CN102108260B - 一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液，其含有磨料颗粒，表面活性剂和浆料稳定剂。本发明的化学机械抛光液在DRAM或者电容器以及层间介质的抛光中，调整了多晶硅材料的去除速率以及和其它硅基材料的选择比，避免了材料缺陷，使其达到了更好的表面形貌，实现了全局平坦化。

Description

一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液，具体涉及一种含有磨料颗粒，表面活性剂和浆料稳定剂的化学机械抛光液。

背景技术

在半导体的制造中，多晶硅材料有着比较广泛的应用，例如DRAM器件制造中的电容结构如附图1、门(gate)结构或者多晶硅塞(Plug)如附图2等。而多晶硅(Poly)材料的化学机械抛光(CMP)艺目前已普遍应用在生产实际中。早期的多晶硅(Poly)化学机械抛光(CMP)工艺的弱点就是较难达到这个良好的研磨速率，研磨后晶圆表面的平整度不稳定。研磨速率通常较快，所以研磨终点的精确控制也成为多晶硅(Poly)化学机械抛光(CMP)的难点。否则，对晶圆的过度研磨使得门区域(Gate)、插塞(Plug)中的多晶硅严重磨损，这会影响将来器件的性能，因为它有可能改变器件中掺杂结构的电性能，另外，多晶硅(Poly)化学机械抛光(CMP)若能得到很低的缺陷率和掺杂物的损失也会提高器件的良率。不同的应用，多晶硅材料淀积的厚度不同。形成多晶硅插塞的多晶硅就比较厚，而形成电容器的多晶硅比较薄，需要以不同的去除速率来达到平坦化以避免材料缺陷。

附图2所示，对于形成多晶硅插塞的抛光过程，如果选用两部抛光法，既能快速去除大量的多晶硅材料，又能以较慢的速度达到抛光终点。停止在氧化物薄膜上，而避免缺陷。

形成电容器所需多晶硅(Poly)的抛光速率需要控制的较缓和才能既达到平坦化的目的，又最大限度的避免缺陷，

上述抛光过程均要求对多晶硅(Poly)的去除速率能够调整，而且对其它材料的选择比要合适。

本发明公开了一种多晶硅的化学机械抛光液，可以通过配方的调整来调节多晶硅去除的速率以及和其它材料的抛光选择比，以达到平坦化的目的，避免材料缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是在DRAM或者电容器以及层间介质的抛光中调整多晶硅材料的去除速率以及和其它硅基材料的选择比，以达到较好的表面形貌，实现全局平坦化。

本发明的用于多晶硅抛光的化学机械抛光液，含有磨料颗粒，表面活性剂和浆料稳定剂。

本发明中，所述的磨料颗粒选自气相法二氧化硅颗粒、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化铈和/或高聚物颗粒中的一种或多种。

本发明中，所述的磨料颗粒的粒径为20～200nm，优选为60～150nm。

本发明中，所述的磨料颗粒的质量百分含量为2～30％，优选为5％～20％

本发明中，所述的表面活性剂为环氧乙烷缩聚物。

本发明中，所述的表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯缩合物、脂肪胺聚氧乙烯缩合物、脂肪酸聚氧乙烯醚和/或聚乙二醇单甲醚中的一种或多种。

本发明中，所述的表面活性剂的HLB值为7～15。该表面活性剂的作用是调节多晶硅(Poly)多晶硅的去除速率。

本发明中，所述的表面活性剂的质量百分含量为0.05～1％。

本发明中，所述的分散稳定剂为聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐。

本发明中，所述的分散稳定剂为聚丙烯酸钠和/或聚丙烯酸铵中的一种或多种。

本发明中，所述的分散稳定剂为多元醇磷酸酯PAPE和/或多氨基多醚基亚甲基膦酸PAPEMP。

本发明中，所述的分散稳定剂的分子量为2000～20000。

本发明中，所述的分散稳定剂的质量百分含量为0.01～1％。

本发明中，所述的化学机械抛光液含有杀菌防霉剂。

本发明中，所述的化学机械抛光液含有PH调节剂。

本发明中，所述的化学机械抛光液的pH值为9～12，优选为10～11。

一种抛光方法，所述抛光方法包括：在DRAM器件制造中的电容结构的抛光中，用本发明的化学机械抛光液对二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅中的一种或多种进行抛光。

一种抛光方法，所述抛光方法包括：在多晶硅门(gate)结构的抛光中，用本发明的化学机械抛光液对二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅中的一种或多种进行抛光。

一种抛光方法，所述抛光方法包括：在多晶硅塞(Plug)的抛光中，用本发明的化学机械抛光液对二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅中的一种或多种进行抛光。

本发明的积极进步效果在于：

在DRAM或者电容器以及层间介质的抛光中，调整了多晶硅材料的去除速率以及和其它硅基材料的选择比，避免了材料缺陷，使其达到了更好的表面形貌，实现了全局平坦化。

附图说明

图1为形成电容器化学机械抛光(CMP)过程的示意图。

图2为多晶硅插塞化学机械抛光(CMP)示意图。

图3为两步法多晶硅插塞抛光示意图。

具体实施方式

制备实施例

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。下述实施例中，百分比均为质量百分比。

表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例1～17及对比例1的配方，按表1中所列组分及其含量，在离子水的载体中，将所需表面活性剂溶于去离子水中后，缓慢加入磨料离子中，最后调整PH值至所需的量，即可制得各实施例的化学机械抛光液。

表1本发明的化学机械抛光液实施例1～11及对比例1的制备实施例

实施例

二氧化硅

表面活性剂

分散稳定剂

杀菌剂

PH

HLB值

对比例1

10％SiO2(80nm)

11

实施例1

10％SiO2(80nm)

200ppm脂肪醇聚氧乙烯醚

13～14

实施例2

10％SiO2(80nm)

200ppm脂肪酸聚氧乙烯醚

11

实施例3

10％SiO2(80nm)

200ppm甘油环氧乙烷缩合物

11

实施例4

10％SiO2(80nm)

200ppm十二胺聚氧乙烯醚

11

7～8

实施例5

10％SiO2(80nm)

200ppm蓖麻油环氧乙烷缩合物

11

13～14

实施例6

10％SiO2(80nm)

200ppm十八胺聚氧乙烯醚

11

14～15

实施例7

10％SiO2(80nm)

200ppm十二胺聚氧乙烯醚

0.2％聚丙烯酸分散剂5000

11

7～8

实施例8

10％SiO2(80nm)

200ppm十八胺聚氧乙烯醚

0.2％聚丙烯酸分散剂20000

聚季铵盐杀菌剂

11

14～15

实施例9

10％SiO2(80nm)

200ppm甘油环氧乙烷缩合物

0.2％多氨基多醚基

聚季铵盐杀菌剂

10.5

亚甲基膦酸PAPEMP

实施例10

2％SiO2(200nm)

50ppm十二胺聚氧乙烯醚

1％聚丙烯酸分散剂5000

9

实施例11

30％SiO2(20nm)

1％甘油环氧乙烷缩合物

0.01％聚丙烯酸分散剂20000

聚季铵盐杀菌剂

12

实施例12

2％CeO2

200ppm十二胺聚氧乙烯醚

多氨基多醚基亚甲基膦酸PAPEMP

聚季铵盐杀菌剂

9

实施例13

10％Al2O3

200ppm十二胺聚氧乙烯醚

多氨基多醚基亚甲基膦酸PAPEMP

聚季铵盐杀菌剂

11

实施例14

5％气相法SiO2

200ppm甘油环氧乙烷缩合物

聚丙烯酸分散剂2000

聚季铵盐杀菌剂

11

12～13

效果实施例1

采用本发明的化学机械抛光液实施例1～11及对比例1按照下述条件对二氧化硅(PETEOS)，氮化硅(Si₃N₄)及多晶硅(Poly)进行抛光。

抛光方法：

1、对DRAM电容器的抛光，如附图1所示

采用速率较慢的化学机械抛光液，对多晶硅(Poly)多晶硅进行去除，实现平坦化。

2、对多晶硅插塞的抛光分为两步，如附图3所示：

第一步：采用速率较高的化学机械抛光液对氧化物以上的大部分多晶硅去除

第二步：采用速率较慢的化学机械抛光液对剩余的多晶硅去除，并停止在氧化物上，或根据工艺要求过抛一定时间。实现多晶硅的平坦化，形成多晶硅插塞。

抛光条件：

抛光垫：PPG14’

抛光机台：Logitech，MP50型抛光机台

主压力：小于等于4psi

抛光头转速：90转/分钟

抛光盘转速：70转/分钟

晶圆：PETEOS硅片

浆料流速：100毫升/分钟

钻石盘压力：6磅

抛光时间：1分钟

抛光垫：IC1010

结果如表2所示：

表2本发明的化学机械抛光液实施例1～11及对比例1的效果实施例

将对比例1与实施例1-11相比较，可以发现未加环氧乙烷缩聚物的化学机械抛光液具有较高的多晶硅(Poly)多晶硅去除速率，加入不同HLB值以及不同链结构的表面活性剂后多晶硅(Poly)的去除速率都有不同程度的降低，其中使用HLB值较高的脂肪胺聚氧乙烯醚的实施例6和实施例8，多晶硅(Poly)几乎被完全抑制，同时氧化硅和氮化硅的去除速率比较低，有利于抛光过程终点区域与多晶硅(Poly)多晶硅保持相同的选择比，较好的实现平坦化。

将对比例1，实施例1和5与实施例7-9相比较，可以发现加入稳定剂的化学机械抛光液，颗粒的平均粒径较未加稳定剂的化学机械抛光液在40度的烘箱中增长的速度明显较慢，能够起到稳定浆料的作用，实施例12到14的颗粒增长的幅度也同样说明了分散稳定剂的作用。

Claims (17)

1.一种化学机械抛光液在抛光多晶硅中的应用，其中所述化学机械抛光液中含有磨料颗粒，表面活性剂和浆料稳定剂，且所述化学机械抛光液pH值为9～12。

2.根据权利要求1所述的应用，所述的磨料颗粒选自气相法二氧化硅颗粒、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、氧化铈和/或高聚物颗粒中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的应用，所述的磨料颗粒的粒径为20～200nm。

4.根据权利要求1所述的应用，所述的磨料颗粒的质量百分含量为2～30％。

5.根据权利要求1所述的应用，所述的表面活性剂为环氧乙烷缩聚物。

6.根据权利要求5所述的应用，所述的表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯缩合物、脂肪胺聚氧乙烯缩合物、脂肪酸聚氧乙烯醚和/或聚乙二醇单甲醚中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的应用，所述的表面活性剂的HLB值为7～15。

8.根据权利要求1所述的应用，所述的表面活性剂的质量百分含量为0.05～1％。

9.根据权利要求1所述的应用，所述的分散稳定剂为聚丙烯酸和/或聚丙烯酸盐。

10.根据权利要求9所述的应用，所述的分散稳定剂为聚丙烯酸钠和/或聚丙烯酸铵中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的应用，所述的分散稳定剂为多元醇磷酸酯PAPE和/或多氨基多醚基亚甲基膦酸PAPEMP。

12.根据权利要求1所述的应用，所述的分散稳定剂的分子量为2000～20000。

13.根据权利要求1所述的应用，所述的分散稳定剂的质量百分含量为0.01～1％。

14.根据权利要求1所述的应用，含有杀菌防霉剂和/或PH调节剂。

15.一种抛光方法，所述抛光方法包括：在DRAM器件制造中的电容结构的抛光中，用权利要求1-14中任一项所述的化学机械抛光液对二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅中的一种或多种进行抛光。

16.一种抛光方法，所述抛光方法包括：在多晶硅门(gate)结构的抛光中，用权利要求1-14中任一项所述的化学机械抛光液对二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅中的一种或多种进行抛光。

17.一种抛光方法，所述抛光方法包括：在多晶硅塞(Plug)的抛光中，用权利要求1-14中任一项所述的化学机械抛光液对二氧化硅、氮化硅和/或多晶硅中的一种或多种进行抛光。