JP2004273547A

JP2004273547A - 研磨速度選択比向上剤

Info

Publication number: JP2004273547A
Application number: JP2003058791A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Hagiwara; 敏也萩原; Taketaka Wada; 雄高和田; Tomohiko Akatsuka; 朝彦赤塚; Tatsuya Sasaki; 達也佐々木
Original assignee: Ebara Corp; Kao Corp
Current assignee: Ebara Corp; Kao Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30
Also published as: WO2004078410A2; WO2004078410A3

Abstract

【課題】窒化珪素膜と酸化珪素膜に対する研磨速度比を安定にかつ低コストに向上させる研磨速度選択比向上剤、該研磨速度選択比向上剤を含有する研磨液組成物、該研磨液組成物と砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用いた窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度の選択比を向上させる方法、該研磨液組成物と前記固定砥粒研磨工具を用いた半導体基体の研磨方法、前記研磨方法を用いた半導体製造装置の製造方法、並びに前記研磨方法に用いる研磨装置を提供すること。
【解決手段】砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用いる研磨液組成物に含有される研磨速度選択比向上剤であって、該研磨速度選択比向上剤が有機カチオン系化合物であり、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる研磨速度選択比向上剤、砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる研磨液組成物であって、該研磨液組成物が前記選択比向上剤を含有する研磨液組成物。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度選択比向上剤に関する。さらに、該研磨速度選択比向上剤を含有する研磨液組成物、該研磨液組成物と砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用いて窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度選択比を向上させる方法、前記研磨液組成物と砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用いた半導体基体の研磨方法、前記研磨方法を用いた半導体製造装置の製造方法、並びに前記研磨方法に用いる研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５ μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体基体の表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）が知られている。
【０００３】
このような化学機械研磨を行う装置（ＣＭＰ装置）は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に研磨対象物を介在させて、研磨パッドの表面に研磨液を供給しつつ、トップリングによって研磨対象物を研磨テーブルに押圧して、研磨対象物の表面を平坦かつ鏡面状に研磨している。
【０００４】
このようなＣＭＰ装置は、例えば半導体デバイスの最下層にトランジスタ回路を形成するための素子分離（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）形成工程に用いられている。図１にトランジスタ形成工程の一例を示す。シリコン基板１上の素子形成領域２に酸化珪素膜３（一般には、ＳｉＯ_２）、次いで窒化珪素膜４（一般には、Ｓｉ_３Ｎ_４）を順次積層して（▲１▼）、これをマスクとして、シリコン基板１をドライエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）して浅いトレンチ５（浅溝部）、すなわち素子分離領域を形成する（▲２▼）。このトレンチ５内に露出しているＳｉ表面（シリコン基板１、酸化珪素膜３及び窒化珪素膜４で構成された表面）を熱酸化して酸化珪素薄膜（図示せず）を形成する。次いでこのトレンチ５に絶縁材料である酸化珪素膜６をＣＶＤにより埋め込む（▲３▼）。トレンチ５の外周表面には余分な酸化珪素膜が残るため、これを研磨により除去し窒化珪素膜４表面を露出させる（▲４▼）。その後、窒化珪素膜４をウェットエッチングにより除去する（▲５▼）。このようにして形成された酸化珪素膜の溝（トレンチ５）を介して素子形成領域２にトランジスタ７を形成する（▲６▼）。
【０００５】
このうちＣＭＰによる研磨工程は、前記▲４▼の段階である。この研磨工程の目的は、窒化珪素膜４上に形成された余分な酸化珪素膜６を完全に除去し、かつ窒化珪素膜４を所定の膜厚まで研磨することにある。残りの窒化珪素膜４はＣＭＰ後の次工程で熱リン酸によりエッチング処理して除去されるが、一般にエッチング処理は時間管理されるため、ＣＭＰ後の窒化珪素膜４の厚さが一定でないと以下のような問題が生じる。例えば、ＣＭＰ後の窒化珪素膜４が厚いと所定時間エッチングしても窒化珪素膜残りが発生し、逆に窒化珪素膜４が薄いとエッチング過剰により下地のシリコン基板１へのダメージを引き起こす。
【０００６】
窒化珪素膜を所定の膜厚まで研磨する場合の問題は、トレンチ部の酸化珪素膜のディッシングが進行しやすくなる点である。ディッシングは窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度比に関係があり、一般に研磨速度比が大きいほどディッシング量が大きくなる。例えば、純水供給下で固定砥粒としてセリアを用いた場合の研磨速度比は、窒化珪素膜／酸化珪素膜＜１／６であり、酸化珪素膜のほうが研磨されやすいためにこの領域のディッシングが進みやすい。従ってディッシング量を抑制しつつ窒化珪素膜を所定厚みまで研磨するには、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる、すなわち窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度比を１：１に近づける必要がある。
【０００７】
また、ＣＭＰ装置の半導体デバイス製造工程への他の適用例として、トランジスタ形成工程の一部であるゲート電極形成工程がある。例えば、図１の▲６▼の段階において、素子形成領域２にトランジスタ７を形成する過程でゲート電極を形成する必要がある。その形成過程でもＣＭＰにより、新たに積層した窒化珪素膜と酸化珪素膜を同時に研磨し、窒化珪素膜の上面部分を完全に除去する場合がある。この場合も前述のＳＴＩ研磨と同様に、ディッシング量を抑制しつつ窒化珪素膜を研磨する必要があり、窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度比を１：１に近づける必要がある。
【０００８】
そこで、酸化珪素膜の研磨速度に対して窒化珪素膜の研磨速度を向上する方法としては、粒径１０ｎｍ以下のシリカとリン酸又はリン酸誘導体を含有する研磨液組成物を用いる方法が知られている（特許文献１参照）。しかし、この研磨液組成物を用いる方法では、研磨速度が遅く、また、研磨速度比の向上も不十分である。
【０００９】
また、特許文献２には、セリア砥粒を含有する砥石と分散剤を添加した加工液によって半導体基体を平坦化する方法が報告されている。この方法は、ポリアクリル酸アンモニウム等の分散剤を添加したアルカリ性の加工液を用いて、砥粒の凝集と研磨速度の低下を抑制することにより酸化珪素膜の平坦化を行うもので、酸化珪素膜の研磨速度に対して窒化珪素膜の研磨速度を向上することよって平坦化することについては述べられていない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１７６７７３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７３９５５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は窒化珪素膜と酸化珪素膜に対する研磨速度比を安定にかつ低コストに向上させることが目的であり、それを達成する研磨速度選択比向上剤を提供する。更に、該研磨速度選択比向上剤を含有する研磨液組成物、該研磨液組成物と砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用いた窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨速度の選択比を向上させる方法、該研磨液組成物と前記固定砥粒研磨工具を用いた半導体基体の研磨方法、前記研磨方法を用いた半導体製造装置の製造方法、並びに前記研磨方法に用いる研磨装置を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、
〔１〕砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用いる研磨液組成物に含有される研磨速度選択比向上剤であって、該研磨速度選択比向上剤が有機カチオン系化合物であり、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる研磨速度選択比向上剤、
〔２〕砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる研磨液組成物であって、該研磨液組成物が前記〔１〕記載の選択比向上剤を含有する研磨液組成物、
〔３〕砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と、前記〔２〕記載の研磨液組成物を用いて、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる方法、
〔４〕砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用い、前記〔２〕記載の研磨液組成物を前記固定砥粒研磨工具の表面に供給して、半導体基体の研磨を行い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させることによって、半導体基体を平坦化する工程を有する半導体基体の研磨方法、
〔５〕砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用い、前記〔２〕記載の研磨液組成物を前記固定砥粒研磨工具の表面に供給して、半導体基体の研磨を行い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させることによって、半導体基体を平坦化する工程を有する半導体装置の製造方法、並びに
〔６〕研磨対象物の半導体基体を保持する基体保持手段と、研磨テーブルと、前記研磨テーブルに装着された、砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と、前記固定砥粒研磨工具における固定砥粒から遊離砥粒を生じさせるためのドレッシング手段と、前記固定砥粒と基体の各回転速度を調整することが可能な速度可変手段と、前記固定砥粒への基体の押圧力を調整することが可能な押圧力可変手段と、前記〔２〕記載の研磨液組成物を前記固定砥粒の表面に供給する供給手段とを備えた研磨装置
に関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明において、研磨速度選択比向上とは、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比（以下、選択比ともいう）を向上させることを意味する（以下、選択比向上ともいう）。従って、本発明の研磨速度選択比向上剤（以下、選択比向上剤と略す）とは、研磨液組成物に含有させ、砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と一緒に用いることにより、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度の比を向上させる作用、具体的には、窒化珪素膜の研磨速度を著しく低下させずに、酸化珪素膜の研磨速度を低減させる作用を有する剤をいう。従って、本発明の選択比向上剤を用いた場合の酸化珪素膜の研磨速度は、砥粒と樹脂を含む固定砥粒研磨工具と純水を用いて研磨した場合の酸化珪素膜の研磨速度を基準（相対研磨速度）として、０．６以下、好ましくは０．５以下、より好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．３以下、もっとも好ましくは０．２以下である。また、窒化珪素膜の研磨速度は、砥粒と樹脂を含む固定砥粒研磨工具と純水を用いて研磨した場合の窒化珪素膜の研磨速度（相対研磨速度）を基準として、０．３以上、好ましくは０．４以上、より好ましくは０．５以上、さらに好ましくは０．６以上、もっとも好ましくは０．８以上であり、また好ましくは４以下、より好ましくは２以下、さらに好ましくは１．５以下である。また、選択比向上剤が向上させる研磨速度の比［（窒化珪素膜の研磨速度）／（酸化珪素膜の研磨速度）］としては、０．２以上であり、０．３以上が好ましく、より好ましくは０．４以上であり、また、好ましくは１．５以下、より好ましくは１．３以下、さらに好ましくは１．１以下である。なお、各膜の研磨速度は、後述の実施例に記載の方法で測定したものである。
【００１４】
本発明で用いられる有機カチオン系化合物は、砥粒、特にセリア砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用いる研磨液組成物に含有させることによって、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度の比を向上させる選択比向上剤として働くものである。
【００１５】
有機カチオン系化合物としては、窒素原子を含有するものが好ましく、さらにアミノ基や第４級アンモニウム基を有する化合物が好ましい。有機カチオン系化合物の分子量は、水溶性の観点から３０〜１００００が好ましく、より好ましくは３０〜１０００、さらに好ましくは３０〜２００、最も好ましくは４０〜１２０である。
【００１６】
アミノ基を有する化合物は１分子中に１個以上のアミノ基を含有していればよく、その数は水溶性の観点から１〜２０が好ましく、より好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜５、最も好ましくは１〜３である。アミノ基を有する化合物の１分子に含まれる炭素原子数と窒素原子数の比（Ｃ／Ｎ比）は、水溶性の観点から１〜２０が好ましく、より好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜６、最も好ましくは１〜４である。また、アミノ基を有する化合物は、１級アミン、２級アミン、３級アミン等のモノアミンと、多価アミンが挙げられる。また、アミノ基以外の官能基、例えば、ＯＨ基やエーテル基等を含有しても良い。
【００１７】
モノアミンとしては、水溶性の観点から炭素数１〜２０のものが好ましく、より好ましくは１〜１０、更に好ましくは１〜６、特に好ましくは１〜４である。具体的には、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ｓｅｃ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ− ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン等の１級アミン、ジメチルアミン、メチルエチルアミン、ジエチルアミン、メチルプロピルアミン、メチルイソプロピルアミン、エチルプロピルアミン、メチルブチルアミン、エチルブチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、エチルヘキシルアミン等の２級アミン、トリメチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジエチルメチルアミン、ジメチルイソプロピルアミン、ジメチルブチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン等の３級アミンが挙げられる。
【００１８】
多価アミンとしては、水溶性の観点から炭素数１〜３０のものが好ましく、より好ましくは２〜２０、更に好ましくは２〜１５、特に好ましくは２〜１０である。具体的には、エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−メチル−１，３− プロパンジアミン、１，５−ジアミノペンタン、２，２−ジメチル−１，３− プロパンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３− プロパンジアミン、Ｎ−イソプロピルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノシクロヘキサン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジミアン、１，７−ジアミノヘプタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，２− プロパンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３− プロパンジアミン、Ｎ，Ｎ，２，２−テトラメチル−１，３− プロパンジアミン、オクタメチレンジミアン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３− ブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４− ブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６− ヘキサンジアミン等のジアミン、ジエチレントリアミン、Ｎ−（３−アミノプロピル）−１，３− プロパンジアミン、３，３’− ジアミノ−Ｎ− メチルジプロピルアミン、スペルミジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、３，３’− イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）、ビス（ヘキサンメチレン）トリアミン、トリエチレンテトラミン、Ｎ，Ｎ’− ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン等の分子内にアミノ基を３個以上有する多価アミンが挙げられる。
【００１９】
また、ＯＨ基を含有するアミン、エーテル基を含有するアミンとしては、水溶性の観点から炭素数１〜３０のものが好ましく、より好ましくは２〜２０、更に好ましくは２〜１５、特に好ましくは２〜１０である。具体的には、モノエタノールアミン、１−アミノプロパノール、３−アミノプロパノール、２−メチルアミノエタノール、２−アミノ−１ブタノール、２−アミノ−２− メチル−１− プロパノール、Ｎ，Ｎ−ジエチルヒドロキシアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、２−エチルアミノエタノール、１−（ジメチルアミノ）−２− プロパノール、３−ジメチルアミノ−１− プロパノール、２−（イソプロピルアミノ）エタノール、２−（ブチルアミノ）エタノール、２−（ｔｅｒｔ− ブチルアミノ）エタノール、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、２−ジメチルアミノ−２− メチル−１− プロパノール、２−（ジイソプロピルアミノ）エタノール、２−（ジブチルアミノ）エタノール、６−ジメチルアミノ−１− ヘキサノール、ジエタノールアミン、２−アミノ−２− メチルプロパンジオール、Ｎ−メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、２−［２−（ジメチルアミノ）エトキシ］エタノール、Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ−ブチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール等のＯＨ基含有アミン、２−メトキシエチルアミン、２−アミノ−１− メトキシプロパン、３−メトキシプロピルアミン、３−エトキシプロピルアミン、３−イソプロポキシプロピルアミン、ビス（２−メトキシエチル）アミン、２，２’− （エチレンジオキシ）ビス（エチルアミン）、４，７，１０− トリオキサ−１，１３−トリデカンジアミン等のエーテル基含有アミンが挙げられる。
【００２０】
他のアミンとしては、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン等の高分子アミンが挙げられる。
【００２１】
また、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジン、ピリジン、ピラジン、ピロール、トリエチレンジアミン、モルホリン、２−アミノピリジン、３−アミノ−１，２，４− トリアゾール等の窒素原子を含有する複素環化合物等も挙げられる。
【００２２】
４級アンモニウム基を有する化合物は１分子中に１個以上の４級アンモニウム基を含有してもよく、その数は水溶性の観点から１〜２０が好ましく、より好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜５、最も好ましくは１〜３である。４級アンモニウム基を有する化合物の炭素数は、水溶性の観点から４〜２０のものが好ましく、より好ましくは４〜１５、更に好ましくは４〜１０、特に好ましくは４〜７である。４級アンモニウム基を有する化合物の１分子に含まれる炭素原子数と窒素原子数の比（Ｃ／Ｎ比）は、水溶性の観点から１〜２０が好ましく、より好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜６、最も好ましくは１〜４である。
【００２３】
具体的には、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、プロピルトリメチルアンモニウム、ブチルトリメチルアンモニウム、ヘキシルトリメチルアンモニウム、オクチルトリメチルアンモニウム、フェニルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、メチルトリブチルアンモニウム、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ− トリメチルアンモニウム、Ｎ−ヒドロキシエチル−Ｎ− ヒドロキシプロピル−Ｎ，Ｎ− ジメチルアンモニウム、Ｎ−（ヒドロキシエチル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ− トリメチルアンモニウムの各水酸化物、メトキシ化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硫酸塩、メチル硫酸塩、硝酸塩、ジメチルリン酸塩、蟻酸塩、酢酸塩が挙げられる。
【００２４】
これらの中で、更に好ましくは、水溶性の観点、選択比向上の観点からメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−メチル−１，３− プロパンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、モノエタノールアミン、６−ジメチルアミノ−１− ヘキサノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、及びテトラメチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、プロピルトリメチルアンモニウム、ブチルトリメチルアンモニウム、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ− トリメチルアンモニウム、Ｎ−ヒドロキシエチル−Ｎ− ヒドロキシプロピル−Ｎ，Ｎ− ジメチルアンモニウム、Ｎ−（ヒドロキシエチル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ− トリメチルアンモニウム等の各水酸化物、メトキシ化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硫酸塩、メチル硫酸塩、硝酸塩、ジメチルリン酸塩、蟻酸塩、酢酸塩である。
これらの中では、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン及びエチレンジアミンが特に好ましい。
【００２５】
本発明の研磨液組成物は前記選択比向上剤を含有したものである。該選択比向上剤の添加量は、酸化珪素膜の研磨速度を選択的に抑制する観点から、研磨液全量に対して、０．００１重量％以上が好ましく、より好ましくは０．００３重量％以上、更に好ましくは０．０５重量％以上、最も好ましくは０．０１重量％以上である。また、窒化珪素膜の研磨速度を維持する観点から、２０重量％以下が好ましく、より好ましくは５重量％以下、更に好ましくは３重量％以下、最も好ましくは１重量％以下である。両者の観点から、０．００１〜２０重量％が好ましく、より好ましくは０．００３〜５重量％、更に好ましくは０．００５〜３重量％、最も好ましくは０．０１〜１重量％以下である。
【００２６】
本発明の研磨液組成物は、さらにｐＨ調整剤を含有していることが好ましい。
ｐＨ調整剤としては、アンモニア、水酸化カリウム等の塩基性化合物や、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の無機酸や蟻酸、酢酸、プロピオン酸、安息香酸等のモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、トリメット酸等の多価カルボン酸、グリコール酸、クエン酸、乳酸、リンゴ酸、グルコン酸、酒石酸等のヒドロキシカルボン酸、メチルホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１− ジホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）等のホスホン酸、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸等のポリアミノカルボン酸等の酸性化合物を使用することができる。これらのｐＨ調整剤は水溶性の高いことが好ましい。この観点から、塩基性化合物としては、好ましくは水酸化カリウムやアンモニアであり、酸性化合物としては、好ましくは無機酸や酢酸、グリコール酸である。また、ｐＨ調整剤の含有量は、選択比向上の観点から、研磨液組成物全量に対して０．００１〜３０重量％が好ましく、より好ましくは０．０１〜２０重量％、更に好ましくは０．１〜１０重量％である。
【００２７】
本発明の研磨液組成物の残部は水である。研磨液組成物中の水の含有量は、選択比向上の観点から研磨液組成物全量に対して５０〜９９．９９９重量％が好ましく、より好ましくは７５〜９９．９９５重量％、更に好ましくは８５〜９９．９９５重量％である。
【００２８】
また、本発明の研磨液組成物は必要に応じて、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、ベンザルコニウムクロライド、ベンゼトニウムクロライド等の殺菌剤、抗菌剤等の他の成分を配合することができる。
【００２９】
尚、前記研磨液組成物中の各成分の濃度は研磨する際の好ましい濃度であるが、該組成物製造時の濃度であってもよい。なお、濃縮液として組成物は製造され、これを使用時に希釈して用いる場合もある。
【００３０】
研磨液組成物のｐＨは、酸化珪素膜の研磨速度を選択的に抑制する観点から２〜９が好ましい。より好ましくはｐＨ２〜８、さらに好ましくは２〜７、更により好ましくは２〜６、特に好ましくは３〜６、最も好ましくは４〜６である。
【００３１】
本発明に用いられる砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具は、微細砥粒を樹脂で保持してパッド状に固めたものである。このパッドは一般に使用されているポリウレタン系の研磨パッドに比べて硬いため、ディッシング抑制等の段差特性に優れている。本発明に用いられる固定砥粒研磨工具としては、平均粒径０．２ μｍ以下の砥粒が樹脂材で結合された固定砥粒パッドが挙げられる。樹脂材としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができるが、特に熱可塑性樹脂が好適である。また、砥粒はｐＨ２〜９の範囲で表面電位がプラスに帯電しているものが望ましく、具体的にはセリア、アルミナ、ジルコニア等が挙げられ、特にセリアが好ましい。
【００３２】
本発明においては、前記固定砥粒研磨工具と、前記選択比向上剤を含有する研磨液組成物とを用いることによって、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度の比を安定にかつ低コストで向上させることができるという優れた効果が発現される。このような効果が発現する理由として、通常の研磨条件下（ｐＨが中性から酸性領域）において、酸化珪素膜の表面はマイナスに、窒化珪素膜の表面はプラスに帯電し、前記有機カチオン系化合物である選択比向上剤が酸化珪素膜表面に選択的に吸着し、酸化珪素膜の研磨速度を抑制するためと推定している。従って、本発明は、前記固定砥粒研磨工具と、前記選択比向上剤を含有する研磨液組成物とを用いて酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる方法を提供するものである。
【００３３】
また、本発明の研磨方法は、前記固定砥粒研磨工具を用い、本発明の研磨液組成物を前記固定砥粒研磨工具の表面に供給して、半導体基体の研磨を行い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させることによって、半導体基体を平坦化する工程を有する。本発明の研磨方法としては、例えば、固定砥粒研磨工具を張り付けた研磨定盤に半導体基体を押圧し、本発明の研磨液組成物を前記研磨パッドの表面に供給しながら、研磨定盤や基体を動かすことにより研磨する方法等があげられる。
【００３４】
本発明の研磨方法を用いることにより、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させることができ、これにより、窒化珪素膜を除去した後の表面の段差が極めて少ない被研磨基板を安定してかつ低コストで得ることができるという優れた効果が発現され、半導体基体を平坦化することができる。
【００３５】
本発明においては、前記研磨方法を半導体装置の製造工程に適用することで、平坦性に優れた半導体装置を製造することができる。したがって、本発明は、半導体装置の製造方法に関する。このような研磨方法の半導体装置の製造工程への適用例としては、素子分離工程において窒化珪素膜上に形成された余分な酸化珪素膜を既存の化学機械研磨法によって除去した後、引き続き化学機械研磨法により窒化珪素膜を所定の膜厚まで研磨する工程が挙げられる。また、トランジスタ形成工程の一部であるゲート電極形成工程において、窒化珪素膜と酸化珪素膜を同時に研磨し、窒化珪素膜の上面部分を完全に除去する工程等が挙げられる。
【００３６】
本発明に使用される窒化珪素膜としては、低圧ＣＶＤ膜、常圧ＣＶＤ膜等を使用することができる。また、酸化珪素膜としては、プラズマＴＥＯＳ膜、常圧ＣＶＤ膜、熱酸化膜等を使用することができる。なお、窒化珪素膜、酸化珪素膜の厚み等の物性について、特に限定は無い。
【００３７】
前記半導体基体の研磨方法や半導体製造装置の製造方法に用いられる、本発明の研磨装置としては、研磨対象物の半導体基体を保持する基体保持手段と、研磨テーブルと、前記研磨テーブルに装着された、砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と、前記固定砥粒研磨工具における固定砥粒から遊離砥粒を生じさせるためのドレッシング手段と、前記固定砥粒と基体の各回転速度を調整することが可能な速度可変手段と、前記固定砥粒への基体の押圧力を調整することが可能な押圧力可変手段と、前記研磨液組成物を前記固定砥粒の表面に供給する供給手段とを備えていることが望ましい。
【００３８】
【実施例】
以下の実施例中の「重量％」は研磨液組成物全量に対するものである。また、実施例で行った研磨の各条件を以下に記載する。
【００３９】
▲１▼被研磨基板
本実施例において、被研磨基板として、プラズマＴＥＯＳで酸化珪素膜を表面上に１００００ Å（１０００ｎｍ）蒸着した８インチ（２０．３ｃｍ）シリコン基板、及び低圧ＣＶＤで窒化珪素膜を表面上に３０００Å（３００ｎｍ）蒸着した８インチシリコン基板を使用した。
【００４０】
▲２▼研磨条件
研磨装置は、研磨テーブルと研磨ヘッド（ウェーハキャリア）が相対運動するロータリー式研磨装置（商品名：ＥＰＯ−２２２機、荏原製作所製）を用いた。砥粒を含有する研磨部を備える研磨パッドは下記に記載しものを使用した。また、研磨荷重は３５０ｈＰａ、研磨液流量は２００ｍＬ／ｍｉｎである。定盤回転数は１１ｒ／ｍｉｎ、研磨ワーク（ヘッド）の回転数は２１ｒ／ｍｉｎであり、定盤と研磨ワーク（ヘッド）は同一方向に回転させた。研磨時間は２ｍｉｎである。
【００４１】
▲３▼相対研磨速度の算出
研磨速度は、上記の条件下で研磨を行い、研磨前後の各被研磨基板の研磨膜厚変化（測定箇所：ウェーハ直径方向８１箇所、ｅｄｇｅｅｘｃｌｕｓｉｏｎ：５ｍｍ）の平均値を測定し、それを研磨時間で除することにより求めた。膜厚変化量は、光干渉式膜厚計［ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、商品名：ＵＶ−１０５０］から膜厚を求め、算出した。求めた窒化珪素膜、酸化珪素膜の研磨速度を、比較例１（研磨液組成物が純水であるもの）の酸化珪素膜の研磨速度を基準にして、相対研磨速度として表した。
【００４２】
▲４▼研磨速度選択比の算出
研磨速度選択比（相対研磨速度選択比）は、窒化珪素膜の相対研磨速度を酸化珪素膜の相対研磨速度で除することで算出した。
【００４３】
▲５▼固定砥粒研磨工具の作製
使用する固定砥粒研磨工具は、セリア砥粒（平均粒径約０．２ μｍ）と熱可塑性樹脂の混合体を所定の圧力・温度条件で成形して得た。
【００４４】
▲６▼選択比向上剤の調製
プロピルアミン２５ｇに２Ｎ塩酸水溶液を２２０ｇ、イオン交換水２５５ｇを加え、ｐＨ約８のプロピルアミン５％水溶液（選択比向上剤Ａ）を調製した。
オクチルアミン２５ｇに２Ｎ塩酸水溶液を９８ｇ、イオン交換水３７７ｇを加え、ｐＨ約７．５のオクチルアミン５％水溶液（選択比向上剤Ｂ）を調製した。
【００４５】
▲７▼研磨液組成物の調製
選択比向上剤Ａを１．３ｇ、残部をｐＨ４になるように０．１Ｎ塩酸水溶液とイオン交換水を加え、実施例１の研磨液組成物１０００ｇを調製した。
実施例２〜８、比較例１も表１の組成になるように、同様にして調製した。
【００４６】
実施例１〜８、比較例１
上記研磨液組成物を用いて、上記の研磨条件下で窒化珪素膜と酸化珪素膜の研磨を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１の結果より、本発明の選択比向上剤を用いた実施例１〜８の研磨液組成物は、比較例１の研磨液組成物に比べ、研磨速度選択比が向上していることがわかる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と研磨速度選択比向上剤を含有する研磨液組成物を用いることで、酸化珪素膜の研磨速度に対して窒化珪素膜の研磨速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＣＭＰを用いて半導体装置の最下層にトランジスタ回路を形成するための素子分離形成工程の段階的な概略説明図である。
【符号の説明】
１シリコン基板
２素子形成領域
３酸化珪素膜
４窒化珪素膜
５トレンチ
６酸化珪素膜
７トランジスタ

Claims

砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用いる研磨液組成物に含有される研磨速度選択比向上剤であって、該研磨速度選択比向上剤が有機カチオン系化合物であり、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる研磨速度選択比向上剤。
砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具に用い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる研磨液組成物であって、該研磨液組成物が請求項１記載の選択比向上剤を含有する研磨液組成物。
ｐＨが２〜９である請求項２記載の研磨液組成物。
砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と、請求項２又は３記載の研磨液組成物を用いて、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させる方法。
砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用い、請求項２又は３記載の研磨液組成物を前記固定砥粒研磨工具の表面に供給して、半導体基体の研磨を行い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させることによって、半導体基体を平坦化する工程を有する半導体基体の研磨方法。
砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具を用い、請求項２又は３記載の研磨液組成物を前記固定砥粒研磨工具の表面に供給して、半導体基体の研磨を行い、酸化珪素膜の研磨速度に対する窒化珪素膜の研磨速度比を向上させることによって、半導体基体を平坦化する工程を有する半導体装置の製造方法。
研磨対象物の半導体基体を保持する基体保持手段と、研磨テーブルと、前記研磨テーブルに装着された、砥粒と樹脂を含む研磨部を有する固定砥粒研磨工具と、前記固定砥粒研磨工具における固定砥粒から遊離砥粒を生じさせるためのドレッシング手段と、前記固定砥粒と基体の各回転速度を調整することが可能な速度可変手段と、前記固定砥粒への基体の押圧力を調整することが可能な押圧力可変手段と、請求項２又は３記載の研磨液組成物を前記固定砥粒の表面に供給する供給手段とを備えた研磨装置。