TWI435381B - Chemical mechanical grinding of water dispersions and semiconductor devices of chemical mechanical grinding method - Google Patents

Chemical mechanical grinding of water dispersions and semiconductor devices of chemical mechanical grinding method Download PDF

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Description

化學機械研磨用水系分散體及半導體裝置之化學機械研磨方法
本發明係關於製造半導體裝置之際所使用的化學機械研磨用水系分散體、及使用該化學機械研磨用水系分散體的化學機械研磨方法。
通常，化學機械研磨(以下亦稱「CMP」)的被研磨面，將裸露出諸如：多晶矽膜(多結晶矽膜)、單晶矽膜、矽氧化膜、矽氮化膜、鋁、鎢、銅等多種多樣的材料。
習知，使用以上述材料中之1種為靶材的化學機械研磨用水系分散體(以下亦稱「研磨液」)，並將該靶材的材料利用CMP去除。然而，若與其他材料間之研磨速度比出現較大差異時，靶材的材料便遭過度研磨，而引發諸如凹陷、侵蝕等缺陷。且，必須依每個靶材的材料選擇化學機械研磨用水系分散體，並利用CMP去除，因而浮現生產性降低的問題。
近年，隨半導體裝置構造的多樣化，將要求同時對多晶矽膜、矽氧化膜及矽氮化膜等3種材料施行研磨。為能同時對該3種材料施行研磨，便必須提供能將各個膜的研磨速度設為大致相同的化學機械研磨用水系分散體。
截至目前為止，例如在日本專利特開平11－176773號公報、特開2001－7061號公報、特開2001－35820號公報、特開2002－190458號公報、特開2004－269577號公報等之中，便有提案：將矽氮化膜對矽氧化膜的研磨速度比設為 近乎1的化學機械研磨用水系分散體。然而，能同時對多晶矽膜、矽氧化膜及矽氮化膜，且依相同研磨速度施行研磨的化學機械研磨用水系分散體並無存在。
本發明之目的在於提供：對多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜具有充分的研磨速度，且對各個膜的研磨速度大致相同的化學機械研磨用水系分散體、及使用其之半導體裝置之化學機械研磨方法。
本發明的化學機械研磨用水系分散體係包含有：(A)具有10nm~100nm平均粒徑之膠體二氧化矽0.1~4質量%、以及(B)從磷酸一銨、磷酸二銨及硫酸氫銨中選擇至少1種0.1~3質量%；其中，上述(A)成分與上述(B)成分的質量比(A)/(B)係1~3，且pH係4~5，將使用於同時對從多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中，選擇2種以上所形成的被研磨面施行研磨。
本發明的化學機械研磨用水系分散體係更進一步含有從：硝酸、硫酸、碳酸、乳酸、蟻酸、苯甲酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、丙二酸、反丁烯二酸、順丁烯二酸、琥珀酸、草酸、酞酸、己二酸、癸二酸及該等的銨鹽中選擇至少1種。
本發明的化學機械研磨用水系分散體中，多晶矽膜對矽氧化膜的研磨速度比(多晶矽膜/矽氧化膜)、及矽氮化膜對矽氧化膜的研磨速度比(矽氮化膜/矽氧化膜)，係可設為0.9~1.1。
本發明的半導體裝置之化學機械研磨方法，係使用上述任一項之化學機械研磨用水系分散體，同時對由從多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中，選擇2種以上所形成的被研磨面施行研磨。
本發明的化學機械研磨用水系分散體，係對多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜具有充分的研磨速度，且可將對各個膜的研磨速度設為大致相同。藉此，便可同時對由從多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中，選擇2種以上所形成的被研磨面施行研磨。此外，若使用本發明的化學機械研磨用水系分散體，對具有多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的裝置施行化學機械研磨，便可不需要配合研磨對象在中途更換研磨液，俾可連續的施行研磨去除。此外，因為任一膜的研磨速度均大致相同，因而若控制研磨時間，便可輕易地設定為所需膜厚。
以下，針對本發明實施形態進行說明。
另外，本發明並不僅侷限於下述實施形態，尚涵蓋有在不變更本發明主旨範圍內所實施的各種變化例。
1.化學機械研磨用水系分散體
本發明的化學機械研磨用水系分散體，係包含有：(A)具有10nm~100nm平均粒徑之膠體二氧化矽0.1~4質量%、以及(B)從磷酸一銨、磷酸二銨及硫酸氫銨中選擇至少1種0.1~3質量%；其中，上述(A)成分與上述(B)成分的質量比(A)/(B)係1~3，且pH係4~5，並使用於同時對由從 多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中，選擇2種以上所形成的被研磨面施行研磨。以下，針對本實施形態的化學機械研磨用水系分散體中所含各成分進行詳述。
1.1(A)膠體二氧化矽 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，係磨粒含有膠體二氧化矽。該膠體二氧化矽的平均粒徑，最好10nm~100nm，尤以20nm~90nm為佳，更以30nm~80nm為佳。若膠體二氧化矽的平均粒徑在10nm~100nm範圍內，則使用為化學機械研磨用水系分散體時的保存安定性優越，將可保持著剛調製後的性能(研磨速度等)。若膠體二氧化矽的平均粒徑未滿10nm，則因為多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的研磨速度均過小，因而無實用性。反之，若膠體二氧化矽的平均粒徑超過100nm，則膠體二氧化矽將對矽氧化膜施行機械性研磨，導致矽氧化膜的研磨速度變為過大，而喪失均衡。
膠體二氧化矽的平均粒徑係利用例如動態光散射式LB550(堀場製作所股份有限公司製)，依照動態光散射法施行測定。該平均粒徑係指由一次粒子凝聚所形成的二次粒徑。因為膠體二氧化矽在對被研磨面產生機械研磨作用之際，通常形成二次粒子，因而便將二次粒徑設為評估的對象。
膠體二氧化矽的添加量係相對於使用時的化學機械研磨用水系分散體質量之下，最好為0.1~4質量%，尤以0.2~4質量%為佳，更以0.3~3.9質量%為佳。若膠體二氧 化矽的添加量未滿0.1質量%，便無法獲得足夠的研磨速度，而無實用性。反之，若膠體二氧化矽的添加量超過4質量%，膠體二氧化矽便將對矽氧化膜進行機械性研磨，導致矽氧化膜的研磨速度變為過大。且，將有發生刮傷等研磨缺陷的情形。
另外，本說明書中所謂「充分的研磨速度」具體係指研磨速度達20nm/分以上。
1.2(B)酸銨鹽 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，係含有從磷酸一銨、磷酸二銨及硫酸氫銨中選擇至少1種的銨鹽。若添加該等酸銨鹽，便可提高對矽氮化膜的研磨速度。
磷酸一銨及磷酸二銨係藉由磷酸對矽氮化膜的化學研磨作用、與銨離子對矽氮化膜的化學研磨作用之相乘效果，推測將可提高對矽氮化膜的研磨速度。
硫酸氫銨係就由硫酸離子對矽氮化膜的化學研磨作用、及銨離子對矽氮化膜的化學研磨作用之相乘效果，推測將可提高對矽氮化膜的研磨速度。
該等酸銨鹽係可單獨使用1種、亦可組合使用2種以上。
該等酸銨鹽的添加量係相對使用時的化學機械研磨用水系分散體質量，最好添加0.1~3質量%，尤以0.2~2.5質量%為佳，更以0.3~1.3質量%為佳。若該等酸銨鹽的添加量未滿0.1質量%，因為研磨速度明顯降低，因而無法達實用性。反之，若該等酸銨鹽的添加量超過3質量%，即使更增加酸銨鹽的添加量，但矽氮化膜的研磨速度仍幾 乎無提高，反將導致化學機械研磨用水系分散體的安定性降低，因而最好避免。
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體中，(A)膠體二氧化矽與(B)銨鹽的質量比(A)/(B)係1~3。尤以1.3~2.8為佳，更以1.5~2.5為佳。若質量比在該範圍內，便可將對多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的研磨速度設為大致相同。藉此便可獲得適用於同時對該等膜施行研磨的化學機械研磨用水系分散體。若質量比(A)/(B)未滿1，則機械研磨作用變小，在與化學機械研磨作用間之均衡將喪失，因而無法將多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的研磨速度設為大致相同。反之，若質量比(A)/(B)超過3，因為機械研磨作用將變大，導致矽氧化膜的研磨速度將提高，因而無法將多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的研磨速度設為大致相同狀態。
1.3pH 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體之pH，係在4以上且5以下。若pH在該範圍內，便可將多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的研磨速度設為大致相同。pH係可利用(A)成分與(B)成分的添加量以及後述的酸與鹼而進行調整。更佳的pH範圍係4.2以上且4.8以下。若pH未滿4，便無法提高多晶矽膜的研磨速度，將使矽氮化膜與矽氧化膜的研磨速度提高，而喪失均衡，因而無法達成本案發明之目的。反之，若pH大於5，便無法提高矽氮化膜與矽氧化膜的研磨速度，將使多晶矽膜的研磨速度提高， 而喪失均衡，因而無法達成本案發明之目的。
依此，本實施形態的化學機械研磨用水系分散體之pH，因為將密切關聯於多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜的研磨速度，因而必須精密地控制。所以，本實施形態的化學機械研磨用水系分散體亦可當作使用檸檬酸緩衝液、磷酸緩衝液等的緩衝液。
1.4其他的添加劑 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，視需要亦可添加下述添加劑。
1.4.1酸或其銨鹽 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，視需要將可添加酸或其銨鹽。酸或其銨鹽係可舉例如：硝酸、硫酸、碳酸、乳酸、蟻酸、苯甲酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、丙二酸、反丁烯二酸、順丁烯二酸、琥珀酸、草酸、酞酸、己二酸、癸二酸、或該等的銨鹽。藉由添加該等的酸或其銨鹽，便可提高矽氮化膜與矽氧化膜的研磨速度。藉此便可對多晶矽膜的研磨速度進行微調整。
1.4.2界面活性劑 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體係視需要將可添加界面活性劑。界面活性劑係可舉例如：陽離子性界面活性劑、陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑、兩性界面活性劑等。
陽離子性界面活性劑係可舉例如：脂肪族胺鹽、脂肪族銨鹽等。
陰離子性界面活性劑係可舉例如：羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、磷酸酯鹽等。羧酸鹽係可舉例如：脂肪酸皂、烷基醚羧酸鹽等。磺酸鹽係可舉例如：烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、α－烯磺酸鹽等。硫酸酯鹽係可舉例如：高級醇硫酸酯鹽、烷基硫酸酯鹽等。磷酸酯係可舉例如烷基磷酸酯等。
非離子性界面活性劑係可舉例如：醚型界面活性劑、醚酯型界面活性劑、酯型界面活性劑、乙炔系界面活性劑等。醚酯型界面活性劑係可舉例如甘油酯的聚氧乙烯醚等。酯型界面活性劑係可舉例如：聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯、山梨糖醇酐酯等。乙炔系界面活性劑係可舉例如：乙炔醇、乙炔二醇、乙炔二醇的環氧乙烷加成物等。
兩性界面活性劑係可舉例如甜菜鹼系界面活性劑。
該等界面活性劑係可單獨使用1種、亦可組合使用2種以上。
該等界面活性劑中，最好為陰離子性界面活性劑，尤以磺酸鹽為佳。此外，磺酸鹽中最好為烷基苯磺酸鹽，尤以十二烷基苯磺酸鹽為佳。
界面活性劑的添加量係相對使用時的化學機械研磨用水系分散體之質量，最好添加1質量%以下，尤以0.001~0.1質量%為佳。若界面活性劑的添加量在上述範圍內，經將矽氮化膜研磨去除後，便可獲得平滑的被研磨面。
1.4.3酸或鹼 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，視需要亦可添加酸或鹼。本實施形態的化學機械研磨用水系分散體之pH，如上述，將必須設為4以上且5以下。此處酸與鹼係可在對化學機械研磨用水系分散體的pH進行調整之目的下使用。
上述酸係可例如除上述以外的有機酸或無機酸。
有機酸係可舉例如：對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、異戊二烯磺酸、葡糖酸、甘醇酸等。
上述鹼係可舉例如：有機鹼或無機鹼。
有機鹼係有如四甲基氫氧化物等。
無機鹼係有如鹼金屬的氫氧化物。具體係可舉例如：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫等。
1.4.4水溶性高分子 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，視需要可添加水溶性高分子。水溶性高分子係具有吸附於被研磨面表面，而減輕研磨摩擦的機能。藉此，若添加水溶性高分子，便可抑制凹陷、侵蝕的發生。
水溶性高分子係可舉例如：聚丙烯醯胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素等。
水溶性高分子的添加量係可調整成化學機械研磨用水系分散體的黏度未滿2mPa．s狀態。本發明的化學機械研磨用水系分散體黏度，因為大致係依照水溶性高分子的重量平均分子量與添加量而決定，因而可在考慮該等的均衡之情況下進行調整。若化學機械研磨用水系分散體的黏度 超過2mPa．s，研磨速度降低，且黏度過高，導致無法對研磨布上安定地供應化學機械研磨用水系分散體。結果，將發生研磨布溫度上升、研磨斑(面內均勻性劣化)等情形，導致發生研磨速度、凹陷不均的情況。
1.4.5防蝕劑 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體中所使用防蝕劑，係有如苯并三唑及其衍生物。此處，所謂「苯并三唑衍生物」係指將苯并三唑所具有的1個或2個以上氫原子，利用例如羧基、甲基、胺基、羥基等取代者。苯并三唑衍生物係可舉例如：4－羧基苯并三唑及其鹽、7－羧基苯并三唑及其鹽、苯并三唑丁酯、1－羥甲基苯并三唑或1－羥基苯并三唑等。
防蝕劑的添加量係相對使用時的化學機械研磨用水系分散體之質量，最好添加1質量%以下，尤以0.001~0.1質量%為佳。
1.5化學機械研磨用水系分散體之調製方法 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體，係藉由使上述各成分溶解或分散於諸如水等溶劑中，便可進行調製。溶解或分散方法並無特別的限制，可使用能均勻溶解、分散的任何方法。此外，相關各成分的混合順序與混合方法亦均無特別的限制。
本實施形態的化學機械研磨用水系分散體係可調製成濃縮式原液，當使用時經利用諸如水等溶劑進行稀釋之後才使用。
1.6研磨速度比 本實施形態的化學機械研磨用水系分散體中，多晶矽膜對矽氧化膜的研磨速度比(多晶矽膜/矽氧化膜)、及矽氮化膜對矽氧化膜的研磨速度比(矽氮化膜/矽氧化膜)，最好為0.9~1.1。
若多晶矽膜對矽氧化膜的研磨速度比在0.9~1.1範圍內，便可對由多晶矽膜與矽氧化膜形成的被研磨面，同時且依大致相同的速度施行研磨。
若矽氮化膜對矽氧化膜的研磨速度比在0.9~1.1範圍內，便可對由矽氮化膜與矽氧化膜形成的被研磨面，同時且依大致相同的速度施行研磨。
所以，若將二項研磨速度比設在0.9~1.1範圍內，便可對由多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜所形成的被研磨面，同時且依大致相同的速度施行研磨，因而可將被研磨面形成平坦化。
2.化學機械研磨方法及半導體裝置之製造方法
就本實施形態的化學機械研磨方法及半導體裝置之製造方法進行說明。
2.1化學機械研磨方法 使用本發明化學機械研磨用水系分散體的半導體基板之研磨方法，係將化學機械研磨用水系分散體供應給研磨平台上的研磨墊，並與被研磨面相接觸而使被研磨面與研磨墊進行相對動作而施行研磨。研磨裝置係可使用具有：保持著半導體基板的固定架、以及已黏貼著研磨墊的研磨 平台之一般研磨裝置。研磨墊係可使用一般的不織布、發泡聚胺基甲酸酯、多孔質氟樹脂等。研磨中，將對研磨墊利用泵等連續供應化學機械研磨用水系分散體。該供應量並無限制，最好保持著研磨墊表面經常被研磨劑覆蓋的狀態。經研磨結束後的半導體基板，最好經利用流水充分洗淨後，便使用旋轉乾燥機等將半導體基板上所附著的水滴甩掉再施行乾燥。
被處理體係例如設有從多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中選擇2種以上所形成被研磨面的半導體基板。
例如本發明的化學機械研磨用水系分散體係可使用於溝渠隔離(STI)。習知就溝渠隔離，係採取將矽氧化膜利用CMP去除，並利用矽氮化膜上而使研磨停止，再將矽氮化膜利用熱磷酸溶解而蝕刻的方法。但是，若使用本發明的化學機械研磨用水系分散體，不僅矽氧化膜，就連矽氮化膜亦可連續施行研磨，在途中並不需要停止CMP，可達生產效率的提升。
再者，本發明的化學機械研磨用水系分散體亦可使用於設有由多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜等3種所形成被研磨面的半導體裝置。因為任一膜的研磨速度均大致相同，因而可在經常保持平坦性的情況下，施行化學機械研磨。此外，不需要依照每個研磨對象選擇研磨液，且洗淨亦是可一次便完成，因而將可達生產效率的提升。
3.實施例
以下，針對本發明利用實施例進行說明，惟本發明並不 受該實施例的任何限制。
3.1研磨性能評估所使用基板之製作 首先，準備由對角線尺寸200mm的矽所構成半導體基板。在該基板上使用CVD法或熱氧化法形成厚度1000nm的矽氧化膜。將依此所獲得基板設為「基板a」。
在上述半導體基板上使用CVD法，形成厚200nm的矽氮化膜。將依此所獲得基板設為「基板b」。
在上述半導體基板上，使用CVD法或熱氧化法形成厚400nm的矽氧化膜。然後，使用CVD法形成厚600nm的多晶矽膜。將依此所獲得基板設為「基板c」。
3.2含有無機磨粒的水分散體之調製 3.2.1含有膠體二氧化矽的水分散體 本發明實施例所使用的膠體二氧化矽，係使用扶桑化學工業公司製PL－1(平均粒徑37nm)、PL－2(52nm)、PL－3(89nm)、PL－20(180nm)及日產化學工業公司製Snowtex－O(平均粒徑15nm)、Snowtex－OS(9nm)。PL－1系列的平均粒徑係使用動態光散射式LB550(堀場製作所公司製)進行測定。Snowtex－O與Snowtex－OS的平均粒徑係指型錄值。
3.2化學機械研磨用水系分散體之調製 將在「3.2.1含有膠體二氧化矽的水分散體之調製」中所調製得水分散體既定量，投入於容量10000cm3 聚乙烯製瓶中，並在其中分別添加表1或表2所記載化合物而成為表1或表2所記載含有量狀態，並充分攪拌。然後，利用 孔徑5μm的過濾器施行過濾，便獲得實施例1至8及比較例1至10的化學機械研磨用水系分散體。
3.3化學機械研磨試驗 使用實施例1至8及比較例1至10的化學機械研磨用水系分散體，以基板a、基板b及基板c為被研磨體，並依照下述<研磨條件1>施行化學機械研磨。
<研磨條件1> ．研磨裝置：荏原製作所(股)製、型式「EPO－112」 ．研磨墊：Rodel Nitta(股)製、「IC1000/K－Groove」 ．化學機械研磨用水系分散體供應速度：200mL/分 ．平台旋轉數：50rpm ．研磨頭旋轉數：55rpm ．研磨頭按押壓：4.2psi
3.3.1研磨速度比之計算 分別針對被研磨體的基板a、基板b及基板c，利用光干涉式膜厚計「NanoSpec 6100」(Nanometrics Japan(股)製)，預先測定研磨前的膜厚，並依照上述條件施行60秒鐘研磨。同樣的，使用光干涉式膜厚計測定經研磨後的被研磨體膜厚，並求取研磨前與研磨後的膜厚差(即經化學機械研磨而減少的膜厚)。進行此操作2次，計算出透過化學機械研磨所減少膜厚的平均值。然後，從經化學機械研磨而減少的膜厚及研磨時間，計算出研磨速度。
研磨速度比係利用將多晶矽膜或矽氮化膜的研磨速度，除以矽氧化膜的研磨速度而計算得。結果如表1與表 2所示。
3.4實施例1至8、比較例1至10 實施例1至8、比較例1至10係如表1及表2所記載，部分變更化學機械研磨用水系分散體的成分或濃度。試驗結果亦合併記載於表1與表2中。
實施例1至8的化學機械研磨用水系分散體，就多晶矽膜對矽氧化膜的研磨速度比及矽氮化膜對矽氧化膜的研磨速度比均在0.9~1.1範圍內。此外，研磨速度係任一膜均達20nm/分以上。具有當作化學機械研磨用水系分散體用的充分研磨性能。所以，表示若使用實施例1至8的化學機械研磨用水系分散體，針對以多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜為被研磨面的半導體裝置施行化學機械研磨，任一膜均可同時且依大致相同的研磨速度施行研磨。
比較例1係膠體二氧化矽添加量為5質量%的例子。因為機械研磨作用變大，矽氧化膜的研磨速度變大，因而並無法適用。
比較例2係膠體二氧化矽添加量為0.09質量%的例子。任一膜的研磨速度均降低，無具實用性並無法適用。
比較例3係酸銨鹽添加量為4質量%的例子。因為研磨速度比的均衡喪失，因而並無法適用。
比較例4係酸銨鹽添加量為0.09質量%的例子。任一膜的研磨速度均降低，無具實用性並無法適用。
比較例5係質量比(A)/(B)為4的例子。因為機械研磨作用較大，矽氧化膜的研磨速度提高，因而並無法適用。
比較例6係質量比(A)/(B)為0.5的例子。因為研磨速度比的均衡喪失，因而並無法適用。
比較例7係使用平均粒徑180nm的膠體二氧化矽之例子。因為機械研磨作用變大，矽氧化膜的研磨速度提高，因而並無法適用。
比較例8係使用平均粒徑9nm的膠體二氧化矽之例子。任一膜的研磨速度均降低，無具實用性並無法適用。
比較例9係化學機械研磨用水系分散體的pH為3.5的例子。相對於多晶矽膜的研磨速度之下，因為矽氮化膜與矽氧化膜的研磨速度過大，因而並無法適用。
比較例10係化學機械研磨用水系分散體的pH為5.6的例子。相對於多晶矽膜的研磨速度之下，因為矽氮化膜與矽氧化膜的研磨速度過小，因而並無法適用。
依如上述，比較例1至10之化學機械研磨用水系分散體無法達成本案發明之目的。
3.5實驗例 3.5.1第1實驗例 在被研磨面設有矽氮化膜20與矽氧化膜30等二者的評估用基板，係預先將內部埋藏著矽氮化膜20的市售測試用晶圓100施行預備研磨而獲得。測試用晶圓100係使用SEMATECH 864(SEMATECH公司製)。圖1所示係測試用晶圓100的剖面圖。矽氧化膜30的厚度係500nm，矽氮化膜20的厚度係150nm。測試用晶圓100係預先使用JSR公司製CMS4301及4302，依照下述<研磨條件2>施行研磨。如圖2所示，當在矽氮化膜20上殘留矽氧化膜30為50nm的狀態時便結束預備研磨，而獲得評估用基板。
將經預備研磨後的測試用晶圓100使用光干涉式膜厚計「NanoSpec 6100」，經測量圖案100μm間距內的矽氮化膜20上所存在矽氧化膜30厚度，結果矽氧化膜30的 厚度係60nm。接著，使用觸針式深度差測定裝置「HRP240」，測定矽氧化膜30的深度差量，結果並無發現深度差，確認到如圖2所示大致呈平坦。
<研磨條件2> ．研磨裝置：荏原製作所(股)製、型式「EPO－112」 ．研磨墊：Rodel Nitta(股)製、「IC1000/K－Groove」 ．化學機械研磨用水系分散體供應速度：200mL/分 ．平台旋轉數：100rpm ．研磨頭旋轉數：107rpm ．研磨頭按押壓：5.0psi
接著，使用實施例1的化學機械研磨用水系分散體，如同實施例1相同的研磨條件施行90秒鐘研磨。經研磨後，圖案100μm間距內在矽氮化膜20上的矽氧化膜30厚度係0nm。此外，圖案100μm間距內的矽氧化膜30凹陷量係2nm。所以，確認到矽氮化膜20與矽氧化膜30如圖3所示，呈大致平坦化。
3.5.2第2實驗例 在被研磨面設有多晶矽膜40與矽氧化膜30等二者的評估用基板，係預先將內部埋藏著多晶矽膜40的市售測試用晶圓200施行預備研磨而獲得。測試用晶圓200係使用SKW 3PS(SKW公司製)。圖4所示係測試用晶圓200的剖面圖。多晶矽膜40的厚度係600nm，矽氧化膜30的厚度係400nm。測試用晶圓200係預先使用常用的多晶矽研磨用組成物，依照下述<研磨條件3>施行研磨。如圖5所 示，當在凸部的矽氧化膜30上殘留多晶矽膜40為50nm的狀態時便結束預備研磨，而獲得評估用基板。
將經預備研磨後的測試用晶圓100使用光干涉式膜厚計「NanoSpec 6100」，經測量圖案100μm間距內的矽氧化膜30上所存在多晶矽膜40厚度，結果多晶矽膜40的厚度係50nm。接著，使用觸針式深度差測定裝置「HRP240」，測定多晶矽膜40的深度差量，結果並無發現深度差，確認到如圖5所示大致呈平坦。
<研磨條件3> ．研磨裝置：荏原製作所(股)製、型式「EPO－112」 ．研磨墊：Rodel Nitta(股)製、「IC1000/K－Groove」 ．化學機械研磨用水系分散體供應速度：200mL/分 ．平台旋轉數：50rpm ．研磨頭旋轉數：55rpm ．研磨頭按押壓：4.2psi
接著，使用實施例1的化學機械研磨用水系分散體，如同實施例1相同的研磨條件施行90秒鐘研磨。經研磨後，圖案100μm間距內在矽氧化膜30上的多晶矽膜40厚度係0nm。此外，圖案100μm間距內的矽氧化膜30凹陷量係4nm。所以，確認到矽氧化膜30與多晶矽膜40如圖6所示，呈大致平坦化。
第1實驗例與第2實驗例的結果得知，若使用本案發明的化學機械研磨用水系分散體，對被研磨面具有多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜等3種的基板施行研磨，任一膜 均可依大致相同速度施行研磨，因而將不致凹陷情形，可呈平坦化。
10‧‧‧矽基板
20‧‧‧矽氮化膜
30‧‧‧矽氧化膜
40‧‧‧多晶矽膜
100、200‧‧‧評估用基板
圖1為第1實驗例所使用評估用基板的示意剖面圖。
圖2為第1實驗例所使用評估用基板的示意剖面圖。
圖3為第1實驗例所使用評估用基板的示意剖面圖。
圖4為z2實驗例所使用評估用基板的示意剖面圖。
圖5為第2實驗例所使用評估用基板的示意剖面圖。
圖6為第2實驗例所使用評估用基板的示意剖面圖。

Claims (4)

  1. 一種化學機械研磨用水系分散體，係包含有：(A)0.1~4質量%之具有10nm~100nm平均粒徑之膠體二氧化矽；以及(B)0.1~3質量%之從磷酸一銨、磷酸二銨及硫酸氫銨中選擇之至少1種；上述(A)成分與上述(B)成分的質量比(A)/(B)係1~3，且pH係4~5，係用以同時對從多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中選擇之2種以上所形成的被研磨面施行研磨。
  2. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中，更進一步含有從硝酸、硫酸、碳酸、乳酸、蟻酸、苯甲酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、丙二酸、反丁烯二酸、順丁烯二酸、琥珀酸、草酸、酞酸、己二酸、癸二酸及該等的銨鹽中選擇之至少1種。
  3. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中，多晶矽膜對矽氧化膜的研磨速度比(多晶矽膜/矽氧化膜)及矽氮化膜對矽氧化膜的研磨速度比(矽氮化膜/矽氧化膜)，係0.9~1.1。
  4. 一種半導體裝置之化學機械研磨方法，係使用申請專利範圍第1至3項中任一項之化學機械研磨用水系分散體，同時對由從多晶矽膜、矽氮化膜及矽氧化膜中選擇之2種以上所形成的被研磨面施行研磨。
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