[发明专利]氧化硅用研磨剂、其用途以及研磨方法

说明书

本申请是申请日为2006年11月9日，申请号为200910203503.8，发明名称为《氧化硅用研磨剂、添加液以及研磨方法》的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种研磨剂，其适用于作为半导体元件制造技术的基板表面绝缘膜平坦化工序中，尤其是涉及一种多晶硅上的氧化硅用的研磨剂、用于该研磨剂的添加液、以及使用该研磨剂的研磨方法。

背景技术

在目前的ULSI半导体元件工序中，正研究开发有利于高密度、微细化的加工技术，其中之一的化学机械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）技术已成为半导体元件的制造工序中，在进行层间绝缘膜的平坦化、浅沟槽（shallow trench）元件隔离层形成、插塞（plug）及埋入式金属配线形成等时的必需技术。

用于半导体元件的工序中以使无机绝缘膜层平坦化的化学机械研磨剂中，目前一般研究有气相二氧化硅（fumed silica）研磨剂、胶态氧化硅（colloidal silica）研磨剂、氧化铈研磨剂。这里，作为无机绝缘膜层，可以举出以等离子化学气相沉积、低压化学气相沉积等方法所形成的氧化硅绝缘膜等。气相二氧化硅，是以将四氯化硅热分解等的方法进行微粒成长而制造，用作研磨剂中的研磨粒。胶态氧化硅以前是以水玻璃为原料而制造，然而此方法有水玻璃中所含的碱过剩，将其用于半导体时金属杂质较多的问题。之后，自从以醇盐为原料的制造方法成功以来，即可获得高纯度的胶态氧化硅，而作为半导体工序用研磨粒的胶态氧化硅也已实用化。为将这些硅石研磨剂应用于研磨氧化硅、硼硅酸盐等半导体用硅氧化物的研磨，pH值经常调整至碱性以提升研磨速率。

另一方面，氧化铈粒子与二氧化硅粒子或氧化铝粒子相比，有硬度低而不易损伤研磨表面的优点。另外，因氧化铈粒子对氧化硅的研磨速率较高，故其适用的pH值范围并无特别限制。近年来，利用高纯度氧化铈研磨粒的半导体用CMP研磨剂被使用。例如，日本特开平10-106994号公报即公开有该技术。另外，已知有为了控制氧化铈研磨液的研磨速率并提高全面平坦度（global planarity）而加入添加剂的方法，此种技术例如公开于日本特开平8-22970号公报中。

由于半导体元件结构的进展，CMP工序也变得多样化。在设计规则0.25μm以后的时代中，集成电路内的元件隔离是使用浅沟槽隔离（shallow trench isolation）。在浅沟槽隔离工序中，为了除去在基板上成膜时的多余氧化硅膜而进行化学机械研磨。为了使化学机械研磨停止，氧化硅膜下面会先形成研磨速率较低的终止膜（stopper film）。终止膜的材质为氮化硅等，希望氧化硅膜与终止膜之间有高研磨速率比。上述使用终止膜以停止研磨的方法的应用也可扩展至浅沟槽隔离工序以外，例如，于插塞形成等工序中，如须利用化学机械研磨以除去膜层的多余部分而使的平坦化，亦可使用终止膜。

发明内容

氮化硅因其硬度较高、研磨速率易控制，故以其作为浅槽隔离的终止膜的作法得以实用化。终止膜不仅限于氮化硅膜，只要其是可减低研磨速率的膜即可，例如，Cu配线的阻障金属（barrier metal）在化学机械研磨中也可发挥终止研磨的功能。与这些不同的是，多晶硅（多结晶态的硅）若可有效降低研磨速率，则也可作为终止膜使用。

多晶硅可用作晶体管（transistor）的闸极（gate）等的导电性材料，因此若可确立将多晶硅用作终止膜的化学研磨技术，则多晶硅可用于与氮化硅不同的用途。然而，氧化硅研磨剂、氧化铈研磨剂均难以将多晶硅的研磨速率压低至可用作终止膜的程度，亦即难以使被研磨膜与多晶硅之间有足够大的研磨速率比。

本发明提供一种使氧化硅与多晶硅间有足够大的研磨速率比，使多晶硅可作为终止膜的用于多晶硅上的氧化硅的研磨剂，以及使用该研磨剂研磨半导体基板等的研磨方法。

本发明是关于［1］一种氧化硅用研磨剂，用以研磨多晶硅上的氧化硅膜，包括研磨粒、多晶硅研磨抑制剂及水。

另外，本发明是关于［2］如上述第［1]项所述的氧化硅用研磨剂，其中氧化硅与多晶硅的研磨速率比大于等于10。

另外，本发明是关于［3］如上述第［1]项或上述第［2］项所述的氧化硅用研磨剂，其中，多晶硅研磨抑制剂为具有由丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺及其α-取代衍生物所组成的组中的任一种N-单取代衍生物或N,N-二取代衍生物骨架的水溶性高分子。