半导体集成电路装置用研磨剂、研磨方法及半导体集成电路装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供在半导体集成电路装置的制造中研磨二氧化硅类材料层的被研磨面时的研磨速度的图案依赖性小，可在抑制凹部的研磨的同时优先地研磨凸部，能够以极少的研磨量实现将被研磨面高度平坦化的技术。在半导体集成电路装置的制造中，被研磨面为二氧化硅类材料层的被研磨面的情况下，作为用于研磨被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，使用含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水的研磨剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体集成电路装置的制造工序中所用的研磨技术。本专利技术更 具体涉及含二氧化硅类材料层的半导体集成电路装置的制造工序中所用的研 磨技术。
技术介绍
近年来，随着半导体集成电路装置的髙集成化和高机能化，需要开发用于精细化和高密度化的精细加工技术。特别是，基于化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing:以下称为CMP)的平坦化技术的重要性正在不断提髙。例如，随着半导体集成电路装置的精细化和配线的多层化的发展，制造工 序中的各层的表面凹凸(高度差)容易变大，为了防止该高度差超出光刻的焦点 深度而无法获得足够的分辨率的问题，CMP是不可缺少的技术。CMP具体被用在层间绝缘膜(ILD膜Inter-Level Dielectrics)的平坦化、 浅槽隔离(STI:Shallow Trench Isolation)、钨插塞(Tungsten plug)形成、 由铜和低介电常数膜构成的多层配线形成工序等中。此外，最近也开始被用于 以往使用基于热处理的回流焊接法的金属配线形成前进行的绝缘膜(PMD:Pre-Metal Dielectrics)的平坦化。ILD、 STI和PMD等的绝缘膜大多使用二氧化硅类材料。以往，在半导体装 置的制造工序中，进行这样的二氧化硅类的绝缘膜的平坦化时，作为CMP研磨 剂中所用的研磨颗粒， 一般为二氧化硅研磨颗粒。半导体集成电路装置的作为研磨对象的膜(以下也称被研磨膜)的表面在 层积该膜时受到位于其下的配线等的凹凸的影响，形成凹凸图案。如果将二氧 化硅研磨颗粒用于这样的具有凹凸图案的二氧化硅类膜的研磨，则虽然可获得 足够大的研磨速度，但是根据表面凹凸的图案密度(相对于凸部图案部分与凹 部的和的凸部图案部分的比例例如条状的凸部图案的情况下，相对于图案宽度和图案间隔的图案宽度的比例)和凸部图案尺寸的大小，凸部的研磨速度的 图案依赖性大，而且凸部图案的低密度部和大尺寸的凹部(例如位于稀疏的配 线间的上部的部分)的研磨容易进行，由于上述的特性，存在难以实现高度平 坦化的技术问题。如上所述的研磨速度受到表面凹凸的图案密度和图案尺寸的 影响的现象称为研磨速度存在图案依赖性。此外，使用二氧化硅研磨颗粒的二氧化硅类膜的平坦化中，由于达到平坦 化所需的研磨量大，因此通常需要以较大的膜厚形成被研磨膜，导致半导体集 成电路装置制造中的成膜成本上升和生产能力低下的问题。例如，在PMD工序 中使用硬度低的硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、磷硅酸盐玻璃(P SG)等，由于这些膜的研磨速度比其它材料快许多，因此预先以较大的膜厚成 膜，对其进行研磨，从而尽力实现平坦化。使用图3对该情况进行示例说明。图3的(a)为半导体集成电路装置的局部 横截面图，该图表示在硅基板1上层积二氧化硅膜2、多晶硅膜3和BPSG膜4并因 多晶硅膜3的影响在BPSG膜4的表面产生凸部5和凹部6的情况。这是研磨前的状 态。这样的结构中，研磨BPSG膜面的情况下，BPSG膜中，与凸部相比，凹部的 研磨也容易进行，因而难以实现面的平坦化，通常形成图3的(b)的状态。因此， 目前通过采用大的BPSG膜4膜厚，对其迸行研磨，从而尽力实现凹凸的减低。如上所述，含二氧化硅类材料层的半导体集成电路装置，特别是含研磨速 度一般比其它材料大的BPSG膜、BSG膜和PSG膜中任一种的半导体集成电路装置 存在被研磨面的平坦化困难的问题。作为CMP研磨剂所用的研磨颗粒，近年来对使用氧化铈粒子作为研磨颗粒 的CMP研磨剂进行着研究。氧化铈研磨剂因层表面的氧化铈与被研磨膜表面的S i-0键SiO部的化学反应而具有高研磨速度，期待在半导体装置的制造工序中可 实现生产能力的提高，不断开发出在该氧化铈研磨剂添加表面活性剂和水溶性 聚合物、水溶性低分子等而使氧化铈分散剂的分散性和被研磨面的平坦性提高 的技术。例如专利文献l中，作为适合于Si02、 SiON、 SiOF、硼磷硅酸盐玻璃和磷硅 酸盐玻璃等的绝缘膜的平坦化的添加剂，提出了具有由羧基或羧基的盐构成的 亲水基团的有机化合物。此外，专利文献2中提出了表现出阳离子性的选自伯胺、仲胺、叔胺或季 铵化合物的水溶性有机低分子的低分子添加剂，据称在将ILD膜、STI用绝缘膜 平坦化的CMP技术中，可以高效、高速且工艺管理上也容易地进行研磨。此外，专利文献3中提出了含有由水溶性含氮化合物和水溶性阴离子性有 机化合物构成的2种以上的添加剂的技术方案，据称该研磨剂是可以无损伤地、 高速地将被研磨面高度平坦化，保存稳定性良好，工艺管理容易，适合于ILD 膜和STI用绝缘膜等的研磨的CMP研磨剂。水溶性含氮化合物为伯胺、仲胺、叔 胺、季铵、聚乙烯吡咯垸酮、N-垸基-2-吡咯烷酮、脂肪族内酰胺和脂肪族二 羧酸酰亚胺。此外，水溶性阴离子性有机化合物为具有游离的-COOM基、酚性-0H基、-S0雄、-OSO雄、-POA基或-PO美基(其中，M为氢原子、丽4或金属原 子)的化合物。然而，这些专利文献中仅示例了二氧化硅膜的研磨例，没有示例平坦化困 难的BPSG膜、BSG膜、PSG膜。专利文献l的添加剂为阴离子型，因此不能吸附 于在水中带负电的二氧化硅膜、BPSG膜、BSG膜、PSG膜，无法形成足够的被膜。 即使较硬的二氧化硅膜可以平坦化，对于软质的BPSG膜、BSG膜、PSG膜，实际 上研磨速度非常快，也无法对经图案形成的半导体集成电路装置进行平坦化。 此外，专利文献2的添加剂为阳离子性的添加剂，因此可以形成被膜，但由于 是低分子添加剂，被膜性不足，还是无法对BPSG膜、BSG膜、PSG膜的半导体集 成电路装置进行平坦化。专利文献3中提出了水溶性含氮化合物和水溶性阴离 子性有机化合物的2种以上的添加剂，但水溶性含氮化合物与专利文献2的低分 子添加剂实质上是同等的，BPSG膜、BSG膜、PSG膜的研磨速度非常快，还是无 法对半导体集成电路装置进行平坦化。此外，从稳定性、选择研磨性、操作性、 处理性等角度来看，该CMP研磨剂的pH较好是3 9，更好是7.0 9. 0，但该pH 区域中，存在无法有效地控制BPSG膜、BSG膜、PSG膜的研磨速度的问题。专利文献l:日本专利公报3278532号公报专利文献2:日本专利特开2001-7061号公报专利文献3:日本专利特开2001-185514号公报专利文献4:日本专利特幵平11-12561号公报专利文献5:日本专利特开2001-35818号公报专利技术的揭示本专利技术的目的在于提供解决上述问题，半导体集成电路装置的制造中研磨二氧化硅类材料层的被研磨面时研磨速度的图案依赖性极小，抑制凹部的研磨 的同时优先地研磨凸部，从而可以实现高度平坦化的研磨剂和研磨方法。本发 明的其它目的和优点见于以下的说明。 艮口，专利技术主要具有以下的特征。(1) 研磨剂，它是半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学 机械研磨用研磨剂，其特征在于，前述被研磨面为二氧化硅类材料层的被研磨 面，该研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水。(2) 如上述(1)所述的研磨剂，其中，前述二氧化硅类材料层为硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层、硼硅酸盐玻璃(BSG)层或磷硅酸盐玻璃(PSG)层。(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
研磨剂，它是半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学机械研磨用研磨剂，其特征在于，前述被研磨面为二氧化硅类材料层的被研磨面，该研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-3-28 092608/20051. 研磨剂，它是半导体集成电路装置的制造中用于研磨被研磨面的化学 机械研磨用研磨剂，其特征在于，前述被研磨面为二氧化硅类材料层的被研磨 面，该研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺和水。2. 如权利要求l所述的研磨剂，其特征在于，前述二氧化硅类材料层为硼 磷硅酸盐玻璃(BPSG)层、硼硅酸盐玻璃(BSG)层或磷硅酸盐玻璃(PSG)层。3. 如权利要求2所述的研磨剂，其特征在于，前述二氧化硅类材料层中的 磷、硼或磷和硼的浓度分别在O. 1 20质量％的范围内。4. 如权利要求l所述的研磨剂，其特征在于，前述二氧化硅类材料层为二 氧化硅层。5. 如权利要求1 4中任一项所述的研磨剂，其特征在于，前述水溶性多 胺为选自水溶性聚醚多胺和水溶性聚亚垸基多胺的l种以上的水溶性多胺。6. 如权利要求1 5中任一项所述的研磨剂，其特征在于，前述水溶性多 胺的重均分子量在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田伊織，金喜則，
申请(专利权)人：旭硝子株式会社，AGC清美化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]