(57)【要約】【課題】  ナイトライドを効果的に研磨することによって、高密度、高集積化を成す半導体素子の製造に利用することができるナイトライドに対し、高選択比を有するナイトライドＣＭＰ用スラリー組成物、これを利用したＣＭＰ方法、及びこのようなＣＭＰ方法を利用して製造された半導体素子を提供すること。  【解決手段】  スラリーの固形分含量を調節すると共にスラリーのｐＨを変化させたナイトライド用ＣＭＰスラリーを用いることによって、ＣＭＰ工程を行う。【選択図】図２
2004214667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨ剤を添加して、ｐＨ１〜５範囲内の酸度を有することを特徴とするナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項２】
前記ｐＨは、１〜３の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項３】
前記ｐＨは、１〜２の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項４】
前記ｐＨ調節剤は、リン酸、窒酸、フッ酸、窒酸とフッ酸の混合物及びフッ酸とイソプロピルアルコールの混合物の中から選択されることを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項５】
前記ｐＨ調節剤は、リン酸であることを特徴とする請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項６】
前記組成物は、研磨材を組成物の総重量に対して０．１〜２４重量％で更に含むことを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項７】
前記研磨材は、酸化セリウム(ＣｅＯ2)、酸化マンガン(ＭｎＯ2)、ジルコニア(ＺｒＯ2)、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)、シリカ(ＳｉＯ2) 及びこれらの混合からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項８】
前記研磨材は、粒子の大きさが１００ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項９】
前記研磨材は、コロイダル又はヒュームドシリカであることを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１０】
前記ｐＨ調節剤はフッ酸と窒酸の混合物であり、フッ酸：窒酸の混合割合は１：１〜１０であることを特徴とする請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１１】
前記フッ酸：窒酸の混合割合は、１：１〜３であることを特徴とする請求項１０に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１２】
前記ｐＨ調節剤はフッ酸とイソプロピルアルコールの混合物であり、フッ酸 : イソプロピルアルコールの混合割合は１: １〜１０であることを特徴とする請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１３】
前記フッ酸 : イソプロピルアルコールの混合割合は１ :１〜３であることを特徴とする請求項１２に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１４】
前記組成物は、オキサイドにだけ選択的に吸着することができる界面活性剤を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１５】
緩衝溶液を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１６】
(ａ)シリコン酸化膜パターンの上部にシリコン窒化膜を蒸着する工程段階と、
(ｂ)前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして請求項1に記載の組成物で前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記方法はダマシン工程またはＳＡＣ工程であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法により得られた半導体素子。
【請求項１９】
(ａ)半導体基板上にシリコン窒化膜を蒸着する工程段階と、
(ｂ)前記結果物上にシリコン酸化膜を蒸着する工程段階と、
(ｃ)前記シリコン窒化膜をエッチング停止膜にして酸化膜ＣＭＰスラリーで前記シリコン酸化膜をＣＭＰし、ターゲットの１０％上部まで除去する工程段階と、
(ｄ)請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物で前記結果物をＣＭＰして前記シリコン酸化膜を完全に除去する工程段階と、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程の中で化学的機械的研磨 (Chemical Mechanical Polishing; 以下 "ＣＭＰ"と称する) 工程に用いられるスラリー(slurry)に関し、更に詳しくはシリコン窒化膜(ＳｉＮまたはＳｉＯＮを含む。)ＣＭＰ用スラリー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体製造工程において微細パターンを形成するための方法に関心が集中することによって、チップとウェーハ表面領域の凹凸に対する広域平坦化技術の重要性が高まりつつある。
前記の広域平坦化技術の一つであるＣＭＰ工程は、半導体素子を製造する時に用いるリソグラフィー(lithography)を円滑にするため導入した工程の一種であり、１９８０年末アメリカのＩＢＭ社で化学的除去加工と機械的研磨方式とを混合して開発したものである。
【０００３】
前記ＣＭＰ工程は、半導体素子が更に微細化、高密度化して多層構造を有することになるに伴い、ウェーハの研磨速度とスラリーに含まれる化学物質を調節して特定部位のみを除去することで、既存の全面エッチング工程では成すことができなかった平坦化を可能とする技術である。
更に詳しくは、ＣＭＰ用スラリー中の加工物と反応性の良い化学物質を利用して化学的に除去しようとする物質を除去すると同時に、超微粒研磨材がウェーハ表面を機械的に除去加工することで、ウェーハ前面と回転する弾性パッドとの間に液状のスラリーを投入する方法で研磨する。
【０００４】
前記ＣＭＰ工程は、現在、メモリ半導体６４M以上及び非メモリ半導体２５０MHz以上で高密度、高集積化のための必須要素となっている。
しかし、現在、一般的に用いるＣＭＰ用スラリーはオキサイドＣＭＰ用スラリーであり、ナイトライドに比べてオキサイドが２倍以上早く研磨される特性があるため、ナイトライドを研磨防止膜(stopping layer)として用いてオキサイドを研磨する。このようなオキサイドＣＭＰ用スラリーは、ナイトライド/オキサイドの選択比が０.５以下である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のオキサイドＣＭＰ用スラリーをダマシン(damascene)金属ゲート工程で利用してナイトライドを研磨する場合は、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて早いため層間絶縁膜(interlayer dielectric layer)に用いるオキサイドのディッシング(dishing)現象が甚だしく発生し、後続のフォトリソグラフィーまたはエッチング工程に好ましくない影響を与え、ＣＭＰ工程を利用したバリアナイトライド膜の形成が不可能になるという問題点がある。従って、基板がオキサイドでパターニングされた状態では、従来のオキサイドＣＭＰ用スラリーを利用して蒸着したナイトライドを研磨する工程は不可能であるという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、高密度、高集積化を成す半導体素子の製造に利用することができるナイトライドに対し、高選択比を有するナイトライドＣＭＰ用スラリー組成物、これを利用したＣＭＰ方法、及びこのようなＣＭＰ方法を利用して製造された半導体素子を提供することを目的とする。
【０００７】
具体的には、ｐＨ調節剤を利用してスラリー組成物のｐＨを酸性に維持し、必要によってスラリーの固形分含量、即ち研磨材の含量を調節することで、ナイトライドに対する研磨速度の速いナイトライドＣＭＰ用スラリー組成物を提供すること、前記のＣＭＰスラリー組成物を利用したＣＭＰ方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、前記のＣＭＰ方法を適用して製造された半導体素子を提供すること、(ａ)シリコン酸化膜パターンの上部にシリコン窒化膜を蒸着する工程段階、及び(ｂ)前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして本発明のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物で前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階を含む方法を提供すること、さらに、(ａ)半導体基板上にシリコン窒化膜を蒸着する工程段階、(ｂ)前記結果物上にシリコン酸化膜を蒸着する工程段階に、(ｃ)前記シリコン窒化膜をエッチング停止膜にして酸化膜ＣＭＰスラリーで前記シリコン酸化膜をＣＭＰしターゲットの１０％上部まで除去する工程段階、及び(ｄ)本発明のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物で前記結果物をＣＭＰして前記シリコン酸化膜を完全に除去する工程段階と、を含む方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の問題を解決するため、請求項１に記載の発明においては、ナイトライド用ＣＭＰスラリー組成はｐＨ１〜５の範囲内の酸度を有することを特徴とする。
【００１０】
このように請求項１に記載の発明によれば、酸性であるナイトライド用ＣＭＰスリラー組成を用いることによって、別途の研磨材を用いることなくオキサイドの除去速度の増加することを防ぐように酸化膜と窒化膜の選択比を調整することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成において、係る組成はｐＨ１〜３の範囲内の酸度を有することを特徴とする。
【００１２】
このように請求項２に記載の発明によれば、ｐＨ１〜３の範囲内の酸度を有するナイトライド用ＣＭＰスリラー組成を用いることによって、別途の研磨材を用いることなくオキサイドの除去速度の増加することを防ぎ、より良好にナイトライドがオキサイドより先に研磨することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明においては、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成において、係る組成はｐＨ１〜２の範囲内の酸度を有することを特徴とする。
【００１４】
このように請求項３に記載の発明によれば、ｐＨ１〜２の範囲内の酸度を有するナイトライド用ＣＭＰスリラー組成を用いることにより、別途の研磨材を用いることなくオキサイドの除去速度の増加することを防ぎ、最も良好にナイトライドがオキサイドより先に研磨することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記ｐＨ調節剤は、リン酸、窒酸、フッ酸、窒酸とフッ酸の混合物及びフッ酸とイソプロピルアルコールの混合物の中から選択されることを特徴とする。
【００１６】
このように請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成において、リン酸、窒酸、フッ酸、窒酸とフッ酸の混合物及びフッ酸とイソプロピルアルコールの混合物の中から選択されたｐＨ調節剤を用いてｐＨを酸性にすることによって、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記ｐＨ調節剤は、リン酸であることを特徴とする。
【００１８】
このように請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成において、リン酸であるｐＨ調節剤を用いてｐＨを酸性にすることによって、より良好にＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記組成物は、研磨材を組成物の総重量に対して０.１〜２４重量％で更に含むことを特徴とする。
【００２０】
このように請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、研磨材を組成物の総重量に対して０.１〜２４重量％で更に含むことによって、研磨速度向上の程度を一定の水準に至らなくなることを防ぐと共に機械的な要因によるスクラッチなどの欠陥の誘発を防ぐことができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記研磨材は、酸化セリウム(ＣｅＯ2)、酸化マンガン(ＭｎＯ2)、ジルコニア(ＺｒＯ2)、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)、シリカ(ＳｉＯ2) 及びこれらの混合からなる群から選択されることを特徴とする。
【００２２】
このように請求項７に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記研磨剤を酸化セリウム(ＣｅＯ2)、酸化マンガン(ＭｎＯ2)、ジルコニア(ＺｒＯ2)、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)、シリカ(ＳｉＯ2) 及びこれらの混合からなる群から選択することによって、オキサイドよりもナイトライドの研磨速度を増加させることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記研磨材は、粒子の大きさが１００ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする。
【００２４】
このように請求項８に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、研磨材の粒子の大きさを１００ｎｍ〜５００ｎｍにすることによって、機械的研磨をより良好にし、研磨速度が落ちることによるよる生産性の低下や研磨速度の超過によるスクラッチ現象を防ぐことができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物
において、前記研磨材は、コロイダル又はヒュームドシリカであることを特徴とする。
【００２６】
このように請求項９に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、コロイダル又はヒュームドシリカである研磨材を用いることによって、機械的研磨をより良好にし、ナイトライドがオキサイドより早く研磨することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記ｐＨ調節剤はフッ酸と窒酸の混合物であり、フッ酸：窒酸の混合割合は１：１〜１０であることを特徴とする。
【００２８】
このように請求項１０に記載の発明によれば、請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成において、前記フッ酸：窒酸の混合割合の１：１〜１０であるｐＨ調節剤を用いることによって、化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができる。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記フッ酸：窒酸の混合割合は、１：１〜３であることを特徴とする。
【００３０】
このように請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記フッ酸：窒酸の混合割合の１：１〜３であるｐＨ調節剤を用いることによって、より良好に化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記ｐＨ調節剤はフッ酸とイソプロピルアルコールの混合物であり、フッ酸 : イソプロピルアルコールの混合割合は１ ： １〜１０であることを特徴とする。
【００３２】
このように請求項１２の記載の発明によれば、請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記フッ酸:イソプロピルアルコールの混合割合の１：１〜１０であるｐＨ調節剤を用いることによって、化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記フッ酸 : イソプロピルアルコールの混合割合は１ ： １〜３であることを特徴とする。
【００３４】
このように請求項１３の発明によれば、請求項１２に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記フッ酸:イソプロピルアルコールの混合割合の１：１〜３であるｐＨ調節剤を用いることによって、より良好に化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記組成物は、オキサイドにだけ選択的に吸着することができる界面活性剤を更に含むことを特徴とする。
【００３６】
このように請求項１４に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、前記組成物にオキサイドにだけ選択的に吸着することのできる界面活性剤を更に含むことによって、オキサイドの研磨速度を減少させることができる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物において、緩衝溶液を更に含むことを特徴とする。
【００３８】
このように請求項１５に記載の発明によれば、請求項1に記載のナイトライド用ＣＭＰスリラー組成において、緩衝溶液を更に含むことによって、安定的に化学反応を起こし、別途の研磨材を用いることなくオキサイドの除去速度の増加することを防ぎ、酸化膜と窒化膜の選択比を調整することができる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明によれば、ＣＭＰの方法において、(ａ)シリコン酸化膜パターンの上部にシリコン窒化膜を蒸着する工程段階と、(ｂ)前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして請求項1に記載の組成物で前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階とを含むことを特徴とする。
【００４０】
このように請求項１６に記載の発明によれば、前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして請求項１に記載の組成物を用いて、前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階とを含むことによって、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて速いためのディッシング現象を抑えることができるとともに、ナイトライドを効果的に研磨することができるＣＭＰ工程を行うことができる。
【００４１】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１６に記載の方法おいて、前記方法はダマシン工程またはＳＡＣ工程であることを特徴とする。
【００４２】
このように請求項１７に記載の発明によれば、請求項１６に記載の方法おいて、前記方法はダマシン工程またはＳＡＣ工程であることによって、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて速いためのディッシング現象を抑えることができるとともに、ナイトライドを効果的に研磨することができるＣＭＰ工程を行うことができる。
【００４３】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１６に記載の方法によって、ＣＭＰ得られた半導体素子を特徴とする。
【００４４】
このように請求項１８に記載の発明によれば、請求項１６に記載によりＣＭＰ工程を行う場合、オキサイドに対するナイトライドの選択比率を高めることができた半導体素子を得られることができる。
【００４５】
請求項１９に記載の発明によれば、ＣＭＰ方法において、(ａ)半導体基板上にシリコン窒化膜を蒸着する工程段階と、(ｂ)前記結果物上にシリコン酸化膜を蒸着する工程段階と、(ｃ)前記シリコン窒化膜をエッチング停止膜にして酸化膜ＣＭＰスラリーで前記シリコン酸化膜をＣＭＰし、ターゲットの１０％上部まで除去する工程段階と、(ｄ)請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物で前記結果物をＣＭＰして前記シリコン酸化膜を完全に除去する工程段階と、を含むことを特徴とする。
【００４６】
このように請求項１９の記載の発明によれば、前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして請求項１に記載の組成物を用いて、前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階とを含むことによって、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて速いためのディッシング現象を抑えることができるとともに、ナイトライドを効果的に研磨することができるＣＭＰ工程を行うことができる。
【発明の効果】
【００４７】
請求項1に記載の発明によれば、従来技術では通常の酸化膜スラリーがアルカリ性であり、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて早いためディッシング現象が甚だしく発生し、後続の工程に好ましくない影響を与えるが、前記ｐＨ１〜５の酸性ナイトライド用ＣＭＰスラリーにより別途研磨剤を用いることなくオキサイドの除去速度の増加を防ぐように酸化膜と窒素膜の選択比を調整することができるので、ディッシング現象の発生を抑え、後続の工程に好ましくない影響を与えないため、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、前記ｐＨ１〜３の酸性ナイトライド用ＣＭＰスラリーにより、より良好に別途研磨剤を用いることなくオキサイドの除去速度の増加を防ぐように酸化膜と窒素膜の選択比を調整することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、前記ｐＨ１〜２の酸性ナイトライド用ＣＭＰにより、より最も別途研磨剤を用いることなくオキサイドの除去速度の増加を防ぐように酸化膜と窒素膜の選択比を調整することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５０】
請求項４に記載の発明によれば、前記酸性ナイトライド用ＣＭＰスラリーにおいてｐＨ調整剤を用いることにより、化学反応によってオキサイドの反応速度の増加を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５１】
請求項５に記載の発明によれば、前記酸性ナイトライド用ＣＭＰスラリーにおいてｐＨ調整剤としてリン酸を用いることにより、より良好な化学反応によってオキサイドの反応速度の増加を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項６に記載の発明によれば、前記酸性ナイトライド用ＣＭＰスラリーにおいて研磨剤を組成の総重量に対して０.１〜２４重量％で更に含ませることにより、選択比を更にあるいはエッチング速度を向上させることができると共に研磨速度向上の程度を一定の水準に至らなくなることを防ぐと共に機械的な要因によるスクラッチなどの欠陥の誘発を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物に前記研磨剤と酸化セリウム(ＣｅＯ2)、酸化マンガン(ＭｎＯ2)、ジルコニア(ＺｒＯ2)、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)、シリカ(ＳｉＯ2)及びこれらの混合からなる群から選択することによって、選択比を更にあるいはエッチング速度を向上させることができ、オキサイドよりもナイトライドの研磨速度を増加させることができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物に含まれる磨材の粒子の大きさ１００ｎｍ〜５００ｎｍにすることによって研磨速度が落ちることによる生産性の低下や研磨速度の超過によるスクラッチ現象を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５５】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物に含まれるコロイダル又はヒュームドシリカである研磨材を用いることによって、より良好にナイトライドがオキサイドより早く研磨することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５６】
請求項１０に記載の発明によれば、前記フッ酸：窒酸の混合割合の１：１〜１０であるｐＨ調節剤を用いた請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成によって、化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５７】
請求項１１に記載の発明によれば、前記フッ酸：窒酸の混合割合の１：１〜３であるpH調節剤を用いた請求項１０に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成によって、より良好に化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５８】
請求項１２の発明によれば、前記フッ酸:イソプロピルアルコールの混合割合の１：１〜１０であるｐＨ調節剤を用いた請求項４に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物によって、化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００５９】
請求項１３の発明によれば、前記フッ酸:イソプロピルアルコールの混合割合の１：１〜３であるｐＨ調節剤を用いた請求項１２に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物によって、より良好に化学的な反応を起こし、ＳｉＯ2膜がヒドロキシル基グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度の増加を防ぐことができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００６０】
請求項１４に記載の発明によれば、オキサイドにだけ選択的に吸着することのできる界面活性剤を更に含む請求項１に記載のナイトライド用ＣＭＰスラリー組成物によって、オキサイドの研磨速度を減少させることができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００６１】
請求項１５に記載の発明によれば、緩衝溶液を更に含む請求項1に記載のナイトライド用ＣＭＰスリラー組成によって、安定的に化学反応を起こし、別途の研磨材を用いることなくオキサイドの除去速度の増加することを防ぎ、酸化膜と窒化膜の選択比を調整することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００６２】
請求項１６に記載の発明によれば、前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして前記酸性ＣＭＰスラリーを用いての前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階とを含むことによって、ＣＭＰ工程を行う場合、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて速いためのディッシング現象を抑えることができるとともに、ナイトライドを効果的に研磨することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００６３】
請求項１７に記載の発明によれば、前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして前記酸性ＣＭＰスラリーを用いての前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階とを含むＣＭＰの方法において、ダマシン工程またはＳＡＣ工程であることによって、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて速いためのディッシング現象を抑えることができるとともに、ナイトライドを効果的に研磨することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【００６４】
請求項１８に記載の発明によれば、前記ＣＭＰ工程を行う場合、オキサイドに対するナイトライドの選択比率を高めることによってできた半導体素子を得られることができるので、半導体素子の高密度、高集積化を成すことができるという効果を奏する。
【００６５】
請求項１９の記載の発明によれば、前記シリコン酸化膜をエッチング停止膜にして前記酸性ＣＭＰスラリーを用いての前記シリコン窒化膜をＣＭＰする工程段階とを含むことによって、ＣＭＰ工程を行う場合、オキサイドの研磨速度がナイトライドに比べて速いためのディッシング現象を抑えることができるとともに、ナイトライドを効果的に研磨することができるので、高密度、高集積化を成す半導体素子を製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明はｐＨ調節剤を添加してｐＨ １〜５を維持するようにし、必要によってスラリーの総重量に対し研磨材を２４ｗｔ％以下で含み、ナイトライドの研磨速度が増加したナイトライドＣＭＰ用スラリーを提供する。
【００６７】
本発明によるスラリー組成物は、通常の酸化膜スラリーがアルカリ性であることと別に酸性であり、別途の研磨材を用いることなくｐＨを酸性に調節することで酸化膜と窒化膜の選択比を調節することができる。しかし、選択比を更に向上させるため、あるいはエッチング速度を向上させるため下部膜の種類に従って研磨材を添加することができ、このときの研磨材の量はスラリーの総重量に対して０〜２４ｗｔ％、望ましくは０.１〜２４ｗｔ％、更に望ましくは２〜２０ ｗｔ％である。研磨材の含量がスラリーの総重量に対して ０.１ｗｔ％以下の場合は研磨材の添加による研磨速度向上の程度が一定の水準に至ることができず、２４ｗｔ％を超過する場合は機械的な要因によってスクラッチなどの欠陷が誘発され、スラリーのコストを高めるという欠点がある。
【００６８】
前記スラリーに添加される研磨材には通常の研磨材を用い、例えば、シリカ (ＳｉＯ2)、アルミナ (Ａｌ2Ｏ3)、ジルコニア(ＺｒＯ2)、セリア(ＣｅＯ2) または酸化マンガン(ＭｎＯ2) などを含むものであればいずれも使用可能であるが、酸化膜用研磨材、特にシリカが更に望ましい。しかし、下部膜質がスクラッチに弱い場合は研磨材を添加しないままｐＨのみを変化させて選択比を調節することができる。
【００６９】
このときの研磨材の粒子の大きさは、一般的に１００ｎｍ〜５００ｎｍが望ましい。研磨材粒子が１００ｎｍ未満であれば研磨速度が落ちて生産性の側面で好ましくなく、平均粒子の大きさが５００ｎｍを超過すれば分散し難くなってスクラッチを誘発させるためである。
一方、本発明におけるpH 調節剤は、リン酸、窒酸、フッ酸、イソプロピルアルコールまたはこれらの混合物を用いることができる。これらの望ましい組合せとしてはリン酸を単独に用いるか、窒酸とフッ酸との混合溶液を用いるか、フッ酸とイソプロピルアルコールとの混合溶液を用いることができる。
【００７０】
ｐＨ調節剤としての強酸の添加量は、スラリーのｐＨを１〜５、望ましくはｐＨ １〜３、更に望ましくはｐＨ１〜２になる範囲であり、このときのｐＨはヒドロキシル基(-ＯＨ)を有する緩衝溶液を用いて調節することができる。スラリーのｐＨが５上になればオキサイド、即ちＳｉＯ2膜が-グループによって溶解する傾向が増加してオキサイドの除去速度が増加することになり、ナイトライドに対し高選択比を有するスラリーになり得ない。
このように強酸の含有量はスラリーのｐＨ値を基準として決定されるが、一つ以上の強酸を用いる場合は、重量基準で通常スラリーの総重量に対し０.０１〜２０ｗｔ％、望ましくは０.０１〜１０ｗｔ％になる。
【００７１】
前記酸性物質の量がスラリーの総重量に対し０.０１ｗｔ％以下の場合、希望するｐＨが得られないだけでなく、酸性による化学的な反応が起らず、２０ｗｔ％を超過するあまり多量の酸が添加されれば化学的な要因が大きく作用することになり、ＣＭＰ工程でないエッチング工程の特性を表わして平坦化に良くない影響を与える。
一方、ｐＨ調節剤としてフッ酸と窒酸の混合溶液を用いる場合、フッ酸 : 窒酸の混合割合はモル比で１： １〜１０、望ましくは１：１〜３であり、フッ酸とイソプロピルアルコールの混合溶液を用いる場合フッ酸 :イソプロピルアルコールの混合割合はモル比で１：１〜１０、望ましくは１：１〜３である。
【００７２】
また、本発明のＣＭＰスラリーにはオキサイドの研磨速度を減少させるため、オキサイドにだけ選択的に吸着することのできる界面活性剤を更に添加することができ、このとき界面活性剤には陰イオン性、陽イオン性、両方性 (amphoteric) 界面活性剤または非イオン性界面活性剤を全て用いることができる。
【００７３】
前記のような方法で製造されたスラリーは、ダマシン金属ゲート(Damascene Metal Gate)形成工程またはキャパシタコンタクト形成のためのＳＡＣ(Self Aligned Contact) 工程で層間絶縁膜に用いられたオキサイドをエッチング停止膜にしてナイトライドをＣＭＰまたはパターニングする工程に適用することができる。さらに、前記研磨するナイトライド膜を化学気相蒸着法(chemical vapor deposition)により蒸着すれば、本発明のスラリーを利用してＣＭＰ工程を行う場合、オキサイドに対するナイトライドの選択比を更に高めることができる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。
ただし、実施例は発明を例示するものであるだけで、本発明が下記の実施例によって限定されるものではない。
【００７５】
[実施例１〜５]
脱イオン水１０Ｌを製造し、ここにフッ酸：窒酸の割合を１：３に固定した混合酸をスラリーの総重量の１ｗｔ％、０.７５ｗｔ％、０.２５ｗｔ％、０.０８ｗｔ％及び０.１ｗｔ％の割合で混合して下記表１のようなｐＨを有するＣＭＰ用スラリーを製造した。
【００７６】
【表１】
2004214667.tif 000003
【００７７】
[実施例６〜１２]
３０ｗｔ％のコロイダル (colloidal) シリカ(ＳｉＯ2) 研磨材が含まれたＣＭＰ用スラリーに脱イオン水を添加して希釈させ、スラリーの総重量に対し下記表２のような含量の研磨材を含有するようＣＭＰ用スラリー１０Ｌを製造した。また、ここにスラリーの総重量に対し１ｗｔ％のリン酸を添加してスラリー溶液のｐＨを２に合わせた。
【００７８】
【表２】
2004214667.tif 000004
【００７９】
[実施例 13〜20]
３０ｗｔ％のコロイダルシリカ(ＳｉＯ2) 研磨材が含まれたＣＭＰ用スラリーに脱イオン水を添加して希釈させ、研磨材含量がスラリーの総重量に対し１６ｗｔ％になるようにした後、ここにリン酸を添加して下記表３のようにそれぞれｐＨを異にする実施例１３〜２０のスラリー溶液を製造した。
【００８０】
【表３】
2004214667.tif 000005
【００８１】
[比較例１〜３]
実施例６〜１２で、研磨材の含量が下記表４のようになることを除いては、以外は実施例６〜１２と同様の方法でＣＭＰスラリーを製造した。
【００８２】
【表４】
2004214667.tif 000006
【００８３】
以下、前記実施例１〜５についての実施結果を説明する。
前記実施例１〜５で製造したＣＭＰスラリーを利用して酸化膜と窒化膜のそれぞれに対する研磨速度を測定した。
具体的に、前記実施例１〜５で製造したそれぞれのスラリーを利用して高密度プラズマ(High Density Plasma; ＨＤＰ)オキサイド及び低圧力(Low Pressure; ＬＰ)ナイトライドをＣＭＰ装備で研磨してオキサイド/ナイトライド研磨選択比を測定した。このときの研磨条件は、ヘッド圧力(head pressure)３ｐｓｉとテーブル回転数(table rpm)７０ｒｐｍであった。
【００８４】
その結果、ｐＨ７以下でオキサイド/ナイトライド研磨選択比が１以下の値を表わし、リン酸０.１ｗｔ％以上、即ちｐＨ５以下ではオキサイド/ナイトライド研磨選択比が０.５以下の値を表わした。即ち、ｐＨ５より低くなるに伴い、ナイトライドがオキサイドより２倍以上速く研磨されることが分かった (図１参照)。
【００８５】
以下、前記前記実施例６〜１２及び比較例１〜３についての実施結果を説明する。
前記実施例６〜１２及び比較例１〜３で製造したＣＭＰスラリーを利用して酸化膜と窒化膜のそれぞれに対する研磨速度を測定した。
具体的には、前記実施例６〜１２及び比較例１〜３で製造したそれぞれのスラリーを利用してＨＤＰオキサイド及びＬＰナイトライドをＣＭＰ装備で研磨して研磨速度を測定した(図２参照)。このときの研磨条件は、ヘッド圧力(head pressure)３ｐｓｉとテーブル回転数 (table rpm)７０ｒｐｍであった。
【００８６】
その結果、ｐＨ２で研磨材の含量が２４ｗｔ％以下の場合、オキサイド/ナイトライド研磨選択比が１以下の値を表わした。即ち、研磨材含量が２４ｗｔ％より低くなるに伴い、ナイトライドがオキサイドより速く研磨されることが分かった (図３参照)。
【００８７】
以下、前記実施例１３〜２０についての実施結果を説明する。
前記実施例１３〜２０で製造したＣＭＰスラリーを利用して酸化膜と窒化膜のそれぞれに対する研磨速度を測定した。
具体的に、前記実施例１３〜２０で製造したそれぞれのスラリーを利用してＨＤＰオキサイド及びＬＰナイトライドをＣＭＰ装備で研磨してオキサイド/ナイトライド研磨選択比を測定した。このときの研磨条件は、ヘッド圧力 (head pressure)３ｐｓｉとテーブル回転数 (table rpm)７０ｒｐｍであった。
【００８８】
その結果、ｐＨ７以下ではオキサイド/ナイトライド研磨選択比が1以下の値を表わし、リン酸０.１ｗｔ％以上、即ちｐＨ３以下でオキサイド/ナイトライド研磨選択比が０.６以下の値を表わした。即ち、ｐＨ３より低くなるに伴い、ナイトライドがオキサイドより約１.７倍速く研磨されることが分かった (図４参照)。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１〜５におけるｐＨ変化に伴うスラリーの酸化膜/窒化膜の研磨選択比を示すグラフである。
【図２】実施例６〜１２及び比較例１〜３における研磨材の含量に伴うスラリーの窒化膜と酸化膜の研磨速度を示すグラフである。
【図３】実施例６〜１２における研磨材の含量に伴うスラリーの酸化膜/窒化膜の研磨選択比を示すグラフである。
【図４】実施例１３〜２０におけるｐＨ変化に伴うスラリーの酸化膜/窒化膜の研磨選択比を示すグラフである。
【図１】
2004214667.tif 000007
【図２】
2004214667.tif 000008
【図３】
2004214667.tif 000009
【図４】
2004214667.tif 000010