CN101457125B - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒和水，还含有如式I所示的研磨阻滞剂；其中，X和Y独自的为C或N。本发明的抛光液可降低多晶硅去除速率，但不影响二氧化硅的去除速率，可明显减少抛光过程中因多晶硅和二氧化硅去除速率的差异引起的表面凹陷的现象，提高晶圆表面平坦度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺中的一种化学机械抛光液。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互连层的不断增加，导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。由IBM公司二十世纪80年代首创的化学机械研磨(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。
化学机械研磨(CMP)由化学作用和机械作用和两种作用结合而成。它的设备通常由一个带有抛光垫(pad)的研磨台(polishing table)，及一个用于承载芯片(wafer)的研磨头(carrier)组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在研磨垫上。当进行化学机械研磨时，研磨头在抛光垫(pad)上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆液(slurry)被滴到抛光垫(pad)上，并因离心作用平铺在抛光垫(pad)上。芯片(wafer)表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。
根据化学机械抛光所要解决的具体问题的不同，对多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)有两种不同的要求。
其中，一类是提高多晶硅的去除速率：
US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液，以提高多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)，其中添加剂优选2-(二甲氨基)-2- 甲基-1-丙醇。
US2002151252公开了一种含具有多个羧酸结构的络合剂的抛光液，用于提高多晶硅去除速率，其中优选的络合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。
EP1072662公开了一种含孤对电子和双键产生离域结构的有机物的抛光液，以提高多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)，优选化合物是胍类的化合物及其盐。
US2006014390公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的抛光液，其包含重量百分比为4.25％～18.5％研磨剂和重量百分比为0.05％～1.5％的添加剂。其中添加剂主要选自季铵盐、季胺碱和乙醇胺等有机碱。此外，该抛光液还包含非离子型表面活性剂，例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚产物。
当多晶硅表面和二氧化硅表面用用同一抛光液进行化学机械抛光时，多晶硅的去除速率往往会比二氧化硅的去除速率高。在某些情况下，这会导致凹陷和表面平坦度不好等问题。因此，另一类化学机械抛光液的设计思路是在不影响二氧化硅的去除速率前提下，抑制多晶硅的去除速率。
US 20050130428报道了一种含环氧乙烷或环氧丙烷的均聚或共聚物的抛光液，以抑制多晶硅去除速率。聚合物的疏水性基团被认为是吸附在多晶硅表面上，形成了钝化层，从而降低了多晶硅的去除速率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可降低多晶硅去除速率，但不影响二氧化硅的去除速率的化学机械抛光液，以提高晶圆经化学机械抛光后的平坦 化程度。
本发明的化学机械抛光液含有研磨颗粒和水，其还含有如式I所示的研磨阻滞剂。
其中，X和Y独自的为C或N。
其中，所述的研磨阻滞剂为2-氨基吡啶和/或2-氨基嘧啶。所述的研磨阻滞剂的含量较佳的为质量百分比0.01～5％。
其中，所述的研磨颗粒较佳的选自SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、SiC、Fe2O3、TiO2和Si3N4中的一种或多种，更佳的为SiO2。所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比0.1～30％。
本发明的抛光液还可含有本领域其他常规添加剂，如pH调节剂、分散剂和表面活性剂等。其中，所述的pH调节剂可选自NaOH、KOH、氨和有机碱、硝酸中的一种或多种。所述的有机碱较佳的选自伯胺、仲胺、叔胺和季胺碱中的一种或多种。其中，所述的分散剂可选自聚合电解质，较佳的为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷中的一种或多种。其中，聚乙烯醇的分子量较佳的为84000～89000，聚丙烯酸的分子量较佳的为3000～5000，聚丙烯酰胺的分子量较佳的约为30万，聚环氧乙烷的分子量较佳的为9000～12500。所述的分散剂的含量较佳的为质量百分比0.01～1％。其中，所述的表面活性剂可选自季胺盐型表面活性剂，例如：氯化十八烷基三甲基季胺盐。所述的表面活性剂的含量较佳的为质量比10～100ppm。
本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合，之后采用pH调节剂调节至合适pH值即可制得。本发明中，所用试剂及原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液可降低多晶硅去除速率，但不影响二氧化硅的去除速率，可明显减少抛光过程中因多晶硅和二氧化硅去除速率的差异引起的表面凹陷的现象，提高晶圆表面平坦度。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。以下百分比均为质量百分比。
实施例1～12
表1给出了本发明的化学机械抛光液的实施例1～12，按表中配方，将各组分混合均匀，之后采用pH调节剂调节至合适pH值即可制得。实施例6～12依次分别采用NaOH、KOH、氨水、伯胺、仲胺、叔胺和季胺碱作pH调节剂。
表1本发明的化学机械抛光液的实施例1～12
[0026]
效果实施例
对比抛光液：5％二氧化硅(粒径95±5nm)，95％去离子水，pH值为10.6。
抛光液1：5％二氧化硅(粒径95±5nm)，0.5％2-氨基嘧啶，94.5％去离子水，pH值为10.6。
抛光液2：5％二氧化硅(粒径95±5nm)，0.5％2-氨基吡啶，94.5％去离子水，pH值为10.6。
按配方，将各组分混合均匀，之后采用KOH调节至合适pH值即可制得。将上述抛光液用于多晶硅和二氧化硅(Teos)的化学机械抛光，抛光条件为：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，12英寸politex抛光垫(pad)，4cm*4cm正方形Wafer，研磨压力3psi，研磨台(polishing table)转速70转/分钟，研磨头(carrier)自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/min。结果如表2所示。
表2对比抛光液和本发明的抛光液1和2对多晶硅和二氧化硅的去除速率
| 抛光液 | 研磨颗粒 二氧化硅 | 研磨阻滞剂wt％ | 多晶硅去 除速率 | 二氧化硅 去除速率 | 多晶硅/二 氧化硅的 |
[0034]
| wt％ | (A/min) | (A/min) | 选择比 | ||
| 对比 | 5 | 0 | 1982.8 | 210 | 9.44 |
| 1 | 5 | 0.5％2-氨基嘧啶 | 763.6 | 210 | 3.64 |
| 2 | 5 | 0.5％2-氨基吡啶 | 1396 | 250 | 5.58 |
由表2可见，与对比抛光液相比，本发明的抛光液1和2可显著降低多晶硅的去除速率，而不影响二氧化硅的去除速率。
Claims (9)
1.一种含有研磨阻滞剂的化学机械抛光液在降低多晶硅去除速率中的应用，其中所述化学机械抛光液含有研磨颗粒和水，所述的研磨阻滞剂包含有如式I所示的结构；
其中，X和Y独自的为C或N，其中所述研磨阻滞剂为2-氨基吡啶和/或2-氨基嘧啶。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨阻滞剂的含量为质量百分比0.01～5%。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒选自SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、SiC、Fe2O3、TiO2和Si3N4中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为质量百分比0.1～30%。
5.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的抛光液还含有pH调节剂、分散剂和表面活性剂中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的分散剂的含量为质量百分比0.01～1%；所述的表面活性剂的含量为质量百分比10～100ppm。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的pH调节剂选自NaOH、KOH、氨和有机碱中的一种或多种；所述的分散剂选自 聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷中的一种或多种；所述的表面活性剂为季胺盐型表面活性剂。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的有机碱选自伯胺、仲胺、叔胺和季胺碱中的一种或多种。
9.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的聚乙烯醇的分子量为84000～89000；所述的聚丙烯酸的分子量为3000～5000；所述的聚丙烯酰胺的分子量为30万；所述的聚环氧乙烷的分子量为9000～12500。
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