JP2003051469A - Ｃｍｐ用スラリー組成物、パターニング方法及び半導体素子 - Google Patents
Ｃｍｐ用スラリー組成物、パターニング方法及び半導体素子Info
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- JP2003051469A JP2003051469A JP2002190234A JP2002190234A JP2003051469A JP 2003051469 A JP2003051469 A JP 2003051469A JP 2002190234 A JP2002190234 A JP 2002190234A JP 2002190234 A JP2002190234 A JP 2002190234A JP 2003051469 A JP2003051469 A JP 2003051469A
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- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
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- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
- B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
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- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 （窒化膜／酸化膜）＞１のエッチング選択比
を有するＣＭＰ用スラリー組成物を提供する。 【解決手段】 本発明は、窒化膜（Nitride）に対し高
い選択比を有し窒化膜（Nitride）に好適なＣＭＰ用ス
ラリー（Slurry）、より詳しくはスラリーにリン酸を添
加することで、窒化膜の研磨速度は増加させ、酸化膜の
研磨速度を減少させて窒化膜が酸化膜より先に研磨され
るようにする窒化膜ＣＭＰ用スラリーである。このよう
な本発明は、高密度、高集積化の半導体素子を製造する
ことができるＣＭＰ工程の技術確保と、新概念のディバ
イスの構造開発をもたらす。
を有するＣＭＰ用スラリー組成物を提供する。 【解決手段】 本発明は、窒化膜（Nitride）に対し高
い選択比を有し窒化膜（Nitride）に好適なＣＭＰ用ス
ラリー（Slurry）、より詳しくはスラリーにリン酸を添
加することで、窒化膜の研磨速度は増加させ、酸化膜の
研磨速度を減少させて窒化膜が酸化膜より先に研磨され
るようにする窒化膜ＣＭＰ用スラリーである。このよう
な本発明は、高密度、高集積化の半導体素子を製造する
ことができるＣＭＰ工程の技術確保と、新概念のディバ
イスの構造開発をもたらす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程の
うち化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishin
g：以下、ＣＭＰと記す）工程に用いられるスラリー（s
lurry）組成物に関し、より詳しくは、シリコン酸化膜
（ＳｉＯ：以下、酸化膜と記す）に対し、より高い選択
比を有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化
窒化膜（ＳｉＯＮ）（以下、シリコン窒化膜とシリコン
酸化窒化膜を通称、窒化膜と記す）が先に研磨される窒
化膜に好適なＣＭＰ用スラリー組成物に関する。
うち化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishin
g：以下、ＣＭＰと記す）工程に用いられるスラリー（s
lurry）組成物に関し、より詳しくは、シリコン酸化膜
（ＳｉＯ：以下、酸化膜と記す）に対し、より高い選択
比を有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化
窒化膜（ＳｉＯＮ）（以下、シリコン窒化膜とシリコン
酸化窒化膜を通称、窒化膜と記す）が先に研磨される窒
化膜に好適なＣＭＰ用スラリー組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在のところ、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に
伴い、チップとウェーハの表面領域の凹凸に対する広域
平坦化技術の重要性がクローズアップされ始めた。前記
の広域平坦化技術の１つであるＣＭＰ工程は、半導体素
子の製造時に用いるリソグラフィー（lithography）を
円滑にするため導入された工程の一種であり、１９８０
年末米国のＩＢＭ社で化学的除去加工と機械的研磨方式
を混合して開発した。
微細パターンを形成するための方法に関心が集中するに
伴い、チップとウェーハの表面領域の凹凸に対する広域
平坦化技術の重要性がクローズアップされ始めた。前記
の広域平坦化技術の１つであるＣＭＰ工程は、半導体素
子の製造時に用いるリソグラフィー（lithography）を
円滑にするため導入された工程の一種であり、１９８０
年末米国のＩＢＭ社で化学的除去加工と機械的研磨方式
を混合して開発した。
【０００３】前記ＣＭＰ工程は、半導体素子が次第に微
細化、高密度化及び多層構造を有するに伴い、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
定部位だけを除去することにより、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もたらす技
術である。より詳しくは、ＣＭＰ用スラリー中の加工物
と反応性の良好な化学物質を利用して化学的に物質を除
去するとともに、超微粒研磨材がウェーハ表面を機械的
に除去加工するものであり、ウェーハ全面と回転する弾
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。
細化、高密度化及び多層構造を有するに伴い、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
定部位だけを除去することにより、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もたらす技
術である。より詳しくは、ＣＭＰ用スラリー中の加工物
と反応性の良好な化学物質を利用して化学的に物質を除
去するとともに、超微粒研磨材がウェーハ表面を機械的
に除去加工するものであり、ウェーハ全面と回転する弾
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】
【発明が解決しようとする課題】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２５０Ｍ
Ｈｚ以上で高密度、高集積化のための必須の要素であ
る。現在一般に用いるＣＭＰ用スラリーは酸化膜ＣＭＰ
用スラリーであり、酸化膜が窒化膜より２倍以上速く研
磨される特性があるので、窒化膜をエッチング防止膜
（stopping layer）に用いて酸化膜を研磨する。前記酸
化膜ＣＭＰ用スラリーは、窒化膜／酸化膜の選択比が
０.５以下である。しかし、従来、酸化膜ＣＭＰ用スラ
リーをダマシン金属ゲート工程に利用して窒化膜を研磨
する場合は、酸化膜の研磨速度が窒化膜に比べて速いた
め、層間絶縁膜（interlayer dielectric layer）に用
いる酸化膜のディッシング（dishing）現象が甚だしく
発生するので、後続するフォトリソグラフィー又はエッ
チング工程に良くない影響を及ぼし、ＣＭＰ工程を利用
したバリヤー窒化膜の膜形成が不可能になる。したがっ
て、基板が酸化膜でパターニングされた状態で蒸着され
た窒化膜を、従来の酸化膜ＣＭＰ用スラリーを利用して
研磨する工程は不可能である。
在メモリ半導体６４Ｍ以上及び非メモリ半導体２５０Ｍ
Ｈｚ以上で高密度、高集積化のための必須の要素であ
る。現在一般に用いるＣＭＰ用スラリーは酸化膜ＣＭＰ
用スラリーであり、酸化膜が窒化膜より２倍以上速く研
磨される特性があるので、窒化膜をエッチング防止膜
（stopping layer）に用いて酸化膜を研磨する。前記酸
化膜ＣＭＰ用スラリーは、窒化膜／酸化膜の選択比が
０.５以下である。しかし、従来、酸化膜ＣＭＰ用スラ
リーをダマシン金属ゲート工程に利用して窒化膜を研磨
する場合は、酸化膜の研磨速度が窒化膜に比べて速いた
め、層間絶縁膜（interlayer dielectric layer）に用
いる酸化膜のディッシング（dishing）現象が甚だしく
発生するので、後続するフォトリソグラフィー又はエッ
チング工程に良くない影響を及ぼし、ＣＭＰ工程を利用
したバリヤー窒化膜の膜形成が不可能になる。したがっ
て、基板が酸化膜でパターニングされた状態で蒸着され
た窒化膜を、従来の酸化膜ＣＭＰ用スラリーを利用して
研磨する工程は不可能である。
【０００５】本発明の目的は、（窒化膜／酸化膜）＞１
のエッチング選択比を有するＣＭＰ用スラリー組成物
と、この組成物を利用したＣＭＰ方法を利用したパター
ニング方法、この方法で得られる半導体素子を提供する
ことにある。
のエッチング選択比を有するＣＭＰ用スラリー組成物
と、この組成物を利用したＣＭＰ方法を利用したパター
ニング方法、この方法で得られる半導体素子を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、リン酸を利
用してスラリーのｐＨを変化させ酸化膜と窒化膜の研磨
速度に差を誘発させることにより、酸化膜に対し、より
高い選択比を有する窒化膜に好適なＣＭＰ用スラリー組
成物を提供する。
用してスラリーのｐＨを変化させ酸化膜と窒化膜の研磨
速度に差を誘発させることにより、酸化膜に対し、より
高い選択比を有する窒化膜に好適なＣＭＰ用スラリー組
成物を提供する。
【０００７】請求項１に記載の発明は、研磨材（abrasi
ve）及びリン酸を含むことを特徴とするＣＭＰ用スラリ
ー組成物である。
ve）及びリン酸を含むことを特徴とするＣＭＰ用スラリ
ー組成物である。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用スラリー組成物において、全体のｐＨは１〜
５であることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、全
体のｐＨは１〜３であることを特徴とする。請求項４に
記載の発明は、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成
物において、全体のｐＨは１〜２であることを特徴とす
る。
のＣＭＰ用スラリー組成物において、全体のｐＨは１〜
５であることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、全
体のｐＨは１〜３であることを特徴とする。請求項４に
記載の発明は、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成
物において、全体のｐＨは１〜２であることを特徴とす
る。
【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用スラリー組成物において、総重量に対し、リ
ン酸が０．００４〜２０ｗｔ％含まれていることを特徴
とする。請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、総重量に対し、リン酸
が０．２〜１０ｗｔ％が含まれていることを特徴とす
る。請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のＣＭＰ
用スラリー組成物において、総重量に対し、リン酸が
０．５〜５ｗｔ％が含まれていることを特徴とする。
のＣＭＰ用スラリー組成物において、総重量に対し、リ
ン酸が０．００４〜２０ｗｔ％含まれていることを特徴
とする。請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、総重量に対し、リン酸
が０．２〜１０ｗｔ％が含まれていることを特徴とす
る。請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のＣＭＰ
用スラリー組成物において、総重量に対し、リン酸が
０．５〜５ｗｔ％が含まれていることを特徴とする。
【００１０】請求項８に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用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）及びこれらの混合物でなる群から選択され
ていることを特徴とする。
のＣＭＰ用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）及びこれらの混合物でなる群から選択され
ていることを特徴とする。
【００１１】請求項９に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材は、総
重量に対し０．１〜２０ｗｔ％の比率で含まれているこ
とを特徴とする。請求項１０に記載の発明は、請求項１
に記載のＣＭＰ用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。請求項１１に記載の発明は、請求項１に
記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材
は、コロイド及びヒュームド形態であることを特徴とす
る。
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材は、総
重量に対し０．１〜２０ｗｔ％の比率で含まれているこ
とを特徴とする。請求項１０に記載の発明は、請求項１
に記載のＣＭＰ用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。請求項１１に記載の発明は、請求項１に
記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材
は、コロイド及びヒュームド形態であることを特徴とす
る。
【００１２】請求項１２に記載の発明は、請求項１に記
載のＣＭＰ用スラリー組成物において、緩衝溶液をさら
に含むことを特徴とする。請求項１３に記載の発明は、
請求項１２に記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、
前記緩衝溶液は、ヒドロキシル基（−ＯＨ）を含む化合
物であることを特徴とする。
載のＣＭＰ用スラリー組成物において、緩衝溶液をさら
に含むことを特徴とする。請求項１３に記載の発明は、
請求項１２に記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、
前記緩衝溶液は、ヒドロキシル基（−ＯＨ）を含む化合
物であることを特徴とする。
【００１３】請求項１４に記載の発明は、ＣＭＰ用スラ
リー組成物において、総重量に対しリン酸０．００４〜
２０ｗｔ％をさらに含むことを特徴とするＣＭＰ用スラ
リー組成物である。請求項１５に記載の発明は、請求項
１４に記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、全体の
ｐＨは１〜５であることを特徴とする。
リー組成物において、総重量に対しリン酸０．００４〜
２０ｗｔ％をさらに含むことを特徴とするＣＭＰ用スラ
リー組成物である。請求項１５に記載の発明は、請求項
１４に記載のＣＭＰ用スラリー組成物において、全体の
ｐＨは１〜５であることを特徴とする。
【００１４】請求項１６に記載の発明は、（ａ）シリコ
ン系の窒化膜が形成された半導体基板を用意する段階、
及び（ｂ）請求項１〜１５のいずれかに記載のＣＭＰ用
スラリー組成物を利用し、前記シリコン系の窒化膜をＣ
ＭＰ工程でパターニングする段階を含むことを特徴とす
るパターニング方法である。ここで、「シリコン系の窒
化膜」とは、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸
化窒化膜（ＳｉＯＮ）の少なくともいずれか一方であ
り、両方形成されていてもよい。
ン系の窒化膜が形成された半導体基板を用意する段階、
及び（ｂ）請求項１〜１５のいずれかに記載のＣＭＰ用
スラリー組成物を利用し、前記シリコン系の窒化膜をＣ
ＭＰ工程でパターニングする段階を含むことを特徴とす
るパターニング方法である。ここで、「シリコン系の窒
化膜」とは、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）及びシリコン酸
化窒化膜（ＳｉＯＮ）の少なくともいずれか一方であ
り、両方形成されていてもよい。
【００１５】請求項１７に記載の発明は、請求項１６に
記載のパターニング方法において、前記シリコン系の窒
化膜の下部にシリコン酸化膜を形成する段階をさらに含
むことを特徴とする。請求項１８に記載の発明は、請求
項１６に記載のパターニング方法において、前記方法
は、ダマシン工程又はＳＡＣ工程で採用されることを特
徴とする。
記載のパターニング方法において、前記シリコン系の窒
化膜の下部にシリコン酸化膜を形成する段階をさらに含
むことを特徴とする。請求項１８に記載の発明は、請求
項１６に記載のパターニング方法において、前記方法
は、ダマシン工程又はＳＡＣ工程で採用されることを特
徴とする。
【００１６】請求項１９に記載の発明は、請求項１６〜
１８のいずれかに記載のパターニング方法を用いて得ら
れたことを特徴とする半導体素子である。
１８のいずれかに記載のパターニング方法を用いて得ら
れたことを特徴とする半導体素子である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に対し詳しく説明す
る。本発明では、研磨材とリン酸を含んで、酸化膜と比
較して窒化膜に対してより高い選択比を有するＣＭＰ用
スラリー組成物を提供する。このとき、スラリー組成物
全体のｐＨは１〜５、好ましくはｐＨ１〜３、より好ま
しくはｐＨ１〜２になるようにする。前記ＣＭＰ用スラ
リー組成物に含まれる研磨材の量は、スラリーの総重量
に対し０.１〜２０ｗｔ％、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）はスラ
リーの総重量に対し０.００４〜２０ｗｔ％、好ましく
は０.２〜１０ｗｔ％、より好ましくは０．５〜５ｗｔ
％を添加する。
る。本発明では、研磨材とリン酸を含んで、酸化膜と比
較して窒化膜に対してより高い選択比を有するＣＭＰ用
スラリー組成物を提供する。このとき、スラリー組成物
全体のｐＨは１〜５、好ましくはｐＨ１〜３、より好ま
しくはｐＨ１〜２になるようにする。前記ＣＭＰ用スラ
リー組成物に含まれる研磨材の量は、スラリーの総重量
に対し０.１〜２０ｗｔ％、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）はスラ
リーの総重量に対し０.００４〜２０ｗｔ％、好ましく
は０.２〜１０ｗｔ％、より好ましくは０．５〜５ｗｔ
％を添加する。
【００１８】前記スラリーに含まれる研磨材の量がスラ
リーの総重量に対し０.１ｗｔ％以下の場合は研磨速度
が一定の水準に及ばず、２０ｗｔ％を超過する場合は機
械的な要因によりスクラッチ等の欠陥が誘発され、ま
た、スラリーのコストを高めるという欠点がある。さら
に、リン酸は酸化膜に比べて窒化膜をより速く研磨する
特性を有するので、リン酸を添加して窒化膜のエッチン
グ選択比を高める。前記スラリーにリン酸を添加したと
きのｐＨは１〜５、好ましくはｐＨ１〜３、より好まし
くはｐＨ１〜２になるように維持し、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。
リーの総重量に対し０.１ｗｔ％以下の場合は研磨速度
が一定の水準に及ばず、２０ｗｔ％を超過する場合は機
械的な要因によりスクラッチ等の欠陥が誘発され、ま
た、スラリーのコストを高めるという欠点がある。さら
に、リン酸は酸化膜に比べて窒化膜をより速く研磨する
特性を有するので、リン酸を添加して窒化膜のエッチン
グ選択比を高める。前記スラリーにリン酸を添加したと
きのｐＨは１〜５、好ましくはｐＨ１〜３、より好まし
くはｐＨ１〜２になるように維持し、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。
【００１９】前記リン酸の量がスラリーの総重量に対し
０．００４ｗｔ％以下の場合、望むｐＨを得ることがで
きないだけでなくリン酸による化学的な反応が発生せ
ず、２０ｗｔ％を超過する非常に多量のリン酸が添加さ
れると化学的な要因が大きく作用することになり、ＣＭ
Ｐ工程でないエッチング工程の性格を表して平坦化に良
くない影響を及ぼす。
０．００４ｗｔ％以下の場合、望むｐＨを得ることがで
きないだけでなくリン酸による化学的な反応が発生せ
ず、２０ｗｔ％を超過する非常に多量のリン酸が添加さ
れると化学的な要因が大きく作用することになり、ＣＭ
Ｐ工程でないエッチング工程の性格を表して平坦化に良
くない影響を及ぼす。
【００２０】前記スラリー組成物に添加される研磨材に
は通常の研磨材を利用するが、例えば、酸化セリウム
（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、ジルコニア
（ＺｒＯ 2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）又はシリカ（Ｓｉ
Ｏ2）等を含むものであれば何れも使用可能であり、好
ましくは酸化セリウム（ＣｅＯ2）が含まれた研磨材を
用いる。このときの研磨材の粒子の大きさは一般に１０
０ｎｍ〜５００ｎｍの大きさであり、コロイド（colloi
dal）形態又はヒュームド（fumed）形態に製造するのが
好ましい。前記研磨材の粒子が１００ｎｍ未満であまり
小さければ研磨速度が低下し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
が難しくスクラッチを誘発するためである。
は通常の研磨材を利用するが、例えば、酸化セリウム
（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、ジルコニア
（ＺｒＯ 2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）又はシリカ（Ｓｉ
Ｏ2）等を含むものであれば何れも使用可能であり、好
ましくは酸化セリウム（ＣｅＯ2）が含まれた研磨材を
用いる。このときの研磨材の粒子の大きさは一般に１０
０ｎｍ〜５００ｎｍの大きさであり、コロイド（colloi
dal）形態又はヒュームド（fumed）形態に製造するのが
好ましい。前記研磨材の粒子が１００ｎｍ未満であまり
小さければ研磨速度が低下し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
が難しくスクラッチを誘発するためである。
【００２１】前記のような方法で製造されたスラリー組
成物は、ダマシン金属ゲート（Damascene Metal Gate）
形成工程又はキャパシターコンタクトの形成のためのサ
ック（Self Aligned Contact：以下、ＳＡＣと記す）工
程で、層間絶縁膜に用いられた酸化膜をエッチング停止
膜にし、窒化膜をＣＭＰ法によりパターニングする工程
に適用することができる。さらに、前記研磨する窒化膜
を化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition：以
下、ＣＶＤと記す）で蒸着し、本発明のスラリー組成物
を利用してＣＭＰ工程を行う場合は窒化膜に対するエッ
チング選択比をさらに高めることができる。
成物は、ダマシン金属ゲート（Damascene Metal Gate）
形成工程又はキャパシターコンタクトの形成のためのサ
ック（Self Aligned Contact：以下、ＳＡＣと記す）工
程で、層間絶縁膜に用いられた酸化膜をエッチング停止
膜にし、窒化膜をＣＭＰ法によりパターニングする工程
に適用することができる。さらに、前記研磨する窒化膜
を化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition：以
下、ＣＶＤと記す）で蒸着し、本発明のスラリー組成物
を利用してＣＭＰ工程を行う場合は窒化膜に対するエッ
チング選択比をさらに高めることができる。
【００２２】本発明は、さらに本発明のスラリー組成物
を利用してシリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化
窒化膜（ＳｉＯＮ）をＣＭＰ工程でパターニングする方
法、特に、ダマシン金属ゲート工程及びキャパシター形
成時のＳＡＣ工程に適用する方法を提供する。前記シリ
コン窒化膜又はシリコン酸化窒化膜の下部には、エッチ
ング停止膜の機能を果たすシリコン酸化膜が形成されて
いる。
を利用してシリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化
窒化膜（ＳｉＯＮ）をＣＭＰ工程でパターニングする方
法、特に、ダマシン金属ゲート工程及びキャパシター形
成時のＳＡＣ工程に適用する方法を提供する。前記シリ
コン窒化膜又はシリコン酸化窒化膜の下部には、エッチ
ング停止膜の機能を果たすシリコン酸化膜が形成されて
いる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明す
る。本発明では、以下のようにして、酸化セリウム（Ｃ
ｅＯ2）研磨材が含まれているＨＳ−８００５−Ａ９
（日立化成工業株式会社（Hitachi Chemical Co.,Lt
d.）製）ＣＭＰ用スラリーに脱イオン水（deionized wa
ter）とリン酸を添加して実験に必要な本発明に係るス
ラリー組成物を製造した。
る。本発明では、以下のようにして、酸化セリウム（Ｃ
ｅＯ2）研磨材が含まれているＨＳ−８００５−Ａ９
（日立化成工業株式会社（Hitachi Chemical Co.,Lt
d.）製）ＣＭＰ用スラリーに脱イオン水（deionized wa
ter）とリン酸を添加して実験に必要な本発明に係るス
ラリー組成物を製造した。
【００２４】まず、比較例１でリン酸の添加前のスラリ
ー組成物を製造した。 比較例１．５ｗｔ％の酸化セリウム（ＣｅＯ2）研磨材
が含まれているＨＳ−８００５−Ａ９（同上）ＣＭＰ用
スラリーに脱イオン水を添加して希釈させ、スラリー総
重量に対し酸化セリウムが１ｗｔ％のＣＭＰ用スラリー
１０Ｌを製造した。このときｐＨは８.１９である（図
１参照）。
ー組成物を製造した。 比較例１．５ｗｔ％の酸化セリウム（ＣｅＯ2）研磨材
が含まれているＨＳ−８００５−Ａ９（同上）ＣＭＰ用
スラリーに脱イオン水を添加して希釈させ、スラリー総
重量に対し酸化セリウムが１ｗｔ％のＣＭＰ用スラリー
１０Ｌを製造した。このときｐＨは８.１９である（図
１参照）。
【００２５】次に、実験例１〜６で比較例１で製造した
スラリー組成物にリン酸を所定量ずつ加え、本発明のス
ラリー組成物を製造した。図１には、リン酸の添加量と
ｐHの関係を示した。 実験例１．前記比較例１で製造したスラリーに、スラリ
ー総重量に対しリン酸０．００４ｗｔ％含まれるように
添加した。このとき、ｐＨは５．００である（図１参
照）。 実験例２．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し０．０２ｗｔ％
含まれている。また、このときのｐＨは３．００である
（図１参照）。 実験例３．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し０．２０ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．９７である
（図１参照）。 実験例４．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し０．５０ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．８６である
（図１参照）。 実験例５．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し１．００ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．６７である
（図１参照）。 実験例６．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し５．００ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．１８である
（図１参照）。
スラリー組成物にリン酸を所定量ずつ加え、本発明のス
ラリー組成物を製造した。図１には、リン酸の添加量と
ｐHの関係を示した。 実験例１．前記比較例１で製造したスラリーに、スラリ
ー総重量に対しリン酸０．００４ｗｔ％含まれるように
添加した。このとき、ｐＨは５．００である（図１参
照）。 実験例２．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し０．０２ｗｔ％
含まれている。また、このときのｐＨは３．００である
（図１参照）。 実験例３．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し０．２０ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．９７である
（図１参照）。 実験例４．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し０．５０ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．８６である
（図１参照）。 実験例５．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し１．００ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．６７である
（図１参照）。 実験例６．前記比較例１で製造したスラリーに、リン酸
を添加し、本発明のスラリー組成物を得た。このとき、
リン酸はスラリー組成物の総重量に対し５．００ｗｔ％
含まれている。また、このとき、ｐＨは１．１８である
（図１参照）。
【００２６】実験例７．前記比較例１及び実験例１〜５
で製造した各々のスラリー組成物を高密度プラズマ（Hi
gh Density Plasma：以下、ＨＤＰと記す）酸化膜又は
ドーピングされていないシリケートグラス（Undoped Si
licate Glass：以下、ＵＳＧと記す）酸化膜等の酸化膜
と、プラズマ強化（Plasma Enhanced：ＰＥ）窒化膜又
は低圧力（Low Pressure：ＬＰ）窒化膜等の窒化膜を利
用し、ＣＭＰ工程で窒化膜／酸化膜の研磨選択比を求め
た。このとき、研磨条件はヘッド圧力（head pressur
e）３ｐｓｉとテーブル回転数（table rpm）７０rpmで
あった。その結果、ＬＰＮ／ＨＤＰを用いた場合はリン
酸０．５０ｗｔ％以上、即ち、ｐＨ１．８６以下で窒化
膜／酸化膜研磨選択比が１以上の値を表しており、ＰＥ
Ｎ／ＨＤＰを用いた場合はリン酸が０．００４ｗｔ％、
即ち、ｐＨ５であるとき選択比が１を表しており、ｐＨ
２以下の場合は選択比は２に近い値を得ることができた
（図２参照）。すなわち前記結果に基づき本発明のＣＭ
Ｐスラリーを利用すれば、窒化膜が酸化膜より一層速く
研磨される。図２にその結果をグラフで示した。図２
で、ＰＥＮはプラズマ向上化学気相蒸着法（Plasma Enh
anced Chemical Vapor Deposition）で製造した窒化膜
であり、ＬＰNは低圧力熱化学気相蒸着法（Low Pressur
e Thermal Chemical Vapor Deposition）で製造した窒
化膜であり、ＨＤＰは高密度プラズマ酸化膜（High Den
sity Plasma Oxide）であり、ＵＳＧはドーピングされ
ていないシリケートグラス酸化膜（Undoped Silicate G
lass Oxide）である。また、「３／７０」は、ヘッド圧力
３ｐｓｉ／テーブル回転数７０ｒｐｍの意味である。
で製造した各々のスラリー組成物を高密度プラズマ（Hi
gh Density Plasma：以下、ＨＤＰと記す）酸化膜又は
ドーピングされていないシリケートグラス（Undoped Si
licate Glass：以下、ＵＳＧと記す）酸化膜等の酸化膜
と、プラズマ強化（Plasma Enhanced：ＰＥ）窒化膜又
は低圧力（Low Pressure：ＬＰ）窒化膜等の窒化膜を利
用し、ＣＭＰ工程で窒化膜／酸化膜の研磨選択比を求め
た。このとき、研磨条件はヘッド圧力（head pressur
e）３ｐｓｉとテーブル回転数（table rpm）７０rpmで
あった。その結果、ＬＰＮ／ＨＤＰを用いた場合はリン
酸０．５０ｗｔ％以上、即ち、ｐＨ１．８６以下で窒化
膜／酸化膜研磨選択比が１以上の値を表しており、ＰＥ
Ｎ／ＨＤＰを用いた場合はリン酸が０．００４ｗｔ％、
即ち、ｐＨ５であるとき選択比が１を表しており、ｐＨ
２以下の場合は選択比は２に近い値を得ることができた
（図２参照）。すなわち前記結果に基づき本発明のＣＭ
Ｐスラリーを利用すれば、窒化膜が酸化膜より一層速く
研磨される。図２にその結果をグラフで示した。図２
で、ＰＥＮはプラズマ向上化学気相蒸着法（Plasma Enh
anced Chemical Vapor Deposition）で製造した窒化膜
であり、ＬＰNは低圧力熱化学気相蒸着法（Low Pressur
e Thermal Chemical Vapor Deposition）で製造した窒
化膜であり、ＨＤＰは高密度プラズマ酸化膜（High Den
sity Plasma Oxide）であり、ＵＳＧはドーピングされ
ていないシリケートグラス酸化膜（Undoped Silicate G
lass Oxide）である。また、「３／７０」は、ヘッド圧力
３ｐｓｉ／テーブル回転数７０ｒｐｍの意味である。
【００２７】
【発明の効果】上述のように、本発明はスラリーのｐＨ
を変化させて酸化膜の研磨速度を減少させ、窒化膜の研
磨速度を増加させて酸化膜が先に研磨されることを防
ぎ、高密度、高集積化を達成する半導体素子を製造する
ことができる窒化膜に対し、高い選択比を有する窒化膜
ＣＭＰ用スラリーを提供する。
を変化させて酸化膜の研磨速度を減少させ、窒化膜の研
磨速度を増加させて酸化膜が先に研磨されることを防
ぎ、高密度、高集積化を達成する半導体素子を製造する
ことができる窒化膜に対し、高い選択比を有する窒化膜
ＣＭＰ用スラリーを提供する。
【図１】リン酸（Ｈ3ＰＯ4）の重量比に伴うスラリーの
ｐＨ変化を示す図面である。
ｐＨ変化を示す図面である。
【図２】スラリーのｐＨの変化に伴う窒化膜／酸化膜の
選択比を示す図面である。
選択比を示す図面である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3C047 GG20
5F043 AA37 BB23 DD16
Claims (19)
- 【請求項１】研磨材及びリン酸を含むことを特徴とする
ＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項２】全体のｐＨは１〜５であることを特徴とす
る請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項３】全体のｐＨは１〜３であることを特徴とす
る請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項４】全体のｐＨは１〜２であることを特徴とす
る請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項５】総重量に対し、リン酸が０．００４〜２０
ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項１に記載の
ＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項６】総重量に対し、リン酸が０．２〜１０ｗｔ
％が含まれていることを特徴とする請求項１に記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項７】総重量に対し、リン酸０．５〜５ｗｔ％が
含まれていることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ
用スラリー組成物。 - 【請求項８】前記研磨材は、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ
2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）及びこ
れらの混合物でなる群から選択されていることを特徴と
する請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項９】前記研磨材は、総重量に対し０．１〜２０
ｗｔ％の比率で含まれていることを特徴とする請求項１
に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１０】前記研磨材は、粒子の大きさが１００ｎ
ｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載
のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１１】前記研磨材は、コロイド及びヒュームド
形態であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用
スラリー組成物。 - 【請求項１２】緩衝溶液をさらに含むことを特徴とする
請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１３】前記緩衝溶液は、ヒドロキシル基（−Ｏ
Ｈ）を含む化合物であることを特徴とする請求項１２に
記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１４】ＣＭＰ用スラリー組成物において、総重
量に対しリン酸０．００４〜２０ｗｔ％をさらに含むこ
とを特徴とするＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１５】全体のｐＨは１〜５であることを特徴と
する請求項１４に記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１６】（ａ）シリコン系の窒化膜が形成された
半導体基板を用意する段階、及び（ｂ）請求項１〜１５
のいずれかに記載のＣＭＰ用スラリー組成物を利用し、
前記シリコン系の窒化膜をＣＭＰ工程でパターニングす
る段階を含むことを特徴とするパターニング方法。 - 【請求項１７】前記シリコン系の窒化膜の下部にシリコ
ン酸化膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする
請求項１６に記載のパターニング方法。 - 【請求項１８】ダマシン工程又はＳＡＣ工程で採用され
ることを特徴とする請求項１６に記載のパターニング方
法。 - 【請求項１９】請求項１６〜１８のいずれかに記載のパ
ターニング方法を用いて得られたことを特徴とする半導
体素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| KR2001-38115 | 2001-06-29 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003051469A true JP2003051469A (ja) | 2003-02-21 |
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ID=19711529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002190234A Pending JP2003051469A (ja) | 2001-06-29 | 2002-06-28 | Ｃｍｐ用スラリー組成物、パターニング方法及び半導体素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2003051469A (ja) |
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| JP2006120728A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Fujimi Inc | 窒化シリコン膜選択的研磨用組成物およびそれを用いる研磨方法 |
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| JP2010515245A (ja) * | 2006-12-21 | 2010-05-06 | アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド | 窒化ケイ素の選択的除去のための組成物および方法 |
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| KR100627510B1 (ko) * | 2002-12-30 | 2006-09-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | 나이트라이드용 ｃｍｐ 슬러리 |
| KR100583118B1 (ko) * | 2003-12-19 | 2006-05-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 캐패시터 형성방법 |
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| KR102197402B1 (ko) | 2014-10-14 | 2020-12-31 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 제조 방법 |
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2001
- 2001-06-29 KR KR1020010038115A patent/KR100557600B1/ko not_active IP Right Cessation
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2002
- 2002-01-22 US US10/053,565 patent/US6746314B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-06-28 JP JP2002190234A patent/JP2003051469A/ja active Pending
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