[发明专利]化学机械抛光用浆料以及使用其的基板的抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及优选用于制造半导体基板的化学机械抛光用浆料，以及使用该浆料的基板的抛光方法。

背景技术

通过构成电路的晶体管、电阻、布线等的微型化所实现的高密度化和高速响应而使半导体电路显示出高性能。另外，布线的层合可实现半导体电路的更高致密化和更高程度集成。是上述成为可能的半导体制造技术包括浅沟槽隔离、金属塞和镶嵌工艺。“浅沟槽隔离”是指晶体管元件隔离，“金属塞”是指使用具有贯穿层间绝缘膜的结构的金属进行的三维布线，并且“镶嵌工艺”是指铜布线的嵌入技术。对于如浅沟槽隔离等的各步骤不可缺少的技术是化学机械抛光。化学机械抛光(以下有时简写为“CMP”)常用于浅沟槽隔离、镶嵌工艺、层间绝缘层形成和金属塞嵌入的各步骤。这些精细图案是通过由照相平版印刷步骤形成的抗蚀剂掩模的转印所形成的。随着微型化进行，用于平版印刷术的投影透镜的焦点的深度会变浅，并且因为基板上的凹凸需要小于该深度，所以基板的加工面所需的平整度变高。通过由CMP法将加工面平整化，能够获得纳米级或原子水平的平整表面，并且由三维布线即层合所获得的高性能成为可能。CMP目前被引入用于层间绝缘膜的平整化、BPSG膜(掺杂有硼、磷等的氧化硅膜)或浅沟槽隔离区的形成、塞和嵌入金属布线的形成等。

对于浅沟槽隔离区的形成，CMP用于除去在基板上形成的由氧化硅等制成的多余绝缘膜，并且在上述绝缘膜的下方形成停止膜(stopper film)以停止抛光。作为停止膜，一般使用氮化硅等，并且该抛光终点能够通过提高上述绝缘膜和停止膜的抛光速率比来容易地确定。希望通过进行抛光以消除绝缘膜和停止膜的水平(levels)之间的差异而获得平整的抛光膜。为了获得平整的抛光膜，进一步希望的是：即使过度地抛光时该抛光也会在停止膜上停止，并且绝缘膜和停止膜的抛光不会进行。

通常已知的是，水溶性有机化合物如聚丙烯酸、其盐等被添加到CMP用浆料中以便试图改进在CMP用浆料中研磨粒料的稳定性，控制抛光速率，改进平整度，减少水平的差异，以及抑制因过度抛光所引起的水平上差异的增大(参见专利文献1和专利文献2)。

另外，组合使用羧酸聚合物如聚丙烯酸、其盐等，和聚乙烯吡咯烷酮，阳离子化合物和两性离子化合物的体系也是已知的(参见专利文献3)。

另一方面，由选自具有1百万以上且小于10百万的重均分子量的聚丙烯酸或其盐之中的至少一种水溶性聚合物、β-环糊精和胶态硅石组成的CMP用浆料是已知的(参见专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-B-3672493

专利文献2：JP-B-3649279

专利文献3：JP-A-2007-273973

专利文献4：JP-A-2009-158810。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

浅沟槽隔离区通常可以通过下列步骤来形成。

图1-图5是分步骤地显示在半导体器件的生产方法中浅沟槽隔离区的形成步骤的示意性剖视图。图1-5显示在基板(晶片)中形成的半导体器件的一部分。事实上，对于一个基板制备具有浅沟槽隔离区的多个半导体器件，并且通过切割分离成独立的半导体器件(芯片)。另外，附图中各部分的尺寸被设定以便有利于理解，并且各部分与各部分之间的尺寸比率并不需要与实际比率匹配。

首先，停止膜3被层合在基板1表面上的氧化绝缘膜2(氧化硅等)上。然后，抗蚀剂模(未显示)通过照相平版印刷术层合到其上已层合有氧化绝缘膜2和停止膜3的基板1上，在蚀刻后，抗蚀剂模被除去而形成沟槽4(蚀刻部分)(图1)。通过CVD等层合绝缘膜5(氧化硅等)以填充沟槽4(图2)。在已层合有绝缘膜5的基板1的CMP中，理想的是平整地抛光停止膜3和绝缘膜5而形成平整的浅沟槽隔离区6(图3)。

然而，因为停止膜3的部分和沟槽4的部分在高度上有差异(图1)，因而通过CVD等形成了具有初始水平差D1的绝缘膜5(图2)。因此，通过之后的CMP在停止膜3和绝缘膜5之间会有问题地形成水平差D2(图4)。

此外，因为基板具有波纹，因而实际上难以均匀地抛光整个基板。当基板进行抛光以将基板上的整个停止膜3完全露出时，产生下述问题：在早期露出的停止膜3的部分中，填充于沟槽4中的绝缘膜5会被进一步抛光(过度抛光)。在过度抛光的部分中，水平差进一步变大(图5)。在图5中，D3显示由过分抛光引起的水平差的增加量。