[發明專利]化學機械拋光用漿料以及使用其的基板的拋光方法

有效

• 申請號: 201080051174.0
• 申請日: 2010-11-08
• 公開（公告）號: CN102666760A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 竹越穣;加藤充;岡本知大;加藤晉哉
• 申請（專利權）人: 可樂麗股份有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;C09K3/14;H01L21/3105
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 高旭軼;郭文潔

技術領域

本發明涉及優選用于制造半導體基板的化學機械拋光用漿料，以及使用該漿料的基板的拋光方法。

背景技術

通過構成電路的晶體管、電阻、布線等的微型化所實現的高密度化和高速響應而使半導體電路顯示出高性能。另外，布線的層合可實現半導體電路的更高致密化和更高程度集成。是上述成為可能的半導體制造技術包括淺溝槽隔離、金屬塞和鑲嵌工藝。“淺溝槽隔離”是指晶體管元件隔離，“金屬塞”是指使用具有貫穿層間絕緣膜的結構的金屬進行的三維布線，并且“鑲嵌工藝”是指銅布線的嵌入技術。對于如淺溝槽隔離等的各步驟不可缺少的技術是化學機械拋光。化學機械拋光(以下有時簡寫為“CMP”)常用于淺溝槽隔離、鑲嵌工藝、層間絕緣層形成和金屬塞嵌入的各步驟。這些精細圖案是通過由照相平版印刷步驟形成的抗蝕劑掩模的轉印所形成的。隨著微型化進行，用于平版印刷術的投影透鏡的焦點的深度會變淺，并且因為基板上的凹凸需要小于該深度，所以基板的加工面所需的平整度變高。通過由CMP法將加工面平整化，能夠獲得納米級或原子水平的平整表面，并且由三維布線即層合所獲得的高性能成為可能。CMP目前被引入用于層間絕緣膜的平整化、BPSG膜(摻雜有硼、磷等的氧化硅膜)或淺溝槽隔離區的形成、塞和嵌入金屬布線的形成等。

對于淺溝槽隔離區的形成，CMP用于除去在基板上形成的由氧化硅等制成的多余絕緣膜，并且在上述絕緣膜的下方形成停止膜(stopper?film)以停止拋光。作為停止膜，一般使用氮化硅等，并且該拋光終點能夠通過提高上述絕緣膜和停止膜的拋光速率比來容易地確定。希望通過進行拋光以消除絕緣膜和停止膜的水平(levels)之間的差異而獲得平整的拋光膜。為了獲得平整的拋光膜，進一步希望的是：即使過度地拋光時該拋光也會在停止膜上停止，并且絕緣膜和停止膜的拋光不會進行。

通常已知的是，水溶性有機化合物如聚丙烯酸、其鹽等被添加到CMP用漿料中以便試圖改進在CMP用漿料中研磨粒料的穩定性，控制拋光速率，改進平整度，減少水平的差異，以及抑制因過度拋光所引起的水平上差異的增大(參見專利文獻1和專利文獻2)。

另外，組合使用羧酸聚合物如聚丙烯酸、其鹽等，和聚乙烯吡咯烷酮，陽離子化合物和兩性離子化合物的體系也是已知的(參見專利文獻3)。

另一方面，由選自具有1百萬以上且小于10百萬的重均分子量的聚丙烯酸或其鹽之中的至少一種水溶性聚合物、β-環糊精和膠態硅石組成的CMP用漿料是已知的(參見專利文獻4)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP-B-3672493

專利文獻2：JP-B-3649279

專利文獻3：JP-A-2007-273973

專利文獻4：JP-A-2009-158810。

發明內容

本發明所要解決的技術問題

淺溝槽隔離區通常可以通過下列步驟來形成。

圖1-圖5是分步驟地顯示在半導體器件的生產方法中淺溝槽隔離區的形成步驟的示意性剖視圖。圖1-5顯示在基板(晶片)中形成的半導體器件的一部分。事實上，對于一個基板制備具有淺溝槽隔離區的多個半導體器件，并且通過切割分離成獨立的半導體器件(芯片)。另外，附圖中各部分的尺寸被設定以便有利于理解，并且各部分與各部分之間的尺寸比率并不需要與實際比率匹配。

首先，停止膜3被層合在基板1表面上的氧化絕緣膜2(氧化硅等)上。然后，抗蝕劑模(未顯示)通過照相平版印刷術層合到其上已層合有氧化絕緣膜2和停止膜3的基板1上，在蝕刻后，抗蝕劑模被除去而形成溝槽4(蝕刻部分)(圖1)。通過CVD等層合絕緣膜5(氧化硅等)以填充溝槽4(圖2)。在已層合有絕緣膜5的基板1的CMP中，理想的是平整地拋光停止膜3和絕緣膜5而形成平整的淺溝槽隔離區6(圖3)。

然而，因為停止膜3的部分和溝槽4的部分在高度上有差異(圖1)，因而通過CVD等形成了具有初始水平差D1的絕緣膜5(圖2)。因此，通過之后的CMP在停止膜3和絕緣膜5之間會有問題地形成水平差D2(圖4)。

此外，因為基板具有波紋，因而實際上難以均勻地拋光整個基板。當基板進行拋光以將基板上的整個停止膜3完全露出時，產生下述問題：在早期露出的停止膜3的部分中，填充于溝槽4中的絕緣膜5會被進一步拋光(過度拋光)。在過度拋光的部分中，水平差進一步變大(圖5)。在圖5中，D3顯示由過分拋光引起的水平差的增加量。