CN101928519A - 一种化学机械抛光液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有质量百分比为3～10％的掺铝二氧化硅、有机季铵盐和水。本发明提供了一种化学机械抛光液及其制备方法，由于该制备方法，使得本发明的抛光液在二氧化硅磨料含量低的情况下，仍有很高的二氧化硅去除速率和很低的氮化硅去除速率，两者的选择比达10以上，不易划伤浅沟槽隔离层表面，同时成本低廉。

Description

一种化学机械抛光液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液及其制备方法。
背景技术
在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些结构单元通过多层金属互连进一步形成功能性电路和元器件。在多层金属互连结构中，金属导线之间填充二氧化硅或掺杂其他元素的二氧化硅作为层间介电质(ILD)。随着集成电路金属互连技术的发展和布线层数的增加，化学机械抛光(CMP)已经广泛应用于芯片制造过程中的表面平坦化。这些平坦化的芯片表面有助于多层集成电路的生产，且防止将电介层涂覆在不平表面上引起的畸变。
CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。
在浅沟槽隔离抛光工艺中，需要快速去除二氧化硅介电质，但停止在氮化硅膜层上，以避免损伤下面的结构和器件。因此，用于浅沟槽隔离层抛光的抛光液，一般要求较高的二氧化硅与氮化硅的选择比，其选择比要求在10：1以上。
用于浅沟槽隔离层抛光液的磨料主要为二氧化铈和二氧化硅。US Patent7364600给出一种含有二氧化铈和阴离子聚合物的抛光液，其二氧化硅抛光速率可达2000A/min以上，二氧化硅与氮化硅的选择比可达50∶1以上，但是该抛光液容易在表面造成划伤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的用于抛光浅沟槽隔离层的化学机械抛光液中，使用二氧化铈和二氧化硅作为磨料，磨料含量高，易划伤浅沟槽隔离层表面的缺陷，提供了一种化学机械抛光液及其制备方法，使得本发明的抛光液在二氧化硅磨料含量低的情况下，仍有很高的二氧化硅去除速率和很低的氮化硅去除速率，不易划伤浅沟槽隔离层表面，同时成本低廉。
本发明所述的化学机械抛光液含有质量百分比为3～10％的掺铝二氧化硅、有机季铵盐和水。
所述的掺铝二氧化硅作为抛光液中的磨料，粒径较佳的为30～50nm，更佳的为45nm。
所述的有机季铵盐，能提高二氧化硅的去除速率，抑制对氮化硅的去除速率。所述的有机季铵盐较佳的为由四个碳原子数为1～4的烷基取代的有机季铵盐，更佳的为四丁基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵和四丁基氟化铵中的一种或多种。所述的有机季铵盐的含量较佳的为质量百分比0.01～3％，更佳的为0.2～0.6％
所述的水较佳的为去离子水，用水补足余量至质量百分比至100％。
本发明一较佳的实施例中，还含有孪生季铵盐表面活性剂，其能够更好地调节二氧化硅与氮化硅的选择比。孪生季铵盐表面活性剂的含量较佳的为质量百分比0.005～0.04％。
根据工艺实际需要，可向本发明的抛光液中添加本领域常规添加的辅助性试剂，较佳的为氨基三亚甲基膦酸、亚氨基二乙酸、多烯多胺、氨三乙酸、十二烷基溴化铵和双胍碱和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物中的一种或多种。这些辅助类试剂能够调节二氧化硅与氮化硅的选择比。
本发明的抛光液的pH值较佳的为2～5。
本发明还提供了一种所述的化学机械抛光液的制备方法：
(1)将质量百分比为6～60％的掺铝二氧化硅和质量百分比为0.02～18％的有机季铵盐加入水中均匀混合，水的用量为补足质量百分比至100％；用pH调节剂调节上述溶液至pH为2～4，得浓溶液；
(2)将水加入到上述浓溶液中，水的加入量为浓溶液质量的1～5倍，得所述的化学机械抛光液。
其中，所述的有机季铵盐的质量百分比较佳的为0.4～3.6％。所述的pH调节剂调剂较佳的为HNO3。步骤(1)中较佳地还添加孪生季铵盐表面活性剂。
将上述优选条件任意组合即得本发明的各优选实施例。
本发明所用的试剂均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的抛光液对浅沟槽隔离层的划伤小，对二氧化硅的去除速率高，可达1000A/min以上，对氧化硅的去除速率低，两者选择比可达10以上。
2、本发明的抛光液磨料含量低，成本低廉。
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。
下述各百分比皆为质量百分比。
实施例1
用抛光液1～3和对比抛光液1～3抛光TEOS和Si3N4，测定TEOS和Si3N4去除速率，如表2。将表1中各组分按所述含量简单混合，去离子水补足余量至100％，用HNO3调节pH，加入去离子水，水的加入量为稀释前溶液质量的若干倍(n)，具体倍数见表1。由表2可见，本发明的抛光液的选择比随着加入水的质量的增加先变大后变小，选择比在加入水的量为与原溶液质量的1～5倍时最大。
抛光条件为：下压力4.0psi，抛光垫IC1000，抛光盘转速70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台Logitec PM5。
表1
表2
Figure B2009100536732D0000042

Claims (10)

1.一种化学机械抛光液，其含有质量百分比为3～10％的掺铝二氧化硅、有机季铵盐和水。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述的有机季铵盐为由四个碳原子数为1～4的烷基取代的有机季铵盐。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述的有机季铵盐为四丁基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵和四丁基氟化铵中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述的有机季铵盐的质量百分比为0.01～3％。
5.如权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述的有机季铵盐的质量百分比为0.2～0.6％。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述的抛光液中还添加孪生季铵盐表面活性剂。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH值为2～5。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光液的制备方法：
(1)将质量百分比为6～60％的掺铝二氧化硅和质量百分比为0.02～18％的有机季铵盐加入水中均匀混合，水的用量为补足质量百分比至100％；用pH调节剂调节上述溶液至pH为2～4，得浓溶液；
(2)将水加入到上述浓溶液中，水的加入量为浓溶液质量的1～5倍，得所述的化学机械抛光液。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的有机季铵盐的质量百分比为0.4～3.6％。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中还添加孪生季铵盐表面活性剂。
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