CN101550317A - 用于抛光多晶硅的化学机械抛光液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其含有研磨颗粒和水，其特征在于：其还含有有机酸和/或其盐类，该有机酸分子中不仅含有一个膦酸基，同时还含有另一个膦酸基或羧基与之形成螯合结构，它们之间通过一个碳原子相连。本发明的化学机械抛光液可显著提高多晶硅去除速率。

Description

用于抛光多晶硅的化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液。

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。二十世纪80年代，由IBM公司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、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械研磨时，研磨头在抛光垫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，含有研磨剂的浆液被滴到抛光垫上，并因离心作用平铺在抛光垫上。芯片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，对多晶硅的去除速率(removal rate)有两种不同的要求。一种是提高多晶硅的去除速率，另一种是要抑制多晶硅的去除速率。

US2006014390公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的配方组分，其中包含重量百分比为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，乙醇胺等有机碱，此外，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。

US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂，提高多晶硅(polysilicon)的去除速率的方法，其中优选2-(二甲氨基)-2-甲基-1-丙醇。

US2002151252公开了一种具有多个羧酸结构的络合剂用于提高多晶硅去除速率的方法，它所用的典型络合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。

EP1072662公开了一种利用孤对电子和双键产生离域结构的有机物来提高多晶硅的去除速率的方法，它代表性的化合物是胍类的化合物及其盐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种可显著提高多晶硅去除速率的化学机械抛光液。

本发明的机械抛光液含有有机酸和/或其盐类、研磨颗粒和水。该有机酸分子中不仅含有一个膦酸基，同时还含有另一个膦酸基或羧基与之形成螯合结构，它们之间通过一个碳原子相连。

本发明中，所述的有机酸较佳的选自：2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸[CAS：37971-36-1]、2-膦酸丁酸[CAS：4378-40-9]、2-膦酸乙酸[CAS：4408-78-0]、2-膦酸丙酸[CAS：5962-41-4]、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)[CAS：23783-26-8]、1-羟基-2-吡啶-1，1-二膦酸乙烷[CAS：105462-24-6]、二膦酸二氯甲烷[CAS：10596-23-3]、羟基亚甲基二膦酸[CAS：15468-10-7]、亚甲基二膦酸[CAS：1984-15-2]、羟基乙叉二膦酸(HEDP)[CAS：2809-21-4]、3-氨基-1-羟基丙烷-1、1-二膦酸[CAS：40391-99-9]、4-氨基-1-羟基丙烷-1和1-二膦酸[CAS：66376-36-1]中的一种或多种，更佳的选自羟基乙叉二膦酸(HEDP)、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)和2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸(PBTCA)中的一种或多种。

本发明中，所述的有机酸和/或其盐类的含量较佳的为质量百分比0.01～5％。

本发明中，所述的有机酸的盐类较佳的为钠盐、钾盐或铵盐。所述的铵盐包括伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐或季胺盐。

本发明中，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。所述的研磨颗粒的质量百分比为0.1～30％。

本发明中，所述的抛光液还可以含有本领域其他常规添加剂，如pH调节剂和/或分散剂。pH调节剂可选用本领域常规pH调节剂，如氢氧化钾、氨水和硝酸等。所述的分散剂可选自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷中的一种或多种；所述的分散剂的含量较佳的为质量百分比0.01％～1％。

本发明中，所述的抛光液的pH较佳的为8～12。

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。

本发明所用原料及试剂均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明首次将含膦酸基螯合结构的有机酸和/或其盐类用于抛光多晶硅的化学机械抛光液。本发明的抛光液能显著提高多晶硅的去除速率。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

实施例1～17多晶硅的化学机械抛光液

表1给出了多晶硅的化学机械抛光液1～17的配方，按表中所给各成分及其含量混合均匀，水为余量，再用10％氢氧化钾溶液调节至合适pH值，即可得各实施例的抛光液。

表1多晶硅的化学机械抛光液实施例1～17

效果实施例

表2给出了对比抛光液1和抛光液1～3的配方及抛光效果数据，按表中所给各成分及其含量混合均匀，水为余量，之后采用pH调节剂调节至合适pH值即可制得实施例的抛光液。将上述抛光液用于多晶硅的化学机械抛光，抛光条件为：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，12英寸politex抛光垫，4cm*4cm正方形Wafer，研磨压力3psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/min。

表2对比抛光液1和抛光液1～3的组成配方及抛光效果

由表2数据可见，与对比抛光液1相比，本发明的抛光液1～3均可显著提高多晶硅的去除速率。

Claims (10)

1、一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其含有研磨颗粒和水，其特征在于：其还含有有机酸和/或其盐类，该有机酸分子中不仅含有一个膦酸基，同时还含有另一个膦酸基或羧基与之形成螯合结构，它们之间通过一个碳原子相连。

2、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机酸选自2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸、2-膦酸丁酸、2-膦酸乙酸、2-膦酸丙酸、2-羟基膦酰基乙酸、1-羟基-2-吡啶-1，1-二膦酸乙烷、二膦酸二氯甲烷、羟基亚甲基二膦酸、亚甲基二膦酸、羟基乙叉二膦酸、3-氨基-1-羟基丙烷-1，1-二膦酸和4-氨基-1-羟基丙烷-1，1-二膦酸中的一种或多种。

3、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的盐为钠盐、钾盐或铵盐。

4、如权利要求3所述的抛光液，其特征在于：所述的铵盐为伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐或季胺盐。

5、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机酸和/或其盐的含量为质量百分比0.01～5％。

6、如权利要求1所述的抛光液，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。

7、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为质量百分比0.1～30％。

8、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH为8～12。

9、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液还含有pH调节剂和/或分散剂。

10、如权利要求9所述的抛光液，其特征在于：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；所述的分散剂的含量为质量百分比0.01％～1％。