CN101665663A - 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，其还同时含有双胍类化合物和氮唑类化合物以及电解质盐。本发明的抛光液中同时含有的双胍类物质和氮唑类物质具有协同作用，再配合电解质盐的加入，可显著提高多晶硅的去除速率。

Description

一种化学机械抛光液
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。
一种要求是要降低多晶硅的去除速率，如：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。
另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。
申请人在先申请的一项发明，申请号：200810033260.3，提供了一种多晶硅的抛光液，此抛光液通过双胍类化合物和氮唑类化合物的协同作用可以很好的提高抛光速度。但在抛光过程中，由于多晶硅的表面和空气中的氧气接触，形成一层非常薄的坚硬的氧化层(SiO2)，且抛光液被水稀释很多倍以后，由于研磨剂二氧化硅被大量稀释，对于多晶硅的表面坚硬的氧化层的去除速度还有待进一步提高，因此，本发明在前一发明的基础上进一步加入了电解质盐，可显著提高对多晶硅的表面氧化层的去除速度，从而进一步提高多晶硅抛光的整体速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可显著提高多晶硅去除速率，同时能够显著提高多晶硅表面氧化膜的去除速率的化学机械抛光液。
本发明的抛光液含有研磨颗粒和水，其还同时含有双胍类化合物和氮唑类化合物以及电解质盐。
其中，所述的双胍类化合物较佳的选自双胍、二甲双胍、苯乙双胍、吗啉呱、1，1’-己基双[5-(对氯苯基)双胍]及上述化合物的酸加成盐中的一种或多种。所述的酸较佳的为盐酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸。所述的双胍类化合物的含量较佳的为质量百分比0.01～7％。
其中，所述的氮唑类化合物较佳的选自三氮唑和四氮唑及其衍生物中的一种或多种。所述的氮唑类化合物的含量较佳的为质量百分比0.01～15％。
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。所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比0.1～30％。所述的研磨颗粒的粒径较佳的为20～150nm，更佳的为30～120nm。
其中，所述的电解质盐为酸的金属盐和非金属盐。金属盐优选钾盐、非金属盐优选铵盐。酸优选硝酸、亚硝酸、磷酸、盐酸、硫酸、碳酸。
本发明的抛光液还可含有本领域常规添加剂，如pH调节剂和/或分散剂。所述的pH调节剂可选自NaOH、KOH、氨和有机碱中的一种或多种；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％。
本发明的抛光液的pH范围较佳的为8～12。
将上述成分简单混和均匀，用pH调节剂调节至合适pH值，静置即可制得本发明的抛光液。本发明所用试剂及原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液中同时含有的双胍类物质和氮唑类物质具有协同作用，可显著提高多晶硅的去除速率。同时通过添加电解质盐，提高对多晶硅表面氧化膜的去除速度，从而进一步提高了多晶硅的整体去除速率。
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。
实施例1～11
表1给出了本发明的抛光液1～11，按表中配方，将各成分简单混和均匀，余量为水，用pH调节剂调节至合适pH值，静置30分钟即可制得各抛光液。
表1本发明的抛光液实施例1～11配方
Figure A20081004257000071
Figure A20081004257000081
效果实施例
表2给出了对比抛光例1～8以及本发明的抛光液1～6，按表中配方，将各成分简单混和均匀，余量为水，用四甲基氢氧化铵调节至pH＝11，静置30分钟即可制得各抛光液。将各抛光液用于多晶硅抛光。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。抛光结果见表2。
以下多晶硅去除速率为：去除多晶硅表面SiO2氧化层之后的多晶硅去除速率。
表2对比抛光例1～8以及本发明的抛光液1～6配方及多晶硅去除速率
Figure A20081004257000091
由对比抛光液2，3，4表明：随着盐酸二甲双胍含量的不断提高，多晶硅的去除速率趋向饱和，最大值在2390A/min左右。继续增加盐酸二甲双胍含量，对提高多晶硅的去除速率没有帮助。
由对比抛光液5，6，7表明：随着1，2，4-三氮唑(TAZ)含量的不断提高，多晶硅的去除速率趋向饱和，最大值在2163A/min左右。继续增加TAZ的含量，对提高多晶硅的去除速率没有帮助。
由本发明的抛光液1～5与对比抛光液1、5～7表明：双胍类物质和三氮唑存在着明显的协同作用，可以显著地提高多晶硅的去除速率。
由本发明的抛光液6和对比抛光液8表明：双胍类物质和四氮唑存在着明显的协同作用，可以显著地提高多晶硅的去除速率。
表3给出了加入电解质盐之后的抛光效果。
表3：加入电解质盐之后的抛光效果
Figure A20081004257000101
*注明：此处多晶硅去除速率为包含表面固有的很薄的氧化层(native oxide)的速率。
从表3对比1可以看出，在没有电解质盐存在的情况下，抛光液在用水稀释15倍之后，由于研磨剂的浓度很低，受多晶硅表面坚硬的氧化层的影响，多晶硅去除速率非常低，研磨时间消耗在去除氧化层上。
抛光液1，2，3表明加入电解质盐之后，由于加快了表面氧化层的去除速度，消耗在去除氧化层上时间被缩短，从而提高了多晶硅抛光的整体速度。
综上，通过双胍类化合物和氮唑类化合物的协同作用可以显著提高多晶硅的去除速度，并且在加入了电解质盐后，可以加快多晶硅表面氧化层的去除速度，从而进一步提高多晶硅的整体去除速度。因此本发明所述的化学机械抛光液对于加快多晶硅的整体去除速度是具有显著效果的。

Claims (13)

1.一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒和水，其特征在于：其还同时含有双胍类化合物和氮唑类化合物以及电解质盐。
2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的双胍类化合物选自双胍、二甲双胍、苯乙双胍、吗啉呱、1，1’-己基双[5-(对氯苯基)双胍]及上述化合物的酸加成盐中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的酸为盐酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸。
4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的双胍类化合物的含量为质量百分比0.01～7％。
5.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氮唑类化合物为三氮唑和四氮唑及其衍生物中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的抛光液，其特征在于：所述的氮唑类化合物为1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、5-羧基-3-氨基1，2，4-三氮唑和5-氨基四氮唑中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氮唑类化合物的含量为质量百分比0.01～15％。
8.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。
9.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％。
10.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为30～120nm。
11.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的电解质盐为酸的金属盐和非金属盐。
12.如权利要求11所述的抛光液，其特征在于：所述金属盐优选钾盐、非金属盐优选铵盐；所述酸优选硝酸、亚硝酸、磷酸、盐酸、硫酸或碳酸。
13.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范围为8～12。
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