硅膜用CMP研磨液制造技术

本发明专利技术提供一种硅膜用ＣＭＰ研磨液，其能够获得用一种研磨液实施ＣＭＰ时所需的硅膜、氮化硅膜、氧化硅膜的研磨速度和研磨速度比，其中该ＣＭＰ用于由可以降低半导体元件制造成本、提高产品率的自对准方式（ｓｅｌｆ－ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）来形成接触插塞（ｃｏｎｔａｃｔ　ｐｌｕｇ），该硅膜用ＣＭＰ研磨液含有研磨粒、阳离子性表面活性剂和水，ｐＨ为６．０～８．０。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在形成接触插塞时使用的硅膜的CMP (化学机械研磨， Chemical mechanical Polishing)中，可以以少的工序It ，得到优异的平坦性和 晶片面内均匀性的硅膜用CMP研磨液。
技术介绍
由于半导体元件的高集成化，特别是像DRAM、 SRAM这样的存储元件， 为了使MOS晶体管源才及、漏极和上层布线连接，由自对准方式(self-alignment) 形成接触插塞(contact plug)成为必须。在图1中，显示以自对准方式形成接 触孔后，在晶片整面形成有作为导电材的多晶硅膜时的半导体元件的截面示意 图。在图1中，1表示硅基板，2为门极绝缘膜，3为门极结构。门极结构3 成为在导电层上具有绝缘膜的门极帽层4的结构。在门极导电层中使用由金属 硅化物9和多晶硅10组成的2层结构，在门极帽层4中使用氮化硅膜。5为 门极隔板，6表示蚀刻终止层，在门极隔板5和蚀刻终止层6中使用氮化硅膜。 7表示绝缘膜，在绝缘膜7中使用氧化硅膜或BPSG膜等。通过使用光掩模的干式蚀刻，除去绝缘膜7，来形成接触孔。8表示作为 接触插塞的导电材的多晶硅膜。为了形成接触插塞，由CMP除去多晶硅膜8的不要部分，进一步为了防 止接触孔之间的短路，也需要除去一部分门极帽层4。但是，由于在CMP后 也需要残留门极帽层4，因此，构成门极帽层4的氮化硅膜的研磨速度不能过 快。由此，多晶硅膜和氮化硅膜的研磨速度比，即，多晶硅膜的研磨速度氮 化硅膜的研磨速度适宜为5 ~ 50: 1。用于除去门极帽层4的一部分、完全除去多晶硅膜8的不要部分的过研磨 是在露出绝缘膜7的状态下进行的。这时，绝缘膜7的研磨速度如果快，则门 极帽层4消失，研磨进行到门极导电层，导致装置成品率或可靠性降低。因此， 构成绝缘膜7的氧化硅膜的研磨速度需要比构成门极帽层4的氮化硅的速度小很多，变得需要几乎停止CMP。但是，氧化硅膜如果不被完全研磨，反之会损害平坦性。因此，氧化硅膜的研磨速度为氮化硅膜的1/3 ~ 1/20是适宜的。 图2显示CMP后的半导体元件截面图。在如图1所示的半导体元件中，多晶硅膜8的膜厚为100-400nm,门极 帽层4的膜厚为10~ 100nm左右。这时，为了用 一种研磨液实施CMP,多晶 硅膜的研磨速度为100 300nm/分钟，氮化硅膜的研磨速度为5.0 30nm/分 钟，氧化硅膜的研磨速度为0.3 3nm/分钟是适宜的，多晶硅膜和氮化硅膜的 研磨速度比，即，多晶硅膜的研磨速度氮化硅膜的研磨速度为5~50:1,氮 化硅膜和氧化硅膜的研磨速度比，即，氮化硅膜的研磨速度氧化硅膜的研磨 速度为3 ~ 20:1是适宜的。但是，在以往的技术中还没有相对于多晶硅膜、氮化硅膜、氧化硅膜，用 一种研磨液就可以得到上述研磨速度和研磨速度比的研磨液。因此，需要使用 2种研磨液进行2个阶段的CMP等方法，工艺成本增大成为大问题。在美国专利申请公开第2006/0105569号说明书中记载有如下方法在多 晶硅膜的研磨速度氮化硅膜的研磨速度氧化硅膜的研磨速度为1:1:1 ~ 4:1:1 的CMP条件下，用1种研磨液进行CMP的方法。但是，该方法中氮化硅膜 和氧化硅膜的研磨速度比，即，氮化硅膜的研磨速度氧化硅膜的研磨速度小， 是l:l,因此认为氧化硅膜不能成为CMP停止层，难以控制研磨量。的研磨液的方法。该研磨液可以得到多晶硅膜的研磨速度为600nm/分钟、氧 化硅膜的研磨速度为15.2nm/分钟、氮化硅膜的研磨速度为33.4nm/分钟。但 是，该方法中氮化硅膜和氧化硅膜的研磨速度比，即，氮化硅膜的研磨速度 氧化硅膜的研磨速度小，是2.2:1，因此认为氧化硅膜不能成为CMP停止层， 难以控制研磨量。在曰本专利第3457144号公报中，公开了使用含碱性有机化合物的多晶硅 研磨用组合物的方法。该方法中，虽然多晶硅膜和氧化硅膜的研磨速度比大， 但是由于氮化硅膜的研磨速度迟緩，因此，不能用l种研磨液来实施接触插塞 形成的CMR在曰本专利第31卯742号公报中，公开了使用含磷酸的研磨剂来研磨氮化硅膜的方法。该方法中，氮化硅膜的研磨速度为120nm/分钟、氧化硅膜的研 磨速度为15nm/分钟，虽然氧化硅膜相对于氮化硅膜的研磨速度比十分小，但 是多晶硅膜的研磨速度为70nm/分钟，是慢的。因此，这种情况也不能用l种 研磨液实施接触插塞形成的CMP。#>这样在以往的技术中，还没有得到用1种研磨液就可以实施接触插塞形 成的CMP的CMP研磨液。本专利技术的课题为提供一种硅膜用CMP研磨液，可以用1种研磨液来实施 用于由自对准方式形成接触插塞的CMP,进一步提供一种能够降低半导体元 件制造成本的硅膜用CMP研磨液。
技术实现思路
本专利技术涉及一种硅膜用CMP研磨液，通过使用阳离子性表面活性剂，来 解决上述课题。另外，作为本专利技术的另一个方面，涉及一种硅膜用CMP研磨 液，其含有研磨粒、阳离子性表面活性剂和水，调节pH到最适范围而成。根据本专利技术的硅膜用CMP研磨液，对硅膜、氮化硅膜、氧化硅膜各膜可 以以适当的研磨速度和研磨速度比来进行CMP,因此可以用1种研磨液来进 行用于半导体元件自对准接触插塞形成的CMP。由此，可以降低半导体元件 的制造成本。 附图说明图1为表示CMP前的半导体元件的截面图。 图2为表示CMP后的半导体元件的截面图。 具体实施例方式以下，详述有关专利技术的具体实施方式。就本专利技术的硅膜用CMP研磨液来说，作为其一个实施方式，是含有研磨 粒、阳离子性表面活性剂和水的研磨液，对多晶硅膜或无定形硅膜等硅膜的 CMP是有用的。本专利技术中所使用的研磨粒可以举出二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、氧化锆、 氧化钛和氧化锗等。在这些研磨粒中优选为二氧化硅，特别是胶体二氧化硅， 能够以低成本得到粒径小的研磨粒，从减少研磨伤痕的角度出发是优选的。由于研磨伤痕的产生使LSI成品率降低，因此，越微细化的LSI对减少研磨伤痕的要求也越严格。由此，作为研磨粒的平均粒径，CMP研磨液制造前的研磨粒二次粒子的平均粒径优选为5~ 150nm,更优选为10~100nm。另夕卜， CMP研磨液制造后的研磨粒二次粒子的平均粒径优选为5~200nm,更优选为 10~150nm。 CMP研磨液制造前后的研磨粒二次粒子的平均粒径偏离上述范 围时，有容易产生研磨伤痕的可能性。在这里，CMP研磨液制造后是指从CMP 研磨液制造起大约经过24小时后。另外，研磨粒二次粒子的平均粒径可以由 动态光散射法来测定。具体地，可以由贝克曼库尔特仪器制(BeckmanCoulter GmbH)的亚微粒子分析仪N5等进行测定。硅膜用CMP研磨液中的研磨粒的浓度优选为0.1 ~ 10重量％,更优选为 0.5~5重量％。所述研磨粒的浓度如果不到0.1重量％，则会有硅膜的研磨速 度变緩的倾向，如果超过10重量％，则会有容易产生研磨伤痕的倾向。本专利技术中，通过使用阳离子性表面活性剂，可以得到硅膜的高研磨速度、 氮化硅膜相对于氧化硅膜的充足的研磨速度比、以及硅膜相对于氮化硅膜的充 足的研磨速度比。另外，为了得到这样的效果，最适pH为6.0-8.0的中性区 域，通过使pH在上述范围内，氮化硅膜的研磨速度变得比氧化硅膜的研磨速 度快，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅膜用ＣＭＰ研磨液，其特征在于，含有研磨粒、阳离子性表面活性剂和水而成，ｐＨ为６．０～８．０。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：成田武宪，西山雅也，芦泽寅之助，
申请(专利权)人：日立化成工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]