(57)【要約】ウェハの表面に存在するナノトポグラフィ効果を補償し得る化学機械的研磨用スラリー組成物およびこれを利用した半導体素子の表面平坦化方法が開示される。本発明のスラリー組成物は、ウェハ表面に形成された酸化物層に対する化学機械的研磨の工程時に、ナノトポグラフィの効果を補償するための化学機械的研磨用スラリー組成物において、研磨粒子および添加剤を含み、前記化学機械的研磨の工程後に前記酸化物層の厚み偏差（ＯＴＤ）を一定の水準以下に制御するため、前記研磨粒子のサイズおよび前記添加剤の濃度が一定の範囲に最適化される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ表面に形成された酸化物層に対する化学機械的研磨工程時に、ナノトポグラフィの効果を補償するための化学機械的研磨用スラリー組成物であって、
研磨粒子および添加剤を含み、前記化学機械的研磨工程後に前記酸化物層の厚み偏差（ＯＴＤ）を一定の水準以下に制御するために、前記研磨粒子のサイズおよび前記添加剤の濃度が一定の範囲内に調節される化学機械的研磨用スラリー組成物。
【請求項２】
前記研磨粒子のサイズが２ｎｍから１０００ｎｍの範囲内に調節される請求項１に記載の化学機械的研磨用スラリー組成物。
【請求項３】
前記添加剤の濃度が１０重量％以下に調節される請求項１に記載の化学機械的研磨用スラリー組成物。
【請求項４】
表面に一定の高さと波長を有するナノトポグラフィが形成されたウェハを準備する段階と、
前記ウェハ上に酸化物層を所定の厚みに蒸着する段階と、
化学機械的研磨工程により前記酸化物層を除去して表面を平坦化する段階であって、前記化学機械的研磨工程では、研磨粒子および添加剤を含み、前記化学機械的研磨工程後に前記酸化物層の厚み偏差（ＯＴＤ）を一定の水準以下に制御するために、前記研磨粒子のサイズおよび前記添加剤の濃度が一定の範囲内に調節されたスラリー組成物を使用する半導体素子の表面平坦化方法。
【請求項５】
前記ウェハを準備する段階において、前記ウェハはベア（ｂａｒｅ）ウェハである請求項４に記載の半導体素子の表面平坦化方法。
【請求項６】
前記ウェハを準備する段階で、前記ウェハの表面には、窒化物層が形成され、トレンチが形成される請求項４に記載の半導体素子の表面平坦化方法。
【請求項７】
前記スラリー組成物において、前記研磨粒子のサイズは２ｎｍから１０００ｎｍの範囲内で調節されたものであり、前記添加剤の濃度は１０重量％以下に調節されている特徴とする請求項４に記載の半導体素子の表面平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、化学機械的研磨用スラリー組成物に関し、より詳細には、ウェハの表面に形成されるナノトポグラフィ（ｎａｎｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）の効果を補償し得るスラリー組成物およびこれを利用した半導体素子の表面平坦化方法に関するものである。
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本願は、２００３年０５月１２日に出願された韓国特許１０−２００３−００２９６７８号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】  化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）は、加圧されたウェハと研磨パッドとの間に存在する研磨剤による機械的な加工と、スラリーのケミカルによる化学的エッチングとが同時に起こる半導体加工技術の一分野であって、サブミクロンスケールの半導体チップの製造において広域平坦化（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）技術の必須工程を占めている。
図１から図３は、化学機械的研磨工程による一般的な半導体素子の表面平坦化方法を説明するための工程断面図であり、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程を説明するための工程断面図である。
図１を参照すると、例えばシリコン単結晶からなる基板（１０）上に、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）からなるパッド酸化物層（１２）およびシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）からなる窒化物層（１４）を形成した後、素子活性領域の間を電気的に分離するためのトレンチ領域（１６）を画定するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、これをエッチングマスクとして前記窒化物層（１４）をエッチングし、これをエッチングマスクとして前記パッド酸化物層（１２）および基板（１０）を所定の深さだけエッチングしてトレンチ領域（１６）を形成する。引続き、前記トレンチ領域（１６）をギャップフィル（ｇａｐ  ｆｉｌｌ）して、前記窒化物層（１４）の表面から一定の高さ以上となるようにシリコン酸化物からなる酸化物層（１８ａ）を蒸着させる。
続いて図２を参照すると、前記酸化物層（１８ａ）に対してシリカスラリー組成物を使用して１次化学機械的研磨工程を実施する。シリカ系スラリーを使用するのは、一般的にシリカスラリーの研磨剤がセリアスラリーの研磨剤より小さいため、表面の凹凸部が存在する酸化物層（１８ａ）に対して研磨効率が高いからである。
続いて図３を参照すると、窒化物層（１４）の表面が露出されるまで、図２において窒化物層（１４）上に残留する酸化物層（１８ｂ）に対して２次化学機械的研磨工程を遂行して、トレンチ領域（１６）内にだけ酸化物層（１８ｃ）が埋まるようにする広域平坦化を達成する。
一方、前記ＣＭＰ工程の場合に基板（１０）の表面がウェハの全体にわたって平坦ではなく、ウェハの全体にわたってトレンチ領域（１６）の密度が異なる場合には、充分な広域平坦化を達成し得ないという問題点がある。
図４ａは、ナノトポグラフィを説明するためにＣＭＰ工程前の半導体基板の表面を示した断面図であり、図４ｂは、ＣＭＰ工程前の半導体基板上に形成された酸化物層の厚みを示した概略図であり、図５ａは、図４ａの半導体基板に対してＣＭＰ工程を遂行した後の半導体基板の表面を示した断面図であり、図５ｂは、ＣＭＰ工程後の半導体基板上に形成された酸化物層の厚みを示した概略図である。
図４ａを参照すると、ウェハを構成する単結晶シリコンからなる基板（２０）上に、一定の厚みを有する酸化物層（２２）が蒸着されている。図４ａでは、相当に誇大表現してあるが、基板（２０）の表面には、一定の波長を有する波形と一定の高さの偏差を有する所謂「ナノトポグラフィ（ｎａｎｏ−ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）」が存在する。一般的にナノトポグラフィは、０．２から２０ｍｍの波長（Ｌ）を有し、２０から８０ｎｍの高さの偏差（Ｈ）を有するものと定義する。一方、基板（２０）の表面上に蒸着された酸化物層（２２）は、基板（２０）の表面に存在するナノトポグラフィの影響により、やはりその表面にも一定の波長を有する屈曲が形成される。
図４ｂのように、たとえ基板（２０）の表面に存在するナノトポグラフィの影響により酸化物層（２２）の表面にも一定の屈曲が形成されても、その蒸着される酸化物層（２２）の厚みは基板（２０）の全面にわたって同一となる。
図４ａの基板（２０）に対して広域平坦化工程であるＣＭＰ工程を遂行するようになると、その断面の形状は図５ａのように表面が平坦になるものの、図５ａから研磨された酸化物層（２２ａ）の厚みだけを図示すると、図５ｂのように距離に従って酸化物層（２２ａ）の厚み偏差が酷く発生する。すなわち、研磨装置の研磨パッドと接触する基板の表面はウェハ全体にわたって均一な速度で研磨されるため、基板（２０）の表面においてバレー領域（ｖａｌｌｅｙ  ｒｅｇｉｏｎ）に存在する酸化物層（２２ａ）は、「Ａ」でのように過小研磨（ｕｎｄｅｒ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）されて厚く残存し、ピーク領域（ｐｅａｋ  ｒｅｇｉｏｎ）に存在する酸化物層（２２ａ）は、「Ｂ」でのように過度研磨（ｏｖｅｒ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）されて薄く残存するようになる。図面で「Ｙ３」は、研磨された酸化物層（２２ａ）の平均厚みを示す。
したがって、広域平坦化工程であるＣＭＰ工程を遂行したとしても、基板（２０）の表面に存在するナノトポグラフィ効果により、酸化物層（２２ａ）の厚みは均一になり得ない。このような事実は、基板（２０）の全体にわたって一定の厚みを維持しなければならない場合、例えば半導体メモリー装置であるＤＲＡＭにおいてＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜としての酸化物層の厚みがウェハ基板全体にわたって均一でない場合には、各モストランジスタの入口電圧値が異なって半導体素子の誤動作を誘発する等、素子の信頼性を低下させる要因となる。
一方、前述した図３のトレンチ領域（１６）が形成された半導体基板（１０）の場合にも、トレンチ領域（１６）が形成された部分がナノトポグラフィのバレー領域に位置する場合には、過小研磨されて窒化物層（１４）にも酸化物層（１８ｃ）がそのまま残存するようになり、ピーク領域に位置する場合には、過度研磨されて窒化物層（１４）の相当の部分が研磨除去されることもあるため、ＣＭＰ工程の工程マージンがとても小さくなる問題点がある。
【発明の開示】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決するためのものであって、ウェハの表面に存在するナノトポグラフィ効果を最大に補償し得る化学機械的研磨用スラリー組成物を提供することにある。
本発明の別の目的は、前記本発明のスラリー組成物を使用して半導体素子の表面を平坦化する方法を提供することにある。
前記本発明の目的を達成するために、本発明に係る化学機械的研磨用スラリー組成物は、ウェハ表面に形成された酸化物層に対する化学機械的研磨工程時に、ナノトポグラフィの効果を補償するための化学機械的研磨用スラリー組成物であって、研磨粒子および添加剤を含み、前記化学機械的研磨工程後に前記酸化物層の厚み偏差（ＯＴＤ）を一定の水準以下に制御するために、前記研磨粒子のサイズおよび前記添加剤の濃度が一定の範囲内に調節される。
望ましくは、前記研磨粒子のサイズが２ｎｍから１０００ｎｍの範囲内に調節され、または、前記添加剤の濃度が１０重量％以下に調節される。
一方、前記本発明の別の目的を達成するための本発明に係る半導体素子の表面平坦化方法は、表面に一定の高さと波長を有するナノトポグラフィが形成されたウェハを準備する段階と、前記ウェハ上に酸化物層を所定の厚みとなるよう蒸着する段階と、化学機械的研磨工程により前記酸化物層を除去して表面を平坦化する段階であって、前記化学機械的研磨工程では、研磨粒子および添加剤を含み、前記化学機械的研磨工程後に前記酸化物層の厚み偏差（ＯＴＤ）を一定の水準以下に制御するために、前記研磨粒子のサイズおよび前記添加剤の濃度が一定の範囲内に調節されたスラリー組成物を使用する。
前記ウェハを準備する段階で、前記ウェハはベア（ｂａｒｅ）ウェハであることもあり、前記ウェハの表面には窒化物層が形成され、トレンチが形成されたものであることもある。
本発明によれば、スラリー組成物において例えば、添加剤を一定の制御された範囲内で添加することにより、窒化物層に対する酸化物層の研磨速度選択比を向上させると同時に、研磨粒子のサイズを一定の範囲内に調節して半導体ウェハの表面に存在するナノトポグラフィ効果を補償し、ＣＭＰ工程後に酸化物層の厚み偏差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）による一般的な半導体素子の表面平坦化方法を説明するための工程断面図である。
図２は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）による一般的な半導体素子の表面平坦化方法を説明するための工程断面図である。
図３は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）による一般的な半導体素子の表面平坦化方法を説明するための工程断面図である。
図４ａは、ナノトポグラフィを説明するためにＣＭＰ工程前の半導体基板の表面を示した断面図である。
図４ｂは、ＣＭＰ工程前の半導体基板上に形成された酸化膜の厚みを示す概略図である。
図５ａは、図４ａの半導体基板に対してＣＭＰ工程を遂行した後の半導体基板の表面を示した断面図である。
図５ｂは、  ＣＭＰ工程後の半導体基板上に形成された酸化膜の厚みを示す概略図である。
図６は、  本発明の実施例を適用するために準備された半導体ウェハに対するナノトポグラフィの高さのマップを示す平面図である。
図７は、  図６の横方向に沿って測定したナノトポグラフィの高さを示すグラフである。
図８は、  本発明の実施例を適用するための添加剤濃度に従った研磨時間および除去速度の関係を示すグラフである。
図９ａは、  本発明の実施例に係るスラリーＡに対して添加剤濃度が０重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤ（Ｏｘｉｄｅ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を示すグラフである。
図９ｂは、本発明の実施例に係るスラリーＡに対して添加剤濃度が０．２重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図９ｃは、本発明の実施例に係るスラリーＡに対して添加剤濃度が０．８重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１０ａは、本発明の実施例に係るスラリーＢに対して添加剤濃度が０重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１０ｂは、  本発明の実施例に係るスラリーＢに対して添加剤濃度が０．２重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１０ｃは、  本発明の実施例に係るスラリーＢに対して添加剤濃度が０．８重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１１ａは、本発明の実施例に係るスラリーＣに対して添加剤濃度が０重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１１ｂは、  本発明の実施例に係るスラリーＣに対して添加剤濃度が０．２重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１１ｃは、  本発明の実施例に係るスラリーＣに対して添加剤濃度が０．８重量％である場合の、ナノトポグラフィの高さとＯＴＤを示すグラフである。
図１２は、  本発明の各実施例に係るスラリー別の添加剤濃度に従ったＯＴＤのＲｍｓ値を比較した棒グラフである。
図１３は、  本発明の実施例において研磨粒子のサイズの影響を説明するための概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、添付された各図面を参照しながら、本発明に係る好適な各実施例を詳細に説明する。各実施例は、本発明を限定するものではなく、本発明の具体的な実施例として、本発明の思想を当業者が容易に理解し得るよう単純に例示したにすぎない。
本発明者達は、ＣＭＰ用スラリーにおいて、添加剤の濃度および研磨粒子のサイズがナノトポグラフィ効果に及ぼす影響の試験および測定を遂行した。半導体素子の表面平坦化方法に代表的に使用される  ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）ＣＭＰ工程で使用されるスラリーでは、酸化物層と窒化物層との間の除去速度選択比が、ＳＴＩ工程マージンを、最終的には収率を決定する重要なファクターとなる。酸化物層の研磨で広く使用されるシリカスラリーと比較して、セリアスラリーは研磨除去速度の選択比が大きいという長所がある。
ここで本発明者達は、窒化物層に対する酸化物層の研磨除去速度の選択比が大きい化学機械的研磨用セリアスラリー組成物を準備した。３種類の互いに異なるサイズの高純度セリア研磨粒子を使用したスラリーを準備し、すべてのスラリーに対して炭酸セリウムを前駆体とした固相置換反応法（Ｓｏｌｉｄ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）を使用した。研磨粒子のサイズは、Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ社のＡｃｏｕｓｔｏＳｉｚｅｒ  ＩＩを使用して測定し、その結果は表１に示した。
【表１】
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このような各研磨粒子は脱イオン水に分散させ、商用化された分散剤であるポリアクリル酸を、研磨粒子の分散を安定させるために添加した。続いて例えば、陰イオン性有機添加剤として、ポリメタアクリレート酸（ｐｏｌｙ−ｍｅｔａ−ａｃｒｙｌａｔｅ−ａｃｉｄ）を０から０．８重量％となるように添加した。このような陰イオン性添加剤は、ＣＭＰ研磨除去速度で窒化物層に対する酸化物層の選択比を制御するために使用される。最後に、脱イオン水で稀釈化して、セリア研磨粒子の固体含量が１重量％となるようにする。アルカリ剤を添加して、スラリーの水素イオン指数を７．０となるようにした。
続いて、一面ポリッシング方法により準備された８″シリコンベア（ｂａｒｅ）ウェハを準備した。酸化物層として化学気相蒸着法によりＰＥＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜を、その厚みが７０００Åとなるように形成した。ウェハ表面のナノトポグラフィの高さは、ＡＤＥ社のナノマッパ（Ｎａｎｏ−Ｍａｐｐｅｒ）により測定し、その測定された結果を図６および図７に示した。図６は、準備された半導体ウェハに対するナノトポグラフィの高さのマップを示す平面図であり、図７は、図６の中央の横方向に沿って測定したナノトポグラフィの高さを示すグラフである。
図６において相対的に暗い領域（ｄａｒｋ  ｒｅｇｉｏｎ）は、図７において相対的に低い高さを有するバレー領域（ｖａｌｌｅｙ  ｒｅｇｉｏｎ）に対応し、図６において相対的に明るい領域（ｂｒｉｇｈｔｅｒ  ｒｅｇｉｏｎ）は、図７において相対的に高い高さを有するピーク領域（ｐｅａｋ  ｒｅｇｉｏｎ）に対応する。
続いて前記酸化物層に対する研磨は、単一研磨パッドと研磨プラトンを有するＳｔｒａｓｂａｕｇｈ  ６ＥＣを使用した。パッドとしては、Ｒｏｄｅｌ社のＩＣ１０００／Ｓｕｂａ  ＩＶパッドを使用し、下降力（Ｄｏｗｎ  ｆｏｒｃｅ）として印加された研磨圧力は４ｐｓｉ（ｐｏｕｎｄｓ  ｐｅｒｓｑｕａｒｅｉｎｃｈ）であり、バック圧力（ｂａｃｋｐｒｅｓｓｕｒｅ）は０とした。ヘッドとテーブルの回転速度は７０ｒｐｍとし、パッドとウェハの間の相対速度は２５０ｆｐｍ（ｆｅｅｔ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）とした。スラリー流量は１００ｃｍ３／ｍｉｎとし、各研磨工程前にダイアモンドドレッサでｅｘ−ｓｉｔｕコンディショニングを行い、ＣＭＰ前後の酸化膜層の厚み偏差は、ナノマトリクス（Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ）社のナノスペック（Ｎａｎｏｓｐｅｃ）１８０と、Ｓｏｐｒａ社のスペクトロストピックエリプソメータで測定した。
研磨時間は、ナノトポグラフィ効果に対する研磨深さの影響を排除するために、一定の研磨深さ（３０００Å）となるよう調節した。図８は、本発明の実施例を適用するための添加剤濃度に従った研磨時間および除去速度との関係を示すグラフである。図８から、添加剤の濃度が増加する程に酸化物層の研磨除去速度が低くなるため、一定の研磨深さを有するためには研磨時間を相対的に増加させた。
図９ａから図１１ｃは、研磨粒子のサイズが異なるスラリーＡ、スラリーＢおよびスラリーＣの各々に対し、添加剤の濃度を変更させながら測定したナノトポグラフィの高さおよびＣＭＰ工程後のＯＴＤ（Ｏｘｉｄｅ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）値を示すグラフである。図９ａは、スラリーＡに対して添加剤濃度が０重量％である場合、図９ｂはスラリーＡに対して添加剤濃度が０．２重量％である場合、図９ｃはスラリーＡに対して添加剤濃度が０．８重量％である場合である。図１０ａは、スラリーＢに対して添加剤濃度が０重量％である場合、図１０ｂはスラリーＢに対して添加剤濃度が０．２重量％である場合、図１０ｃはスラリーＢに対して添加剤濃度が０．８重量％である場合である。図１１ａは、スラリーＣに対して添加剤濃度が０重量％である場合、図１１ｂはスラリーＣに対して添加剤濃度が０．２重量％である場合、図１１ｃはスラリーＣに対して添加剤濃度が０．８重量％である場合を示す。
本実施例で使用されたすべてのウェハにおいてナノトポグラフィ特性およびサイズは、とても似ていることもあり得る。ウェハの曲がりのようなウェハサイズの要素の影響を除去するため、２０ｍｍのカットオフ長を有する二重ガウス高域フィルタ（ｄｏｕｂｌｅ−Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｈｉｇｈ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を通してロープロファイル（ｒａｗ−ｐｒｏｆｉｌｅ）をフィルタリングした。
図９ａから図１１ｃのすべてのグラフから、ウェハのナノトポグラフィ高さのプロファイルとＯＴＤプロファイルとがよく一致することを知ることができる。一方、ＣＭＰ工程後のＯＴＤのサイズは、研磨粒子のサイズが相対的に小さい場合（スラリーＣ）には添加剤の濃度の増加に従って増加することを知ることができ、研磨粒子のサイズが相対的に大きい場合（スラリーＡ）には添加剤の濃度に大きく影響を受けないことを知ることができる。
したがって本実施例では、研磨粒子のサイズが相対的に大きいスラリーＡの場合には、添加剤の濃度変化にも拘わらずすべてのナノトポグラフィ効果の影響が補償されたとても均一で低いＯＴＤを得ることができる反面、スラリーＢおよびＣでは、添加剤の濃度が０．８重量％である場合（図１０ｃ、図１１ｃ）には、ＯＴＤがとても大きくなってナノトポグラフィ効果を補償できないことを知ることができる。したがって、本発明のスラリー組成物において、添加剤の濃度および研磨粒子のサイズが、ナノトポグラフィ効果の補償ととても緊密な関係があることを知ることができる。
続いて、互いに異なる研磨粒子サイズを有するスラリーＡ、スラリーＢ、スラリーＣに対し、添加剤濃度の変化に従ったＯＴＤの標準偏差（Ｒｍｓ）を測定して下の表２および図１２に各々示した。図１２は、本発明の各実施例に係るスラリー別の添加剤濃度に従ったＯＴＤのＲｍｓ値を比較した棒グラフである。
【表２】
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表２および図１２から、スラリーＡの場合には、ＯＴＤの標準偏差が添加剤濃度にほとんど影響を受けないが、スラリーＢの場合には、添加剤の濃度の増加に従って若干の影響を受け、スラリーＣの場合には、添加剤の濃度の増加に従って急激に影響を受けることを知ることができる。したがって、小さいサイズの研磨粒子の場合に、ＣＭＰ工程後のＯＴＤに対するナノトポグラフィ効果に添加剤濃度が大きな影響を及ぼすことを知ることができる。
図１３は、本発明の実施例において、研磨粒子のサイズの影響を説明するためにモデル化した概略図である。
図１３を参照すると、ＣＭＰ工程の研磨対象物質である酸化物層（３０）の表面は、酸化物層（３０）が形成されたウェハ（図示せず）表面のナノトポグラフィの影響により、一定の波長を有してピーク領域およびバレー領域が形成されている。酸化物層（３０）と研磨パッド（３４）の間には、研磨粒子（３６ａ、３６ｂ）を含んだスラリーが供給されて研磨工程を遂行するようになる。参照番号「３２」は、陰イオン性添加剤により酸化物層（３０）の表面に形成された添加剤保護層（３２）を示す。
図１３から、大きい研磨粒子（３６ａ）の場合には、添加剤保護層（３２）を通して酸化物層（３０）のピーク領域だけでなくバレー領域でも該研磨粒子が酸化物層（３０）の表面と直接接触するのに対し、小さい研磨粒子（３６ｂ）の場合には、バレー領域では該研磨粒子（３６ｂ）が酸化物層（３０）の表面と直接接触できないようになる。したがって、相対的に大きい研磨粒子を有するスラリーの場合には、ピーク領域およびバレー領域においてすべての研磨工程が順調に進んでＣＭＰ工程後でもＯＴＤがとても小さい値を維持する反面、相対的に小さい研磨粒子を有するスラリーの場合には、ピーク領域では酸化物層（３０）の研磨がよく行われるものの、バレー領域では酸化物層（３０）の研磨がよく行われ得ないから、ＣＭＰ工程後のＯＴＤがとても大きい値に維持されるようになる。
以上の各実施例に対して詳述したが、本発明は、添付される特許請求の範囲の技術的思想範囲内において、多様な変形実施が可能であることは勿論である。
例えば、本実施例では、表面に何のパターンも形成されていないベアウェハに対して記述したが、図３のようにトレンチパターンが形成された半導体基板の表面平坦化段階、または半導体集積回路の製造工程において遂行される各種ＣＭＰ工程に対しても同様に適用し得ることは勿論である。
一方、本実施例では、研磨粒子としてセリア研磨粒子を使用したが、シリカ系研磨粒子等の多様な種類の研磨粒子を使用し得ることは勿論であり、添加剤も陰イオン性添加剤を使用したが、これに限定されずに陽イオン性添加剤等の多様な種類の添加剤を使用し得ることは勿論である。
一方、本実施例では、添加剤の濃度が０．８重量％までとなるスラリーに対して実施したが、１０重量％まででも適切な最適化により実施し得ることは勿論である。しかしながら、添加剤の濃度が１０重量％以上になると、研磨除去速度が著しく減少して望ましくない。研磨粒子のサイズも３種類に対して実験したが、２ｎｍから１０００ｎｍの範囲において適切に最適化して実施し得ることは勿論である。しかしながら、研磨粒子のサイズが２ｎｍ以下である場合には研磨がほとんど遂行されず、１０００ｎｍ以上である場合には被研磨層の表面に深刻なスクラッチを発生させて望ましくない。
一方、酸化物層の研磨深さを３０００Åに設定した本実施例において、ＯＴＤ標準偏差の許容範囲を２５Å以下に管理する場合には、表２から、スラリーＢに対しては添加剤濃度が０．８重量％である場合、スラリーＣの場合には添加剤濃度が０．６重量％、０．８重量％である場合に、望ましくない結果が得られることを知ることができる。
また、本実施例に使用された添加剤以外に多様な添加剤を使用することができ、本実施例とＣＭＰ工程条件を異なるようにしながら最適化されたスラリー組成物を得ることができる。
【産業上の利用の可能性】
本発明によれば、化学機械的研磨用スラリーにおいて、添加剤の濃度を一定に制御された範囲内で添加し、研磨粒子のサイズを一定に制御された範囲内で最適化することにより、ウェハの表面に存在するナノトポグラフィの効果を効果的に補償し得る。したがって、ＣＭＰ工程後でも均一な厚さの酸化物層を得ることができ、半導体素子の信頼性が向上する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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