(57)【要約】【課題】化学的機械的研磨スラリー及びこれを用いる研磨方法において、より均一な化学的機械的研磨ができることである。【解決手段】本発明の化学的機械的研磨スラリーは、脱イオン水に分散された研磨剤を含むスラリーと、スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に調節するように添加される有機物の粘度調節剤とを含む。そして、粘度調節剤は、多価アルコールを含む脂肪酸エステルであることが好ましい。また、研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことが好ましい。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱イオン水に分散された研磨剤を含むスラリーと、
前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤と、
を含むことを特徴とする化学的機械的研磨スラリー。
【請求項２】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項３】
前記脂肪酸エステル粘度調節剤は、グリセロールを含むことを特徴とする請求項２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項４】
前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項５】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項６】
前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項７】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項８】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項９】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１０】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１１】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１２】
脱イオン水に分散されたセリア系研磨剤を含むスラリーと、
前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤と、
を含むことを特徴とする化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１３】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１４】
前記脂肪酸エステル粘度調節剤は、グリセロールを含むことを特徴とする請求項１３に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１５】
前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１６】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１７】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１８】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項１９】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項２０】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨スラリー。
【請求項２１】
ウェーハの研磨対象膜が化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に対面するように前記ウェーハを導入し、
前記研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、前記研磨対象膜を研磨する
ことを特徴とする化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２２】
前記研磨対象膜は、酸化膜または多結晶シリコン膜を含むことを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２３】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２４】
前記脂肪酸エステル粘度調節剤は、グリセロールを含むことを特徴とする請求項２３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２５】
前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２６】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２７】
前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２８】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以下に添加されることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項２９】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３０】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３１】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３２】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項２１に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３３】
半導体基板上にシリコン窒化膜マスクを形成するステップと、
前記シリコン窒化膜マスクに露出される前記半導体基板部分を選択的にエッチングしてトレンチを形成するステップと、
前記トレンチをシリコン酸化膜で埋め込むステップと、
前記半導体基板をシリコン酸化膜が対面するように化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に導入するステップと、
前記研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、前記シリコン窒化膜表面が露出されるように前記シリコン酸化膜を研磨するステップと、
を備えることを特徴とする化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３４】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３５】
前記脂肪酸エステル粘度調節剤は、グリセロールを含むことを特徴とする請求項３４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３６】
前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３７】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３８】
前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項３９】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４０】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４１】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４２】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４３】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることを特徴とする請求項３３に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４４】
半導体基板上にゲートスタックを形成するステップと、
前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記半導体基板上に、前記層間絶縁膜を選択的に露出させるハードマスク膜パターンを形成するステップと、
前記ハードマスク膜パターンを用いて層間絶縁膜をエッチングし、ストレージノードコンタクト領域及びビットラインコンタクト領域を含むランディングプラグコンタクトホールを形成するステップと、
前記半導体基板の露出領域及びランディングプラグコンタクトホールを埋め込む導電物質層を形成するステップと、
前記半導体基板を導電物質層が対面するように化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に導入するステップと、
前記研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、前記ゲートスタック上部表面が露出されるように前記導電物質層を研磨してランディングプラグを形成するステップと、
を備えることを特徴とする化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４５】
前記導電物質層は、多結晶シリコン層を含むことを特徴とする請求項４４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４６】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項４４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４７】
前記脂肪酸エステル粘度調節剤は、グリセロールを含むことを特徴とする請求項４６に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４８】
前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項４４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項４９】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項４４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項５０】
前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことを特徴とする請求項４４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【請求項５１】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることを特徴とする請求項４４に記載の化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に係り、より詳細には、化学的機械的研磨スラリー及びこれを用いる化学的機械的研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高集積化に伴い、均一な平坦度を得るために化学的機械的研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）方法が導入されている。化学的機械的研磨（ＣＭＰ）方法は、半導体素子の製造時に、スラリー状に供給される研磨液の化学反応による研磨と、スラリー及び研磨パッドによる機械的研磨が同時に施され、より高い平坦化度を具現化する工程である。
【０００３】
このような化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）のような素子分離膜形成工程に適用する、または、半導体基板のソースとビットラインまたはドレインとストレージノードを連結するランディングプラグをノード分離する工程に適用される。
【０００４】
図１及び図２は、従来技術による半導体素子の平坦化方法を説明するための図であり、図３乃至図６は、従来技術によるランディングプラグ形成時にノード分離する方法を説明するための図である。
【０００５】
図１及び図２を参照すると、ＳＴＩ工程は、シリコン窒化膜を含むマスク膜パターンを用いて半導体基板中にトレンチを形成し、トレンチを埋め込む埋め込み絶縁膜を形成し、続いて、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行った後、マスク膜パターンを除去し半導体基板の活性領域及び素子分離領域を分離する過程からなることがわかる。この場合、シリコン窒化膜は、研磨終了点として用いられているため、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、シリコン窒化膜に対して相対的に高いシリコン酸化膜に対する研磨選択比を具現することが好ましい。
【０００６】
また、図３乃至図６を参照すると、ランディングプラグをノード分離する工程は、半導体基板上にゲートスタックを形成した後、ゲートスタックを埋め込む層間絶縁膜を形成し、続いて、層間絶縁膜を選択的に除去してゲートスタック間にランディングプラグコンタクトホールを形成し、ランディングプラグコンタクトホールを埋め込む導電物質層を形成した後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、分離されたランディングプラグを形成する過程からなることがわかる。この場合、ゲートスタックのハードマスク膜は研磨終了点として用いられているため、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、ハードマスク膜に対して相対的に高い導電物質層に対する研磨選択比を具現することが好ましい。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，１４９，８３０号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０２５５３１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）時に、研磨速度（polishing rate）が領域別に不均一である、または、研磨選択比が高く具現されないと、研磨不均一による問題につながる。例えば、ウェーハの中心（center）領域が縁（edge）領域よりも除去が速い速度で進行され、研磨終了後にウェーハの中心領域のＳＴＩ残留膜または導電物質層の厚さがウェーハの縁領域に比べて薄くなる恐れがある。この場合、ウェーハの中心領域と縁領域は略５００〜１０００Åの除去量の差を有することになる。
【０００９】
なお、ランディングプラグでは、図５に示すように、研磨終了後にウェーハの中心領域に比べて縁領域のランディングプラグノード分離臨界寸法(ＣＤ；Critical Dimension）の値が小さくなる研磨不均一度現象が発生することがある。このような研磨不均一度は、セリア（ceria、ＣｅＯ2）スラリーのような高選択比スラリーを含む研磨液を用いる場合により深刻化することがある。
【００１０】
これにより、ウェーハまたは半導体基板の中心部分をターゲット(target)として化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程を行うと、図１及び図４に示すように、ウェーハまたは半導体基板１０の中心（center）部分は、埋め込み絶縁膜１４（図１参照）が所望の厚さで形成され、ランディングプラグ４８（図４参照）はノード分離される。しかしながら、ウェーハの縁（edge）部分は、図２に示すように、窒化膜を含むマスク膜パターン１２上に、埋め込み絶縁膜１４’が望まぬ所定厚さに残される。また、ランディングプラグをノード分離する工程の場合、ウェーハの縁部分は、図４に示すように、研磨終了点であるハードマスク膜４２まで研磨が進行されず、導電物質層４６が層間絶縁膜４４上に残り、ランディングプラグがノード分離されないことがありうる。
【００１１】
このような場合、ＳＴＩ工程では、マスク膜パターン１２を除去する時、残っている埋め込み絶縁膜１４’によってマスク膜パターン１２が正しく除去されない不良が発生する恐れがある。なお、埋め込み絶縁膜１４’の厚さが領域別に異なり、これは、後続するトランジスタ素子形成時に不良発生またはトランジスタの動作不良につながる恐れがある。
【００１２】
また、ランディングプラグを分離する工程では、層間絶縁膜４４上に残っている導電物質層４６によってコンタクト間に分離が完全になされず、図６に示すように、ブリッジ（bridge）Ａが発生することがある。
【００１３】
これにより、研磨速度が相対的に遅いウェーハの縁部分をターゲットとして平坦化工程を行う場合、ウェーハの中心部分が過度に研磨され、マスク膜パターンが不適切に過多侵食される、または、除去されつつ脆弱部分（weak point）が発生することがあり、ハードマスク膜もまた過多に除去されながら自己整列コンタクト（ＳＡＣ；Self Alignment Contact）不良が発生することがある。このように、ウェーハの中心部分が過度に研磨されることによってできた脆弱部分において、以降素子の動作時に半導体基板が侵害（attack）を受け、素子の動作特性が低下する恐れがあった。
【００１４】
本発明は上記の問題を解決するためのもので、その目的は、より均一な化学的機械的研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）ができるスラリー組成及びこれを用いる化学的機械的研磨（ＣＭＰ）方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明に係る化学的機械的研磨スラリーは、脱イオン水に分散された研磨剤を含むスラリーと、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明において、前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであり、グリセロールを含むことが好ましい。また、前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることが好ましい。
【００１７】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことが好ましい。また、前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことが好ましい。
【００１８】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることが好ましい。
【００１９】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることができ、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、または、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることが好ましい。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係る化学的機械的研磨スラリーは、脱イオン水に分散されたセリア系研磨剤を含むスラリーと、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明において、前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであり、グリセロールを含むことが好ましい。また、前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることが好ましい。
【００２２】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることが好ましい。
【００２３】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることができ、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、または、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることが好ましい。
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明に係る化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法は、ウェーハの研磨対象膜が化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に対面するように前記ウェーハを導入し、前記研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、前記研磨対象膜を研磨することを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記研磨対象膜は、酸化膜または多結晶シリコン膜を含むことが好ましい。
【００２６】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであり、グリセロールを含むことが好ましい。また、前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることが好ましい。
【００２７】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことが好ましい。また、前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことが好ましい。
【００２８】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることが好ましい。
【００２９】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることができ、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、または、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることが好ましい。
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明に係る化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法は、半導体基板上にシリコン窒化膜マスクを形成するステップと、前記シリコン窒化膜マスクに露出される前記半導体基板部分を選択的にエッチングしてトレンチを形成するステップと、前記トレンチをシリコン酸化膜で埋め込むステップと、前記半導体基板をシリコン酸化膜が対面するように化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に導入するステップと、前記研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、前記シリコン窒化膜表面が露出されるように前記シリコン酸化膜を研磨するステップと、を備えることを特徴とする。
【００３１】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであり、グリセロールを含むことが好ましい。また、前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることが好ましい。
【００３２】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことが好ましい。また、前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことが好ましい。
【００３３】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることが好ましい。
【００３４】
前記粘度調節剤は、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓよりも高く調節するように添加されることができ、前記スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、前記スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ〜２．１４ｍＰａｓに調節するように添加される、または、前記スラリーの粘度を略１．７２ｍＰａｓに調節するように添加されることが好ましい。
【００３５】
上記目的を達成するために、本発明に係る化学的機械的研磨スラリーを用いる研磨方法は、半導体基板上にゲートスタックを形成するステップと、前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成するステップと、前記半導体基板上に、前記層間絶縁膜を選択的に露出させるハードマスク膜パターンを形成するステップと、前記ハードマスク膜パターンを用いて層間絶縁膜をエッチングし、ストレージノードコンタクト領域及びビットラインコンタクト領域を含むランディングプラグコンタクトホールを形成するステップと、前記半導体基板の露出領域及びランディングプラグコンタクトホールを埋め込む導電物質層を形成するステップと、前記半導体基板を導電物質層が対面するように化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に導入するステップと、前記研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、前記スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ〜３．２ｍＰａｓに調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、前記ゲートスタック上部表面が露出されるように前記導電物質層を研磨してランディングプラグを形成するステップと、を備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明において、前記導電物質層は、多結晶シリコン層を含むことができる。
【００３７】
前記粘度調節剤は、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルであり、グリセロールを含むことが好ましい。また、前記粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルであることが好ましい。
【００３８】
前記研磨剤は、セリア系研磨粒子を含むことが好ましい。また、前記研磨剤は、アルミナ系研磨粒子または焼結アルミナ系研磨粒子を含むことが好ましい。
【００３９】
前記粘度調節剤は、スラリーに対して１０ｗｔ％以内に添加されることが好ましい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明による粘度を有するスラリーを用いて化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行うと、研磨対象膜、例えば、導電物質層と研磨パッド間の摩擦係数を減少させ、摩擦される両物質間に存在するスラリー膜の厚さが一定に調節されながら研磨対象膜の除去速度が制御され、均一な研磨プロファイルを形成することが可能になる。
【００４１】
その結果、ランディングプラグ間の分離が完全になされず、ブリッジが発生する従来における問題を防止でき、ハードマスク膜が過度に除去されて自己整列コンタクト不良が起きるのを防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に限定されず、様々な形態に変形できることは明らかである。なお、図面中、多数の層及び領域を明確に表現するためにその厚さを拡大して示し、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の参照符号を付けるものとする。
【００４３】
本発明の実施例は、より均一な化学的機械的研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）ができるスラリー組成及びこれを用いる化学的機械的研磨（ＣＭＰ）方法を提示する。特に、セリア（ＣｅＯ2）系研磨粒子を含むスラリーを好適に用いて、シリコン窒化膜を含むマスク膜パターンと研磨対象膜、例えば、シリコン酸化膜の選択比をより高くしうる研磨方法を提示する。
【００４４】
なお、セリア（ＣｅＯ2）系研磨粒子を含むスラリーを好適に用いて、酸化膜と研磨対象膜、例えば多結晶シリコン層の選択比をより高くしうる研磨方法を提示する。
【００４５】
また、本発明の実施例は、研磨均一度を改善するために、研磨過程中にウェーハの中心部分及び縁部分に供給されたスラリーが、研磨過程中に外部に流出される度合または維持された度合を、スラリー粘度（viscosity）を調整して制御する技術を提示する。
【００４６】
外部に流出されるスラリーの量は、研磨パッドの上から下に加えられる力（hydrostatic pressure）と、これによるスラリーのせん断速度（shear rate）によって変わる。これにより、研磨対象膜と研磨パッドとの間に存在するスラリーの厚さが、領域別に異なってくることがあり、スラリーの厚さが領域別に異なってくると、研磨不均一度は高まってしまう。このような研磨不均一度を防止するために、スラリーの粘度を調節及び制御し、研磨対象膜と研磨パッドとの間のスラリー厚をより均一に保持し、結果として研磨均一度を向上させる技術を提示する。
【００４７】
このようなスラリー厚は、研磨工程中に回転する両物体、例えば、研磨対象膜と研磨パッドとの間にスラリーが存在する環境で、回転運動する上記両物体が接触する形態（Contact Mode）によってウェーハの中心領域と縁領域において異なってくる。
【００４８】
図７は、摩擦係数とハーシー係数との相関関係を説明するための図で、図８は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程でハーシー係数（Hersey number）と摩擦係数の相関関係を示す図である。
【００４９】
図７を参照すると、ハーシー係数が増加するにつれて摩擦係数が減少するということが分かる。ハーシー係数とは、ベアリング（bearing）作動の解析に関する潤滑油と圧力などの関係に関する係数で、運動する物体の速度と運動する両物体間に存在する流体の粘度を乗じた値を、物体に加えられる圧力で除算した値のことをいう。このようなハーシー係数は、運動する両物体間に存在する流体の厚さと比例する特性がある。すなわち、ハーシー係数が大きくなる条件では、運動する両物体間に存在する流体層の厚さは増加し、これにより摩擦係数は小さくなる。
【００５０】
このような摩擦係数とハーシー係数間の相関関係を、実際の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程に適用すると、図８に示すように、ハーシー係数が増加するにつれて摩擦係数が化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程においても減少することがわかる。この時、研磨対象膜と研磨パッド間の接触する形態（Contact Mode）は、部分的に接触する、例えば、固体と流体が混合して作用する形態（Mixed solid-fluid contact）である。接触する形態は、研磨対象膜と研磨パッドの位置によって直接接触する、または、間接接触する形となる。
【００５１】
研磨対象膜と研磨パッドが直接接触すると、研磨メカニズムは、機械的な要因（mechanical factor）に支配的な影響を受ける。研磨対象膜と研磨パッドが直接に接触しない完全潤滑（hydrodynamic lubrication）状態では、機械的な要因よりは腐蝕(erosion)のような化学的な要因（chemical factor）にさらに大きく影響を受けることになる。
【００５２】
したがって、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の進行中に、ハーシー係数を増加させると、研磨対象膜と研磨パッドとの間に存在する研磨スラリー層の厚さをより増加させることができる。これにより、摩擦係数を減少でき、かつ、研磨不均一発生の主な要因とされる機械的な研磨要素を相対的に減少させることが可能になる。その結果、ウェーハ全体領域に対する研磨均一度を有効に増加させることができる。
【００５３】
図９は、研磨スラリー層の厚さによるせん断速度及び粘度変化を説明するための図であり、図１０は、せん断速度による粘度変化を説明するための図である。
【００５４】
図９及び図１０を参照すると、研磨進行中に、研磨対象膜２０と研磨パッド２２間の間隔は、図９に示すように一定でないことがある。これにより、上記両物質間に存在するスラリーの流れであるせん断速度（shear rate）にも違いができる。例えば、研磨対象膜２０を１ｍ／ｓｅｃの速度（ν）で移動した時、すなわち、回転した時、研磨対象膜２０と研磨パッド２２間の間隔が１μｍである部分ａにおいて、せん断速度は１，０００，０００（１／ｓｅｃ）となり、研磨対象膜２０と研磨パッド２２間の間隔が２．５μｍである部分ｂでは、４００，０００（１／ｓ）となる。
【００５５】
すなわち、このような研磨対象膜２０と研磨パッド２２間の間隔が狭いほど、当然、せん断速度は相対的に高くなる。ところで、図１０に示すように、実際に研磨が進行される１，０００，０００（１／ｓ）以上の相対的に高いせん断速度区間では、せん断速度によるスラリー粘度の変化が非常に急激になる。このようにスラリー粘度が急激に増加すると、スラリーによる流動性作用または潤滑作用は大きく減少し、相対的に機械的研磨作用が非常に優勢になることがわかる。
【００５６】
したがって、機械的研磨要素が優勢になる部分では、研磨が相対的に極めて速い速度でなされ、機械的研磨が相対的に劣勢な領域では、相対的に研磨速度が低くなり、これは、実質的にウェーハの中心（center）領域と縁（edge）領域の残留膜厚が異なってくる研磨不均一度現象を招く問題につながる。
【００５７】
従来、ウェーハの中心部分に比べてウェーハの縁部分で研磨が高く発生してきた。このような現象は、以上に説明したように、ウェーハ中心部分で印加される圧力によってウェーハと研磨パッド間の間隔が相対的に狭くなり、これにより、実際スラリーの粘度が研磨過程で急激に増加することから生じるものとされる。したがって、このような研磨不均一の解消に関連し、まず、研磨に印加される圧力の減少及び回転速度の減少を考慮することができ、これに加え、本発明の実施例では、ハーシー係数の相関関係を考慮して研磨スラリーの粘度を相対的に高くして摩擦係数を減少させることができる。
【００５８】
すなわち、本発明では、研磨対象膜と研磨パッド間の研磨スラリーの粘度を調節してハーシー係数を増加させ摩擦係数を減少させることによって、研磨過程中に維持される研磨スラリー膜の厚さを相対的に増加させ、研磨対象膜の除去速度を調節することで、研磨対象膜のプロファイルを制御する。
【００５９】
図１１は、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる場合に、研磨均一度を測定したグラフである。
【００６０】
スラリーの粘度を増加させるために、本発明による化学的機械的研磨（ＣＭＰ）スラリーは、好ましくは、セリア（ＣｅＯ2）系研磨粒子を含む研磨剤と、脱イオン水（ＤＩＷ；deionized water）と、スラリーの粘度を脱イオン水自体粘度よりも上げる粘度調節剤とを含む。ここで、粘度調節剤は、スラリーに供給してスラリーの粘度をより高く調節するもので、有機物質、例えば、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルからなる有機物でありうる。このような有機物は、この場合、スラリーの酸度（ｐＨ）に影響を及ぼさない化学的特性を有することが好ましく、より好ましくは、グリセロールを用いると良い。また、粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステル（fatty acid ester）からなる有機物であっても良い。このようなポリオキシエチレンソルビタンの化学構造は、下記の化１で表される。
【００６１】
【化１】
2007305961.tif 000003
【００６２】
上記の化１で、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはモル分率（molar fraction）であり、このようなモル分率の和（sum）は、２０を越えないことが好ましい。
【００６３】
ここで、研磨剤は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系研磨粒子または焼結された状態（fumed）のアルミニウム酸化物研磨粒子を含むことができる。最も好ましくは、より高いシリコン窒化膜に対する選択比向上のためにセリア系研磨剤を用いる。また、粘度調節剤の含量は、全体スラリーの１０ｗｔ％以内に維持することが好ましい。そして、本発明による化学的機械的研磨（ＣＭＰ）スラリーで研磨剤、脱イオン水（ＤＩＷ）及び粘度調節剤の比率は、体積比で略１：３：３とし、それ以外にｐＨ調節剤、界面活性剤を含む添加剤が含まれても良い。ここで、粘度調節剤は、脱イオン水に対して体積比で０．１％〜１５％程度添加されることが好ましい。
【００６４】
このような粘度調節剤は、スラリーの粘度が０．５ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）となるように添加されれば良い。好ましくは、スラリーの粘度が１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）の範囲となるようにスラリーに粘度調節剤を添加する。このとき、粘度調節剤は、スラリーの粘度が３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）を越えないように添加されることが好ましい。また、このようなスラリーを用いる化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の進行時に、回転数は３０ｒｐｍ〜１１０ｒｐｍ、圧力は１３．８ＫＰａ（２ｐｓｉ）〜４８．３ＫＰａ（７ｐｓｉ）の範囲とすることが好ましい。
【００６５】
このような粘度調節剤を用いてスラリーの粘度を調節した後、酸化膜に対して化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行った際に、除去した酸化膜量を測定した結果データを、図１１に示す。この場合、スラリーの粘度は、いくつかの粘度を分割（split）して設定した。また、研磨剤は、セリア系研磨剤を用いたし、脱イオン水及びグリセロール粘度調節剤を用いて研磨スラリーを製造した。この時、体積比は、１：３：３とした。このような研磨スラリーの相異なる粘度による試験片を用意し、ＳＴＩ形成時と同様にシリコン窒化膜をマスク膜（または、研磨終了点）としたシリコン酸化膜、例えば、ＰＥＴＥＯＳ膜に対して研磨を行った。
【００６６】
図１１を参照すると、研磨スラリーの粘度が１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）の範囲でウェーハの中心部分と縁領域で除去される研磨対象膜が１，５００〜２，０００Åの厚さに均一に研磨されることが測定された。
【００６７】
ここで、図１１は、スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ａ）、１．４３ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ｂ）、１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ｃ）及び２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ｄ）に分割して測定したデータを表す。スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持しながら化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行った測定データ‘Ａ’では、ウェーハの中心部分と縁部分の均一度が非常に不均一に表れた。したがって、スラリーの粘度が１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）よりも低くなると、ウェーハの中心部分が、速い速度で除去されながら研磨不均一度が深化していくと判断され、データで提示しなかった。
【００６８】
次に、スラリーの粘度を１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持しながら化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行ったデータ‘Ｃ’では、均一度が最も良好に測定され、スラリーの粘度を１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）内外に維持した時、例えば、スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持した場合に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）均一度が増加することが把握された。
【００６９】
また、スラリーの粘度を２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持しながら研磨を行ったデータ‘Ｄ’では、ウェーハの中心部分と縁部分における不均一度が微小であり、したがって、スラリーの粘度が２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）よりも高い場合、研磨均一度がかなり実質的に不均一となり、実際工程に適用し難い程度に低下されると予想される。このため、セリア系研磨粒子を含むスラリーにおいて、スラリーの粘度が３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）以上の場合には、図１１のデータ結果に照らし、スラリーの粘度１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）におけるような研磨均一度は得難い。
【００７０】
以下、図面を参照して、上述した化学的機械的研磨（ＣＭＰ）スラリーを用いる化学的機械的研磨方法について説明する。
【００７１】
図１２乃至図１８は、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【００７２】
図１２乃至図１４は、半導体素子のトレンチ形成時に、化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【００７３】
まず、図１２を参照すると、半導体基板１００内にトレンチ１２０を形成する。このため、半導体基板１００上にトレンチ形成領域を定義する窒化膜を含むマスク膜パターン１１０を形成する。次に、マスク膜パターン１１０を用いて半導体基板１００内に所定深さのトレンチ１２０を形成する。ここで、マスク膜パターン１１０は、酸化膜及び窒化膜が積層された二重膜からなる。次に、図示してはいないが、トレンチ１２０上に側壁酸化膜、ライナー窒化膜及びライナー酸化膜を順次的に形成する。
【００７４】
次に、図１３を参照すると、トレンチ１２０を埋め込む埋め込み絶縁膜１３０を形成する。埋め込み絶縁膜１３０は、空間マージンの狭いトレンチ１２０を埋め込むためにトレンチ１２０の内部を一定厚さだけ埋め込んでからエッチングしたのち埋め込む過程を繰り返す蒸着−エッチング−蒸着（ＤＥＤ；Deposition-Etch-Deposition）、または蒸着−エッチング−蒸着−エッチング−蒸着（ＤＥＤＥＤ；Deposition-Etch-Deposition-Etch-Deposition）を用いて形成すれば良い。ここで、埋め込み絶縁膜１３０は、酸化膜、例えば、高密度酸化膜（ＨＤＰ；high density plasma）、ＰＥＴＥＯＳ（plasma enhanced TEOS）酸化膜で形成することが好ましい。
【００７５】
次に、図１４を参照すると、埋め込み絶縁膜１３０が形成された半導体基板１００と、化学的機械的研磨ＣＭＰ装備の研磨パッド（図示せず）とを対面させる。次に、研磨パッド上にセリア（ＣｅＯ2）系研磨粒子を含む研磨剤、脱イオン水（ＤＩＷ）及び粘度調節剤を含み、かつ、当該粘度調節剤によって粘度が０．５ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に調節されたスラリーを供給する。このスラリーを用いて埋め込み絶縁膜１３０に化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行いマスク膜パターン１１０を除去して、トレンチ素子分離膜１４０を形成する。この時、研磨剤は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系研磨粒子または焼結された状態（fumed）の研磨粒子を含むスラリーを用いても良い。最も好ましくは、窒化膜と酸化膜の高選択比のために、セリア（ＣｅＯ2）系研磨粒子を含むスラリーを用いる。
【００７６】
ここで、粘度調節剤は、スラリーの粘度を調節するもので、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルからなる有機物であり、好ましくは、グリセロール（glycerol）を用いる。この時、粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルからなる有機物を用いても良い。
【００７７】
また、粘度調節剤の含量は、全体スラリーの１０ｗｔ％以内に維持することが好ましい。そして、本発明による化学的機械的研磨（ＣＭＰ）スラリーにおいて研磨剤、脱イオン水（ＤＩＷ）及び粘度調節剤の比率は、略１：３：３とし、その他にｐＨ調節剤、界面活性剤を含む添加剤が含まれる。
【００７８】
このような粘度調節剤を用いてスラリーの粘度を変化させながら酸化膜に対して化学的機械的研磨ＣＭＰを行った時、除去した酸化膜量に対するデータを参照すると、図１１に示すように、スラリーの粘度１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）の範囲で、ウェーハの中心部分と縁領域で除去される研磨対象膜が１，５００〜２，０００Åの厚さと均一に研磨されたことがわかる。
【００７９】
ここで、図１１は、スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ａ）、１．４３ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ｂ）、１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ｃ）及び２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）（Ｄ）に分割して測定したデータを表す。スラリーの粘度を１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持しながら化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行ったデータ‘Ａ’の場合には、ウェーハの中心部分と縁部分の均一度が相対的に不均一に表れる。したがって、スラリーの粘度が１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）よりも低くなると、ウェーハの中心部分が、速い速度で除去され研磨不均一度が深化していくと予想され、データを提示しなかった。
【００８０】
次に、スラリーの粘度を１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持しながら化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行ったデータ‘Ｃ’では、均一度が最も良好に測定され、スラリーの粘度を１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）前後に維持する時、例えば、スラリーの粘度を１．４３ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜１．７２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持する場合に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）均一度が増加することがわかった。
【００８１】
また、スラリーの粘度を２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に維持しながら研磨を行ったデータ‘Ｄ’では、ウェーハの中心部分と縁部分の均一度が相対的に不均一に表れ、スラリーの粘度が２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）よりも高いと、研磨均一度が低下することがわかった。したがって、セリア系研磨粒子を含むスラリーにおいてスラリーの粘度が３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）以上の場合には、図１１のデータ結果に照らし、スラリー粘度１．２１ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜２．１４ｍＰａｓ（ｃｐｓ）におけるような研磨均一度は得難い。
【００８２】
このような粘度を有するスラリーを用いて化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行うと、研磨対象膜と研磨パッド間の摩擦係数を減少させ、摩擦される両物質間に存在するスラリー膜の厚さが一定に調節されながら研磨対象膜の除去速度が制御され、均一な研磨プロファイルを形成することが可能になる。
【００８３】
図１５乃至図１８は、ランディングプラグ形成時に、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【００８４】
まず、図１５を参照すると、素子分離膜２０２によって活性領域が設定された半導体基板２００上に、ゲートスタック２１０を形成する。次に、ゲートスタック２１０の両側面にスペーサ膜２１２を形成する。ここで、ゲートスタック２１０は、ゲート絶縁膜２０４、ゲート導電膜２０６及びゲートハードマスク膜２０８を備えてなる。次に、ゲートスタック２１０を埋め込む層間絶縁膜２１４を半導体基板２００の全面に形成する。ここで、層間絶縁膜２１４は、酸化膜またはシリコン酸化膜を含んで形成できる。
【００８５】
図１６を参照すると、半導体基板２００上に層間絶縁膜２１４を選択的に露出させるハードマスク膜パターン２１６を形成する。
【００８６】
具体的に、層間絶縁膜２１４上に、ランディングプラグコンタクトホール形成時に、ハードマスク膜の役割を担うハードマスク用窒化膜を蒸着する。続いて、ハードマスク用窒化膜上に感光膜を塗布及びパターニングしてランディングプラグコンタクトホールの形成される領域を露出させる感光膜パターン（図示せず）を形成する。次に、感光膜パターンをマスクとしてハードマスク用窒化膜をエッチングし、層間絶縁膜２１４を選択的に露出させるハードマスク膜パターン２１６を形成し、感光膜パターンは除去する。
【００８７】
続いて、ハードマスク膜パターン２１６をエッチングマスクとして各ゲートスタック２１０間の層間絶縁膜２１４を除去し、半導体基板２００の活性領域を選択的に露出させるランディングプラグコンタクトホール２２０を形成し、ハードマスク膜パターン２１６は除去する。ランディングプラグコンタクトホール２２０は、以降ストレージノードと連結されるストレージノードコンタクト領域２１８とビットラインと連結されるビットラインコンタクト領域２１９とを含んでなる。
【００８８】
図１７を参照すると、半導体基板２００上に露出されている表面が全て埋め込まれるように導電物質層２２２を蒸着する。ここで、導電物質層２２２は、多結晶シリコン層を含んで形成されることができる。
【００８９】
図１８を参照すると、ゲートスタック２１０間に、分離されたランディングプラグ２２４を形成する。
【００９０】
具体的に、導電物質層２２２が蒸着された半導体基板２００を導電物質層が対面するように化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装備の研磨パッド上に導入する。次に、研磨パッド上に、脱イオン水に分散された研磨剤を含み、かつ、該スラリーの粘度を０．５ｍＰａｓ（ｃｐｓ）〜３．２ｍＰａｓ（ｃｐｓ）に調節するように添加される有機物の粘度調節剤を含むスラリーを供給し、ゲートスタック２１０のゲートハードマスク膜２０８の表面が露出されるまで導電物質層２２２を研磨し、分離されたランディングプラグ２２４を形成する。
【００９１】
この時、研磨剤は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）系研磨粒子または焼結された状態（fumed）の研磨粒子を含むスラリーを用いても良い。最も好ましくは、酸化膜と多結晶シリコン膜の高選択比のためにセリア（ＣｅＯ2）系研磨粒子を含むスラリーを用いる。
【００９２】
ここで、粘度調節剤は、スラリーの粘度を調節するもので、多価アルコール（polyhydric alcohol）を含む脂肪酸エステルからなる有機物であり、好ましくは、グリセロール（glycerol）を用いる。また、粘度調節剤の含量は、全体スラリーの１０ｗｔ％以内に維持することが好ましい。そして、本発明による化学的機械的研磨（ＣＭＰ）スラリーにおいて、研磨剤、脱イオン水（ＤＩＷ）及び粘度調節剤の比率は、略１：３：３とし、その他ｐｈ調節剤、界面活性剤を含む添加剤が含まれる。この時、粘度調節剤は、ポリオキシエチレンソルビタン（polyoxyethylene sorbitan）を含む脂肪酸エステルからなる有機物であっても良い。
【００９３】
このような粘度を有するスラリーを用いて化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行うと、研磨対象膜、例えば、導電物質層２２２と研磨パッド間の摩擦係数を減少させ、摩擦される両物質間に存在するスラリー膜の厚さが一定に調節されながら研磨対象膜の除去速度が制御され、均一な研磨プロファイルを形成することが可能になる。
【００９４】
これにより、ランディングプラグ間の分離が完全になされず、ブリッジが発生する従来における問題を防止でき、ハードマスク膜が過度に除去されて自己整列コンタクト不良が起きるのを防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】従来技術による半導体素子の平坦化方法を説明するための図である。
【図２】従来技術による半導体素子の平坦化方法を説明するための図である。
【図３】従来技術によるランディングプラグ形成時にノード分離する方法を説明するための図である。
【図４】従来技術によるランディングプラグ形成時にノード分離する方法を説明するための図である。
【図５】従来技術によるランディングプラグ形成時にノード分離する方法を説明するための図である。
【図６】従来技術によるランディングプラグ形成時にノード分離する方法を説明するための図である。
【図７】摩擦係数とハーシー係数との相関関係を説明するための図である。
【図８】化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程でハーシー係数と摩擦係数の相関関係を示す図である。
【図９】研磨スラリー層の厚さによるせん断速度及び粘度変化を説明するための図である。
【図１０】せん断速度による粘度変化を説明するための図である。
【図１１】本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる場合、研磨均一度を測定したグラフである。
【図１２】半導体素子のトレンチ形成時に、化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【図１３】半導体素子のトレンチ形成時に、化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【図１４】半導体素子のトレンチ形成時に、化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【図１５】ランディングプラグ形成時に、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【図１６】ランディングプラグ形成時に、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【図１７】ランディングプラグ形成時に、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【図１８】ランディングプラグ形成時に、本発明による化学的機械的研磨スラリーを用いる化学的機械的研磨方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９６】
２０  研磨対象膜、２２  研磨パッド、１００，２００  半導体基板、１１０  マスク膜パターン、１２０  トレンチ、１３０  埋め込み絶縁膜、１４０  トレンチ素子分離膜、２０２  素子分離膜、２０４  ゲート絶縁膜、２０６  ゲート導電膜、２０８  ゲートハードマスク膜、２１０  ゲートスタック、２１２  スペーサ膜、２１４  層間絶縁膜、２１６  ハードマスク膜パターン、２１８  ストレージノードコンタクト領域、２１９  ビットラインコンタクト領域、２２０  ランディングプラグコンタクトホール、２２２  導電物質層、２２４  ランディングプラグ。
【図１】
2007305961.tif 000004
【図２】
2007305961.tif 000005
【図３】
2007305961.tif 000006
【図４】
2007305961.tif 000007
【図７】
2007305961.tif 000008
【図８】
2007305961.tif 000009
【図９】
2007305961.tif 000010
【図１０】
2007305961.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
2007305961.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
2007305961.tif 000015
【図１５】
2007305961.tif 000016
【図１６】
2007305961.tif 000017
【図１７】
2007305961.tif 000018
【図１８】
2007305961.tif 000019
【図５】
2007305961.tif 000020
【図６】
2007305961.tif 000021