DE69917010T2

DE69917010T2 - Schleifmittelzusammensetzung zum polieren eines halbleiterbauteils und herstellung des halbleiterbauteils mit derselben

Info

Publication number: DE69917010T2
Application number: DE69917010T
Authority: DE
Inventors: Takanori Shiojiri-shi KIDO; Kagetaka Shiojiri-shi ICHIKAWA
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: KR20010041248A; ES2216490T3; ATE266071T1; US6410444B1; EP1061111B1; US6436835B1; DE69917010D1; EP1061111A4; JP3672493B2; KR100583842B1; US20020045350A1; WO1999043761A1; TW510917B; EP1061111A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung, genauer gesagt eine Schleifzusammensetzung für den Einsatz bei der Elementisolierung einer Halbleitervorrichtung durch das Flachgraben-Isolierverfahren sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Einsatz der Schleifzusammensetzung.
STAND DER TECHNIK
Bei den Verfahren zur Isolierung von Elementen einer Halbleitervorrichtung richtet sich die Aufmerksamkeit nicht mehr so sehr auf das LOCOS(Local Oxidation of Silicon)-Verfahren, sondern zunehmend auf das Flachgraben-Isolierverfahren, bei dem eine Siliciumnitridschicht auf einem Siliciumsubstrat gebildet wird, flache Gräben gebildet werden und eine Oxidschicht darauf abgeschieden wird und dann durch das CMP-Verfahren unter Einsatz der Siliciumnitridschicht als Sperre planar gemacht wird, da die effektive Elementregion breit ist und eine Halbleitervorrichtung mit hoher Dichte hergestellt werden kann.
In vielen der Flachgraben-Isolierverfahren wird eine Siliciumnitridschicht als der zu polierenden Oxidschicht gebildet, die Siliciumnitridschicht wird als Sperre beim Polieren verwendet, die zu planierende Oberfläche wird poliert, wobei eine gleichförmige und genaue Dicke erhalten wird, und das Polieren wird abgeschlossen, wenn eine vorbestimmte Dicke entfernt worden ist.
Als Schleifzusammensetzung, die für diesen Zweck eingesetzt wird, beschreibt JP-A-9-194823 eine Zusammensetzung unter Einsatz von Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder Graphit als teilchenförmiges Schleifmittel, und JP-A-9-208933 beschreibt eine Schleifzusammensetzung, die feines Pulver von Siliciumnitrid enthält, dem eine Säure, wie Gluconsäure, zugegeben worden ist.
Diese Schleifzusammensetzungen enthalten ein Schleifmittel mit hoher Härte und stellen eine hohe Polierrate sicher, sie sind jedoch dahingehend nachteilig, dass auf der polierten Oberfläche viele Kratzer erzeugt werden, welche die Leistungseigenschaften der Halbleitervorrichtung beeinträchtigen.
EP-A-0786504 offenbart Schleifzusammensetzungen zum Polieren einer Halbleitervorrichtung bei einem Flachgraben-Isolierverfahren, welche Wasser, Ceroxid und Oxalsäure oder Äpfelsäure enthalten können. Das eingesetzte Ceroxid-Pulver hat jedoch eine primäre Teilchengröße von 0,98 μm, was die Selektivität in der Polierstufe beeinträchtigt.
EP-A-1043379, ein Dokument mit älterer Priorität, betrifft eine Polierzusammensetzung, die Wasser, Ceroxid und Polyacrylsäure enthält, zum Polieren von Halbleitervorrichtungen. Die als Dispergiermittel eingesetzte Polyacrylsäure ist jedoch in einer Menge von 0,01 bis 5 Teilen, bezogen auf 100 Teile der Ceroxid-Teilchen, enthalten, was zu einem Verhältnis des Polyacrylsäurepolymers zu Ceroxid von 0,0001 bis 0,05 führt. Deshalb kann eine Selektivität in der Polierstufe von 10 oder höher nicht erzielt werden.
Außerdem sind die vorstehend beschriebenen Techniken hinsichtlich des "Selektivitätsverhältnisses" unzureichend, wobei dieses Verhältnis ein Wert ist, der durch Teilen der Polierrate für eine Oxidschicht durch die Polierrate für eine Siliciumnitridschicht erhalten wird und der zeigt, wie einfach die Oxidschicht und in vielen Fällen die Siliciumdioxidschicht im Oxidschicht und in vielen Fällen die Siliciumdioxidschicht im Vergleich zu der Siliciumnitridsperrschicht poliert wird. Deshalb besteht Bedarf an der Erhöhung des Selektivitätsverhältnisses.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche die vorstehend beschriebenen Probleme überwindet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Probleme gelöst wurden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Als Ergebnis umfangreicher Untersuchungen zur Lösung dieser Aufgaben haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung (1) eine Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung bei dem Flachgraben-Isolierverfahren gefunden, wobei die Zusammensetzung hauptsächlich Wasser, Ceroxid-Pulver und eine oder mehrere wasserlösliche organische Verbindungen mit mindestens einer -COOH-Gruppe, einer -COOM_x-Gruppe (worin M_x ein Atom oder eine funktionelle Gruppe ist, die ein H-Atom unter Bildung eines Salzes ersetzen kann), einer -SO₃H-Gruppe und einer -SO₃M_y-Gruppe (worin M_y ein Atom oder eine funktionelle Gruppe darstellt, die ein H-Atom unter Bildung eines Salzes ersetzen kann) enthält, wobei, wenn eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumoxidschicht, die auf einem Siliciumsubstrat durch das CVD-Verfahren getrennt gebildet wurden, unter denselben Bedingungen unabhängig voneinander poliert werden, das Verhältnis der Polierrate der Letztgenannten zu derjenigen der Erstgenannten 10 oder mehr ist.
Unter Einsatz der erfindungsgemäßen Schleifzusammensetzung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, (2) worin die Kon zentration von Ceroxid in der Schleifzusammensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% und die Menge der zugegebenen wasserlöslichen organischen Verbindung, angegeben als Gewichtsverhältnis zu Ceroxid, 0,001 bis 20 ist, und (3) wobei, wenn eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumoxidschicht, die auf einem Siliciumsubstrat durch das CVD-Verfahren getrennt gebildet wurden, unter denselben Bedingungen unabhängig voneinander poliert werden, das Verhältnis der Polierrate der Letztgenannten zu derjenigen der Erstgenannten 10 oder höher ist, können die Kratzer auf der polierten Oberfläche erheblich verringert werden, und das Selektivitätsverhältnis kann deutlich erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bereit, welches die folgenden Stufen umfasst:
Ausbilden einer Siliciumnitridschicht auf einem Halbleitersubstrat,
selektives Entfernen eines Teils der Siliciumnitridschicht, wobei das Halbleitersubstrat freigelegt wird,
Ätzen des Halbleitersubstrats unter Verwendung der Siliciumnitridschicht als Maske unter Ausbildung eines Grabens,
Abscheiden einer Siliciumoxidschicht auf der Siliciumnitridschicht und dem Halbleitersubstrat, so dass der Graben mit der Siliciumoxidschicht vollständig gefüllt wird, und Planar-Polieren der Siliciumoxidschicht unter Verwendung der Siliciumnitridschicht als Sperre, so dass das Siliciumoxid selektiv in dem Graben zurückbleibt,
wobei das Planar-Polieren unter Verwendung einer Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung durchgeführt wird, die hauptsächlich Wasser, Ceroxid-Pulver und eine oder mehr wasserlösliche Verbindungen, die mindestens eine der folgenden Gruppen enthalten: eine -COOH-Gruppe, eine -COOM_x-Gruppe (wobei M_x ein Atom oder eine funktionelle Gruppe ist, die befähigt ist, ein Wasserstoffatom unter Bildung eines Salzes zu ersetzen), eine -SO₃H-Gruppe oder eine -SO₃M_y-Gruppe (worin M_y ein Atom oder eine funktionelle Gruppe darstellt, das bzw. die befähigt ist, ein Wasserstoffatom unter Salzbildung zu ersetzen), umfasst,
wobei, wenn eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumoxidschicht, die gesondert auf einem Halbleitersubstrat mit Hilfe der Methode der chemischen Dampfabscheidung (CVD-Methode) ausgebildet wurden, unabhängig voneinander unter den gleichen Bedingungen poliert werden, das Verhältnis der Polierrate für die Erstere zu der für die Letztere 10 oder mehr beträgt.
In diesem Verfahren wird eine Flachgraben-Isolierung mit weniger Kratzern auf der polierten Oberfläche und mit höherer Kontrollierbarkeit gebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1–4 sind Querschnittsansichten einer Halbleitervorrichtung in der Reihenfolge der Verfahrensstufen zur Bildung einer Flachgraben-Isolierung.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird zunächst beschrieben.
Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte feine Ceroxid-Pulver ist vorzugsweise hochrein, wobei die Reinheit vorzugsweise 99 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 99,9 Gew.-% oder mehr ist. Wenn die Reinheit unter diesem Bereich liegt, ist es schwierig, die Verunreinigungselemente, die nachteilige Wirkungen auf die Eigenschaften des Halbleiters haben, von der Oberfläche der Halbleitervorrichtung zu entfernen, selbst wenn die Halbleitervorrichtung nach dem Polieren gereinigt wird, wodurch die Anzahl der Schadstellen erhöht wird und Ausbeute verringert wird.
Die mittlere Teilchengröße des feinen Ceroxid-Pulvers ist vorzugsweise 0,01 bis 1,0 μm, stärker bevorzugt 0,1 bis 0,5 μm. Wenn die mittlere Teilchengröße unter 0,01 μm ist, wird die Polierrate für die Oxidschicht und in vielen Fällen für die Siliciumdioxidschicht verringert, während, wenn sie 1,0 μm übersteigt, feine Kratzer auf der polierten Oberfläche leicht gebildet werden.
Die Größe der primären Teilchen von Ceroxid ist 0,005 bis 0,5 μm, vorzugsweise 0,02 bis 0,2 μm. Wenn die Größe der Primärteilchen unter 0,005 μm ist, wird die Polierrate für die Oxidschicht extrem verringert, und ein ausreichendes Selektivitätsverhältnis kann nicht erreicht werden, während, wenn sie 0,5 μm übersteigt, feine Kratzer auf der polierten Oberfläche leicht gebildet werden.
Die Konzentration von Ceroxid (feines Pulver) in der Schleifzusammensetzung der vorliegenden Erfindung hängt von den Polierbedingungen ab, beispielsweise dem Druck, die Konzentration ist jedoch bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,3 bis 5 Gew.-%. Wenn die Konzentration unter 0,1 Gew.-% ist, wird die Polierrate für die Oxidschicht verringert, während, wenn sie 10 Gew.-% übersteigt, die Verbesserung in der Wirkung, nämlich die Verbesserung der Polierrate für die Oxidschicht durch Erhöhung der Konzentration erhöht wird und die Profitabilität in nachteilhafter Weise verringert wird.
Die wasserlösliche organische Verbindung für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
Dies ist eine wasserlösliche organische Verbindungen mit mindestens einer -COOH-Gruppe, -COOM_x-Gruppe (worin M_x ein Atom oder eine funktionelle Gruppe ist, die ein H-Atom unter Bil dung eines Salzes ersetzen kann), -SO₃H-Gruppe und eine -SO₃M_y-Gruppe (worin M_y ein Atom oder eine funktionelle Gruppe ist, die ein H-Atom unter Bildung eines Salzes ersetzen kann). Im Fall eines Salzes ist ein Alkalimetall vorzugsweise nicht enthalten. Die wasserlösliche organische Verbindung für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, solange sie mindestens eine der vorstehend beschriebenen Gruppen hat. Die wasserlösliche organische Verbindung kann allein oder in Kombination eingesetzt werden.
Spezifische bevorzugte Beispiele davon umfassen Polyacrylsäure ((-CH₂CHCOOH-)_n, Molekulargewicht: 500–10000), Polymethacrylsäure ((-CH₂CCH₃COOH-)_n, Molekulargewicht: 500–10000), Ammoniumsalze davon, Naphthalinsulfonsäure-Formalinkondensat (der folgenden Formel:
Molekulargewicht: 500–10000), Ammoniumsalze davon, sowie Äpfelsäure (HOOCCH(OH)CH₂COOH, Molekulargewicht: 134,09), Milchsäure (CH₃CH(OH)COOH, Molekulargewicht: 90,08), Weinsäure (HOOC(CHOH)₃COOH, Molekulargewicht: 150,09), Gluconsäure (HOCH₂(HCOH)₄COOH, Molekulargewicht: 196,16), Zitronensäuremonohydrat (HOOCCH₂C(OH)(COOH)CH₂COOH·H₃O, Molekulargewicht: 210,14), Bernsteinsäure (HOOC(CH₂)₂COOH, Molekulargewicht: 118,09), Adipinsäure (HOOC(CH₂)₄COOH, Molekulargewicht: 146,14), Fumarsäure (HOOCCH=CHCOOH, Molekulargewicht: 116,07) und andere organische Säuren, Ammoniumsalze davon, Asparaginsäure (HOOCCH₂CH(NH₂)COOH, Molekulargewicht: 133,10), Glutaminsäure (HOOCCH₂CH₂CH(NH₂)COOH, Molekulargewicht: 147,13) und andere saure Aminosäuren, Ammoniumsalze davon, Glycin (H₂NCH₂COOH, Molekulargewicht: 75,07), 4-Aminobuttersäure (H₂N(CH₂)₃COOH, Molekulargewicht: 103,12), 6-Aminohexansäure (H₂N(CH₂)₅COOH, Molekulargewicht: 131,17), 12-Aminolaurinsäure (H₂N(CH₂)₁₁COOH, Molekulargewicht: 215,33), Arginin (H₂NC(=NH)NH(CH₂)₃CH(NH₃)COOH, Molekulargewicht: 174,20), Glycidylglycin (H₂NCH₂CONHCH₂COOH, Molekulargewicht: 132,12) und andere neutrale oder basische Aminosäuren, Laurylbenzolschweflige Säure (CH₃(CH₂)₁₁C₆H₄SO₃H, Molekulargewicht: 326,50) und Ammoniumsalze davon und dergleichen.
Die Menge der zugegebenen wasserlöslichen organischen Verbindung variiert in Abhängigkeit von der Art der Verbindung, der Konzentration des feinen Ceroxid-Pulvers in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, dem pH-Wert der Zusammensetzung oder den Polierbedingungen, wie dem Druck, sie ist jedoch, ausgedrückt als Gewichtsverhältnis zu dem Ceroxid, 0,001 bis 20, stärker bevorzugt 0,005 bis 10, noch stärker bevorzugt 0,005 bis 5. Wenn der Gewichtsanteil unter 0,1 ist, ist die Menge der wasserlöslichen organischen Verbindung, die an die Oberfläche der Siliciumnitridschicht adsorbiert wird, im Vergleich zu dem Schleifkorn, das in dem Polierverfahren zum Einsatz kommt, gering, und es wird eine schwache Adsorptionsschicht gebildet, was dazu führt, dass die Verhinderung des direkten Kontakts des feinen Ceroxid-Pulvers mit der Siliciumnitridschicht nicht ausreichend erzielt wird und die Polierrate für die Siliciumnitridschicht nicht verringert werden kann, während, wenn das Verhältnis 20 übersteigt, die Wirkung durch die Erhöhung der Menge nicht noch stärker erhöht ist, und die Profitabilität sinkt in nachteiliger Weise.
Der pH-Wert der erfindungsgemäßen Schleifzusammensetzung wird nachfolgend beschrieben.
Der pH-Wert kann, falls erforderlich, kontrolliert werden, da er einen Einfluss auf die Polierraten sowohl der Siliciumdioxidschicht als auch des Siliciumnitrids hat. Wenn der pH-Wert gesenkt werden soll, können anorganische Säuren, wie Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure, organische Säuren, wie Äpfelsäure, Milchsäure, Weinsäure, Gluconsäure, Citronensäuremonohydrat, Bernsteinsäure, Adipinsäure und Fumarsäure, und saure Aminosäuren, wie Asparaginsäure und Glutaminsäure, eingesetzt werden. Wenn der pH-Wert erhöht werden soll, können Ammoniak, Amine, wie Ethanolamin, oder neutrale oder basische Aminosäuren, wie Glycin, 4-Aminobuttersäure, 6-Aminohexansäure, 12-Aminolaurinsäure, Argininsäure und Glycidylglycin eingesetzt werden. Der pH-Wert von 4 oder höher ist in einigen Fällen bevorzugt, es kann jedoch auch ein pH-Wert von unter 4 eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Schleifzusammensetzung kann außerdem ein Schleifmittel, das nicht Ceroxid ist, und Additive, die üblicherweise in Schleifzusammensetzungen eingesetzt werden, wie Viskositäts-einstellende Mittel, Puffer, oberflächenaktive Mittel und Geliermittel, enthalten.
Die erfindungsgemäße Schleifzusammensetzung ist durch eine hohe Selektivität in der Polierrate zwischen Siliciumoxid und Siliciumnitrid charakterisiert, und das Selektivitätsverhältnis kann mindestens 10, vorzugsweise 30 oder mehr und stärker bevorzugt 50 oder mehr sein. Sie ist außerdem durch eine erhebliche Verringerung der Anzahl an Kratzer auf der polierten Oberfläche gekennzeichnet.
Das Verfahren zur Bildung einer Flachgraben-Isolierung in einer Halbleitervorrichtung unter Einsatz der Schleifzusammensetzung wird nachfolgend beschrieben.
Es wird Bezug auf die Zeichnungen genommen. Wie 1 zeigt, wird die Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wie Silicium, oxidiert, wobei eine dünne Siliciumoxidschicht 2 gebildet wird, auf die eine Siliciumnitridschicht 3 in einer Dicke von beispielsweise 200 nm durch CVD abgeschieden wird. Durch Fotolithografie unter Einsatz eines Fotoresists werden beispielsweise Öffnungen 4 mit einer Breite von beispielsweise 500–5000 nm auf der Siliciumnitridschicht an Stellen gebildet, wo Gräben gebildet werden sollen.
Unter Einsatz der Siliciumnitridschicht 3 mit den Öffnungen als Maske wird das Halbleitersubstrat 1 einem selektiven Ätzen unterzogen, wobei flache Gräben mit einer Tiefe von beispielsweise 500 nm gebildet werden.
Siliciumoxid 5 wird auf die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 mit darauf befindlicher Siliciumnitridschicht 3 beispielsweise durch das einseitige CVD-Verfahren abgeschieden, was hervorragende Fülleigenschaften erlaubt, sodass die Gräben 4 mit dem Siliciumoxid 5 vollständig gefüllt werden können (2).
Wenn Planar-Polieren unter Einsatz einer Schleifzusammensetzung auf dieser Konstruktion durchgeführt wird, wird die Oberfläche der Siliciumoxidschicht 5 allmählich als planate Oberfläche trotz der Anwesenheit der Vertiefungsbereiche der Gräben 4 poliert. Mit fortschreitendem Polieren erreicht die polierte Oberfläche die Oberfläche der Siliciumnitridschicht 3, wobei zuvor die Oberfläche vollständig planar wird und die Vertiefungen der Gräben verschwinden. Das Polieren wird dann abgeschlossen, wenn die Oberfläche der Siliciumnitridschicht 3 erscheint. Somit werden die Flachgraben-Isolierungen 5' wie in 3 gezeigt gebildet. Die Siliciumnitridschicht 3 kann als Isolierschicht auf der Halbleitervorrichtung eingesetzt werden, sie wird jedoch üblicherweise wie in 4 gezeigt entfernt.
Bei dem Planar-Polieren für die Bildung einer Flachgraben-Isolierung wie vorstehend beschrieben, sollte das Verhältnis der Polierrate von Siliciumoxid zu Siliciumnitrid, das heißt das Selektivitätsverhältnis, hoch sein, um das Siliciumoxid effektiv zu polieren und sicherzustellen, dass das Polieren beim Siliciumnitrid gestoppt wird. Es ist auch nicht erwünscht, wenn Kratzer auf der polierten Oberfläche vorhanden sind, da diese eine Beeinträchtigung der Eigenschaften der Halbleitervorrichtung bewirken können.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Schleifzusammensetzung wurde entwickelt, um die geeignetste Zusammensetzung für das Planar-Polieren bereitzustellen. Mit der erfindungsgemäßen Schleifzusammensetzung können mindestens 10, vorzugsweise 50 oder mehr und sogar 60 oder mehr an Selektivitätsverhältnis erzielt werden, wodurch ein hochkontrolliertes Planar-Polieren durchgeführt werden kann und die Bildung von Kratzern auf der polierten Oberfläche verhindert werden kann.
Das Verfahren zum Durchführen des Polierens unter Einsatz der erfindungsgemäßen Schleifzusammensetzung kann ein beliebiges bekanntes Polierverfahren oder mechanochemisches Polierverfahren sein.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Beispiele eingehender beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Beispiel 1
100 g hochreine Ceroxid-Aufschlämmung (GPL-C1010, hergestellt von Showa Denko K. K., d₅₀ = 0,5 μm, Primärteilchengröße: 0,1 μm, Konzentration von Ceroxid mit einer Reinheit von 99,9 Gew.-% oder mehr: 10 Gew.-%) wurden mit 100 g einer Lösung, erhalten durch Auflösen von 10 g Ammoniumpolyacrylat im Wasser, gemischt. Wasser wurde zusätzlich zugegeben, um eine aufgeschlämmte Schleifzusammensetzung in einer Gesamtmenge von 1.000 g herzustellen. Die erhaltene Zusammensetzung hatte einen pH-Wert von 7,2, eine Ceroxid-Konzentration von 1 Gew.-% und eine Ammoniumpolyacrylat-Konzentration von 1 Gew.-%. Die Menge der zugegebenen wasserlöslichen organischen Verbindung war, ausgedrückt als Gewichtsverhältnis zu Ceroxid, 1,0.
Die Poliereigenschaften dieser Schleifmittelaufschlämmung für die Siliciumdioxidschicht und für die Siliciumnitridschicht wurden wie folgt beurteilt.
Polierbedingungen
Polierendes Material

(1) Siliciumdioxidschicht (Dicke: etwa 1 μm), gebildet auf einem Siliciumhalbleiterscheibchen mit einem Durchmesser von 6'' und einer Dicke von 625 μm durch das CVD-Verfahren
(2) Siliciumnitridschicht (Dicke: etwa 0,5 μm), gebildet auf einem Siliciumhalbleiterscheibchen mit einem Durchmesser von 6'' und einer Dicke von 625 μm durch das CVD-Verfahren
Polierauflage: Auflage vom Zweischichttyp zum Polieren einer Halbleitervorrichtung (IC1000/Suba400, hergestellt von Rodel-Nitta Co., Ltd.).
Poliermaschine: einseitige Poliermaschine zum Polieren einer Halbleitervorrichtung (Modell SH-24, hergestellt von Speedfam Co., Ltd., Arbeitsplattendurchmesser: 610 mm)
Umdrehungsgeschwindigkeit der Platte: 70 UpM
Arbeitsdruck: 300 gf/cm²
Zugabegeschwindigkeit der Aufschlämmung: 100 ml/min
Polierzeit: 1 Minute

Beurteilungskriterien und Beurteilungsverfahren

Polierrate: Schichtdickenmessvorrichtung vom Lichtinterferenztyp
Kratzer: Dunkelfeldbeobachtung mit einem optischen Mikroskop (3% der Halbleiterscheibchenoberfläche wurden bei 200-facher Vergrößerung beobachtet, und die Anzahl der Kratzer wurde in Anzahl der Kratzer/Halbleiterscheibchen umgewandelt)

Als Ergebnis des vorstehend beschriebenen Poliertests war die Polierrate für die Siliciumdioxidschicht hoch und betrug 5.050 Å/min, und die Polierrate für die Siliciumnitridschicht war extrem gering und betrug 77 Å/min.
Dementsprechend war das Selektivitätsverhältnis 66.
Kratzer wurden weder auf der Siliciumdioxidschicht noch auf der Siliciumnitridschicht beobachtet.
Beispiele 2 bis 9
Aufschlämmungen wurden unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Ceroxid-Konzentration und die Ammoniumpolyacrylat-Konzentration geändert wurden, und dann wurde die Beurteilung hinsichtlich der Poliereigenschaften auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammen mit den Ergebnissen des Beispiels 1 gezeigt.
Beispiele 10 bis 15
Aufschlämmungen wurden unter Einsatz desselben Ceroxids wie in Beispiel 1 hergestellt, es wurde jedoch die Art der wässrigen organischen Verbindung geändert. Die Ceroxid-Konzentration und die Konzentration der wasserlöslichen organischen Verbindung wurden jeweils auf 1 Gew.-% eingestellt. Das Gewichtsverhältnis zwischen ihnen war demgemäß 1. Der pH-Wert jeder Schleifmittelaufschlämmung wurde durch Zugeben von Ammoniak auf etwa 7 eingestellt. Die Poliereigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 beurteilt, und die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiele 16 bis 23
Aufschlämmungen wurden unter Einsatz desselben Ceroxids wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Art der wässrigen organischen Verbindung geändert wurde. Die Ceroxid-Konzentration wurde auf 1 Gew.-% eingestellt, und die Konzentration der wasserlöslichen organischen Verbindung wurde auf 0,1 Gew.-% eingestellt. Das Gewichtsverhältnis zwischen ihnen war demgemäß 0,1. Die Poliereigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 beurteilt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Aufschlämmung von 10 Gew.-% wurde durch Auflösen einer Kieselgelaufschlämmung (SC-1, hergestellt von Cabot Corporation, 30 Gew.-%) hergestellt und hinsichtlich der Poliereigenschaften beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Aufschlämmung von 1 Gew.-% wurde durch Verdünnen desselben Ceroxids wie in Beispiel 1 hergestellt. Die wasserlösliche organische Verbindung wurde nicht zugegeben. Der Poliertest wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Die Ergebnisse zeigen, dass wenn eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumoxidschicht, die auf einem Siliciumsubstrat durch das CVD-Verfahren getrennt gebildet wurden, unter denselben Bedingungen unabhängig voneinander poliert wurden, das Verhältnis der Polierrate für die Letztgenannte zu derjenigen der Erstgenannten, nämlich das Selektivitätsverhältnis, im Fall der vorliegenden Erfindung 10 deutlich überstieg.
INDUSTRIELLE ANWENBARKEIT
Die erfindungsgemäße Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung hat für Siliciumdioxid als Oxidschicht eine hohe Polierrate, ein großes Selektivitätsverhältnis zu der Polierrate für die Siliciumnitridschicht, und sie führt zu weniger Kratzern auf der polierten Oberfläche, sie ist somit als Zusammensetzung für das Polieren einer Halbleitervorrichtung geeignet und wird zum Polieren der Oxidschicht, in vielen Fällen Siliciumdioxidschicht, mit einer Siliciumnitridschicht als Sperre eingesetzt.

Claims

Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung bei dem Flachgraben-Isolierverfahren (shallow trench isolation process), wobei die Zusammensetzung hauptsächlich Wasser, Ceroxid-Pulver und eine oder mehr wasserlösliche organische Verbindungen mit mindestens einer der folgenden Gruppen: einer -COOH-Gruppe, einer -COOM_x-Gruppe (worin M_x ein Atom oder eine funktionelle Gruppe ist, das, bzw. die ein Wasserstoffatom unter Salzbildung ersetzen kann), einer -SO₃H-Gruppe und eine -SO₃M_y-Gruppe (worin M_y ein Atom oder eine funktionelle Gruppe darstellt, das bzw. die befähigt ist, ein Wasserstoffatom unter Salzbildung zu ersetzen) umfasst, wobei die Primärteilchengröße des Ceroxidpulvers 0,005 bis 0,5 μm beträgt und wobei, wenn eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumoxidschicht, die gesondert auf einem Siliciumsubstrat mit Hilfe der Methode der chemischen Dampfabscheidung (CVD-Methode) ausgebildet sind, unabhängig voneinander unter den gleichen Bedingungen poliert werden, das Verhältnis der Polierrate für die letztere zu der für die erstere 10 oder mehr beträgt.
Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Konzentration von Ceroxid in der Schleifzusammensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% ist und die Menge der zugesetzten wasserlöslichen organischen Verbindung, angegeben als Gewichtsverhältnis zu dem Ceroxid, 0,001 bis 20 beträgt.
Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die wasserlösliche Verbindung aus der aus einem Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensationsprodukt, Äpfelsäure, Milchsäure, Weinsäure, Laurylbenzolsulfonsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Bernsteinsäure, Fumarsäure und Adipinsäure bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die wasserlösliche Verbindung Ammoniumpolyacrylat ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, welches folgende Stufen umfasst: Ausbilden einer Siliciumnitridschicht auf einem Halbleitersubstrat, selektives Entfernen eines Teils der Siliciumnitidschicht, wobei das Halbleitersubstrat freigelegt wird, Ätzen des Halbleitersubstrats unter Verwendung der Siliciumnitridschicht als Maske unter Ausbildung eines Grabens, Abscheiden einer Siliciumoxidschicht auf der Siliciumnitridschicht und dem Halbleitersubstrat, so dass der Graben mit der Siliciumoxidschicht vollständig gefüllt wird, und Planar-Polieren der Siliciumoxidschicht unter Verwendung der Siliciumnitridschicht als Sperre, so dass das Siliciumoxid selektiv in dem Graben zurückbleibt, wobei das Planar-Polieren unter Verwendung einer Schleifzusammensetzung zum Polieren einer Halbleitervorrichtung durchgeführt wird, die hauptsächlich Wasser, Ceroxid-Pulver und eine oder mehr wasserlösliche Verbindungen, die mindestens eine der folgenden Gruppen enthalten: eine -COOH-Gruppe, eine -COOM_x-Gruppe (wobei M_x ein Atom oder eine funktionelle Gruppe ist, die befähigt ist, ein Wasserstoffatom unter Bildung eines Salzes zu ersetzen), eine -SO₃H-Gruppe oder eine SO₃M_y-Gruppe (worin M_y ein Atom oder eine funktionelle Gruppe darstellt, das bzw. die befähigt ist, ein Wasserstoffatom unter Salzbildung zu ersetzen), umfasst, wobei, wenn eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumoxidschicht, die gesondert auf einem Halbleitersubstrat mit Hilfe der Methode der chemischen Dampfabscheidung (CVD-Methode) ausgebildet wurden, unabhängig voneinander unter den gleichen Bedingungen poliert werden, das Verhältnis der Polierrate für die erstere zu der für die letztere 10 oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Konzentration von Ceroxid in der Schleifzusammensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% ist und die Menge der zugesetzte wasserlöslichen organischen Verbindung, angegeben als Gewichtsverhältnis zu dem Ceroxid, 0,001 bis 20 beträgt.