專利名稱：Cmp研磨劑及基板的研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing)研磨劑及使用該研磨劑研磨基板的方法，其用于半導(dǎo)體元件等半導(dǎo)體裝置的制造過程中的層間絕緣層平坦化工序或淺溝隔離形成工序等中。
背景技術(shù)：
在超大型集成電路(ULSI)領(lǐng)域，為提高組裝密度，現(xiàn)今已研究開發(fā)出多種微細(xì)加工技術(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)格(Design Rule)已達(dá)到深亞微米(sub half micron)級(jí)。而能滿足此高度微細(xì)化要求的技術(shù)之一即是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。CMP技術(shù)通過使接受曝光層完全平坦化，能夠?qū)崿F(xiàn)微細(xì)化及提高收率。由此，CMP是進(jìn)行例如層間絕緣膜的平坦化及淺溝隔離等時(shí)所必要的技術(shù)。
以往，在集成電路內(nèi)的元件隔離中一直使用LOCOS法(硅局部氧化法)。但為使元件隔離的寬度更小，近年來開始采用淺溝隔離法。在淺溝隔離法中，晶片基板上成膜后剩余部分的氧化硅膜須以CMP除去。為使研磨終止，一般會(huì)先在氧化硅膜下形成氮化硅膜作為中止層。
在半導(dǎo)體裝置的制造過程中，作為用于使以等離子化學(xué)氣相沉積法(等離子CVD)(Plasma-Chemical Vapor Deposition、化學(xué)蒸鍍法)、低壓化學(xué)氣相沉積法(低壓-CVD)等形成的氧化硅絕緣膜平坦化的CMP研磨劑，以往，多使用以燒制的二氧化硅(fumed silica)作為研磨顆粒且pH值超過9的堿性研磨劑。然而，此種為提高二氧化硅膜的研磨速率而保持在堿性的研磨劑，對(duì)作為研磨中止層的氮化硅膜的研磨速度也頗高，所以會(huì)有晶片整個(gè)表面的均勻受損(即無法達(dá)成高度平坦化效果)，或是造成電氣特性變差的研磨損傷等問題。
另一方面，作為光罩或透鏡等的玻璃表面研磨劑，最年多使用氧化鈰(例如參照日本特開平5-326469號(hào)公報(bào))。與二氧化硅研磨劑相比，氧化鈰研磨劑的優(yōu)點(diǎn)在于其對(duì)二氧化硅膜的研磨速度高，所造成的研磨損傷也比較少。因此，近年來進(jìn)行了使用氧化鈰研磨劑作為半導(dǎo)體用研磨劑的可行性的探討，其中有一部分作為半導(dǎo)體用研磨劑實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化(例如參照日本特開平9-270402號(hào)公報(bào))。
但是，還沒有得到可以使形成有各種元件的基板的整個(gè)表面完全平坦化，同時(shí)又幾乎不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致電氣特性變差的研磨損傷的氧化鈰研磨劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種CMP研磨劑及使用其研磨基板的方法，該研磨劑可在幾乎不產(chǎn)生導(dǎo)致電氣特性變差的研磨損傷的情形下，使被研磨的表面達(dá)到高度平坦化。
本發(fā)明通過以具有炔鍵的有機(jī)化合物的碳-碳三鍵吸附被研磨膜的表面，而得以在幾乎不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致電氣特性變差的研磨損傷的情形下，使被研磨的表面達(dá)到高度平坦化。
即，本發(fā)明涉及以下(1)～(7)(1)一種CMP研磨劑，其包括氧化鈰顆粒、具有炔鍵的有機(jī)化合物及水。
(2)根據(jù)上述(1)所述的CMP研磨劑，其中，所述具有炔鍵的有機(jī)化合物以下述通式(I)表示R1-C≡C-R2(I)其中，R1表示氫原子或碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代烷基，R2表示碳原子數(shù)為4～10的取代或未取代烷基。
(3)根據(jù)上述(1)所述的CMP研磨劑，其中，所述具有炔鍵的有機(jī)化合物以下述通式(II)表示 其中，R3～R6各自獨(dú)立，表示氫原子或碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代烷基，R7與R8各自獨(dú)立，表示碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代亞烷基，m與n各自獨(dú)立，表示0或正數(shù)。
(4)根據(jù)上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的CMP研磨劑，其中，該CMP研磨劑中還包括由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物。
(5)基板研磨方法，其包括將形成有待研磨膜的基板壓附在研磨臺(tái)的研磨墊上，將上述(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的CMP研磨劑供應(yīng)于待研磨膜與研磨墊之間，同時(shí)，使基板的待研磨膜與研磨墊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以研磨待研磨膜。
(6)基板研磨方法，其包括將形成有待研磨膜的基板壓附在研磨臺(tái)的研磨墊上，將含有氧化鈰顆粒、具有炔鍵的有機(jī)化合物與水的研磨劑供應(yīng)于待研磨膜與研磨墊之間，同時(shí)，在所述有機(jī)化合物的炔鍵部分吸附于待研磨膜的狀態(tài)下使基板的待研磨膜與研磨墊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以研磨待研磨膜。
(7)根據(jù)上述(6)所述的基板研磨方法，其中，所述CMP研磨劑中還包括由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物。
具體實(shí)施例方式
一般氧化鈰顆粒是由鈰的碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或草酸鹽化合物氧化而得。用于研磨以TEOS-CVD等方法形成的二氧化硅膜等的氧化鈰顆粒，其制造方法雖無特別限制，但其結(jié)晶粒徑優(yōu)選為5～300nm。此外，為適用于半導(dǎo)體裝置制造所涉及的基板的研磨，氧化鈰顆粒中的鈉離子及鉀離子等堿金屬及鹵素離子等的含量優(yōu)選控制在小于等于10ppm。
在本發(fā)明中，作為氧化鈰粉末的制造方法，可以使用燒成法或過氧化氫氧化法，其中燒成法的溫度優(yōu)選為350～900℃。
由于以上述方法制造的氧化鈰顆粒常有凝集現(xiàn)象，所以優(yōu)選再以機(jī)械方法加以粉碎。粉碎方法優(yōu)選使用噴射式粉碎機(jī)等進(jìn)行的干式粉碎法，或是使用行星式珠磨機(jī)等進(jìn)行的濕式粉碎法，其中噴射研磨法如化學(xué)工業(yè)論文集第6卷第5號(hào)(1980)第527～532頁所述。
本發(fā)明的CMP研磨劑，例如，在由如上述得到的氧化鈰顆粒、分散劑及水構(gòu)成分散液中，添加后述的有機(jī)化合物而制得。此處，氧化鈰顆粒的濃度并無限制，但為分散液的處理方便起見，優(yōu)選CMP研磨劑中的含量為0.5～20重量％。
本發(fā)明的研磨劑中優(yōu)選含有分散劑。作為分散劑，優(yōu)選含有選自水溶性陰離子分散劑、水溶性非離子性分散劑、水溶性陽離子分散劑及水溶性兩性分散劑中的至少1種，更優(yōu)選使用其中的2種或2種以上。此外，分散劑中的堿金屬及鹵素離子的含量優(yōu)選控制在小于等于10ppm。
作為水溶性陰離子分散劑，例如可以使用十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基硫酸銨、聚氧乙烯烷醚硫酸三乙醇胺等等，也可以是后述的水溶性高分子化合物中的陰離子類化合物。
作為水溶性非離子性分散劑，例如可以使用聚氧乙烯十二烷醚、聚氧乙烯十六烷醚、聚氧乙烯十八烷醚、聚氧乙烯油烯醚、其他聚氧乙烯高級(jí)醇醚類、聚氧乙烯辛基苯醚、聚氧乙烯壬基苯醚、聚氧烷烯烷基醚、聚氧乙烯山梨醇單十二酸酯、聚氧乙烯山梨醇單十六酸酯、聚氧乙烯山梨醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨醇四油酸酯、聚乙二醇單十二酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、聚乙二醇單油酸酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯硬化蓖麻油、烷基烷醇酰胺等等。
作為水溶性陽離子分散劑，例如可以舉出，乙酸椰胺及乙酸硬脂酰胺等等。作為水溶性兩性分散劑，例如可以舉出，月桂基甜菜堿、硬脂基甜菜堿、月桂基二甲基胺氧化物、2-烷基-N-羧甲基-N-羥乙基咪唑鎓甜菜堿等等。
添加這些分散劑時(shí)的添加量，從漿狀研磨劑中的顆粒的分散性，和防止沉淀，以及研磨損傷和分散劑添加量間的關(guān)系考慮，相對(duì)于100重量份的氧化鈰顆粒而言，優(yōu)選為0.01～2.0重量份。
分散劑的分子量優(yōu)選為100～50,000，更優(yōu)選為1,000～10,000。這是因?yàn)?，如果分散劑的分子量小?00，在研磨二氧化硅膜或氮化硅膜時(shí)，無法產(chǎn)生足夠的研磨速度；而當(dāng)分子量超過50,000時(shí)，粘度變大，CMP研磨劑的保存穩(wěn)定性有降低的傾向。
作為將氧化鈰顆粒分散在水中的方法，除了以一般常用的攪拌器分散處理之外，還可采用均化器、超聲分散器、濕式球磨機(jī)等等。
以上述方法制作的CMP研磨劑中的氧化鈰顆粒的平均粒徑，優(yōu)選為0.01～1.0μm。這是因?yàn)?，?dāng)氧化鈰的平均粒徑小于0.01μm時(shí)，研磨速度往往不足；當(dāng)大于1.0μm時(shí)，則被研磨膜上容易產(chǎn)生損傷。
另外，在本發(fā)明中，氧化鈰顆粒的平均粒徑以激光衍射粒度分析儀進(jìn)行測量，取粒徑的中間值，其中氧化鈰的漿液可視實(shí)際需要稀釋至適當(dāng)濃度。
本發(fā)明的具有炔鍵、即碳-碳原子間相互以3個(gè)價(jià)電子鍵結(jié)合的結(jié)構(gòu)的三鍵的有機(jī)化合物并無特別限制，只要具有碳-碳三鍵即可，但具體而言，優(yōu)選以下述通式(I)所示的化合物，以及通式(II)所示的化合物R1-C≡C-R2(I)其中，R1為氫原子或碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代烷基，R2為碳原子數(shù)為4～10的取代或未取代烷基； 其中，R3～R6各自獨(dú)立，表示氫原子或碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代烷基，R7與R8各自獨(dú)立，表示碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代亞烷基，m與n各自獨(dú)立，表示0或正數(shù)。另外，前述m、n一般以平均值表示。為提高平坦性，m+n的值優(yōu)選為2～20。這些可以單獨(dú)，或?qū)?種或2種以上組合使用。
在這些化合物中，更優(yōu)選1-癸炔、5-癸炔、2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇、2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇的乙氧基化物等等。
為取得足夠的平坦性，具有炔鍵的有機(jī)化合物在CMP研磨劑中的理想濃度為0.05～5.00重量％。
為調(diào)整粘度、pH及表面張力等液狀特性，本發(fā)明的研磨劑優(yōu)選還含有水溶性的高分子化合物，特別是含有由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子聚合物，因其可平坦性。該由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物，具體可舉出，聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸胺鹽、聚醋酸乙烯、聚乙烯咪唑、聚乙烯吡咯烷酮等等，其中優(yōu)選聚乙烯吡咯。上述各種化合物可單獨(dú)或2種或2種以上組合使用。此外，也可以使用選自丙烯酸、丙烯酸銨、丙烯酸胺鹽、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯咪唑中的至少一種化合物與乙烯吡咯烷酮的共聚物。
由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物(以下簡稱水溶性高分子化合物)的重量平均分子量優(yōu)選為1,000～100,000，更優(yōu)選為5,000～50,000。此外，為達(dá)足夠的平坦性，水溶性高分子化合物在CMP研磨劑中的濃度優(yōu)選為0.05～3.0重量％，更優(yōu)選為0.06～1.0重量％，尤其優(yōu)選為0.07～0.5重量％。
除了上述材料外，在不損及研磨劑的效果的范圍內(nèi)，本發(fā)明的研磨劑中也可添加適量染料、顏料等著色劑，pH值調(diào)整劑及水以外的溶劑等一般常添加至研磨劑中的添加劑。
此外，本發(fā)明的研磨劑可分作兩種溶液來保存，例如，可以分作含有具有炔基的有機(jī)化合物及優(yōu)選還含有水溶性高分子化合物的添加液(第一溶液)，和含有氧化鈰顆粒、水及優(yōu)選還含有分散劑的漿液(第二溶液)，可以采用在研磨時(shí)將這兩種溶液分別供應(yīng)至研磨臺(tái)上，并在研磨臺(tái)上混合的調(diào)制方法；也可采用在研磨前(保存前或恰在研磨前)預(yù)先混合上述兩種溶液，再供應(yīng)至研磨臺(tái)上的調(diào)制方法。無論采用哪一種方法調(diào)制研磨劑，都可得到穩(wěn)定的研磨特性。
CMP研磨劑的pH值優(yōu)選為3～9，更優(yōu)選為5～8.5。當(dāng)pH小于3時(shí)，化學(xué)作用變?nèi)?，有研磨速度降低的危險(xiǎn)；而當(dāng)pH大于9時(shí)，則化學(xué)作用會(huì)過強(qiáng)，有產(chǎn)生洼曲(dishing)的危險(xiǎn)。pH值可用酸或銨、氫氧化四甲基銨(TMAH)等堿性成分加以調(diào)整。
本發(fā)明的基板研磨方法的特征在于，以上述本發(fā)明的CMP研磨劑研磨形成有待研磨膜的基板的待研磨膜。作為形成有待研磨膜的基板，例如可以舉出，與半導(dǎo)體裝置制造過程有關(guān)的基板，具體而言為形成電路元件及配線圖案的階段的半導(dǎo)體基板，或是形成電路元件的階段的半導(dǎo)體基板等的在半導(dǎo)體基板上至少已形成有二氧化硅膜的基板。待研磨膜則可以舉出無機(jī)絕緣膜，例如為前述二氧化硅膜層或氮化硅膜層及二氧化硅膜層等等。
于是，本發(fā)明的研磨方法包括，將形成有待研磨膜的基板壓附在研磨臺(tái)的研磨墊上，再將本發(fā)明的CMP研磨劑供應(yīng)至待研磨膜與研磨墊之間，同時(shí)使基板的待研磨膜與研磨勢作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以研磨待研磨膜。具體而言，研磨裝置上的基板與研磨臺(tái)二者中至少一個(gè)不動(dòng)的方式較好，以下即以半導(dǎo)體基板不動(dòng)的情況為例，說明本發(fā)明的研磨方法。
以上述CMP研磨劑研磨形成在半導(dǎo)體基板上的二氧化硅膜或氮化硅膜，即可消除二氧化硅絕緣膜層表面的凹凸，使得半導(dǎo)體基板的整個(gè)表面成為平滑表面。此外，此方法也適用于淺溝隔離。
此處，作為研磨裝置，可以使用具有支持半導(dǎo)體基板的固持器，以及可貼附研磨墊并配備有旋轉(zhuǎn)數(shù)可變的馬達(dá)等的研磨臺(tái)的一般研磨裝置。作為研磨臺(tái)上的研磨墊，并無特別限制，可以使用非織布、發(fā)泡聚氨酯、多孔氟樹脂等等。另外，研磨墊優(yōu)選經(jīng)過加工而形成溝槽，以貯留CMP研磨劑。研磨條件也無特別限制，但研磨臺(tái)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選小于等于200rpm的低轉(zhuǎn)速，以免基板飛出。施加于基板上的壓力(研磨壓力)優(yōu)選小于等于98kpa(1kg/cm2)，以免在研磨后產(chǎn)生損傷。在研磨期間，本發(fā)明的漿狀的研磨劑是以泵等連續(xù)供應(yīng)至研磨墊與待研磨膜之間。研磨劑的供應(yīng)量并無特別限制，優(yōu)選能持續(xù)地覆蓋研磨墊的表面。
為使存在凹凸的被研磨膜(二氧化硅膜)全面平坦化，選擇性地磨除凸出的部分是必要的。如使用本發(fā)明的CMP研磨劑進(jìn)行研磨，則上述具有炔鍵的有機(jī)化合物的炔鍵部分將吸附在被研磨膜上。以該吸附狀態(tài)進(jìn)行被研磨面的研磨時(shí)，即可選擇性地研磨凸出部分而達(dá)到高平坦性。如果研磨液中再含有由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物，則平坦性可更為提高。在研磨完成后，在流水中充分洗凈半導(dǎo)體基板，然后優(yōu)選使用旋干機(jī)(spindryer)等，甩落附著在半導(dǎo)體基板上的水滴，使其干燥。
例如，在形成以上述方式平坦化的淺溝隔離結(jié)構(gòu)后，可在二氧化硅絕緣層上形成鋁配線，再在鋁配線間及其上再形成二氧化硅絕緣膜，然后使用上述CMP研磨劑同樣進(jìn)行研磨，以消除無機(jī)絕緣膜表面的凹凸，而使半導(dǎo)體基板的整個(gè)表面變成平滑表面。在反覆進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的上述工序后，即可制得所需層數(shù)。
適合以本發(fā)明得CMP研磨劑及研磨方法研磨的無機(jī)絕緣膜的形成方法，例如可以舉出，低壓-CVD法及等離子CVD法等方法。如欲以低壓-CVD法形成二氧化硅膜，可以單硅烷(SiH4)為Si來源，氧氣(O2)為氧來源，此SiH4與O2的氧化反應(yīng)在小于等于400℃的低溫即可發(fā)生，在CVD工序后，根據(jù)需要也可在小于等于1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理。如欲使絕緣膜表面因此高溫再流平而平坦化而采用磷摻雜的方式時(shí)，優(yōu)選使用SiH4-O2-PH3類反應(yīng)氣體。
等離子CVD法的優(yōu)點(diǎn)在于其可在低溫下進(jìn)行在通常的熱平衡條件下需以高溫進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。等離子的產(chǎn)生方法例如可舉出電容耦合式及感應(yīng)耦合式兩種。作為反應(yīng)氣體，可舉出，以SiH4為Si源、N2O為氮源的SiH4-N2O類氣體，和以四乙氧基硅烷(TEOS)為Si源的TEOS-O2類氣體(TEOS-等離子CVD法)。優(yōu)選基板溫度為250～400℃，反應(yīng)壓力為67～400Pa。這樣，本發(fā)明的研磨劑和研磨方法所適用的二氧化硅膜中也可摻雜磷、硼等元素。同樣地，以低壓CVD法形成氮化硅膜時(shí)，使用以二氯硅烷(SiH2Cl2)為Si源，氨氣(NH3)為氮源。該SiH2Cl2-NH3類氧化反應(yīng)在900℃的高溫下進(jìn)行。對(duì)于該等離子CVD法，作為反應(yīng)氣體，可以舉出以SiH4為硅源、NH3為氮源的SiH4-NH3類氣體?；鍦囟葍?yōu)選為300～400℃。
本發(fā)明的CMP研磨劑及研磨方法不僅可用來研磨形成在半導(dǎo)體基板上的二氧化硅膜，還可研磨形成在具有規(guī)定配線的線路板上的二氧化硅膜、玻璃、氮化硅等無機(jī)絕緣膜、多晶硅、主要含有鋁、銅、鈦、氮化鈦、鎢、鉭或氮化鉭等的薄膜、光罩/透鏡/棱鏡等光學(xué)玻璃、氧化銦錫(ITO)等無機(jī)導(dǎo)電膜、構(gòu)成光集成電路/光開關(guān)元件/光導(dǎo)路徑的玻璃及結(jié)晶材料、光纖的端面、閃爍器(scintillator)等光學(xué)用單晶、固態(tài)激光單晶、藍(lán)色激光LED用的藍(lán)寶石基板、碳化硅、磷化鎵及砷化鎵等半導(dǎo)體單晶、磁碟用玻璃基板及磁頭等。
實(shí)施例接著，舉出實(shí)施例及對(duì)比例來說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1<氧化鈰漿液的制備>
首先將水合碳酸鈰2kg置于氧化鋁容器中，再在850℃的空氣中燒成2小時(shí)，即得氧化鈰粉末。接著將上述所得的氧化鈰顆粒1kg、40重量％聚丙烯酸銨水溶液23g、以及去離子水8977g加以混合，并在攪拌的同時(shí)超聲分散10分鐘，即得氧化鈰漿液。所得漿液以1μm濾器過濾，再加入去離子水，得到氧化鈰含量為5.0重量％的氧化鈰漿液。
<CMP研磨劑的制備>
取上述氧化鈰漿液1000g、具有炔鍵的有機(jī)化合物2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇的乙氧基化物(Aldrich公司制試劑，即前述式(II)中的m+n＝3.5)15g，以及水1985g加以混合，得到CMP研磨劑(1)，其中具有炔鍵的有機(jī)化合物的濃度為0.5重量％，氧化鈰顆粒的濃度為1.67重量％，且pH值為8.4。
<絕緣膜層及淺溝隔離層的研磨>
首先在8英寸(20.3cm)的Si基板上形成線/空間(line/space)的寬度為0.05～5mm、高度為1000nm的鋁配線Line部，然后再在其上以TEOS-等離子CVD法形成厚度2000nm的二氧化硅膜，即得具有絕緣膜層圖案的晶片。
將此具有絕緣膜層圖案的晶片(以下簡稱晶片(1))置于研磨裝置(荏原制作所公司制的研磨裝置EPO111)的支持器上，再在晶片的二氧化硅膜(絕緣膜)朝下的狀態(tài)下將支持器置于貼附有多孔制聚氨酯樹脂制的研磨墊的上述研磨裝置的研磨臺(tái)上。
在將上述CMP研磨劑(1)供應(yīng)于絕緣膜與研磨墊之間的同時(shí)，對(duì)晶片(1)的絕緣膜研磨3分鐘，其中研磨臺(tái)的轉(zhuǎn)速為80rpm、研磨頭轉(zhuǎn)速為80rpm、研磨荷重為20kPa，且研磨劑供給量為200ml/min。其結(jié)果是，研磨后的凸出部及凹入部之間的高度差為40nm，顯示高平坦性。
此外，以等離子CVD法在8英寸晶片上形成二氧化硅膜，從而得到晶片(2A)；以低壓等離子CVD法在同直徑的另一晶片上形成氮化硅膜，從而得到晶片(2B)。
使用上述CMP研磨劑(1)，對(duì)該晶片(2A)和(2B)的二氧化硅膜與氮化硅膜分別研磨1分鐘，其中，研磨臺(tái)的轉(zhuǎn)速為80rPm、研磨頭轉(zhuǎn)速為80rpm、研磨荷重為20kPa，且研磨劑供給量為200ml/min。然后使用光干涉式膜厚測量裝置，測量研磨前后的膜厚差異，由此計(jì)算研磨速率，其結(jié)果是，晶片(2A)的二氧化硅膜的研磨速度是220nm/min，晶片(2B)的氮化硅膜的研磨速度是52nm/min，它們的研磨速度比為4.2。此外，晶片(2A)研磨后的二氧化硅膜，以KLA Tencor公司生產(chǎn)的晶片缺陷檢測裝置Surfscan6220及Olympus公司生產(chǎn)的晶片外觀檢查顯微鏡AL-2000測定，其結(jié)果是大于等于0.2μm的研磨損傷的數(shù)目為15個(gè)/晶片。
此外，在8英寸的硅基板上形成邊長350nm～0.1mm的方形凸出部，并形成深400nm的凹入部，制作凸出部密度分別為2～40％的具有淺溝隔離層圖案的晶片。在這些凸部上形成厚100nm的氮化硅膜，并在其上以TEOS-等離子CVD法形成厚600nm的二氧化硅膜，將得到的晶片稱為圖案晶片(3)。接著使用上述CMP研磨劑(1)，對(duì)該晶片(3)進(jìn)行2分鐘研磨，其中，研磨臺(tái)的轉(zhuǎn)速為80rpm、研磨頭轉(zhuǎn)速為80rpm、研磨荷重為20kPa，研磨劑供給速度為200ml/min。其結(jié)果是，研磨后的高度差為40nm，顯示高平坦性。
實(shí)例2<CMP研磨劑的制備>
取實(shí)例1制得的氧化鈰漿液750g、2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇的乙氧基化物(Aldrich公司制，同上)50g，以及水4200g加以混合，即得CMP研磨劑(2)，其中具有炔鍵的有機(jī)化合物的濃度為1.0重量％，氧化鈰顆粒的濃度為0.75重量％，且pH值為8.4。
<絕緣膜層及淺溝隔離層的研磨>
接著使用上述CMP研磨劑(2)，對(duì)晶片(1)研磨3分鐘，使用荏原制作所公司生產(chǎn)的研磨裝置EPO111，研磨臺(tái)的轉(zhuǎn)速為50rpm、研磨頭轉(zhuǎn)速為50rpm、研磨荷重為30kPa，研磨劑供給量為200ml/分。其結(jié)果是，研磨后的凸出部與凹入部之間的高度差為40nm，顯示高平坦性。
使用上述CMP研磨劑(2)，對(duì)晶片(2A)和(2B)的二氧化硅膜與氮化硅膜分別研磨1分鐘，除此之外，其他條件則與本實(shí)施例晶片(1)相同。結(jié)果發(fā)現(xiàn)二氧化硅膜的研磨速度為290nm/min，氮化硅膜的研磨速度為68nm/min，二者的研磨速度比為4.26。此外，研磨后的二氧化硅膜和實(shí)施例1一樣進(jìn)行檢測，其結(jié)果是大于等于0.2μm的研磨損傷的數(shù)目為15個(gè)/晶片。
此外，使用上述CMP研磨劑(2)，以和本實(shí)施例的晶片(1)一樣的研磨條件，對(duì)上述研磨晶片(3)進(jìn)行3分鐘研磨。其結(jié)果是，研磨后的高度差為50nm，顯示高平坦性。
實(shí)例3<CMP研磨液的制備>
取上述實(shí)例1所述的氧化鈰漿液750g、2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇的乙氧基化物(Aldrich公司生產(chǎn)，同上)50g、聚乙烯吡咯烷酮(東京化成工業(yè)社制，K30、重均分子量40000)3.75g、以及去離子水4196.25g加以混合，即得到CMP研磨劑(3)，其中氧化鈰顆粒的濃度為0.75重量％，具有炔鍵的有機(jī)化合物的濃度為1.0重量％，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.075重量％，且pH值為8.40。
<絕緣膜層及淺溝隔離層的研磨>
使用上述CMP研磨劑(3)對(duì)晶片(1)研磨3分鐘，其研磨條件與實(shí)例2的晶片(1)相同。其結(jié)果是，研磨后的凸出部與凹入部之間的高度差為20nm，顯示高平坦性。
使用上述CMP研磨劑(3)，對(duì)晶片(2A)和(2B)的二氧化硅膜與氮化硅膜分別研磨1分鐘，其他條件則與實(shí)例2的晶片(2A)和(2B)相同。結(jié)果發(fā)現(xiàn)二氧化硅膜與氮化硅膜的研磨速度為50nm/min，氮化硅膜的研磨速度為65nm/min，二者的研磨速度比為0.77。此外，研磨后的二氧化硅膜和實(shí)施例1一樣進(jìn)行檢測，其結(jié)果是大于等于0.2μm的研磨損傷的數(shù)目為15個(gè)/晶片。
此外，以上述CMP研磨劑(3)，對(duì)圖案晶片(3)進(jìn)行200秒研磨，除此之外，和實(shí)施例2的晶片(3)的研磨條件一樣，進(jìn)行研磨。其結(jié)果是，研磨后的高度差為10nm，顯示高平坦性。
比較例1<CMP研磨劑的制備>
首先以去離子水將實(shí)施例1所述的氧化鈰漿液稀釋3倍，使其中氧化鈰顆粒濃度為1.67重量％，即得CMP研磨劑，其中并未加入實(shí)施例1所述的有機(jī)化合物，且PH值為7.0。
<絕緣膜層及淺溝隔離層的研磨>
除使用上述CMP研磨劑(氧化鈰顆粒為1.67重量％)之外，其余都和實(shí)施例1在相同條件下，研磨晶片(1)3分鐘，研磨晶片(2A)和(2B)各1分鐘，研磨晶片(3)2分鐘。結(jié)果發(fā)現(xiàn)研磨后的晶圓(1)的高度差為150nm，其平坦性極差。此外，晶片(2A)經(jīng)研磨后的二氧化硅膜和實(shí)施例1一樣進(jìn)行檢測，其結(jié)果是，大于等于0.2μm的研磨損傷的數(shù)目為30個(gè)/晶片。另外，研磨后晶片(3)的高度差為150nm，平坦性差。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如使用本發(fā)明的CMP研磨劑及基板的研磨方法，可使被研磨面具有高平坦性，故本發(fā)明適用于半導(dǎo)體元件等的半導(dǎo)體裝置的制造過程，例如淺溝隔離。此外，本發(fā)明可在對(duì)二氧化硅絕緣膜等被研磨表面的無損傷的狀態(tài)下，進(jìn)行高速研磨。
權(quán)利要求
1.一種CMP研磨劑，其包含氧化鈰顆粒、具有炔鍵的有機(jī)化合物及水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMP研磨劑，其中，所述具有炔鍵的有機(jī)化合物以下述通式(I)表示R1-C≡C-R2(I)其中，R1表示氫原子或碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代烷基，R2表示碳原子數(shù)為4～10的取代或未取代烷基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMP研磨劑，其中，所述具有炔鍵的有機(jī)化合物以下述通式(II)表示 其中，R3～R6各自獨(dú)立，表示氫原子或碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代烷基，R7與R8各自獨(dú)立，表示碳原子數(shù)為1～5的取代或未取代亞烷基，m與n各自獨(dú)立，表示0或正數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的CMP研磨劑，其中，該CMP研磨劑中還包括由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物。
5.基板研磨方法，其包括將形成有待研磨膜的基板壓附在研磨臺(tái)的研磨墊上，將權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的CMP研磨劑供應(yīng)于待研磨膜與研磨墊之間，同時(shí)，使基板的待研磨膜與研磨墊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以研磨待研磨膜。
6.基板研磨方法，其包括將形成有待研磨膜的基板壓附在研磨臺(tái)的研磨墊上，將含有氧化鈰顆粒、具有炔鍵的有機(jī)化合物與水的研磨劑供應(yīng)于待研磨膜與研磨墊之間，同時(shí)，在所述有機(jī)化合物的炔鍵部分吸附于待研磨膜的狀態(tài)下使基板的待研磨膜與研磨墊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以研磨待研磨膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基板研磨方法，其中，所述CMP研磨劑中還包括由乙烯基化合物的聚合物所構(gòu)成的水溶性高分子化合物。
全文摘要
一種CMP研磨劑以及使用該研磨劑研磨基板的被研磨面的基板的研磨方法，該研磨劑含有氧化鈰顆粒、具有炔鍵(碳－碳三鍵)的有機(jī)化合物及水。本發(fā)明在使半導(dǎo)體裝置制造過程中的層間絕緣膜及淺溝隔離用絕緣膜等平坦化的CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)技術(shù)中，可進(jìn)行有效率且高速的研磨。
文檔編號(hào)B24B37/00GK1675331SQ0381894
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者芳賀浩二, 大槻裕人, 倉田靖, 榎本和宏 申請(qǐng)人:日立化成工業(yè)株式會(huì)社