專利名稱：半導體基板用研磨液組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體基板用研磨液組合物、使用該半導體基板用研磨液組合物的半導體基板的研磨方法以及具有利用該研磨方法的研磨工序的半導體裝置的制造方法。
背景技術：
為了降低設備制造和運輸?shù)某杀?，通常希望將半導體基板用研磨液組合物制造為高濃度產品，使用時稀釋到規(guī)定濃度后使用，但是由于濃度越高，越易凝聚和沉降，所以要求分散穩(wěn)定性更優(yōu)良的研磨液組合物。
尤其在研磨液組合物中廣泛用作研磨材料的二氧化鈰(氧化鈰)粒子由于其比重較大，約為7.3g/cm3，所以本來就易于沉降。另外為了賦予平坦化性能而加入的添加劑具有促進二氧化鈰粒子凝聚，加速沉降，從而降低分散穩(wěn)定性的趨勢。其結果，在研磨液組合物的供給配管中產生沉降和過濾器的堵塞，成為使劃痕增加的原因。
作為不易使二氧化鈰粒子沉降的技術，已知選擇聚丙烯酸類共聚物作為添加劑的方案(日本專利申請?zhí)亻_2000-17195號公報)。但是，就該研磨液組合物而言，由于共聚物的加入量很少，當對具有凹凸高低差的被研磨面進行研磨時，不僅會研磨凸部而且會研磨凹部，因此會產生凹陷，不能獲得平坦的半導體基板。
另一方面，近年來，在半導體領域也正在向高度集成化和高速化方面發(fā)展，特別是在高度集成化方面，要求布線越來越微細。其結果，在半導體基板的制造工藝中，要求減小光刻膠曝光時的焦深，更進一步提高表面的平坦性。另外，如果向高度集成化和微細化方面發(fā)展，則由于研磨后的晶片表面上存在缺陷(defect)而產生電路斷開等，從而降低優(yōu)質芯片的產率，所以進一步要求減少缺陷。
在所述半導體基板的制造工序中，例如在布線形成工序或嵌入元件分離工序中，在基板上由于形成有布線或嵌入用的溝槽，因而存在許多具有各種寬度的微細的凹凸，要求使這些凹凸高低差平坦化和減少缺陷。
在研磨該基板表面上的凹凸高低差時，如果使用僅含有研磨材料的研磨液組合物，則凸部被迅速研磨，但同時凹部也被研磨，所以存在的問題是為了使雙方實質上變得平坦，既要耗費時間，又必須研磨大量的被研磨面的構件。
對于以上的問題，在現(xiàn)有技術中，人們嘗試了通過加入天冬氨酸等低分子添加劑來提高平坦化性能(例如，日本專利申請?zhí)亻_2001-7059號公報)。

發(fā)明內容
即，本發(fā)明涉及[1]半導體基板用研磨液組合物，其含有二羥基乙基甘氨酸、二氧化鈰粒子、分散劑和水性介質，該研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％，分散劑的含量為0.001～1.0重量％。
半導體基板用研磨液組合物，其是通過混合二羥基乙基甘氨酸、二氧化鈰粒子、分散劑和水性介質而得到的，其中，該研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％，分散劑的含量為0.001～1.0重量％。
半導體基板的研磨方法，其包含下述工序將由上述[1]或[2]記載的半導體基板用研磨液組合物稀釋而得到的溶液以每分鐘向每平方厘米的被研磨基板供應0.01～10g的供給速度供給至所述被研磨基板。
半導體裝置的制造方法，其具有用上述[3]記載的研磨方法對被研磨基板進行研磨的工序。
具體實施例方式
在上述特開2001-7059號公報記載的研磨液組合物中，上述二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性不充分，并且沒有提示有效的改善方法。本發(fā)明涉及半導體基板用研磨液組合物，其具有優(yōu)良的二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性，可以制造質量穩(wěn)定的高濃度產品，稀釋后使用時可賦予凸部選擇研磨性能，并且不易受凹凸圖案的密度或大小的影響，即能夠以較少的研磨量迅速地實現(xiàn)圖案依賴性小的高度平坦化，而且可以降低研磨后的缺陷；本發(fā)明還涉及使用該半導體基板用研磨液組合物的半導體基板的研磨方法以及具有利用該研磨方法進行研磨的工序的半導體裝置的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供半導體基板用研磨液組合物，其具有優(yōu)良的二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性，可以制造質量穩(wěn)定的高濃度產品，稀釋后使用時可賦予凸部選擇研磨性能，并且不易受凹凸圖案的密度或大小的影響，即能夠以較少的研磨量迅速地實現(xiàn)圖案依賴性小的高度平坦化，而且可以降低研磨后的缺陷；還可以提供使用該半導體基板用研磨液組合物的半導體基板的研磨方法以及具有利用該研磨方法進行研磨的工序的半導體裝置的制造方法。
通過下述說明，可以清楚地了解本發(fā)明的上述優(yōu)點以及其它優(yōu)點。
本發(fā)明的半導體基板用研磨液組合物(以下有時僅稱“研磨液組合物”)正如上面所敘述的那樣，是含有二羥基乙基甘氨酸、二氧化鈰粒子、分散劑和水性介質的半導體基板用研磨液組合物，并且是該研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％、分散劑的含量為0.001～1.0重量％的研磨液組合物。本發(fā)明因為具有這樣的構成，所以產生出如下的效果二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性優(yōu)良，可以制造質量穩(wěn)定的高濃度產品，稀釋后使用時可賦予凸部選擇研磨性能，并且不易受凹凸圖案的密度或大小的影響，即能夠以較少的研磨量迅速地實現(xiàn)圖案依賴性小的高度平坦化。
本發(fā)明的研磨液組合物表現(xiàn)出高的平坦化性能，而且二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性優(yōu)良的理由可推測是由于二氧化鈰粒子和二羥基乙基甘氨酸共存而產生如下的機理。
由于二羥基乙基甘氨酸在其分子內均衡良好地存在陰離子基、陽離子基、非離子基，所以可推測即使吸附在二氧化鈰粒子上也不會大幅度地降低粒子的ζ-電位和親水性，另外，不易影響分散劑的效果。此外由于二氧化鈰粒子間沒有如高分子化合物那樣的交聯(lián)效果，所以可推測即使以高濃度加入時，二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性也優(yōu)良。
另一方面，在向半導體基板供給研磨液組合物的情況下，二羥基乙基甘氨酸吸附在二氧化鈰粒子的表面和/或被研磨膜表面而形成膜。在表面上形成的膜阻礙二氧化鈰粒子對被研磨膜表面的作用，抑制研磨的進行?？墒?，施加較高的研磨載荷時，二羥基乙基甘氨酸的吸附膜破裂，從而因二氧化鈰粒子能夠作用于被研磨膜表面而使研磨得以進行。所以當對具有凹凸高低差的被研磨膜進行研磨時，由于高的研磨載荷局部地作用于凸部，因此吸附膜破裂而使研磨得以進行，與此相反，凹部的局部載荷較低，受到吸附膜的保護而使研磨不能進行。因此只是凸部有選擇性地受到研磨，凹凸高低差的減少可以有效地進行。
再者，當進行研磨而使凹凸高低差減少時，施加在凸部和凹部的局部載荷便接近于設定載荷。于是，通過預先用設定載荷來設定研磨幾乎不能進行的條件，可以表現(xiàn)出具有如下特征的研磨特性(凸部/平坦化后的研磨選擇比)，即凹凸高低差消除后(平坦化后)，研磨便幾乎不能進行。
其結果，表現(xiàn)出能夠以較少的研磨量迅速地實現(xiàn)圖案依賴性小的高度平坦化的優(yōu)良效果。該效果在半導體基板表面的膜至少含有硅時，尤其含有氧化硅時是明顯的。
(1)研磨液組合物[二氧化鈰粒子]
作為本發(fā)明所使用的二氧化鈰粒子，可以列舉出例如用各種合成法制備的二氧化鈰粒子。作為所述合成法，可以列舉出燒結法、水熱合成法、鹽-催化劑法、氣相法(PSV法)等。其中，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選的是對碳酸鹽、硫酸鹽、草酸鹽等鈰化合物進行燒結而得到氧化鈰(二氧化鈰)的燒結法。
作為二氧化鈰粒子的體積平均粒徑，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選為30nm以上，另外，從二氧化鈰粒子在水性介質中的分散穩(wěn)定性和防止沉降分離的角度考慮，優(yōu)選為1000nm以下。二氧化鈰粒子的體積平均粒徑優(yōu)選為30～1000nm，更優(yōu)選為40～500nm，再優(yōu)選為50～160nm，進一步優(yōu)選為50～140nm。此外，體積平均粒徑是用激光衍射-散射式粒度分布計(堀場制作所制造LA-920)一邊進行超聲波分散，一邊在稀釋的狀態(tài)下進行測量的體積基準的中值粒徑。
另外，作為二氧化鈰粒子的平均一次粒徑(微晶尺寸)，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選為5nm以上，另外，從抑制研磨面上劃傷的產生這一角度考慮，優(yōu)選為100nm以下。上述二氧化鈰粒子的平均一次粒徑優(yōu)選為5～100nm，更優(yōu)選為10～50nm，進一步優(yōu)選為20～40nm。此外，作為二氧化鈰粒子的平均一次粒徑的測定方法，可以列舉出將粒子形狀假定為球狀并根據(jù)用BET法求出的比表面積來進行求算的方法或X射線衍射法。
作為研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量，從制造、運輸成本的角度考慮，為2重量％以上，另外，從二氧化鈰粒子在水性介質中的分散穩(wěn)定性和防止沉降分離的角度考慮，為22重量％以下。因此，上述二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％，優(yōu)選為2～15重量％，更優(yōu)選為2.5～12重量％，進一步優(yōu)選為3～10重量％，再進一步優(yōu)選為3～8重量％。
作為使用時稀釋后的研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選為0.1重量％以上，更優(yōu)選為0.2重量％以上，再優(yōu)選為0.4重量％以上，進一步優(yōu)選為0.5重量％以上。另外，從二氧化鈰粒子在水性介質中的分散穩(wěn)定性和成本的角度考慮，上述二氧化鈰粒子的含量優(yōu)選為8重量％以下，更優(yōu)選為5重量％以下，再優(yōu)選為4重量％以下，進一步優(yōu)選為3重量％以下。因此，使用時上述二氧化鈰粒子的含量優(yōu)選為0.1～8重量％，更優(yōu)選為0.2～5重量％，再優(yōu)選為0.4～4重量％，進一步優(yōu)選為0.5～3重量％。
作為研磨液組合物中的二羥基乙基甘氨酸的含量，從制造、運輸成本的角度考慮，優(yōu)選為0.4重量％以上，另外，從二氧化鈰粒子在水性介質中的分散穩(wěn)定性和防止沉降分離的角度考慮，優(yōu)選為40重量％以下。因此，上述二羥基乙基甘氨酸的含量優(yōu)選為0.4～40重量％，更優(yōu)選為1～20重量％，再優(yōu)選為2～15重量％，進一步優(yōu)選為3～12重量％。
作為使用時稀釋后的研磨液組合物中的二羥基乙基甘氨酸的含量，從平坦化性能的角度考慮，優(yōu)選為0.2重量％以上，且優(yōu)選為10重量％以下。因此，上述二羥基乙基甘氨酸的含量優(yōu)選為0.2～10重量％，更優(yōu)選為0.5～8重量％，進一步優(yōu)選為1～6重量％。
另外，在不損害本發(fā)明效果的范圍內，可以含有其它組分，但是從平坦化性能的角度考慮，二羥基乙基甘氨酸的含量在從本發(fā)明的研磨液組合物中除去水性介質和二氧化鈰粒子之外的組分中優(yōu)選為80重量％以上，更優(yōu)選為90重量％以上，再優(yōu)選為95重量％以上，進一步優(yōu)選為97重量％以上。另外研磨液組合物中的二羥基乙基甘氨酸的含量優(yōu)選為99.9999重量％以下，更優(yōu)選為99.999重量％以下，再優(yōu)選為99.98重量％以下，進一步優(yōu)選為99.97重量％以下。因此，上述含量在研磨液組合物中優(yōu)選為80～99.9999重量％，更優(yōu)選為90～99.999重量％，再優(yōu)選為95～99.98重量％，進一步優(yōu)選為97～99.97重量％。
本發(fā)明的研磨液組合物中，從防止凹陷和減少缺陷的角度考慮，上述二羥基乙基甘氨酸/二氧化鈰粒子的含量比(重量比)優(yōu)選為1/5以上，更優(yōu)選為1/4以上，進一步優(yōu)選為1/3以上。另外，從平坦化速度的角度考慮，優(yōu)選為15/1以下，更優(yōu)選為12/1以下，進一步優(yōu)選為10/1以下。
因此，二羥基乙基甘氨酸/二氧化鈰粒子的含量比(重量比)優(yōu)選為1/5～15/1，更優(yōu)選為1/4～12/1，進一步優(yōu)選為1/3～10/1。
作為分散劑，可以列舉出陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑等表面活性劑；或者丙烯酸共聚物、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物(Pluronic類)等高分子分散劑等。其中，從分散效果的角度考慮，優(yōu)選丙烯酸共聚物，特別優(yōu)選聚丙烯酸或其鹽，作為其重均分子量，優(yōu)選為1000～10000，更優(yōu)選為1000～6000。其中，上述重均分子量是用以下的凝膠滲透色譜法(GPC)測定的值。
<GPC條件>
柱G4000PWXL+G2500PWXL(TOSOH公司制)洗提液0.2M磷酸緩沖劑/CH3CN＝9/1流量1.0ml/min柱溫40℃檢測RI標準物聚丙烯酸換算另外，從獲得適合的分散效果的角度考慮，研磨液組合物中的分散劑的含量為0.001～1.0重量％，優(yōu)選為0.003～0.3重量％，更優(yōu)選為0.005～0.1重量％。
作為使用時稀釋后的研磨液組合物中的分散劑的含量，從分散效果的角度考慮，優(yōu)選為0.005～0.5重量％，更優(yōu)選為0.001～0.1重量％。
另外，從分散效果的角度考慮，作為丙烯酸共聚物的優(yōu)選的鹽，可以列舉出銨鹽、四甲基銨鹽、水溶性胺鹽、鉀鹽等，更優(yōu)選銨鹽。
(水性介質)本發(fā)明中，所謂水性介質是指水、以及可以與水混合的溶劑(醇等)和水形成的混合介質。作為水性介質，優(yōu)選使用離子交換水等水。
作為研磨液組合物中的水性介質的含量，從提高研磨速度的角度以及二氧化鈰粒子在水性介質中的分散穩(wěn)定性和防止沉降分離的角度考慮，優(yōu)選為60～97.599重量％，更優(yōu)選為70～96重量％。
作為使用時稀釋后的研磨液組合物中的水性介質的含量，從提高研磨速度的角度以及二氧化鈰粒子在水性介質中的分散穩(wěn)定性和防止沉降分離的角度考慮，優(yōu)選為80～99.6995重量％，更優(yōu)選為85～99重量％。
(研磨液組合物的制備方法)本發(fā)明的研磨液組合物可以通過將上述的二氧化鈰粒子、二羥基乙基甘氨酸、分散劑、以及根據(jù)需要添加的后述的可選組分混合于水性介質中來制備。其中，從混合時的二氧化鈰粒子的分散穩(wěn)定性這一角度考慮，優(yōu)選的方法是預先制備含有二氧化鈰粒子或含有二氧化鈰粒子和分散劑的水分散體(二氧化鈰漿料)，再將該二氧化鈰漿料和溶解有二羥基乙基甘氨酸的水溶液進行混合并攪拌。另外，可以采用在混合二氧化鈰漿料和二羥基乙基甘氨酸水溶液之前，分別預先將pH調整為設定值之后進行混合的方法；或者混合后將pH調整為設定值的方法。
(二氧化鈰漿料的制備)二氧化鈰漿料可以通過分散處理來進行制備。作為分散處理，可以列舉出使用均相混合機、均化器、超聲波分散機、濕式球磨機等攪拌機進行分散的方法。另外，從二氧化鈰粒子的分散性的角度考慮，在分散處理時，優(yōu)選并用上述分散劑。此外，二氧化鈰漿料的pH優(yōu)選調整為3～10。
接著，優(yōu)選除去像上述那樣得到的二氧化鈰漿料中的粗大粒子。作為除去該粗大粒子的方法，可以列舉出例如分散處理后的離心分離法和過濾器過濾法。
另外，溶解有二羥基乙基甘氨酸的水溶液的pH優(yōu)選調整為3～10。
(可選組分)另外，在本發(fā)明的研磨液組合物中，作為可選組分(添加劑)，也可以混合氯化芐烷銨、氯化芐基銨、1，2-苯異噻唑啉-3-酮、(5-氯-)2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、過氧化氫、次氯酸鹽等防腐劑。此外，還可以混合過氧化物或高錳酸、鉻酸、硝酸、過氧酸或它們的鹽等氧化劑。另外，作為二羥基乙基甘氨酸以外的螯合劑，可以在不損害本發(fā)明效果的范圍內混合乙二胺四乙酸(EDTA)、環(huán)己二胺四乙酸(CyDTA)、次氨基三乙酸(NTA)、羥乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、三乙四胺六乙酸(TTHA)、L-谷氨酸二乙酸(GLDA)、氨基三(亞甲基膦酸)、1-羥基乙叉1，1-二膦酸、乙二胺四(亞甲基膦酸)、二乙三胺五(亞甲基膦酸)、β-丙氨酸二乙酸(β-ADA)、α-丙氨酸二乙酸(α-ADA)、天冬氨酸二乙酸(ASDA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、亞氨基二乙酸(IDA)、羥乙基亞氨基二乙酸(HEIDA)、1，3-丙二胺四乙酸(1，3-PDTA)、蘋果酸、酒石酸、葡糖酸、檸檬酸、天冬氨酸、谷氨酸、氨基乙酸、4-氨基丁酸、精氨酸、酞酸等。這些可選組分也可以與上述二氧化鈰漿料、二羥基乙基甘氨酸水溶液的任何一種混合。
上述的可選組分可以在不損害本發(fā)明效果的范圍內加入，作為該可選組分的量，在研磨液組合物中優(yōu)選為0.001～1.0重量％，更優(yōu)選為0.01～0.5重量％。
(研磨液組合物的pH)作為用上述方法得到的本發(fā)明的研磨液組合物的pH范圍，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選為3～10，更優(yōu)選為4～8，進一步優(yōu)選為4.5～7，再優(yōu)選為5～7，進一步優(yōu)選為5.8～6.5。
上述研磨液組合物的pH可以通過pH調節(jié)劑來調整。作為pH調節(jié)劑，可以列舉出氨、氫氧化鉀、水溶性有機胺、氫氧化季銨鹽等堿性物質；硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸等無機酸以及醋酸、草酸、琥珀酸、羥基乙酸、蘋果酸、檸檬酸、安息香酸等有機酸等酸性物質。
本發(fā)明的研磨液組合物優(yōu)選稀釋后使用。作為稀釋倍率，從制造、運輸成本的角度考慮，優(yōu)選為1.5倍以上，更優(yōu)選為2倍以上，再優(yōu)選為3倍以上，進一步優(yōu)選為4倍以上，另外，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選為20倍以下，更優(yōu)選為15倍以下，再優(yōu)選為10倍以下，進一步優(yōu)選為8倍以下。因此，作為本發(fā)明的研磨液組合物在使用時的稀釋倍率，優(yōu)選為1.5～20倍，更優(yōu)選為2～15倍，再優(yōu)選為2～10倍，進一步優(yōu)選為2～8倍。
作為稀釋方法，可以使用向本發(fā)明的研磨液組合物中加入規(guī)定量的水性介質，并進行攪拌混合的方法。更加具體地講，可以使用如下方法在研磨前取本發(fā)明的研磨液組合物放入罐中，向其中加入規(guī)定量的水性介質并進行攪拌混合的方法、和在研磨過程中向本發(fā)明的研磨液中另外加入水性介質的方法。
(半導體基板)本發(fā)明的研磨液組合物可用于半導體基板的研磨。
對于本發(fā)明的半導體基板，詳細內容后述，但是作為其材質，可以列舉出硅、鋁、鎳、鎢、銅、鉭、鈦等金屬或者類金屬、以及以這些金屬為主要組分的合金；玻璃、玻璃化碳、無定形碳等玻璃狀物質，氧化鋁、二氧化硅、氮化硅、氮化鉭、氮化鈦等陶瓷材料；聚酰亞胺樹脂等樹脂等，然而從表現(xiàn)出有效的平坦化的角度考慮，其中優(yōu)選在基板表面形成了含有硅且具有凹凸高低差形狀的膜的材質。作為含有硅的膜，可以列舉出TEOS(四乙氧基硅烷)、石英、玻璃等氧化硅；BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃Boro-Phospho-Silicate Glass)、PSG(磷硅酸鹽玻璃Phospho-Silicate Glass)等攙雜了磷、硼等元素的氧化硅、氮化硅、多晶硅等。特別是當研磨具有以二氧化硅為主要組分的被研磨膜的半導體基板時，在使用本發(fā)明的研磨液組合物的情況下，可以有效地實現(xiàn)平坦化。
在如BPSG和PSG那樣的攙雜了磷、硼等元素的氧化硅的情況下，要想表現(xiàn)出平坦化性能，與普通的氧化硅膜相比，需要加入更多的添加劑。但是，添加劑濃度越高，由于鹽析效應等，二氧化鈰粒子越易凝聚和沉降，所以更優(yōu)選使用分散穩(wěn)定性更優(yōu)良的本發(fā)明的研磨液組合物。
其中，為了使形狀上具有50～2000nm、優(yōu)選為100～1500nm的凹凸高低差的半導體基板平坦化，使用本發(fā)明的研磨液組合物進行研磨是合適的。凹凸高低差可以用輪廓測定裝置(例如KLA-Tencor公司制造，商品名HRP-100)求出。
特別地，當具有凹凸高低差的半導體基板由相同構件構成時，本發(fā)明的研磨液組合物表現(xiàn)出優(yōu)良的效果，可以迅速地研磨凸部而使之平坦化。
(2)研磨方法作為本發(fā)明的研磨方法，可以列舉出包含如下工序的半導體基板的研磨方法以相對于每1cm2的被研磨基板為0.01～10g/分鐘的供給速度將由上述研磨液組合物稀釋而得到的溶液供給至該基板。
(研磨液組合物的供給速度)從維持高的研磨速度、于短時間內實現(xiàn)平坦化的角度考慮，研磨液組合物(稀釋液)的供給速度相對于每1cm2的被研磨基板為0.01g/分鐘以上，優(yōu)選為0.1g/分鐘以上；另外，從經濟性的角度和廢液處理的角度考慮，該供給速度為10g/分鐘以下，優(yōu)選為5g/分鐘以下。因此，該供給速度為0.01～10g/分鐘，優(yōu)選為0.1～5g/分鐘。
(研磨載荷)作為研磨載荷，從研磨速度的角度考慮，優(yōu)選為5kPa以上，更優(yōu)選為10kPa以上，另外，從被研磨面的平坦化和抑制劃傷的角度考慮，優(yōu)選為100kPa以下，更優(yōu)選為70kPa以下，進一步優(yōu)選為50kPa以下。因此研磨載荷優(yōu)選為5～100kPa，更優(yōu)選為10～70kPa，進一步優(yōu)選為10～50kPa。
作為將研磨液組合物稀釋后形成的溶液，可以使用例如按照上述優(yōu)選的稀釋倍率將上述研磨液組合物稀釋后形成的溶液。
作為使用本發(fā)明的研磨液組合物(稀釋液)的半導體基板的研磨裝置，并沒有特別的限制，可以使用具備夾具和研磨布(研磨墊)的研磨裝置，其中所述夾具用于保持以半導體基板為代表的被研磨物。作為使用該研磨裝置的研磨方法的具體例子，可以列舉出如下的方法將保持上述被研磨物的夾具按壓在貼有有機高分子類的發(fā)泡體、非發(fā)泡體、無紡布狀的研磨布等的研磨盤(platen)上，或者將上述被研磨物夾在貼有研磨布的研磨盤上，向被研磨物表面供給本發(fā)明的研磨液組合物并施加一定的壓力(載荷)，同時使研磨盤或被研磨物移動，由此對被研磨物表面進行研磨。
此外，關于上述研磨液組合物的供給量、研磨載荷以外的研磨條件，沒有特別的限定。
(3)半導體裝置的制造方法存儲器IC、邏輯IC、或者系統(tǒng)LSI等半導體裝置的制造方法通常包含下述工序在以硅為代表的單晶基板(晶片)上形成氧化硅等絕緣膜，在該絕緣膜上配置金屬電極，從而形成晶體管、電阻、電容器、二極管、電容等元件的工序；在上述元件之間形成金屬布線的布線工序；將經過上述工序得到的基板進行芯片化的工序。另外，所謂的“配置金屬電極”包括經過下述工序形成金屬電極的情況在晶片上形成絕緣膜等薄膜，通過平版印刷術形成圖案，再通過雜質擴散形成p型和/或n型區(qū)域等工序。作為絕緣膜元件形成工序和/或布線工序，具體而言，包含嵌入元件分離工序、層間絕緣膜的平坦化工序、嵌入金屬布線的形成工序、嵌入電容器形成工序等。其中，把由形成上述元件的工序和/或在元件之間形成金屬布線的工序得到的元件或元件和布線結合形成的晶片稱為半導體基板。
本發(fā)明的半導體裝置的制造方法具有使用上述研磨液組合物(稀釋液)研磨半導體基板的工序。作為它的例子，可以列舉出具有用上述的研磨方法對被研磨基板進行研磨的工序的半導體裝置的制造方法。
此外，關于研磨墊等研磨條件，可以與上述的研磨方法相同。
具體地說，可以列舉出如下的方法，該方法包括在具有凹凸高低差形狀的半導體基板的上方形成包含硅的薄膜的工序以及研磨該薄膜的研磨工序，其中上述研磨工序包括向研磨墊表面供給含有二氧化鈰粒子、二羥基乙基甘氨酸和分散劑的研磨液組合物，通過CMP(化學機械研磨)使具有凹凸高低差形狀的該薄膜表面平坦化。作為如上所述的方法包括嵌入元件分離工序、層間絕緣膜的平坦化工序、嵌入金屬布線的形成工序、嵌入電容器形成工序等，但是本發(fā)明的制造方法特別適用于嵌入元件分離工序和層間絕緣膜的平坦化工序，優(yōu)選用于存儲器IC、邏輯IC、或者系統(tǒng)LSI等半導體裝置的制造。
實施例下面通過實施例更進一步記載并公開本發(fā)明的方案。這些實施例僅僅是本發(fā)明的例示，并不意味著對本發(fā)明的任何限定。
實施例1～7和比較例1～101.分散穩(wěn)定性評價向表2記載的規(guī)定量的二羥基乙基甘氨酸(CHELEST公司制，Chelest GA)、天冬氨酸(和光純藥工業(yè)公司制)、乙二胺四乙酸(同仁化學公司制，4H)、次氨基三乙酸(CHELEST公司制，Chelest NT)、酞酸(KISHIDA化學公司制)或聚丙烯酸(氨中和度為65mol％，分子量為6000，固體成分為40重量％)中加入離子交換水并使其混合溶解。在攪拌狀態(tài)下向該溶液中再加入表2記載的規(guī)定量的二氧化鈰的水分散體(二氧化鈰固體成分為40重量％，二氧化鈰粒子的平均粒徑為125nm，二氧化鈰粒子的微晶尺寸為28nm，含有0.1重量％的分子量為6000的聚丙烯酸銨鹽作為分散劑)，用氨水(28重量％的氨)(富山藥品工業(yè)公司制)將pH調整為6.0～6.3，獲得實施例1～7和比較例1～10的研磨液組合物。另外，二氧化鈰粒子的平均粒徑是用激光衍射-散射式粒度分布計(堀場制作所制造的LA～920)測量的體積基準的中值粒徑。
使用如上所述制備的研磨液組合物，在以下條件下進行二氧化鈰粒子直徑的測量和分散性試驗。
測量制備后放置1天的研磨液組合物中的二氧化鈰粒子直徑，作為高濃度狀態(tài)的研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的凝聚水平的指標。具體地講，使用微軌跡粒度測量裝置UPA-150(日機裝公司制)，在即將測量前振蕩上述研磨液組合物，使其充分分散后進行測量。測量條件是把二氧化鈰比重設定為7.3，測量時間為2分鐘，連續(xù)重復3次進行測量。二氧化鈰粒子直徑為體積平均粒徑的中值粒徑(D50)的值。
<分散性試驗>
將各個研磨液組合物100ml用磁攪拌器攪拌10分鐘后，在安裝有共同的塞子的比色管(直徑29mm，容量100ml)中在室溫(20～25℃)下靜置，經過一定時間后(1天后，3天后，7天后)，由二氧化鈰粒子沉降所產生的上清夜的分離狀態(tài)來判定分散穩(wěn)定性。判定標準示于表1中，結果示于表2中。
表1

表2

1)剩余組分是除了比較例1以外是離子交換水和氨，在比較例1中是離子交換水。氨是用于調節(jié)pH，其使用量在研磨液組合物中為低于0.001重量％。
2)固體成分濃度3)包含在二氧化鈰漿料中含有的聚丙烯酸鹽。聚丙烯酸和聚丙烯酸鹽在比較例3、4、5、10中不用作分散劑。
4)DHEG表示二羥基乙基甘氨酸。
<分散性試驗結果>
如表2的結果所示，實施例1～7和比較例2的研磨液組合物由于研磨液組合物中的二氧化鈰粒子直徑小，所以沒有看到凝聚，另外，表現(xiàn)出良好的分散穩(wěn)定性。另一方面，比較例1和3～5、7～10的研磨液組合物由于研磨液組合物中的二氧化鈰粒子直徑大，所以可以看到凝聚，另外，在分散穩(wěn)定性方面存在問題。此外，比較例6的研磨液組合物存在不溶物。
2.平坦化性能的評價(1)另外，使用將上述的研磨液組合物用離子交換水稀釋所形成的稀釋品，在以下條件下進行研磨試驗。
<研磨試驗(1)>
1.研磨條件研磨試驗機單面研磨機(產品編號LP～541，Lapmaster SFT公司制造，研磨盤直徑為540mm)研磨墊IC-1000/Sub400(NittaHaas公司制造)研磨盤轉速60rpm磨頭(head)轉速62rpm(旋轉方向與研磨盤相同)研磨載荷40kPa研磨液供給量200ml/min(0.6g/cm2·min)被研磨基板CMP特性評價用市售圖案晶片(patterned wafer)即Sematech864(其獲得方法是在硅基板上用CDV法(化學氣相沉積法)形成膜厚為170nm的氮化硅膜后，通過蝕刻在基板上形成500nm深的圖案，并在該形成了圖案的基板上形成厚600nm的HDP-TEOS(高密度等離子體四乙氧基硅烷)氧化硅膜)或者BPSG膜圖案晶片(其獲得方法是在硅基板上形成370nm深的圖案(與Sematech864形狀相同)，并在該形成了圖案的硅基板上形成厚1000nm的BPSG膜)在上述研磨條件下，進行2分鐘研磨后，通過測量Sematech864或BPSG膜圖案晶片的剩余膜厚來進行評價。具體地講，測量D20、D50、D80圖案部分(D20凸部寬20μm/凹部寬80μm的線寬和間隔(Line&Space)圖案，D50凸部寬50μm/凹部寬50μm的線寬和間隔圖案，D80凸部寬80μm/凹部寬20μm的線寬和間隔圖案)的剩余膜厚，再由這些剩余膜厚的值算出階梯高度(Step Height，凹凸高低差)。其中，術語“線寬和間隔”是指在IC的布線結構等中，在線狀圖案被重復并排的地方的一組線狀圖案的寬度(線寬)和線狀圖案之間的間隔(間隔)。術語“布線間距”是指將布線的線寬和間隔加在一起的尺寸。
Sematech864階梯高度＝凸部剩余膜厚(HDP膜+SiN膜)+Si高低差-凹部剩余膜厚BPSG膜圖案晶片階梯高度＝凸部剩余膜厚+Si高低差-凹部剩余膜厚其中，所述Si高低差表示在硅晶片上形成了圖案的凹部深度。
此次評價中使用的晶片的Si高低差就Sematech864來說是330nm，就BPSG膜圖案晶片來說是370nm。另外，剩余膜厚的測量使用光干涉式膜厚計(DAINIPPON SCREEN MFG.株式會社制，商品名VM-1000)。判定標準示于表3中，結果示于表4中。
表3

表4

※1研磨時間5min※2研磨時間1min<平坦化性能評價結果(1)>
Sematech864在實施例1的稀釋品中，氮化硅膜上的凸部HDP膜消失，氮化硅膜的研磨量也只有一點點。進而獲得了圖案依賴性小的良好的平坦化性能，凹部的HDP剩余膜厚在D20和D80的圖案間的差為150nm以內。此外，即使在比較例1和3的稀釋品中，也與實施例1的稀釋品一樣獲得了良好的平坦化表面。但是，在比較例3的稀釋品中，由于研磨速度下降，研磨2分鐘時還殘留有凸部HDP膜，不能完成目標的平坦化，需要將研磨時間延長為5分鐘。另一方面，在比較例2的稀釋品中，雖然凸部HDP膜消失，但是其下面的氮化硅膜的研磨也有所進行，在D20圖案部分氮化硅膜消失。此外，由于凹部的HDP剩余膜厚的差在D20和D80的圖案間也為250nm以上，所以圖案依賴性大，不能獲得良好的平坦化性能。
BPSG膜圖案晶片在實施例2的稀釋品中，D20、D50、D80各個圖案中的階梯高度為30nm以內，進而獲得了圖案依賴性小的良好的平坦化性能，凹部剩余膜厚在D20和D80的圖案間的差為100nm以內。在比較例4的稀釋品中，雖然凹部剩余膜厚在D20和D80的圖案間的差為100nm以內，具有優(yōu)良的圖案依賴性，但是在D80圖案中階梯高度為137nm，沒有消除高低差。另一方面，在比較例2的稀釋品中，由于2分鐘的研磨就使凸部的BPSG膜完全消失，因此將研磨時間縮短為1分鐘，但是在D20圖案中凸部BPSG膜消失。此外凹部剩余膜厚在D20和D80的圖案間的差也為200nm以上，圖案依賴性大，不能獲得良好的平坦化性能。
3.平坦化性能的評價(2)使用將實施例7、2和比較例10的研磨液組合物用離子交換水按照表5記載的稀釋倍率進行稀釋所形成的稀釋品(稀釋后的組成記載于表5中)，在以下條件下進行研磨試驗(2)。
<研磨試驗(2)>
1.研磨條件研磨試驗機單面研磨機(產品編號EPO222D，荏原制作所社制)研磨墊IC-1000/Sub400(Nitta Haas公司制造)研磨盤轉速100rpm磨頭轉速107rpm(旋轉方向與研磨盤相同)研磨載荷30kPa研磨液供給量200ml/min(0.6g/cm2·min)
被研磨基板CMP特性評價用市售圖案晶片即Sematech864(其獲得方法是在硅基板上用CVD法形成膜厚為150nm的氮化硅膜后，通過蝕刻在基板上形成500nm深的圖案，并在該形成了圖案的基板上形成厚550nm的HDP-TEOS氧化硅膜)或者BPSG膜圖案晶片(其獲得方法是在硅基板上形成350nm深的圖案，并在該形成了圖案的硅基板上形成厚1000nm的BPSG膜)采用下述方法來確定每個研磨液組合物的研磨時間，即通過測量研磨盤的驅動發(fā)動機電流來測量圖案晶片和研磨墊之間的摩擦系數(shù)變化，并檢測研磨終點。
平坦化性能通過測量Sematech864或BPSG膜圖案晶片的剩余膜厚來進行評價。具體地講，測量P25、P50、P100、P250、P500圖案部分(P25凸部寬12.5μm/凹部寬12.5μm的線寬和間隔圖案，P50凸部寬25μm/凹部寬25μm的線寬和間隔圖案，P100凸部寬50μm/凹部寬50μm的線寬和間隔圖案，P250凸部寬125μm/凹部寬125μm的線寬和間隔圖案，P500凸部寬250μm/凹部寬250μm的線寬和間隔圖案)的剩余膜厚，再由這些剩余膜厚的值算出階梯高度(凹凸高低差)。
Sematech864階梯高度＝凸部剩余膜厚(HDP膜+SiN膜)+Si高低差-凹部剩余膜厚BPSG膜圖案晶片階梯高度＝凸部剩余膜厚+Si高低差-凹部剩余膜厚其中，所述Si高低差表示在硅片上形成了圖案的凹部深度。
此次評價中使用的晶片的Si高低差就Sematech864來說是350nm，就BPSG膜圖案晶片來說是350nm。另外，剩余膜厚的測量使用光干涉式膜厚計(KLA Tencor公司制，商品名Aset F5x)。各個圖案的階梯高度的測量結果示于表5中。
表5

(1)剩余組分是離子交換水和氨 注表中數(shù)字小的表示平坦化性能優(yōu)良。
(2)固體成分換算
<平坦化性能評價結果(2)>
可以知道，實施例7的稀釋品和實施例2的稀釋品在任何一種圖案中都具有比比較例10的稀釋品更小的階梯高度的值，從而顯示優(yōu)良的平坦化性能。
4.缺陷的評價再用實施例7、2和比較例10的研磨液組合物的稀釋品(表5中記載)，采用與平坦化性能評價(2)相同的方法進行研磨試驗。但是，作為被研磨基板，使用熱氧化膜的包層晶片(blanket wafer)。進行60秒鐘的研磨后，使用過氧化氫(2％)并用輥刷進行洗滌60秒鐘。缺陷是使用激光式缺陷檢測裝置(KLATencor公司制，商品名SurfscanSP1)，求出每個包層晶片整個面中缺陷的數(shù)量和大小。另外，測量方法是向晶片表面照射激光，由反射光的強度和角度換算缺陷的數(shù)量和大小。
表6中示出了缺陷數(shù)量的結果。
表6表中的數(shù)字缺陷的數(shù)量

<缺陷評價結果>
從上述結果可以知道，對于從檢測裝置的訣竅(recipe)的設定的觀點來看被認為是最現(xiàn)實的0.14μm級的缺陷數(shù)而言，與比較例10的稀釋品相比，在實施例7、2的稀釋品中更少，從而顯示優(yōu)良性能。
由以上結果可知，本發(fā)明的研磨液組合物可以實現(xiàn)高濃度狀態(tài)下的優(yōu)良的分散穩(wěn)定性和沒有圖案依賴性的高度的平坦化、以及研磨后的缺陷減少。
本發(fā)明的半導體基板用研磨液組合物例如可應用于嵌入元件分離工序、層間絕緣膜的平坦化工序、嵌入金屬布線的形成工序、嵌入電容器形成工序等，特別適用于嵌入元件分離膜的形成工序和層間絕緣膜的平坦化工序，優(yōu)選用于存儲器IC、邏輯IC、或者系統(tǒng)LSI等半導體裝置的制造。
以上所述的本發(fā)明顯然就同樣的內容可以變換為多種方式。這樣的多樣性不能看作是背離了發(fā)明的意圖和范圍，對本領域的技術人員來說是顯而易見的所有這些改變，都包含在權利要求書所記載的技術范圍內。
權利要求
1.半導體基板用研磨液組合物，其含有二羥基乙基甘氨酸、二氧化鈰粒子、分散劑和水性介質，該研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％，分散劑的含量為0.001～1.0重量％。
2.如權利要求1記載的半導體基板用研磨液組合物，其中，在除去水性介質和二氧化鈰粒子之外的組分中，二羥基乙基甘氨酸的含量為90～99.999重量％。
3.如權利要求1記載的半導體基板用研磨液組合物，其中，在半導體基板用研磨液組合物中，二羥基乙基甘氨酸的含量為0.4～40重量％。
4.如權利要求1記載的半導體基板用研磨液組合物，其中，以重量計的二羥基乙基甘氨酸與二氧化鈰粒子的含量比，即以重量計的二羥基乙基甘氨酸/二氧化鈰粒子的含量比為1/5～15/1。
5.如權利要求1記載的半導體基板用研磨液組合物，其中，分散劑是選自陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、丙烯酸共聚物、丙烯酸共聚物的鹽和環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物之中的至少一種。
6.如權利要求1記載的半導體基板用研磨液組合物，其中，半導體基板是通過在其表面形成至少含有硅且具有50～2000nm的凹凸高低差形狀的膜而得到的。
7.半導體基板的研磨方法，其包含下述工序將由權利要求1記載的半導體基板用研磨液組合物稀釋而得到的溶液以每分鐘向每平方厘米的被研磨基板供應0.01～10g的供給速度供給至所述被研磨基板。
8.如權利要求7記載的半導體基板的研磨方法，其中，在5～100kPa的研磨載荷下按壓研磨墊以對被研磨基板進行研磨。
9.半導體裝置的制造方法，其具有用權利要求7記載的研磨方法對被研磨基板進行研磨的工序。
10.半導體裝置的制造方法，其包含下述工序在單晶基板上形成絕緣膜，并在該絕緣膜上配置金屬電極的元件形成工序；在所述元件之間形成金屬布線的布線工序；和將經過上述工序得到的基板進行芯片化的工序；其中，元件形成工序和/或布線工序包含用權利要求7記載的研磨方法對被研磨基板進行研磨的工序。
11.半導體基板用研磨液組合物，其是通過混合二羥基乙基甘氨酸、二氧化鈰粒子、分散劑和水性介質而得到的，其中，該研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％，分散劑的含量為0.001～1.0重量％。
12.半導體基板的研磨方法，其包含下述工序將由權利要求11記載的半導體基板用研磨液組合物稀釋而得到的溶液以每分鐘向每平方厘米的被研磨基板供應0.01～10g的供給速度供給至所述被研磨基板。
13.如權利要求12記載的半導體基板的研磨方法，其中，在5～100kPa的研磨載荷下按壓研磨墊以對被研磨基板進行研磨。
14.半導體裝置的制造方法，其具有用權利要求12記載的研磨方法對被研磨基板進行研磨的工序。
15.半導體裝置的制造方法，其包含下述工序在單晶基板上形成絕緣膜，并在該絕緣膜上配置金屬電極的元件形成工序；在所述元件之間形成金屬布線的布線工序；和將經過上述工序得到的基板進行芯片化的工序；其中，元件形成工序和/或布線工序包含用權利要求12記載的研磨方法對被研磨基板進行研磨的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供了半導體基板用研磨液組合物，其含有二羥基乙基甘氨酸、二氧化鈰粒子、分散劑和水性介質，該研磨液組合物中的二氧化鈰粒子的含量為2～22重量％，分散劑的含量為0.001～1.0重量％。本發(fā)明還提供了使用該研磨液組合物的半導體基板的研磨方法以及具有利用該研磨方法進行研磨的工序的半導體裝置的制造方法。該研磨液組合物例如可應用于嵌入元件分離工序、層間絕緣膜的平坦化工序、嵌入金屬布線的形成工序、嵌入電容器形成工序等，特別適用于嵌入元件分離膜的形成工序和層間絕緣膜的平坦化工序，優(yōu)選用于存儲器IC、邏輯IC、或者系統(tǒng)LSI等半導體裝置的制造。
文檔編號H01L21/304GK1948418SQ20061014166
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權日2005年10月14日
發(fā)明者米田康洋, 代田真美, 能條治輝, 柏原洋文 申請人:花王株式會社