TWI499663B - Chemical mechanical grinding water dispersion and the use of its chemical mechanical grinding method - Google Patents
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Description
本發明係關於化學機械研磨用水系分散體及使用其之化學機械研磨方法。
以往，已有可達成對氧化矽膜或聚矽膜之化學機械研磨(以下亦稱為「CMP」)之實用研磨速度之化學機械研磨用水系分散體，但另一方面，可達成對氮化矽膜之CMP之實用研磨速度之化學機械研磨用水系分散體於實際狀態幾乎不存在。由於該實際狀態，係利用以氮化矽膜做為終止層(stopper)，利用CMP去除該氮化矽膜上形成之氧化矽膜之方法。然而，最後仍需要去除終止層之氮化矽膜。
去除氮化矽膜之方法，自過去以來均使用熱磷酸蝕刻處理之方法。然而，該方法由於係以時間控制蝕刻處理，故有產生氮化矽膜之殘膜，對氮化矽膜之下層造成損傷之虞。因此，期望即使是氮化矽膜亦可藉CMP去除之方法。
為了以CMP選擇性去除氮化矽膜，必須充分增大氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比(以下亦稱為「選擇比」)。具備該等特性之化學機械研磨用水系分散體有如下所示之數個提案。
例如，特開平11-176773號公報中揭示使用含有磷酸或磷酸衍生物及粒徑為10nm以下之二氧化矽之研磨液，選擇性研磨氮化矽膜之方法。特開2004-214667號公報中揭示使用含有磷酸、硝酸、氟酸，且pH調整至1~5之研磨液研磨氮化矽膜之方法。特開2006-120728號公報中揭示含有抑制蝕刻作用之酸性添加劑，而可選擇性研磨氮化矽膜之研磨液。
然而，前述特開平11-176773號公報及特開2004-214667號公報中所述之化學機械研磨用水系分散體雖為可滿足選擇比之水準，但由於儲存安定性不良，故產業上之利用有其困難。
另一方面，前述特開2006-120728號公報中所述之化學機械研磨用水系分散體，為了達到氮化矽膜之CMP中可實用之研磨速度而需要5psi左右之高研磨壓力方面有問題，或在顯示高選擇比之pH區域中，由於研磨液之儲存安定性惡化造成使用壽命問題或因凝聚之研磨粒造成刮痕等之問題。
因此，本發明之幾種樣態，可解決前述課題，而提供不需要高研磨壓，可使氮化矽膜相對於氧化矽膜之研磨速度比充分增大，同時儲存安定性良好之化學機械研磨用水系分散體，以及使用其之化學機械研磨方法者。
本發明係為解決前述課題之至少一部份而完成者，且可藉由以下樣態或適用例而實現。
[適用例1]
本發明之化學機械研磨用水系分散體之一樣態之特徵為含有：
(A)具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子，及
(B)酸性化合物。
[適用例2]
適用例1中，前述(B)酸性化合物為有機酸。
[適用例3]
適用例1中，pH為1以上且6以下。
[適用例4]
適用例3中，化學機械研磨用水系分散體中前述(A)二氧化矽粒子之ζ電位為-20mV以下。
[適用例5]
適用例1中，前述(A)二氧化矽粒子之平均粒徑使用動態光散射法測定時為15nm以上且100nm以下。
[適用例6]
適用例1至適用例5之任一例中所述之化學機械研磨用水系分散體，其可用於研磨構成半導體裝置之複數個基板中在化學機械研磨時帶正電荷之基板。
[適用例7]
適用例6中，前述帶正電荷之基板為氮化矽膜。
[適用例8]
本發明之化學機械研磨方法之一樣態之特徵為：使用適用例1中所述之化學機械研磨用水系分散體，且研磨構成半導體裝置之複數個基板中在化學機械研磨時帶正電荷之基板。
構成半導體裝置之基板中，已知矽氯化物之表面在化學機械研磨時帶正電荷，矽氧化物之表面在化學機械研磨時帶負電荷。因此，若使用本發明之化學機械研磨用水系分散體，由於(A)具有由磺基及其鹽所選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子之表面帶負電荷，故在化學機械研磨時可選擇性研磨帶正電荷之基板(例如，氮化矽膜)。另外，利用與(B)酸性化合物之相乘效果，尤其可更增大氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比。
又，本發明之化學機械研磨用水系分散體係以氮化矽膜做為終止層，在利用CMP使氧化矽膜對氮化矽膜成凹陷之方式的半導體裝置中，在研磨去除氮化矽膜之用途中可發揮特殊效果。
以下，針對本發明相關之較佳實施形態加以詳細說明。又，本發明並不受以下實施形態之限制，且包含在不變更本發明要旨之範圍下所進行之各種變型例。
本發明之一實施形態之化學機械研磨用水系分散體之特徵為含有(A)具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子(以下亦簡稱為「(A)二氧化矽粒子」)，及(B)酸性化合物。以下，針對本實施形態之化學機械研磨用水系分散體中所含之各種成分加以詳細說明。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體含有作為研磨粒之(A)具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子。亦即，本實施形態中使用之二氧化矽粒子為其表面上之由磺基及其鹽所組成之群組所選出之至少一種官能基透過共價鍵固定於表面上之二氧化矽粒子，且其表面上具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之化合物不包含物理性或離子性吸附者。又，本發明中，所謂「磺基之鹽」意指以金屬離子或銨離子等陽離子置換磺基(-SO3
H)中所含之氫離子之官能基。
本實施形態中使用之二氧化矽粒子可如下述製造。
首先，準備二氧化矽粒子。二氧化矽粒子列舉為發煙二氧化矽、膠體二氧化矽等，但就減少刮痕等研磨缺陷之觀點而言，較好為膠體二氧化矽。膠體二氧化矽為可藉例如特開2003-109921號公報等所述之習知方法製造者。藉由修飾該等二氧化矽粒子之表面，可製造可於本實施形態中使用之(A)具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子。以下例示修飾二氧化矽粒子表面之方法，但本發明不受該具體例之任何限制。
二氧化矽粒子表面之修飾可使用特開2010-269985號公報，或J. Ind. Eng. Chem.,Vol. 12,No.6,(2006)911-917等中所述之習知方法。例如可藉由使前述二氧化矽粒子與含有巰基之矽烷偶合劑在酸性介質中充分攪拌，在前述二氧化矽粒子表面上共價鍵結含有巰基之矽烷偶合劑而達成。含有巰基之矽烷偶合劑列舉為例如3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷等。
接著，再藉由適量添加過氧化氫且充分放置，可獲得具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子。
(A)二氧化矽粒子之平均粒徑可藉由以動態光散射法測定本實施形態之化學機械研磨用水系分散體而獲得。該情況下，(A)二氧化矽粒子之平均粒徑較好為15nm以上且100 nm以下，更好為30nm以上且70nm以下。(A)二氧化矽粒子之平均粒徑在前述範圍內時，有時可達到實用之研磨速度。再者，有可抑制氧化矽膜之研磨速度之傾向。以動態光散射法進行之粒徑測定裝置列舉為Beckman‧Kodar公司製造之奈米粒子分析儀「DelsaNano S」，Malvern公司製造之「Zetasizer nano zs」等。再者，使用動態光散射法測定之平均粒徑係表示一次粒子複數個凝聚形成之二次粒子之平均粒徑。
(A)二氧化矽粒子之ζ電位在化學機械研磨用水系分散體之pH為1以上且6以下時，在化學機械研磨用水系分散體中為負電位，該負電位較好為-20mV以下。負電位為-20mV以下時，藉由粒子間之靜電排斥力可有效防止粒子彼此之凝聚，同時在化學機械研磨時會有可選擇性研磨帶正電荷之基板之情況。又，ζ電位測定裝置列舉為大塚電子股份有限公司製造之「ELSZ-1」；Malvern公司製造之「Zetasizer nano zs」等。(A)二氧化矽粒子之ζ電位可藉由增減前述含有巰基之矽烷偶合劑之添加量而適當調整。
(A)二氧化矽粒子之含量相對於化學機械研磨用水系分散體之總質量較好為1質量%以上10質量%以下，更好為2質量%以上8質量%以下，最好為3質量%以上6質量%以下。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體含有(B)酸性化合物。(B)酸性化合物列舉為有機酸及無機酸。因此，本實施形態之化學機械研磨用水系分散體可使用由有機酸及無機酸選出之至少一種。(B)酸性化合物藉由與(A)二氧化矽粒子之相乘效果，尤其發揮增大氮化矽膜之研磨速度之作用效果。
有機酸並無特別限制，列舉為例如丙二酸、馬來酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、乳酸等、及該等之鹽。
無機酸並無特別限制，列舉為例如磷酸、硫酸、鹽酸、硝酸等、該等之鹽及衍生物。
前述例示之(B)酸性化合物可單獨使用一種，亦可組合兩種以上使用。
(B)酸性化合物在研磨氮化矽膜之用途中，較好為有機酸，更好為酒石酸、蘋果酸、檸檬酸，最好為酒石酸。前述例示之酒石酸、蘋果酸及檸檬酸在分子內具有兩個以上羧基及一個以上羥基。該羥基由於可與氮化矽膜中存在之氮原子進行氫鍵結，故在氮化矽膜表面上大量存在前述例示之有機酸。據此，前述例示之有機酸中之羧基藉由蝕刻作用，可提高氮化矽膜之研磨速度。
如上述，使用前述例示之酒石酸、蘋果酸、檸檬酸作為(B)酸性化合物時，可進一步提高對氮化矽膜之研磨速度。
(B)酸性化合物之含量相對於化學機械研磨用水系分散體之總質量，較好為0.1質量%以上5質量%以下，更好為0.2質量%以上1質量%以下，最好為0.2質量%以上0.5質量%以下。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體含有分散介質。分散介質列舉為水、水及醇類之混合介質、含有水及與水具有相溶性之有機溶劑之混合介質等。該等中，較好使用水、水及醇類之混合介質，更好使用水。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體可視需要進一步添加界面活性劑、水溶性高分子、防蝕劑、pH調整劑等添加劑。以下針對各種添加劑加以說明。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體可視需要進一步添加界面活性劑。界面活性劑具有賦予化學機械研磨用水系分散體適度黏性之效果。化學機械研磨用水系分散體之黏度較好調製成在25℃下為0.5mPa‧s以上未達10mPa‧s。
界面活性劑並無特別限制，列舉為陰離子性界面活性劑、陽離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑等。
陰離子性界面活性劑列舉為例如脂肪酸鹽、烷基醚羧酸鹽等羧酸鹽；烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽等磺酸鹽；高級醇硫酸酯鹽、烷基醚硫酸鹽、聚氧伸乙基烷基苯基醚硫酸鹽等硫酸鹽；烷基磷酸酯等磷酸酯鹽；全氟烷基化合物等含氟系界面活性劑等。
陽離子性界面活性劑列舉為例如脂肪族胺鹽、脂肪族銨鹽等。
非離子性界面活性劑列舉為例如具有乙炔二醇、乙炔二醇環氧乙烷加成物、乙炔醇等具有三鍵之非離子性界面活性劑；聚乙二醇型界面活性劑等。又，可使用聚乙烯基醇、環糊精、聚乙烯基甲基醚、羥基乙基纖維素等。
前述例示之界面活性劑中，較好為烷基苯磺酸鹽，更好為十二烷基苯磺酸鉀、十二烷基苯磺酸銨。
該等界面活性劑可單獨使用一種，亦可組合兩種以上使用。
界面活性劑之含量相對於化學機械研磨用水系分散體之總質量，較好為0.001質量%以上5質量%以上，更好為0.01質量%以上0.5質量%以下，最好為0.05質量%以上0.2質量%以下。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體亦可視需要進一步添加水溶性高分子。水溶性高分子具有吸附於氮化矽膜表面降低研磨摩擦之效果。藉由該效果，可減低氮化矽膜之凹陷發生。
水溶性高分子列舉為聚丙烯醯胺。聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羥基乙基纖維素等。
水溶性高分子之含量係調整為使化學機械研磨用水系分散體之黏度成為未達10mPa‧s。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體可視需要額外的加防蝕劑。防蝕劑列舉為例如苯并三唑及其衍生物。此處，所謂苯并三唑之衍生物意指以羧基、甲基、胺基、羥基等取代苯并三唑所具有之一個或兩個以上之氫原子而成者。苯并三唑衍生物列舉為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-羥基甲基苯并三唑或1-羥基苯并三唑等。
防蝕劑之添加量相對於化學機械研磨用水系分散體之總質量較好為1質量%以下，更好為0.001質量%以上0.1質量%以下。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體可視需要額外添加pH調整劑。pH調整劑列舉為例如氫氧化鉀、乙二胺、TMAH(氫氧化四甲基錂)、銨等鹼性化合物。本實施形態之化學機械研磨用水系分散體由於含有如前述之(B)酸性化合物，故通常可使用前述例示之鹼性化合物進行pH之調整。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體之pH並無特別限制，但較好為1以上6以下，更好為2以上4以下。pH在前述範圍內時，一方面可更提高氮化矽膜之研磨速度，另一方面可更減少氧化矽膜之研磨速度。結果，可選擇性研磨氮化矽膜。而且，pH在2以上4以下時，由於可使化學機械研磨用水系分散體之儲存安定性變好而更佳。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體主要可使用作為在構成半導體裝置之複數個基板中研磨化學機械研磨時帶正電荷之基板用之研磨材。化學機械研磨時帶正電荷之代表性基板列舉為氮化矽膜、經摻雜之多晶矽等。本實施形態之化學機械研磨用水系分散體尤其適用於研磨該等中之氮化矽膜之用途。
又，本實施形態之化學機械研磨用水系分散體之氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比，以相同研磨條件分別研磨氧化矽膜、氮化矽膜時，[氮化矽膜之研磨速度/氧化矽膜之研磨速度]之值較好為3以上，更好為4以上。
本實施形態之化學機械研磨用水系分散體可藉由將前述各成分溶解或分散於水等分散介質中而調製。溶解或分散之方法並無特別限制，只要是可均勻溶解或分散之方法均可使用。另外，前述各成分之混合順序或混合方法亦無特別限制。
又，本實施形態之化學機械研磨用水系分散體亦可調製成濃縮型態之原液，在使用時以水等分散介質稀釋使用。
本實施形態之化學機械研磨方法之特徵為使用前述本發明之化學機械研磨用水系分散體，且研磨構成半導體裝置之複數個基板中，在化學機械研磨時帶正電荷之基板(例如氮化矽膜)。以下，對本實施形態之化學機械研磨方法之一具體例，利用圖式詳細加以說明。
圖1為模式性顯示適合本實施形態之化學機械研磨方法中使用之被處理體之剖面圖。被處理體100係藉由經歷以下步驟(1)至(4)而形成。
(1)首先，準備矽基板10。矽基板10上亦可形成(未圖示)電晶體等功能裝置。
(2)接著，利用CVD法或熱氧化法在矽基板10上形成第一氧化矽膜12。進而，利用CVD法在第一氧化矽膜12上形成氮化矽膜14。
(3)接著，使氮化矽膜14圖型化。以其作為遮罩，使用微影法或蝕刻法形成溝槽20。
(4)接著，以充填溝槽20之方式，以高密度電漿CVD法堆積第二氧化矽膜16，獲得被處理體100。
首先，使用氧化矽膜之選擇比較大之化學機械研磨用水系分散體進行第一研磨步驟，以去除堆積於圖1所示之被處理體100之氮化矽膜14上之第二氧化矽膜16。圖2係模式性顯示第一研磨步驟結束時之被處理體之剖面圖。第一研磨步驟係使氮化矽膜14成為終止層，於氮化矽膜14之表面終止研磨。此時，充填氧化矽之溝槽20中產生凹陷。據此，如圖2所示，雖殘留氮化矽膜14，但在氮化矽膜14上經常殘留第二氧化矽膜16之研磨殘渣。該研磨殘渣有對隨後氮化矽膜14之研磨帶來影響之情況。
接著，使用前述本實施形態之化學機械研磨用水系分散體進行第二研磨步驟，以去除圖2所示之氮化矽膜14。圖3為模式性顯示第二研磨步驟結束時被處理體之剖面圖。本實施形態之化學機械研磨用水系分散體由於氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比足夠大，不會使氧化矽膜之研磨速度極度過度降低，故不受氧化矽膜之研磨殘渣之影響，可順利地研磨去除氮化矽膜14。據此，可獲得如圖3所示之將氧化矽埋入於溝槽20中之半導體裝置。本實施形態之化學機械研磨法可適用於例如溝槽分離(STI)等。
前述第一研磨步驟及第二研磨步驟中可使用例如圖4所示之化學機械研磨裝置200。圖4為模式性顯示化學機械研磨裝置200之立體圖。各研磨步驟係自漿料供給噴嘴42供給漿料(化學機械研磨用水系分散體)44，且邊使貼附研磨布46之壓盤48旋轉，邊藉由抵接於保持半導體基板50之承載頭52而進行。再者，圖4亦一倂顯示水供給噴嘴54及砂輪修整器56。
承載頭52下壓之壓力可在10~1,000hPa之範圍內選擇，較好為30~500hPa。又，壓盤48及承載頭52之轉數可在10~400 rpm之範圍內適當選擇，較好為30~150rpm。自漿料供給噴嘴42供給之漿料(化學機械研磨用水系分散體)44之流量可在10~1,000mL/分鐘之範圍內選擇，較好為50~400mL/分鐘。
市售之研磨裝置列舉為例如荏原製作所股份有限公司製造之型號「EPO-112」、「EPO-222」；Larmaster SFT公司製造之型號「LGP-510」、「LGP-552」；應用材料公司製造之型號「Mirra」、「Reflexion」等。
以下，以實施例說明本發明，但本發明並不受該等實施例之任何限制。
於容量2000cm3
之燒瓶中注入70克25質量%濃度之氨水、40克離子交換水、175克乙醇及21克四乙氧基矽烷，在180rpm攪拌邊升溫至60℃。直接在60℃攪拌約1小時後冷卻，獲得膠體二氧化矽/醇分散體。接著，藉由旋轉蒸發器，於80℃邊添加離子交換水邊於該分散體中去除醇成分，重複操作數次，藉此去除分散體中之醇，調製固體成分濃度15%之水分散體。使用動態光散射式粒徑測定裝置(堀場製作所股份有限公司製造，型號「LB550」)，對於取出該水分散體之一部份且以離子交換水稀釋之樣品，測定算術平均直徑作為平均粒徑後，為35nm。
以與上述方法相同之方法，藉由適宜調整四乙氧基矽烷之添加量及攪拌時間而製作其他平均粒徑(10nm、50nm、70nm、130nm)之膠體二氧化矽水分散體。
又，表中將如上述獲得之含通常之膠體二氧化矽之水分散體稱為「二氧化矽類型B」。
將乙酸5g倒入離子交換水50g中，邊攪拌邊緩慢滴加含有巰基之矽烷偶合劑(信越化學工業股份有限公司製造，商品名「KBE803」)5g。30分鐘後，添加1000g「3.1含膠體二氧化矽之水分散體之調製」中調製之水分散體，再繼續攪拌1小時。隨後，倒入200g之31%過氧化氫水溶液，在室溫放置48小時，藉此獲得具有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之膠體二氧化矽。使用動態光散射式粒徑測定裝置(堀場製作所股份有限公司製造，型號「LB550」)，對取出該水分散體之一部份且以離子交換水稀釋之樣品，測定算術平均直徑作為平均粒徑後，為35nm。
其他平均粒徑(10nm、50nm、70nm、130nm)之膠體二氧化矽水分散體亦可藉由與上述方法同樣之方法，以磺基修飾膠體二氧化矽表面。上述以外之經磺基修飾之膠體二氧化矽水分散體之平均粒徑亦如上述方法測定後，無法確認平均粒徑之增減。
又，表中將如上述獲得之含經磺基修飾之膠體二氧化矽之水分散體稱為「二氧化矽類型A」。
將既定量之於「3.2含有經磺基修飾之膠體二氧化矽之水分散體之調製」中調製之水分散體注入容量1000cm3
之聚乙烯製瓶中，以成為表中所述含量之方式將表中所示酸性物質分別添加於其中且充分攪拌。隨後，邊攪拌邊添加離子交換水，調節成特定二氧化矽濃度後，再使用氨水成為表中所述之特定pH。隨後，以孔徑5μm之過濾器過濾，獲得實施例1~10及比較例1~5之化學機械研磨用水系分散體。
使用ζ電位測定裝置(大塚電子股份有限公司製造，型式「ELSZ-1」)，對所得化學機械研磨用水系分散體測定經磺基修飾之膠體二氧化矽之ζ電位。其結果一倂示於表1及表2。
使用於「3.3化學機械研磨用水系分散體之調製」中調製之化學機械研磨用水系分散體，以直徑8英吋之貼附氮化矽膜或氧化矽膜之矽基板作為被研磨體，以下述研磨條件1，對各膜進行化學機械研磨。
‧研磨裝置：荏原製作所股份有限公司製造，型式「EPO-112」
‧研磨墊：RODEL NITTA股份有限公司製造，「IC1000/K-Groove」
‧化學機械研磨用水系分散體之供給速度：200mL/分鐘
‧壓盤轉數：90rpm
‧研磨頭轉數：90rpm
‧研磨頭下壓壓力：140hPa
使用日本Nanometrics股份有限公司製造之光干涉式膜厚計「NanoSpec 6100」，分別對被研磨體之直徑8英吋之貼附氮化矽膜或氧化矽膜之基板，預先測定研磨前之膜厚，且以上述條件進行研磨1分鐘。使用同樣之光干涉式膜厚計測定研磨後之被研磨體之膜厚，求得研磨前與研磨後之膜厚差，亦即因化學機械研磨而減少之膜厚。接著，由化學機械研磨而減少之膜厚及研磨時間計算出研磨速度。結果一倂示於表1~2。
將500cc之於「3.3化學機械研磨用水系分散體之調製」項中製作之化學機械研磨用水系分散體注入500cc之聚乙烯瓶中，在25℃之環境下儲存2週。使用動態光散射式粒徑測定裝置(堀場製作所股份有限公司製造，型式「LB550」)，對儲存前後之平均粒徑之變化，測定算術平均粒徑作為平均粒徑。儲存後之平均粒徑相對於儲存前之粒徑增大未達5%時判斷為儲存安定性極佳且記為「◎」，增大5%以上未達10%時判斷為良好且記為「○」，增大10%以上時判斷為不良且記為「×」。
實施例1~10中氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比高至3以上。
比較例1係使用經磺基修飾之膠體二氧化矽，但不含酸性物質之例。該情況下，由於研磨速度比不充分而無法使用。
比較例2~4為使用通常膠體二氧化矽，且改變酸性物質種類之例。所有比較例中，氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比均小，由於儲存安定性不良故而無法使用。
比較例5為使用平均粒徑小之通常膠體二氧化矽之例。研磨速度比雖高，但研磨速度太小，儲存安定性不良故而無法使用。
使用使預先埋入有氮化矽膜之試驗用晶圓進行化學機械研磨。具體而言，使用864CMP(先進材料科技公司製造之試驗用晶圓，具有如圖5所示之剖面構造者，在裸矽110上依序堆積第一氧化矽膜112、氮化矽膜114後，藉由微影加工進行溝槽加工，再利用高密度電漿CVD法堆積第二氧化矽膜116而成者)作為被處理體300。
前述試驗用晶圓係預先使用JSR股份有限公司製造之CMS4301及CMS4302，以下述研磨條件2進行預備研磨直至氮化矽膜114之上面露出為止。氮化矽膜114之露出係藉由終點檢測器檢測研磨機之轉台轉矩電流之變化加以確認。
‧研磨裝置：荏原製作所股份有限公司製造，型式「EPO-112」
‧研磨墊：RODEL NITTA股份有限公司製造，「IC1000/K-Groove」
‧化學機械研磨用水系分散體之供給速度：200mL/分鐘
‧壓盤轉數：100rpm
‧承載頭轉數：110rpm
‧承載頭下壓壓力：210hPa
圖6為模式性顯示預備研磨後之被處理體(864CMP)之狀態之剖面圖。化學機械研磨後之被研磨面係如圖6所示，將氮化矽膜114上形成之第二氧化矽膜116完全去除。藉由光干涉式膜厚計「NanoSpec 6100」測定圖型密度50%之100μm間距內之氮化矽膜114之厚度後，氮化矽膜114之厚度約為150nm。
又，利用觸針式階差測定裝置「HRP240」測定第二氧化矽膜116相對於氮化矽膜114之凹陷深度後，凹陷深度約為40nm。
最後，使用於實施例1中使用之化學機械研磨用水系分散體，以前述研磨條件1進行正式研磨150秒。圖7為模式性顯示正式研磨後之被處理體(864CMP)之狀態之剖面圖。
如圖7所示，正式研磨後之被研磨面內之氮化矽膜114之厚度大致為0nm。圖型密度50%之100μm間距內之凹陷深度約為20nm，可了解就期待元件分離性能方面而言為較佳。
由上述可知本實施形態之化學機械研磨用水系分散體由於氮化矽膜對氧化矽膜之研磨速度比足夠大，故對氧化矽膜與氮化矽膜共存之半導體裝置可選擇性研磨氮化矽膜。
10、110．．．矽基板(裸矽)
12、112．．．第一氧化矽膜
14、114．．．氮化矽膜
16、116．．．第二氧化矽膜
20．．．溝槽
42．．．漿料供給噴嘴
44．．．漿料
46．．．研磨布
48．．．轉台
50．．．半導體基板
52．．．承載頭
54．．．水供給噴嘴
56．．．砂輪修整器
100、200．．．被處理體
300．．．化學機械研磨裝置
圖1為模式性顯示適於本實施形態之化學機械研磨方法之使用中之被處理體之剖面圖。
圖2為模式性顯示第一研磨步驟結束時之被處理體之剖面圖。
圖3為模式性顯示第二研磨步驟結束時之被處理體之剖面圖。
圖4為模式性顯示化學機械研磨裝置之立體圖。
圖5為模式性顯示實驗例中使用之被處理體之剖面圖。
圖6為模式性顯示預備研磨結束時之被處理體之剖面圖。
圖7為模式性顯示本研磨結束時之被處理體之剖面圖。
Claims (8)
- 一種化學機械研磨用水系分散體，其特徵為含有：(A)介由共價鍵結於表面固定有由磺基及其鹽所組成群組選出之至少一種官能基之二氧化矽粒子，及(B)酸性化合物。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(B)酸性化合物為有機酸。
- 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pH為1以上且6以下。
- 如申請專利範圍第3項之化學機械研磨用水系分散體，其中化學機械研磨用水系分散體中前述(A)二氧化矽粒子之ζ電位為-20mV以下。
- 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述(A)二氧化矽粒子之平均粒徑使用動態光散射法測定時為15nm以上且100nm以下。
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項之化學機械研磨用水系分散體，其係用於研磨構成半導體裝置之複數個基板中在化學機械研磨時帶正電荷之基板。
- 如申請專利範圍第6項之化學機械研磨用水系分散體，其中前述帶正電荷之基板為氮化矽膜。
- 一種化學機械研磨方法，其特徵係使用如申請專利範圍第1項之化學機械研磨用水系分散體，且研磨構成半導體裝置之複數個基板中在化學機械研磨 時帶正電荷之基板。
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