CN101558126A - 非离子型聚合物在自停止多晶硅抛光液制备及使用中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了重复单元中含有－(RO)－或－(RCOO)－基团的聚合物在可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的制备及其使用中的应用，其中R为碳原子数为1～10的烷基。本发明所述的聚合物用于抛光液的制备及其使用，可在固定的常规工艺参数抛光条件下实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光过程，从而避免二氧化硅沟道中多晶硅碟形凹损缺陷的发生，及去除二氧化硅碟形凹损中的多晶硅残留，增高抛光后晶片表面的平坦度，且具有工艺窗口宽的特点，可使得生产率大大提高，生产成本大大降低。
Description
非离子型聚合物在自停止多晶硅抛光液制备及使用中的应用 技术领域
本发明涉及重复单元中含有 -(RO 或 -(RCOO)-基团的聚合物在可实现 自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的制备及其使用中的应用，其中 R为碳 原子数为 1~10的垸基。 技术背景
在多晶硅的抛光过程中,通常会存在如下两个问题：1.因为多晶硅 /二氧化 硅的抛光速率选择比过高， 使得最后抛光过程停止在二氧化硅层上时， 难免 会有多晶硅的碟形凹损。 如图 1所示， 图中 a、 b分别为抛光前和抛光后的 结构。且该问题会随着二氧化硅之间的沟槽宽度的增加而加重。这会对器件 的性能造成严重影响。 2.浅沟道隔离（STI)化学机械研磨过程中， 二氧化硅 表面形成碟形凹损， 造成后续步骤覆盖多晶硅层后的抛光过程中， 二氧化硅 碟形凹损中残留多晶硅。 如图 2所示， 图中 a、 b分别为抛光前和抛光后的 结构。 这同样会对器件的性能造成严重影响。
因此， 解决多晶硅抛光过程中表面碟形凹损缺陷、及去除残留了多晶硅 的二氧化硅碟形凹损的问题至关重要。专利文献 US2003153189公开了一种 化学机械抛光的方法和抛光液的组成，可以减少氧化物沟槽内的多晶硅的碟 形凹损，以及降低生产成本。专利.文献 US6191039揭示了一种化学机械抛光 方法， 可以降低化学抛光的时间和成本， 且有很好的平坦化效果。 以上技术 虽然在一定程度上达到了一定的平坦化效果， 缩短了抛光时间和成本， 但是 或者是分两步操作， 或者只是抑制了多晶硅的抛光速率， 且操作复杂， 抛光 确认本
效果有限。
专利文献 US2006014390揭示了一种抛光液， 其中所含有的非离子型聚 合物具有抑制多晶硅去除速率的作用。
发明概要
本发明的目的是提供重复单元中含有 -(RO)-或 -(RCOO)-基团（其中 R为 碳原子数为 1~10的垸基） 的聚合物在可实现自停止机制的多晶硅化学机械 抛光液的制备及其使用中的新用途。
本发明中， 所述的聚合物较佳的为聚氧乙烯型非离子表面活性剂。所述 的聚氧乙烯型非离子表面活性剂较佳的为长链脂肪醇聚氧乙烯醚 RiO(C2H40)nH,脂肪酸聚氧乙烯酯 (:θΟ(( 2Η4θ)ηΗ、 R,COO(C2H40)nOCR1 或 HO(C2H40:)n H，垸基酚聚氧乙烯醚
聚乙氧烯垸基醇 基 胺
其中 为烃基， n为 10 1000的整数， x，y, z 为 10〜1000的整数。
本发明中， 所述的聚合物的含量较佳的为质量百分比 0.0001 ~ 5%。 本发明的应用中， 所述的抛光液包含至少一种研磨颗粒和水。
其中， 所述研磨颗粒较佳的选自下列七种中的一个或多个： 二氧化硅、 三氧化二铝、 二氧化铈、 二氧化锆、 碳化硅、 聚四氟乙烯 （PTFE) 和聚苯 乙烯。 研磨颗粒的含量较佳的为小于或等于质量百分比 30%。
本发明的应用中， 所述的抛光液还可包含 pH调节剂或络合剂。
本发明的应用中， 所述的抛光液由上述成分简单混合均匀即得。
本发明的应用中， 抛光时， 抛光头的下压力范围较佳的为 l~5 psi; 抛光
头的转速范围较佳的为 10rpm〜150 rpm ; 抛光垫的转速范围较佳的为 10rpm〜150 rpm。
本发明的应用中， 抛光垫较佳的为聚氨酯材料的抛光垫， 如罗门哈斯 (ROHMHASS)公司的型号为 IC1000, IC1010或 politex的抛光垫，或 PPG 公司的 PPG fast pad抛光垫。
本发明的应用的优选实例中，抛光头的下压力为 1 psi; 抛光头的转速为 150 rpm;抛光垫的转速为 147 rpm;抛光垫为 PPG fast pad;抛光时间为 3 分 钟。
本发明的应用的优选实例中，抛光头的下压力为 3 psi;抛光头的转速为 150 rpm; 抛光垫的转速为 147 rpm; 抛光垫为 IC1010; 抛光时间为 2分钟。
本发明的应用的优选实例中，抛光头的下压力为 5 psi;抛光头的转速为 10 rpm; 抛光垫的转速为 11 rpm; 抛光垫为 politex; 抛光时间为 1.5 分钟。
本发明的应用， 可使抛光液在固定的工艺参数下可实现自停止机制。 该 机制包括主体去除阶段与终点去除阶段。整个抛光过程中二氧化硅的去除速 率保持不变。多晶硅的去除速率及多晶硅 /二氧化硅的选择比在主体去除阶段 由高到低下降， 在终点去除阶段恒定。机制过程由图 3所示。 图中 RRo、 RRj. RR2分别为抛光开始时多晶硅去除速率， 主体去除阶段多晶硅的平均去除速 率和终点去除阶段多晶硅去除速率， T, 为主体去除阶段的时间。 RRo, RRl5 RR2 以及 的大小通过抛光液组分， 抛光的工艺参数的调整来改变。
本发明的应用实例中， RRo可能范围为 100 ~ 6000 A/min， ！^^可能范围 为 100 6000 A/min， RR2可能范围为 0 ~ 5000 A/min，二氧化硅的去除速率可 能范围为 0~ 1000 A/min。RR^二氧化硅的去除速率比可能范围为 100:卜 1:1，
RR2与二氧化硅的去除速率比可能范围为 10:1〜 1 : 10ο
本发明的积极进步效果在于： 首次提供了重复单元中含有 -(RO)-或 -(RCOO)-基团 （其中 R为碳原子数为 1〜10的垸基） 的聚合物在可实现自停 止机制的多晶硅化学机械抛光液的制备及其使用中的新用途。此新用途， 与 现有技术相比，更好的解决了现有多晶硅抛光过程中二氧化硅沟道中多晶硅 碟形凹损缺陷的发生，二氧化硅碟形凹损中的多晶硅残留的问题。此新用途， 可通过一步抛光实现高平坦化度， 无多晶硅残留， 抛光后可获得如图 4所示 的晶片结构。 本发明的新用途还具有工艺窗口宽的特点， 可使生产率大大提 高， 生产成本大大降低。 其效果将通过实施例进一步说明。 附图说明
图 1为常规多晶硅抛光过程中， 抛光前 （a) 和抛光后 （b) 的晶片结构图。 图 2为浅沟道隔离 （STI) 化学机械研磨过程中造成的二氧化硅表面碟形凹 损， 在多晶硅抛光过程前 （a) 后 （b) 的示意图。
图 3为本发明的新用途可实现的自停止机制示意图。图中 RR^ RR RR2分 别为抛光开始时多晶硅去除速率，主体去除阶段多晶硅的平均去除速率和终 点去除阶段多晶硅去除速率， 为主体去除阶段的时间。
图 4为应用本发明的新用途在抛光后可获得的晶片结构图。
发明内容
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所
述的实施例范围之中。
实施例 1~16 用于可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的制备
重复单元中含有 -(RO)-或 -(RCOO)-基团 （R为碳原子数为 1〜10的垸基) 的聚合物用于制备可实现自停止机制的多晶硅的化学机械抛光液，表 1给出 了实施例 1~16中所制备的抛光液的成分配方， 其中水为余量。
表 1 实施例 1~16所制备的可实现自停止机制的多晶硅的化学机械抛光液 头 研磨颗粒 含有 -(RO)-或 -(RCOO 基团的聚合物 络合剂
pH调 施 含量 具体 含量 EDTA含 pH
具体物质 节剂 例 wt% 物质 wt% 量 wt%
1 0.1 A1203 0.0001 CuH23C7H„06(C2H40) 20 (吐温 20) \ KOH 10.3
2 10 Ce02 0.3 €2 0(。2 0) 1 oooH 0.0001 KOH 11.0
3 10 Si02 0.1 C2H50(CH20)誰 H \ KOH 11.0
4 10 Si02 0.1 C2H50(C 10Η2οΟ)ιοοοΗ \ KOH 11.0
5 15 ΖιΌ2 5 C2H5 COO (C2H4O),0H \ \ 11.0
6 30 SiC 0.5 C3H7COO(C2H40)ioo OC2H5 \ 11.0
7 10 聚四氟乙烯 0.2 HO(C2H40)iooH \ 、 11.0
8 10 聚苯乙 '稀 0.2 C2H5C6H4O (C2H4O) 80H \ 11.0
9 10 Si02 0.01 CH3CONHCH2 (C2H40)98OCH2CH2OH \ \ 11.0
10 10 Si02 0.02 CH3-N (CH2CH2(C2H40)68CH2CH2OH) 2 \ 11.0
0.001 C„H23C7Hu06(C2H40) 20 (吐温 20)
0.002 C2H5O(C2H4O)50H
0.003 C3H7COO(C2H4O)50OC2H5
0.02 CH3-N(CH2CH2(C2H40)68 CH2CH2OH)2
11 10 Si02 0.0001 KOH 11.0
0.005 HO(C2H4O)80H
0.006 C2H5C6H40 (C2H4O)80H
0.0005 CH3CONHCH2 (C2H40)98OCH2CH2OH
0.002 CH3-N(CH2CH2(C2H40)48 CH2CH2OH)2
12 3 Si02 0.1 C 17H35C7H 1106(C2H40) 2000 \ KOH 10.7
13 5 Si02 0.01 C 17H35C7H 1106(C2H40) 200 \ KOH 10.7
14 3 Si02 0.01 C6H902 (C2H40) 2o(CH3COO)3 \ KOH 11.0
15 5 Si02 0.03 C6H902(C2H40) 2o(C5HuCOO) 3 \ KOH 10.5
16 1 Si02 0.02 C6H902(C2H40) 2o(C10H21COO)3 \ KOH 10.0
实施例 17 用于可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的使用 将按照实施例 1的配方所制得的抛光液滴到 PPG fast pad抛光垫上， 晶 片正面向下，接触抛光垫表面， 以 147rpm和 150rpm的转速分别旋转抛光垫 和抛光 Ji 同时在被抛光的晶片背面施加 1 psi 的下压力， 进行抛光。 抛光 液流速为 100ml/min， 时间 3分钟。
实施例 18 用于可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的使用
将按照实施例 2的配方所制得的抛光液滴到 IC1010抛光垫上， 晶片正 面向下， 接触抛光垫表面， 以 147 rpm和 150rpm的转速分别旋转抛光垫和 抛光头， 同时在被抛光的晶片背面施加 3 psi 的下压力， 进行抛光。 抛光液 流速为 100ml/min， 时间 2分钟。
实施例 19 用于可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的使用
将按照实施例 3的配方所制得的抛光液滴到 politex抛光垫上，晶片正面 向下， 接触抛光垫表面， 以 11 rpm和 lOrpm的转速分别旋转抛光垫和抛光 头， 同时在被抛光的晶片背面施加 5 psi 的下压力， 进行抛光。 抛光液流速 为 100ml/min， 时间 1.5分钟。
实施例 20 用于可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的使用
将按照实施例 4的配方所制得的抛光液滴到 IC1000抛光垫上， 晶片正 面向下， 接触抛光垫表面， 以 lOrpm和 l lrpm的转速分别旋转抛光垫和抛 光头， 同时在被抛光的晶片背面施加 4 psi 的下压力， 进行抛光。 抛光液流 速为 100ml/mino
实施例 21 用于可实现自停止机制的多晶硅化学机械抛光液的使用
将按照实施例 5的配方所制得的抛光液滴到 IC1000抛光垫上，晶片正面
向下， 接触抛光垫表面， 以 150rpm和 145rpm的转速分别旋转抛光垫和抛 光头， 同时在被抛光的晶片背面施加 1 psi 的下压力， 进行抛光。 抛光液流 速为 100ml/min。
效果实施例 1
抛光液： 10 w % Si02， 0.2 wt.% C11H23C7H1106(C2H40) 2。（吐温 20)， 水为余量， pH调节剂为 ΚΟΗ, ρΗ = 11.3。
将此抛光液滴到 PPG CSY MXP -710抛光垫上， 晶片正面向下， 接触抛 光垫表面， 以 70 rpm和 80rpm的转速分别旋转抛光垫和抛光头， 同时在被 抛光的晶片背面施加 3 psi 的下压力， 进行抛光。 每次抛光后对抛光垫进行. 清洗刮整， 同时也对晶片表面进行去离子水冲洗清洁， 干燥， 测量。 抛光液 流速为 100ml/min。 抛光结果如表 2所示：
多晶硅去除量随抛光时间的变化
由上表可见， 多晶硅去除量随时间延长而降低， 说明抛光过程呈现了自 停止机制中的主体去除阶段。
效果实施例 2
抛光液： 10 wt.% Si02， 0.01 wt.% Ci,H23C7H1106(C2H40) 20 (吐温 20), 水为余量， pH调节剂为 KOH， pH = 11.3。
将此抛光液滴到 PPG CSY MXP -710抛光垫上， 晶片正面向下， 接触抛 光垫表面， 以 70 rpm和 80rpm的转速分别旋转抛光垫和抛光头， 同时在被 抛光的晶片背面施加 3 psi 的下压力， 进行抛光。 抛光液流速为 100ml/min。 每次抛光后对抛光垫进行清洗刮整， 同时也对晶片表面进行去离子水冲洗清
洁， 干燥， 测量。 抛光结果如表 3所示：
表 3 多晶硅、 二氧化硅、 去除速率及选择比随抛光时间的变化
由上表可见， 多晶硅去除量随时间延长而降低， 说明抛光过程呈现了自 停止机制， 且多晶硅的去除速率最终恒定在一个低值， 而二氧化硅的去除速 率始终不变。 在主体去除阶段多晶硅 /二氧化硅去除选择比为 4. 29: 1， 而 在终点去除阶段多晶硅 /二氧化硅去除选择比为 1 : 1。
本发明中所提及的化合物均市售可得。
Claims (16)
- 权利要求1. 重复单元中含有 -(RO)-或 -(RCOO)-基团的聚合物在可实现自停止机制的 多晶硅化学机械抛光液的制备及其使用中的应用， 其中 R为碳原子数为 1-10的垸基。2. 根据权利要求 1所述的应用，其特征在于：所述的聚合物为聚氧乙烯型非 离子表面活性剂。3. 根据权利要求 2所述的应用，其特征在于：所述的聚氧乙烯型非离子表面 活性剂为长链脂肪醇聚氧乙烯醚 ， 脂肪'酸聚氧乙烯酯 R1COO(C2H40)nH> 或 HO(C2H40)n H， 垸基酚聚氧 乙烯醚 聚乙氧烯垸基醇酰胺OCH2CH2OH, 聚氧乙烯烷基胺R1-N (CH2CH20(C2H40)n-2CH2CH2OH) 2 或吐温 其中， 为烃基， n 为 10~1000的整数， x, y, z分别为 10~1000的整数。4. 根据权利要求 1所述的应用，其特征在于：所述的聚合物的含量为抛光液 的质量百分比 0.0001 ~ 5%。5. 根据权利要求 1所述的应用，其特征在于：所述的抛光液含有研磨颗粒和 水。6. 根据权利要求 5所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒选自下列七种 中的一个或多个：二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化锆、碳化硅、 聚四氟乙烯和聚苯乙烯。7. 根据权利要求 5所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为小于 或等于抛光液的质量百分比 30%。8. 根据权利要求 1所述的应用， 其特征在于： 所述的抛光液还包含 pH调节 剂或络合剂。9. 根据权利要求 1所述的应用，其特征是： 抛光时， 抛光头的下压力范围为 1〜5 psi。10.根据权利要求 1 所述的应用， 其特征是： 抛光时， 抛光头的转速范围为 10rpm~150 rpm。11.根据权利要求 1 所述的应用， 其特征是： 抛光时， 抛光垫的转速范围为 10rpm~150 rpm012.根据权利要求 1所述的应用， 其特征是： 抛光垫为聚氨酯材料的抛光垫。13.根据权利要求 12 所述的应用， 其特征是： 所述的抛光垫为罗门哈斯 ROHMHASS公司的型号为 IC1000, IC1010或 politex的抛光垫， 或 PPG 公司的 PPG fast pad抛光垫。14.根据权利要求 1所述的应用， 其特征是： 抛光头的下压力为 1 psi; 抛光 时抛光头的转速为 150 rpm; 抛光时抛光垫的转速为 147 rpm; 抛光垫为 PPG fast pad; 抛光时间为 3 分钟。15.根据权利要求 1所述的应用， 其特征是： 抛光头的下压力为 3 psi; 抛光 时抛光头的转速为 150 rpm; 抛光时抛光垫的转速为 147 rpm; 抛光垫为 IC1010; 抛光时间为 2 分钟。16.根据权利要求 1所述的应用， 其特征是： 抛光头的下压力为 5 psi; 抛光 时抛光头的转速为 10 rpm; 抛光时抛光垫的转速为 11 rpm; 抛光垫为 politex; 抛光时间为 1.5 分钟。
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