移動，藉此，研磨受研磨物表面。
再者，對上述研磨液組合物之供給量、及研磨負荷以外之研磨條件並無特別限定。
(3)半導體裝置之製造方法
通常，記憶體IC、邏輯IC、或系統LSI等半導體裝置之製造方法中，包括下述步驟：於以矽為代表之單晶基板(晶圓)上形成氧化矽等絕緣膜，並於其上配置金屬電極，以此形成電晶體、電阻、電容器、二極體、及電容等元件之步驟；於上述元件間實施金屬布線化之布線步驟；以及，使經上述步驟而獲得之基板晶片化的步驟。又，所謂配置金屬電極，包括以下情形：於晶圓上形成絕緣膜等薄膜且藉由微影法使其而圖案化，進而使雜質擴散，從而形成p型及/或n型區域，經過上述等步驟而形成金屬電極。具體而言，絕緣膜元件形成步驟及/或布線步驟中，包括埋入元件分離步驟、層間絕緣膜之平坦化步驟、埋入金屬布線之形成步驟、及埋入電容器形成步驟等。此處，將藉由上述形成元件之步驟及/或於元件間實施金屬布線化之步驟而獲得的元件或將元件與布線相結合之晶圓稱為半導體基板。
本發明之半導體裝置之製造方法，係具有使用上述研磨液組合物(稀釋液)而研磨半導體基板之步驟的方法。作為其示例，可列舉具有藉由上述研磨方法而研磨受研磨基板之步驟的半導體裝置之製造方法。
再者，關於研磨墊等研磨條件，只要與上述研磨方法相同即可。
具體而言，可列舉包括下述步驟之方法，即，具備於具有凹凸高度差形狀之半導體基板的上方形成包含矽之薄膜的步驟、及研磨該薄膜之研磨步驟，且於上述研磨步驟中，將含有鈰氧粒子、二羥基乙基甘胺酸、及分散劑之研磨液組合物供給至研磨墊表面，藉由CMP(Chemical－Mechanical Polishing，化學機械研磨法)而使具有凹凸高度差形狀之該薄膜表面平坦化，作為如此之步驟，存在埋入元件分離步驟、層間絕緣膜平坦化步驟、埋入金屬布線之形成步驟、以及埋入電容器形成步驟等，且尤其是對於埋入元件分離步驟、層間絕緣膜平坦化步驟較為適合，可較好的使用於製造記憶體IC、邏輯IC、或系統LSI等半導體裝置中。
以下，藉由實施例而進一步揭示本發明之態樣。該實施例，僅為本發明之例示，並無任何限定之含意。
[實施例] 實施例1~7以及比較例1~10 1.分散穩定性評估
於表2所揭示之特定量的二羥基乙基甘胺酸(Chelest公司製造，Chelest GA)、天冬醯胺酸(和光純藥工業公司製造)、乙二胺四乙酸(同仁化學公司製造，4H)、氮川三乙酸(Chelest公司製造，Chelest NT)、苯二甲酸(Kishida化學公司製造)或聚丙烯酸(胺中和度65 mol%，分子量6000，固形分40重量%)中加入離子交換水且加以混合溶解。進而，於攪拌狀態下，於該溶液中加入表2所揭示之特定量之鈰氧的水分散體(鈰氧固形分40重量%，鈰氧粒子之平均粒徑125 nm，鈰氧粒子之微晶尺寸為28 nm，且含有0.1重量%之分子量為6000的聚丙烯酸銨鹽作為分散劑)，且藉由胺水(胺為28重量%)(富山藥品工業公司製造)而將pH值調整成為6.0~6.3，獲得實施例1~7及比較例1~10之研磨液組合物。再者，鈰氧粒子之平均粒徑，係使用雷射繞射．散射式粒度分佈計(堀場製作所製造LA－920)而測定之作為體積基準的中值粒徑。
使用以如此之方式而製備之研磨液組合物，藉由以下之條件而進行鈰氧粒徑之測定及分散性測試。
<研磨液組合物中之鈰氧粒徑測定>測定製備後放置一天後之研磨液組合物中的鈰氧粒徑，作為高濃度狀態之研磨液組合物中鈰氧粒子之凝聚位準的參考標準。具體而言，使用Microtrac粒度測定裝置UPA－150(日機裝公司製造)，且於測定前搖動上述研磨液組合物，使其充分分散後再進行測定。於鈰氧比重為7.3，測定時間為2分鐘之測定條件下，連續反覆進行3次測定。將鈰氧粒徑作為體積平均粒徑之中值粒徑(D50)的值。
<分散性測試>使用磁攪拌器將100 ml之各研磨液組合物攪拌10分鐘後，裝入附塞子比色管(直徑29 mm，容量100 ml)中，靜置於室溫(20~25℃)下，經過固定時間後(1天後、3天後、7天後)，根據由鈰氧粒子的沈澱而產生上澄液的分離狀態，而判定分散穩定性。判定基準如表1所示，結果如表2所示。
<分散性測試結果>如表2之結果所示，實施例1~7及比較例2之研磨液組合物，由於研磨液組合物中之鈰氧粒徑較小，故觀察不到凝聚，並且顯示出良好之分散穩定性。另一方面，比較例1及3~5、7~10之研磨液組合物，由於研磨液組合物中之鈰氧粒徑較大，故可觀察到凝聚，並且其分散穩定性存在問題。又，比較例6之研磨液組合物中存在不溶解物。
2.平坦化性能評估(1)
進而，使用藉由離子交換水而將上述研磨液組合物稀釋後之稀釋品，且藉由以下之條件而進行研磨測試。
<研磨測試(1)>1.研磨條件研磨測試機：單面研磨機(機器型號：LP－541，Lapmaster SFT製造，平臺直徑540 mm)研磨墊：IC－1000/Sub400(Nittahaas公司製造)平臺旋轉數：60 rpm研磨頭旋轉數：62 rpm(旋轉方向與平臺相同)研磨負荷：40 kPa研磨液供給量：200 ml/min(0.6 g/cm2 ．min)受研磨基板：於CMP特性評估用市面銷售的圖案晶圓之Sematech864(於矽基板上，藉由CVD(Chemical vapor deposition，化學氣相沈積)法而使膜厚為170 nm之氮化矽成膜後，於藉由蝕刻而形成有深度為500 nm之圖案的基板上，形成有厚度為600 nm之 HDP－TEOS(High－density plasma tetraethoxysilane，高密度電漿四乙氧基矽烷)氧化矽膜者)、或BPSG膜圖案晶圓(於形成有深度為370 nm之圖案(與Sematech864形狀相同)的矽基板上，形成有厚度為1000 nm之BPSG膜者)於上述研磨條件下，研磨2分鐘後，藉由測定Sematech864或BPSG膜圖案晶圓之殘存膜厚而加以評估。具體而言，測定D20、D50、及D80圖案部(D20：凸部寬度20 μm/凹部寬度80 μm之Line&Space圖案，D50：凸部寬度50 μm/凹部寬度50 μm之Line&Space圖案，D80：凸部寬度80 μm/凹部寬度20μm之Line&Space圖案)之殘存膜厚，進而，根據該等殘存膜厚之值而計算出Step Height(凹凸高度差)。此處，Line&Space，係指於IC之布線構造等中，將Line狀(線狀)之圖案反覆排列處之線狀圖案寬度(Line)與線狀圖案間之間隔(Space)作為一組者；布線間距，係指將布線之Line與Space相組合之尺寸。
Sematech864：Step Height＝凸部殘存膜厚(HDP膜＋SiN膜)＋Si高度差－凹部殘存膜厚BPSG膜圖案晶圓：Step Height＝凸部殘存膜厚＋Si高度差－凹部殘存膜厚
此處，所謂Si高度差，係指於矽晶圓上形成圖案之凹部的深度。
此次評估中所使用之晶圓的Si高度差，於Sematech864中為330 nm，於BPSG膜圖案晶圓中為370 nm。再者，殘存膜厚之測定係使用光干涉式膜厚儀(大日本Screen製造(株)製造，商品名：VM－1000)而進行。判定基準如表3中所示，結果如表4中所示。
<平坦化性能評估結果(1)>Sematech864：使用實施例1之稀釋品時，則氮化矽膜上之凸部HDP膜消失，且氮化矽膜之研磨量亦為少量。進而，凹部之HDP殘存膜厚於D20與D80之圖案間之差為150 nm以內，即，圖案依賴性較小且獲得良好之平坦化性能。又，使用比較例1及3之稀釋品時，亦可與實施例1之稀釋品同樣，獲得良好之平坦化表面。其中，使用比較例3之稀釋品時，由於研磨速度降低，若研磨2分鐘，則凸部HDP膜殘存，並未完成作為目標之平坦化，故必須將研磨時間延長至5分鐘。另一方面，當使用比較例2之稀釋品時，雖凸部HDP膜消失，然亦對其下之氮化矽膜進行研磨，D20圖案部中之氮化矽膜消失。進而，D20與D80之圖案間，凹部之HDP殘存膜厚的差亦為250 nm以上，故圖案依賴性較大且無法獲得良好之平坦化性能。
BPSG膜圖案晶圓：當使用實施例2之稀釋品時，D20、D50、及D80各圖案中之Step Height變為30 nm以內，進而，D20與D80之圖案間之凹部殘存膜厚差為100 nm以內，即，圖案依賴性較小且獲得了良好之平坦化性能。當使用比較例4之稀釋品時，D20與D80之圖案間的凹部殘存膜厚之差為100 nm以內，即，圖案依賴性較優異，然而D80圖案中，Step Height為137 nm，高度差未消除。另一方面，使用比較例2之稀釋品時，藉由2分鐘之研磨，會使得凸部之BPSG膜全部消失，故將研磨時間縮短至1分鐘，然D20圖案中凸部BPSG膜消失。進而，若D20與D80之圖案間的凹部殘存膜厚之差亦為200 nm以上，則圖案依賴性較大，且無法獲得良好之平坦化性能。
3.平坦化性能之評估(2)
使用藉由離子交換水，以表5所揭示之稀釋倍率而對實施例7、2及比較例10之研磨液組合物進行稀釋後之稀釋品(稀釋後之組成如表5中所示)，利用以下之條件進行研磨測試(2)。
<研磨測試(2)>1.研磨條件研磨測試機：單面研磨機(機器型號：EPO222D，荏原製作所公司製造)研磨墊：IC－1000/Sub400(Nittahaas公司製造)平臺旋轉數：100 rpm研磨頭旋轉數：107 rpm(旋轉方向與平臺相同)研磨負荷：30 kPa研磨液供給量：200 ml/min(0.6 g/cm2 ．min)受研磨基板：於CMP特性評估用市面銷售之圖案晶圓的Sematech864(於矽基板上，藉由CVD法而使膜厚為150 nm之氮化矽成膜後，於藉由蝕刻而形成有深度為500 nm之圖案的基板上，形成有厚度為550 nm之HDP－TEOS氧化矽膜者)，或BPSG膜圖案晶圓(於形成有深度為350 nm之圖案之矽基板上，形成有厚度為1000 nm之BPSG膜者)
研磨時間係藉由測定平臺之馬達電流、及圖案晶圓與研磨墊間之摩擦係數變化以及檢測研磨終點而進行測定，且係針對各研磨液組合物而確定。
平坦化性能，係藉由測定Sematech864或BPSG膜圖案晶圓之殘存膜厚而進行評估。具體而言，測定P25、P50、P100、P250、及P500圖案部(P25：凸部寬度12.5 μm/凹部寬度12.5 μm之Line&Space圖案，P50：凸部寬度25 μm/凹部寬度25 μm之Line&SpaCe圖案，P100：凸部寬度50 μm/凹部寬度50 μm之Line&Space圖案，P250：凸部寬度125 μm/凹部寬度125 μm之Line&Space圖案，P500：凸部寬度250 μm/凹部寬度250 μm之Line&Space圖案)之殘存膜厚，進而，根據該等殘存膜厚之值而計算出Step Height(凹凸高度差)。
Sematech864：Step Height＝凸部殘存膜厚(HDP膜＋SiN膜)＋Si高度差－凹部殘存膜厚BPSG膜圖案晶圓：Step Height＝凸部殘存膜厚＋Si高度差－凹部殘存膜厚
此處，所謂Si高度差，係指於矽晶圓上形成圖案之凹部的深度。
此次評估中所使用之晶圓的Si高度差，於Sematech864中為350 nm，於BPSG膜圖案晶圓中為350 nm。再者，殘存膜厚係使用光干涉式膜厚儀(KLA tencor公司製造，商品名：Aset F5x)而進行測定。各圖案之Step Height測定結果如表5中所示。
<平坦化性能評估結果(2)>可知，與比較例10之稀釋品相比較，實施例7稀釋品及實施例2稀釋品中之任意一者的圖案中之Step Height的值均較小，且平坦化性能較優異。
4.缺損之評估
進而，使用實施例7、2及比較例10之研磨液組合物之稀釋品(揭示於表5中)，以與平坦化性能評估(2)同樣之方式，進行研磨測試。其中，於受研磨基板上，使用熱氧化膜之毯覆式晶圓。研磨60秒鐘後，使用過氧化氫(2%)，藉由輥刷洗滌60秒鐘。使用雷射式缺陷檢查裝置(KLA tencor 公司製造，商品名：Surfscan SP1)，求出每片毯覆式晶圓整體之缺陷數及尺寸。再者，測定方法為於晶圓表面上照射雷射，根據反射光之強度及角度，換算出缺損之數及尺寸。
缺損數之結果如表6中所示。
<缺損評估結果>可知，關於可認為是檢查裝置接受之設定方面最實際之0.14 μm位準的缺損數，相對於比較例10之稀釋品而言，使用實施例7、2之稀釋品時較少，且性能較優異。
根據以上說明，可知，本發明之研磨液組合物，可實現高濃度狀態下之分散穩定性較優異且無圖案依賴性之高度的平坦化、以及可減少研磨後之缺損。
本發明之半導體基板用研磨液組合物，可使用於例如，埋入元件分離步驟、層間絕緣膜之平坦化步驟、埋入金屬布線之形成步驟、及埋入電容器形成步驟等中，尤其適用於埋入元件分離膜之形成步驟、層間絕緣膜平坦化步驟，且可較好地使用於記憶體IC、邏輯IC、或系統LSI等半導體裝置之製造中。
顯然，以上所述之本發明，存在大量屬於相同之範圍者。如此般之多樣性不可視作脫離發明之意圖及範圍者，且熟悉本技藝者瞭解，如此般的所有變更均包含於以下之請求範圍之技術範圍內。

Claims (15)

  1. 一種半導體基板用研磨液組合物，其係包含二羥基乙基甘胺酸、鈰氧粒子、分散劑、以及水性介質之半導體基板用研磨液組合物，且該研磨液組合物中之鈰氧粒子之含量為2~22重量%，分散劑之含量為0.001~1.0重量%。
  2. 如請求項1之半導體基板用研磨液組合物，其中在除水性介質及鈰氧粒子以外之成分中，二羥基乙基甘胺酸之含量為90~99.999重量%。
  3. 如請求項1之半導體基板用研磨液組合物，其中二羥基乙基甘胺酸於半導體基板用研磨液組合物中之含量為0.4~40重量%。
  4. 如請求項1之半導體基板用研磨液組合物，其中二羥基乙基甘胺酸與鈰氧粒子之含量比(二羥乙基甘胺酸/鈰氧粒子)為1/5~15/1(重量比)。
  5. 如請求項1之半導體基板用研磨液組合物，其中分散劑係選自由陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑、丙烯酸共聚物、丙烯酸共聚物之鹽及環氧乙烷－環氧丙烷嵌段共聚物所組成之群組中的至少一種。
  6. 如請求項1之半導體基板用研磨液組合物，其中半導體基板係於其表面上形成有至少包含矽、且具有50~2000 nm之凹凸高度差形狀的膜。
  7. 一種半導體基板之研磨方法，其包括將如請求項1之半導體基板用研磨液組合物稀釋而成之液體，以每分鐘向每平方厘米之受研磨基板供給0.01~10 g之供給速度而供給至該基板之的步驟。
  8. 如請求項7之半導體基板之研磨方法，其中以5~100 kPa之研磨負荷而將研磨墊壓觸於受研磨基板，且對受研磨基板進行研磨。
  9. 一種半導體裝置之製造方法，其含有藉由如請求項7之研磨方法而對受研磨基板進行研磨之步驟。
  10. 一種半導體裝置之製造方法，其包括：於單晶基板上形成絕緣膜且於其上配置金屬電極的元件形成步驟，於上述元件間實施金屬布線化的布線步驟，以及使經上述步驟而獲得之基板晶片化的步驟；於元件形成步驟及/或布線步驟中，含有藉由如請求項7之研磨方法而研磨受研磨基板之步驟。
  11. 一種半導體基板用研磨液組合物，其係將二羥基乙基甘胺酸、鈰氧粒子、分散劑及水性介質混合而獲得之半導體基板用研磨液組合物，且係於該研磨液組合物中，以鈰氧粒子為2~22重量%、分散劑為0.001~1.0重量%而與水性介質相混合而獲得。
  12. 一種半導體基板之研磨方法，其包括將如請求項11之半導體基板用研磨液組合物稀釋而成之液體，以每分鐘向每平方厘米之受研磨基板供給0.01~10 g之供給速度而供給至該基板的步驟。
  13. 如請求項12之半導體基板之研磨方法，其中以5~100 kPa之研磨負荷而將研磨墊壓觸於受研磨基板且對受研磨基板進行研磨。
  14. 一種半導體裝置之製造方法，其含有藉由如請求項12之研磨方法而對受研磨基板進行研磨之步驟。
  15. 一種半導體裝置之製造方法，其包括：於單晶基板上形成絕緣膜且於其上配置金屬電極的元件形成步驟，於上述元件間實施金屬布線化的布線步驟，及使經上述步驟而獲得之基板晶片化的步驟；於元件形成步驟及/或布線步驟中，含有藉由如請求項12之研磨方法而對受研磨基板進行研磨之步驟。
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