JP2008112970A - Polishing composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はコンタクトプラグ形成に使われるポリシリコン膜の化学機械研磨（以下、ＣＭＰという。）において、少ない工程数で、優れた平坦性と面内均一性が得られる研磨用組成物に関する。 The present invention relates to a polishing composition capable of obtaining excellent flatness and in-plane uniformity with a small number of steps in chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) of a polysilicon film used for contact plug formation.
半導体素子の高集積化のため、特にＤＲＡＭ、ＳＲＡＭのようなメモリー素子では、ＭＯＳトランジスタのソース及びドレインと上層配線の接続のため、セルフアライン方式によるコンタクトプラグの形成が必須となっている。図１に、半導体素子用基板に、このセルフアライン方式でコンタクトホールを形成した後、導電材となるポリシリコン膜をウエハー全面に形成したときの断面の模式図を示す。また、図１をＣＭＰ（化学機械研磨）により研磨した後の断面の模式図を図２に示す。 In order to increase the integration density of semiconductor elements, in particular in memory elements such as DRAMs and SRAMs, it is essential to form contact plugs by a self-alignment method in order to connect the source and drain of MOS transistors to the upper layer wiring. FIG. 1 shows a schematic view of a cross section when a polysilicon film serving as a conductive material is formed on the entire surface of a semiconductor element substrate after a contact hole is formed by this self-alignment method. Further, FIG. 2 shows a schematic diagram of a cross section after FIG. 1 is polished by CMP (chemical mechanical polishing).
図１、２において、シリコン基板１の上面に、ゲート絶縁膜２が形成されている。ゲート構造３は、導電層の上に絶縁膜のゲートキャップ層４を有した構造となっている。ゲート構造３の導電層はポリシリコン３ａと金属シリサイド３ｂの２層構造が用いられ、ゲートキャップ層４にはシリコン窒化膜が用いられる。
1 and 2, a gate insulating film 2 is formed on the upper surface of a silicon substrate 1. The
ゲートスペーサー５及びエッチストパー６にはシリコン窒化膜が用いられる。絶縁膜７には、シリコン酸化膜又はＢＰＳＧ膜などが用いられる。コンタクトホール形成のためのエッチングマスク８は、フォトレジストを用いたドライエッチングによりパターニングされている。
A silicon nitride film is used for the
エッチングマスク８の材質は、シリコン窒化膜が、シリコン酸化膜又はＢＰＳＧ膜に対するエッチング選択比の点で適している。コンタクトプラグ用導電材９にはポリシリコン膜などが用いられる。
As a material of the
コンタクトプラグ形成のためには、コンタクトプラグ用導電材９のポリシリコン膜の不要な部分をＣＭＰによって除去し、さらにエッチングマスク８も除去する必要がある。但し、ゲートキャップ層４はＣＭＰ後も残す必要があるため、シリコン窒化膜の研磨速度は速すぎてはいけない。従って、シリコン窒化膜の研磨速度としては、ポリシリコン膜の１／５〜１／２５が適切である。
In order to form a contact plug, it is necessary to remove an unnecessary portion of the polysilicon film of the contact plug
次に、エッチングマスク８を除去した後は、ポリシリコンプラグのリセスの低減とゲート構造の高さのウエハー面内のばらつきを小さくするため、絶縁膜７のシリコン酸化膜の研磨速度がゲートキャップ層４のシリコン窒化膜に対して十分小さく、ＣＭＰがほぼ停止することが必要となる。そのため、シリコン酸化膜の研磨速度は、シリコン窒化膜の１／３〜１／３０が適切である。
Next, after the
ポリシリコン膜の膜厚は、１００〜４００ｎｍ、エッチングマスクの膜厚は１０〜１００ｎｍ、ゲートのキャップ膜厚は３０〜２００ｎｍ程度である。このような場合に、ＣＭＰを１種類の研磨用組成物で実施するためには、ポリシリコンの研磨速度は１００〜３００ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン窒化膜の研磨速度は１０〜３０ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン酸化膜又はＢＰＳＧ膜の研磨速度は０〜５ｎｍで、ポリシリコンとシリコン窒化膜の選択比は５〜２５：１、シリコン窒化膜と酸化膜の選択比は３〜３０：１が適切である。 The thickness of the polysilicon film is 100 to 400 nm, the thickness of the etching mask is 10 to 100 nm, and the gate cap thickness is about 30 to 200 nm. In such a case, in order to perform CMP with one type of polishing composition, the polishing rate of polysilicon is 100 to 300 nm / min, the polishing rate of silicon nitride film is 10 to 30 nm / min, and the silicon oxide film Alternatively, the polishing rate of the BPSG film is 0 to 5 nm, the selection ratio of polysilicon to silicon nitride film is 5 to 25: 1, and the selection ratio of silicon nitride film to oxide film is 3 to 30: 1.
しかし、従来の技術では、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜に対して、１種類の研磨用組成物で、このような研磨速度と研磨速度比が得られる研磨用組成物は無かった。そのため、２種類の研磨用組成物を用いて、２段階のＣＭＰを行うなどの方法が必要となり、プロセスコストの増大が大きな問題となっていた。 However, in the prior art, there is no polishing composition that can obtain such a polishing rate and polishing rate ratio with one type of polishing composition for polysilicon film, silicon nitride film, and silicon oxide film. . For this reason, a method of performing two-step CMP using two kinds of polishing compositions is necessary, and an increase in process cost has been a big problem.
特許文献１に、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の研磨速度比が１：１：１〜４：１：１となるＣＭＰ条件で１種類の研磨用組成物でＣＭＰをする方法が示されている。 Patent Document 1 discloses a method of performing CMP with one type of polishing composition under CMP conditions in which a polishing rate ratio of a polysilicon film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film is 1: 1: 1 to 4: 1: 1. It is shown.
しかし、この方法では、ポリシリコン膜とシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜との研磨速度の選択比が小さいため、シリコン酸化膜がＣＭＰの停止層にならず、研磨量の制御が難しいと考えられる。 However, in this method, since the selection ratio of the polishing rate between the polysilicon film, the silicon oxide film, and the silicon nitride film is small, the silicon oxide film does not become a CMP stop layer, and it is considered difficult to control the polishing amount.
特許文献２には、ポリエチレンイミンとコリン誘導体を添加した研磨用組成物が提案されている。この研磨用組成物では、ポリシリコン膜の研磨速度６００ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン酸化膜の研磨速度１５．２ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン窒化膜の研磨速度３３．４ｎｍ／ｍｉｎが得られるとされている。 Patent Document 2 proposes a polishing composition to which polyethyleneimine and a choline derivative are added. With this polishing composition, it is said that a polysilicon film polishing rate of 600 nm / min, a silicon oxide film polishing rate of 15.2 nm / min, and a silicon nitride film polishing rate of 33.4 nm / min can be obtained.
しかし、この方法でも、シリコン酸化膜の研磨速度をシリコン窒化膜の１／３以下にするのは困難である。そのため、シリコン酸化膜がＣＭＰの停止層にならず、研磨量の制御が難しいと考えられる。 However, even with this method, it is difficult to reduce the polishing rate of the silicon oxide film to 1/3 or less of the silicon nitride film. Therefore, the silicon oxide film does not become a CMP stop layer, and it is considered difficult to control the polishing amount.
特許文献３では、塩基性有機物を添加したポリシリコン膜用研磨用組成物が示されている。この方法では、ポリシリコン膜とシリコン酸化膜の選択比が大きいが、シリコン窒化膜の研磨速度が小さいため、コンタクトプラグ形成のＣＭＰを１種類の研磨用組成物で実施することは出来ない。
特許文献４には、燐酸を添加した研磨用組成物を用いてシリコン窒化膜を研磨する方法が示されている。この方法では、シリコン窒化膜の研磨速度１２ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン酸化膜の研磨速度１．５ｎｍ／ｍｉｎで、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜の研磨速度は十分小さいが、ポリシリコン膜の研磨速度が７ｎｍ／ｍｉｎと小さい。そのため、この場合も、コンタクトプラグ形成のＣＭＰを１種類の研磨用組成物で実施することは出来ない。 Patent Document 4 discloses a method of polishing a silicon nitride film using a polishing composition to which phosphoric acid is added. In this method, the polishing rate of the silicon nitride film is 12 nm / min, the polishing rate of the silicon oxide film is 1.5 nm / min, and the polishing rate of the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film is sufficiently small, but the polishing rate of the polysilicon film is 7 nm. As small as / min. Therefore, also in this case, the CMP for forming the contact plug cannot be performed with one type of polishing composition.
このように、コンタクトプラグ形成のＣＭＰを１種類の研磨用組成物で実施可能なＣＭＰ研磨用組成物は従来技術では得られていない。
本発明は、セルフアライン方式によるコンタクトプラグ形成のためのＣＭＰを、１種類の研磨用組成物で実施することができる研磨用組成物であり、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の好ましい研磨速度と研磨速度比とが得られ、これにより半導体素子の製造コスト低減、歩留まり向上が可能となる研磨用組成物を提供することを目的とするものである。 The present invention is a polishing composition capable of performing CMP for forming a contact plug by a self-aligning method with one type of polishing composition, and is preferably a polysilicon film, a silicon nitride film, or a silicon oxide film. An object of the present invention is to provide a polishing composition capable of obtaining a polishing rate and a polishing rate ratio, thereby reducing the manufacturing cost of semiconductor elements and improving the yield.
本発明は、
ａ）カチオン性砥粒、
ｂ）四級アンモニウムヒドロキシド又は四級アンモニウム塩、
ｃ）シュウ酸又はシュウ酸塩及び
ｄ）アニオン性ポリマー
を含む、ポリシリコン膜とシリコン窒化物を同時に研磨可能な研磨用組成物に関する。
The present invention
a) cationic abrasive grains,
b) quaternary ammonium hydroxide or quaternary ammonium salt,
The present invention relates to a polishing composition capable of simultaneously polishing a polysilicon film and silicon nitride, including c) oxalic acid or oxalate and d) an anionic polymer.
この研磨用組成物を用いることにより、ポリシリコン膜の研磨速度が１００〜３００ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン窒化膜の研磨速度が１０〜３０ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン酸化膜又はＢＰＳＧ膜の研磨速度が０〜５ｎｍ、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜の選択比が５〜２５：１、シリコン窒化膜と酸化膜の選択比が３〜３０：１でＣＭＰを実施できる。 By using this polishing composition, the polishing rate of the polysilicon film is 100 to 300 nm / min, the polishing rate of the silicon nitride film is 10 to 30 nm / min, the polishing rate of the silicon oxide film or the BPSG film is 0 to 5 nm, CMP can be performed with a selection ratio of polysilicon film to silicon nitride film of 5 to 25: 1 and a selection ratio of silicon nitride film to oxide film of 3 to 30: 1.
本発明によれば、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を適切な研磨速度と選択比でＣＭＰすることが出来る。そのため、半導体素子のセルフアラインコンタクトプラグ形成のためのＣＭＰを１種類の研磨用組成物で行うことが出来、良好な平坦性とウエハー面内均一性を得ることが可能である。それによって、半導体素子の製造コスト低減と歩留まりの向上が可能である。 According to the present invention, the polysilicon film, the silicon nitride film, and the silicon oxide film can be CMPed at an appropriate polishing rate and selectivity. Therefore, CMP for forming a self-aligned contact plug of a semiconductor element can be performed with one kind of polishing composition, and it is possible to obtain good flatness and wafer in-plane uniformity. Thereby, the manufacturing cost of the semiconductor element can be reduced and the yield can be improved.
発明を実施するための最良の形態について以下に詳述する。 The best mode for carrying out the invention will be described in detail below.
本発明において、カチオン性砥粒とは、水に砥粒およびシュウ酸を配合し、ｐＨを１〜３に調節した段階の研磨用組成物のゼータ電位が正である砥粒を意味している。なお、このカチオン性砥粒を用いて最終的な研磨用組成物になった状態でのゼータ電位は負になっていてもよい。 In the present invention, the cationic abrasive means an abrasive having a positive zeta potential of the polishing composition at a stage where the abrasive and oxalic acid are mixed in water and the pH is adjusted to 1 to 3. . In addition, the zeta potential in the state which became the final polishing composition using this cationic abrasive grain may be negative.
なお、本発明において、研磨用組成物のゼータ電位が正であるとは、測定対象の研磨用組成物を遠心分離した上澄み液を電気泳動法により測定（例えばマルバーン社製ゼータサイザー３０００ＨＳ）したゼータ電位が正であることをいう。 In the present invention, the zeta potential of the polishing composition being positive means that the supernatant obtained by centrifuging the polishing composition to be measured is measured by electrophoresis (for example, Zeta Sizer 3000HS manufactured by Malvern). This means that the potential is positive.
このような砥粒としては、アルミナ、セリア、ジルコニア及び、表面修飾したシリカなどを用いることが出来る。砥粒の平均粒径は、１０〜３００ｎｍが好ましく、２０〜２００ｎｍがより好ましい。 As such abrasive grains, alumina, ceria, zirconia, surface-modified silica, and the like can be used. 10-300 nm is preferable and the average particle diameter of an abrasive grain has more preferable 20-200 nm.
また、研磨用組成物中の砥粒濃度は、０．１〜１０ｗｔ％が好ましく、０．２〜５ｗｔ％がより好ましい。 Moreover, 0.1-10 wt% is preferable and, as for the abrasive grain concentration in polishing composition, 0.2-5 wt% is more preferable.
本発明の研磨用組成物では、四級アンモニウムイオンがポリシリコン及び、シリコン窒化膜の研磨速度を高める働きをしていると考えられる。四級アンモニウムイオンとしては、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン等が適している。 In the polishing composition of the present invention, quaternary ammonium ions are considered to function to increase the polishing rate of polysilicon and silicon nitride films. As the quaternary ammonium ion, tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion and the like are suitable.
四級アンモニウムイオンの炭化水素基が大きくなるほどポリシリコンの研磨速度が増大する傾向があるが、炭化水素基が大きいものは価格が高くなるため、特性と経済性のバランスからテトラメチルアンモニウムイオン及びテトラエチルアンモニウムイオンが特に適している。 The larger the quaternary ammonium ion hydrocarbon group, the higher the polishing rate of the polysilicon. However, the larger the hydrocarbon group, the higher the price, so tetramethylammonium ion and tetraethyl have a balance between characteristics and economy. Ammonium ions are particularly suitable.
これらの四級アンモニウムイオンは、四級アンモニウムヒドロキシドとして研磨用組成物に添加しても、四級アンモニウムヒドロキシドと適当な酸の組み合わせによる塩として添加してもよい。 These quaternary ammonium ions may be added to the polishing composition as quaternary ammonium hydroxide, or may be added as a salt of a combination of quaternary ammonium hydroxide and an appropriate acid.
また、四級アンモニウムヒドロキシド及びその塩の中から選ばれる２種類以上を組み合わせて添加してもよい。これらの添加量は、合計が、研磨用組成物１ｋｇあたり、０．０１〜１ｍｏｌが好ましく、０．０２〜０．５ｍｏｌがより好ましい。 Moreover, you may add combining 2 or more types chosen from quaternary ammonium hydroxide and its salt. The total amount of these additives is preferably 0.01 to 1 mol, more preferably 0.02 to 0.5 mol per kg of the polishing composition.
シュウ酸及びシュウ酸塩は、研磨用組成物のｐＨを調整することにより、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜の研磨速度を高める働きをしている。 Oxalic acid and oxalate serve to increase the polishing rate of the polysilicon film and the silicon nitride film by adjusting the pH of the polishing composition.
シュウ酸塩としては、無機アルカリ、アンモニア、アミン、アンモニウムヒドロキシドなどとの塩を用いることが出来る。 As the oxalate, a salt with inorganic alkali, ammonia, amine, ammonium hydroxide or the like can be used.
また、シュウ酸及びシュウ酸塩の中から選ばれる２種類以上を組み合わせて添加してもよい。これらの添加量は、合計が、研磨用組成物１ｋｇあたり、０．０１〜１ｍｏｌが好ましく、０．０２〜０．５ｍｏｌがより好ましい。 Moreover, you may add combining 2 or more types chosen from an oxalic acid and an oxalate. The total amount of these additives is preferably 0.01 to 1 mol, more preferably 0.02 to 0.5 mol per kg of the polishing composition.
アニオン性ポリマーは、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜の研磨速度に対しては大きな影響を与えず、シリコン酸化膜及びＢＰＳＧ膜の研磨速度を抑制する働きをしている。研磨速度抑制のメカニズムは明確にはなっていないが、カチオン性砥粒の表面にアニオン性ポリマーが吸着することが影響していると予想される。 The anionic polymer does not greatly affect the polishing rate of the polysilicon film and the silicon nitride film, and functions to suppress the polishing rate of the silicon oxide film and the BPSG film. Although the mechanism for suppressing the polishing rate is not clear, it is expected that the anionic polymer is adsorbed on the surface of the cationic abrasive grains.
アニオン性ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリスチレンスルホン酸及びこれらのポリマーの合成に用いられるモノマーの共重合によって得られるポリマーなどを用いることが出来る。 Examples of the anionic polymer include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymaleic acid, polystyrene sulfonic acid, and a polymer obtained by copolymerization of monomers used for the synthesis of these polymers.
また、これらのポリマーと無機アルカリ、アンモニア、アミン、アンモニウムヒドロキシドなどとの塩になったポリマーを用いることが出来る。例えば、ポリアクリル酸アンモニウム塩、共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩を含むポリマー、ポリスルホン酸等が好ましい。 Moreover, the polymer used as the salt of these polymers and inorganic alkali, ammonia, an amine, ammonium hydroxide etc. can be used. For example, polyacrylic acid ammonium salt, a polymer containing ammonium acrylate salt as a copolymerization component, polysulfonic acid and the like are preferable.
また、他のアニオン性ポリマーとしては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリアミド酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ−スチレンカルボン酸）、ポリビニルスルホン酸、ポリ−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等及びこれらの塩が挙げられる。これらアニオン性ポリマーは二種以上を併用しても良い。 Examples of other anionic polymers include polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polyamic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, and poly (p-styrenecarboxylic acid). ), Polyvinyl sulfonic acid, poly-2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid and the like and salts thereof. Two or more of these anionic polymers may be used in combination.
ポリマーの分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量が１，０００〜３００，０００が好ましく、２，０００〜１００，０００がより好ましい。ポリマーの添加量は、０．０１〜１ｗｔ％が好ましく、０．０２〜０．８％がより好ましい。 The molecular weight of the polymer is preferably from 1,000 to 300,000, more preferably from 2,000 to 100,000, as the weight average molecular weight in terms of polystyrene. The amount of polymer added is preferably 0.01 to 1 wt%, more preferably 0.02 to 0.8%.
本発明の研磨用組成物の製造方法は特に限定されず、例えば、水にａ）カチオン性砥粒を分散させて分散液を作製し、別に、砥粒以外の成分を水に溶解した溶液を作製後、両者を混合し、最後に水などで濃度を調節して得られる。 The production method of the polishing composition of the present invention is not particularly limited. For example, a) a cationic abrasive grain is dispersed in water to prepare a dispersion, and separately, a solution in which components other than abrasive grains are dissolved in water. After production, both are mixed and finally the concentration is adjusted with water or the like.
研磨用組成物のｐＨは１〜３が好ましい。ｐＨが３を超えるとポリシリコン膜とシリコン窒化膜の研磨速度が低下する傾向がある。一方、ｐＨが１未満であると、研磨用組成物の取り扱いが困難になる。特に好ましいｐＨの範囲は、ｐＨ１．２〜２．５である。ｐＨの調整には、シュウ酸以外の無機酸を添加してもよい。無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸などを用いることが出来る。 As for pH of polishing composition, 1-3 are preferable. When the pH exceeds 3, the polishing rate of the polysilicon film and the silicon nitride film tends to decrease. On the other hand, when the pH is less than 1, it becomes difficult to handle the polishing composition. A particularly preferable pH range is pH 1.2 to 2.5. For adjusting the pH, an inorganic acid other than oxalic acid may be added. As the inorganic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and the like can be used.
この研磨用組成物を用いたＣＭＰは、市販のＣＭＰ装置を用いて実施することが出来る。発泡ポリウレタンなどで形成された研磨パッドを貼り付けた定盤に、キャリアで保持したウエハーを押し付け、研磨パッド上に研磨用組成物を滴下しながら定盤とキャリアを同方向に回転させることでＣＭＰを実施することができる。 CMP using this polishing composition can be carried out using a commercially available CMP apparatus. CMP is performed by pressing a wafer held by a carrier onto a surface plate with a polishing pad made of foamed polyurethane, etc., and rotating the surface plate and the carrier in the same direction while dripping the polishing composition onto the polishing pad. Can be implemented.
この研磨用組成物を用いて、図１に示すような断面を有するウエハーのＣＭＰを行うと、始めにポリシリコン膜が研磨され、エッチングマスクのシリコン窒化膜が露出する。 When CMP is performed on a wafer having a cross section as shown in FIG. 1 using this polishing composition, the polysilicon film is first polished, and the silicon nitride film of the etching mask is exposed.
その後も連続してＣＭＰを行うことにより、シリコン窒化膜が除去され、シリコン酸化膜又はＢＰＳＧ膜が露出する。その後は適切なオーバー研磨を行うが、シリコン酸化膜又はＢＰＳＧ膜の研磨速度が十分小さいことから、ポリシリコンプラグのリセス低減、ゲート構造高さのウエハー面内ばらつき低減が可能である。従って、１種類の研磨用組成物を用いたＣＭＰで、良好な平坦性とウエハー面内均一性を得ることが出来、半導体素子の製造コスト低減、歩留まりの向上が可能である。 Subsequently, by performing CMP continuously, the silicon nitride film is removed, and the silicon oxide film or the BPSG film is exposed. Thereafter, appropriate overpolishing is performed. However, since the polishing rate of the silicon oxide film or the BPSG film is sufficiently low, it is possible to reduce the recess of the polysilicon plug and reduce the in-wafer variation of the gate structure height. Therefore, it is possible to obtain good flatness and wafer in-plane uniformity by CMP using one type of polishing composition, and it is possible to reduce the manufacturing cost of the semiconductor element and improve the yield.
以下の研磨用組成物の作製では、砥粒を水に分散させた分散液と、砥粒以外の成分を水に溶解した溶液を作製後、両者を混合し、最後に、適切な濃度になるように水を添加して全体量を調整した。 In the preparation of the following polishing composition, after preparing a dispersion in which abrasive grains are dispersed in water and a solution in which components other than abrasive grains are dissolved in water, both are mixed, and finally, an appropriate concentration is obtained. The total amount was adjusted by adding water.
なお、以下の実施例では、ａ）カチオン性砥粒としてアルミナとセリアを用いた。砥粒の平均粒径は共に１００ｎｍ程度であった。また、砥粒の濃度は全て、１ｗｔ％とした。 In the following examples, a) alumina and ceria were used as the cationic abrasive grains. The average grain size of the abrasive grains was about 100 nm. Moreover, all the density | concentrations of the abrasive grain were 1 wt%.
ｂ）四級アンモニウムヒドロキシド又は四級アンモニウム塩としては、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、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いた。これらの添加量は研磨用組成物１ｋｇあたり０．０５ｍｏｌとした。ｃ）シュウ酸又はその塩としてシュウ酸を研磨用組成物１ｋｇあたり、０．１ｍｏｌを全ての研磨用組成物に添加した。 b) Tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide were used as the quaternary ammonium hydroxide or quaternary ammonium salt. These addition amounts were 0.05 mol per 1 kg of the polishing composition. c) 0.1 mol of oxalic acid as oxalic acid or a salt thereof per 1 kg of the polishing composition was added to all polishing compositions.
ｄ）アニオン性ポリマーとしては、ポリアクリル酸、マレイン酸アクリル酸の共重合ポリマー、ポリスチレンスルホン酸を用いた。ポリマーの濃度は、０．２ｗｔ％にした。 d) As the anionic polymer, polyacrylic acid, a copolymer of maleic acrylic acid, or polystyrene sulfonic acid was used. The polymer concentration was 0.2 wt%.
表１には実施例１〜８の研磨用組成物に添加した成分および各ポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量を示している。研磨用組成物作製後に各研磨用組成物のｐＨを測定した結果、１．２〜２．５の範囲であった。
これらの研磨用組成物を用いて、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜のＣＭＰを行い、研磨速度を測定した。ポリシリコン膜のＣＭＰ用としては、シリコンウエハーに、酸化膜１００ｎｍを形成後、ＣＶＤによってポリシリコン膜５００ｎｍを形成したウエハーを用いた。 Using these polishing compositions, a polysilicon film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film were subjected to CMP, and the polishing rate was measured. For CMP of a polysilicon film, a wafer was used in which an oxide film of 100 nm was formed on a silicon wafer and then a polysilicon film of 500 nm was formed by CVD.
また、シリコン窒化膜のＣＭＰ用としては、シリコンウエハーにＣＶＤによってシリコン窒化膜２００ｎｍを形成したウエハーを用いた。 For CMP of the silicon nitride film, a wafer in which a silicon nitride film of 200 nm was formed on a silicon wafer by CVD was used.
また、シリコン酸化膜のＣＭＰ用としては、シリコンウエハーにプラズマＣＶＤによってシリコン酸化膜５００ｎｍを形成したウエハーを用いた。 For CMP of the silicon oxide film, a wafer in which a silicon oxide film of 500 nm was formed on the silicon wafer by plasma CVD was used.
さらに、シリコンウエハーは、全て８インチウエハーを使用した。各膜の膜厚測定には光干渉膜厚計を用いた。 Further, all silicon wafers were 8-inch wafers. An optical interference film thickness meter was used to measure the film thickness of each film.
ＣＭＰ装置には市販の８インチウエハー用ＣＭＰ装置を用い、研磨パッドには市販のポリウレタン発泡パッドを用いた。 A commercially available CMP apparatus for 8-inch wafers was used as the CMP apparatus, and a commercially available polyurethane foam pad was used as the polishing pad.
パッドグルーブは、同心円のものを用いた。 The pad groove used was a concentric circle.
また、ＣＭＰの圧力は２８０ｈＰａ、研磨定盤とウエハーキャリアの回転数はともに５０ｍｉｎ−１、研磨用組成物の流量は２００ｍｌ／ｍｉｎで、研磨時間は各膜１分とした。表２に実施例１〜８の研磨用組成物を用いた場合の各膜の研磨速度を示す。
表２に示されるように、実施例１〜８のいずれの場合も、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜において良好な研磨速度と選択比が得られた。シリコン酸化膜の代わりに、ＢＰＳＧ膜を用いた場合、研磨速度は最大で２倍程度まで増大すると予想されるが、本実施例の結果から、ＢＰＳＧを用いた場合でも本発明の研磨用組成物は適用可能と考えられる。 As shown in Table 2, in any of Examples 1 to 8, good polishing rate and selectivity were obtained in the polysilicon film, silicon nitride film, and silicon oxide film. When the BPSG film is used instead of the silicon oxide film, the polishing rate is expected to increase up to about twice. However, from the results of this example, the polishing composition of the present invention is used even when BPSG is used. Is considered applicable.
なお、本発明は上記の各実施例には制限されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例はＣＭＰ加工が適用できる他の分野においても適宜変更され、利用できることは明らかである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that each embodiment can be appropriately modified and used in other fields to which CMP processing can be applied within the scope of the technical idea of the present invention. .
１ シリコン基板
２ ゲート絶縁膜
３ ゲート構造
４ ゲートキャップ層
５ ゲートスペーサー
６ エッチストッパー
７ 絶縁膜
８ エッチングマスク
９ コンタクトプラグ用導電材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2
Claims (1)
ｂ）四級アンモニウムヒドロキシド又は四級アンモニウム塩、
ｃ）シュウ酸又はシュウ酸塩及び
ｄ）アニオン性ポリマー
を含む、ポリシリコン膜とシリコン窒化物を同時に研磨可能な研磨用組成物。 a) cationic abrasive grains,
b) quaternary ammonium hydroxide or quaternary ammonium salt,
c) A polishing composition comprising an oxalic acid or oxalate salt and d) an anionic polymer capable of simultaneously polishing a polysilicon film and silicon nitride.
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