CN102112566A - 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，其含有溶胶型二氧化硅、速率增助剂、表面活性剂和水。本发明克服现有的用于抛光氧化物介电质的化学机械抛光液中抛光液磨料含量高、抛光表面缺陷高的缺陷，提供了一种抛光液磨料含量低、二氧化硅去除速率高、氮化硅抛光速率低的化学机械抛光液。
Description
一种化学机械抛光液 技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液。 技术背景
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惨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。
在氧化物抛光过程中， 抛光浆料主要用于去除氧化物介电质。在浅沟槽 隔离层抛光时， 抛光液主要用于去除以及平坦化氧化物介电质和氮化硅。在 氧化物和浅沟槽隔离层抛光工艺中，都要求较高的氧化物介电质去除速率和 较低的表面缺陷。对氧化物介电质进行抛光时， 总是期望二氧化硅去除速率 较高， 而其他材料的抛光速率较低。 确认本
氧化物介电质包括薄膜热氧化二氧化硅 (thin thermal oxide),高密度等离 子二氧化娃 (high density plasma oxide) ^ 硼憐化娃玻璃 (borophosphosilicate glass). 四乙氧基二氧化硅 (PETEOS)和掺碳二氧化硅 (carbon doped oxide)等。
用于氧化物介电质抛光桨料的抛光磨料主要为气相二氧化硅、二氧化铈 和溶胶型二氧化硅， 但前两种磨料在抛光过程中容易划伤表面。与前两种磨 料相比， 溶胶型二氧化硅在拋光过程中产生的表面缺陷较少， 但对氧化物介 电质的去除速率较低， 其抛光液中磨料的用量往往较高， pH值也较高。
美国专利 US5,891,205描述了一种含有二氧化铈和二氧化硅混合磨料的 氧化物拋光液。 专利 US6，964,600中揭示了一种二氧化硅与氮化硅高选择比 的胶体二氧化硅抛光液， 由 5〜50%的二氧化硅胶体颗粒和 0.001〜2.0的磺酸 盐或磺酸酯构成。 专利 US7,351,662采用重碳酸盐促进氧化物介电质 （二氧 化硅或惨碳二氧化硅） 的去除速率， 从而获得较低的表面缺陷。 发明概要
本发明所要解决的技术问题是克服现有的用于抛光氧化物介电质的化 学机械抛光液中抛光液磨料含量高、抛光表面缺陷高的缺陷， 提供了一种含 有二氧化硅溶胶颗粒、含有羧基的速率增助剂和表面活性剂的化学机械抛光 液，从而提供了一种拋光液磨料含量低、二氧化硅去除速率高、氮化硅 ( Si3N4 ) 抛光速率低的化学机械抛光液。
本发明所述的化学机械抛光液含有溶胶型二氧化硅、速率增助剂、表面 活性剂和水。
本发明中所述的溶胶型二氧化硅为单分散的二氧化硅胶体颗粒的水溶
液体系， 其粒径较佳的为 30〜120nm。 溶胶型二氧化硅的用量较佳的为 10〜 20%, 更佳的为 15~20%。 所述的溶胶型二氧化硅中二氧化硅胶体颗粒的浓 度较佳的为 20〜50%， 更佳的为 30%; 百分比为质量百分比。
速率增助剂指能够增加二氧化硅抛光速率的物质，较佳的为有机羧酸及 其盐， 以及有机膦酸及其盐中的一种或多种； 更佳的为碳原子数目为 2~8的 多元羧酸及其盐和一取代的有机膦酸及其盐中的一种或多种；最佳的为酒石 酸钾、 乙二胺四乙酸、氨三乙酸、亚氨基二乙酸和 2-羟基膦酰基乙酸 (HPAA) 中的一种或多种。 所述的速率增助剂用量较佳的为 0.05〜4%； 更佳的为 0.5-2%； 百分比为质量百分比。
表面活性剂较佳的为非离子型和 /或两性型表面活性剂，更佳的为月桂酰 基丙基氧化胺、 十二烷基二甲基氧化胺 （OA-12)、 椰油酰胺基丙基甜菜碱 (CAB-30), 吐温 20 (Tween 20)、 十二垸基二甲基甜菜碱 （BS-12)、 椰油 酰胺丙基甜菜碱 （CAB-35 ) 和椰油脂肪酸二乙醇酰胺 （6501 ) 中的一种或 多种。 所述的表面活性剂用量较佳的为小于等于 0.2%, 但不包括 0%， 更佳 的为 0.005〜0.05%； 百分比为质量百分比。
使用非离子型或两性型表面活性剂时， 通过调整表面活性剂的种类， 能 够得到不同的多晶硅去除速率， 从而实现调节多晶硅去除速率的目的。 如， 十二垸基二甲基甜菜碱对多晶硅的去除速率很大，而椰油酰胺丙基甜菜碱的 多晶硅去除速率低， 同时使用这两种表面活性剂， 得到的多晶硅去除速率介 于单独使用时的去除速率之间。
水较佳的为去离子水， 用水补足余量。
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， 如粘度调节剂、 醇类或醚类试剂、 溶胶型二氧化硅稳定剂、 杀菌剂 等。 ·
本发明的拋光液的 pH值较佳的为 9〜12， 更佳的为 10.5〜12。
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。 pH调节剂可选用本领域常规 pH调节剂， 如氢氧化钾 和氨水等。
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、本发明的抛光液对氧化物介电质有较高拋光速率，而对其他材料（如 多晶硅和氮化硅）具有较低抛光速率， 使得本发明的抛光液具有良好的选择 比， 选择比为 2: 1-10： 1。
2、 本发明中引入速率增助剂， 获得了较高的二氧化硅去除速率， 从而 降低抛光液中磨料的使用量， 从而降低成本。
3、 本发明优选的实施例中使用了非离子型和两性型表面活性剂， 能够 得到不同的多晶硅去除速率， 从而实现调节多晶硅去除速率的目的。 附图说明
图 1为不同 TEOS速率增助剂的 TEOS去除速率图。
图 2为不同用量的 TEOS速率增助剂的 TEOS去除速率图。
图 3为不同粒径的二氧化硅的 TEOS和 Ploy去除速率图。
图 4为不同用量的二氧化硅的 TEOS去除速率图。
图 5为不同 pH值的抛光液的抛光速率图。
图 6为不同表面活性剂的 TEOS、 Si3N4和 Poly的去除速率图。 图 7为不同用量的表面活性剂的 TEOS和 Poly的去除速率图。
发明内容
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。 百杀得上海三博生化有限公司
实施例 1 添加速率增助剂对 TEOS去除速率的影响 用抛光液 1〜5和对比抛光液 1抛光二氧化硅，测定二氧化硅的去除速 率， 如图 1。 由图可见， 与没有添加速率增助剂的对比 1相比， 引入速率增 助剂后抛光液对 TEOS的抛光速率明显增加。 抛光液配方见表 1，用 KOH调节 pH，去离子水补足余量。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
实施例 2 TEOS速率增助剂的用量对 TEOS去除速率的影响 用抛光液 1、 6〜9和对比抛光液 1抛光二氧化硅， 测定二氧化硅的去除 速率， 如图 2。 由图可见， 抛光液抛光速率随增助剂用量的增加而增加， 在 3 %左右达到饱和。
拋光液配方见表 2，用 KOH调节 pH，去离子水补足余量。抛光条件为: 下压力 5.0psi， 抛光垫 IC1000, 抛光盘转速 70rpm， 抛光液流速 100ml/min， 抛光机台 Logitec PM5。
表 2
实施例 3二氧化硅的粒径对 TEOS和 Poly去除速率的影响
用抛光液 10〜12拋光二氧化硅和 Poly, 测定二氧化硅和多晶硅（Poly) 的去除速率， 如图 3。 由图可见， 二氧化硅粒径对抛光速率没有太大影响， 可以选择较宽的二氧化硅粒径范围。
抛光液配方见表 3，用 KOH调节 pH，去离子水补足余量。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 3
实施例 4二氧化硅用量对 TEOS去除速率的影响
用抛光液 13〜； L5和对比抛光液 2〜4拋光二氧化硅，测定二氧化硅的去 除速率， 如图 4。 由图可见， 去除速率随二氧化硅用量的增加而增加。
抛光液配方见表 4，用 KOH调节 pH，去离子水补足余量。抛光条件为: 下压力 5.0psi， 抛光垫 IC1000, 抛光盘转速 70rpm， 抛光液流速 100ml/min， 抛光机台 Logitec PM5。
表 4
实施例 5 抛光液的 pH值对抛光速率的影响
用抛光液 16〜18抛光二氧化硅和 Poly, 测定其对二氧化硅和 Poly的去 除速率，如图 5。由图可见，高 pH值有利于得到高的抛光速率，但在 pH=11.0 后变化不大， 较佳的为 10.5〜12。
抛光液配方见表 5，用 KOH调节 pH， 去离子水补足余量。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 5
实施例 6表面活性剂种类对 TEOS、 Si 和 Poly去除速率的影响 用抛光液 19〜25抛光二氧化硅、 Si3N4和 Poly，测定其对二氧化硅、 Si3N4 和 Poly 的去除速率， 如图 6。 由图可见， 与没有添加表面活性剂的抛光液
18相比， 引入非离子和两性离子表面活性剂后， TEOS和 Si3N4的去除速率 变化不大， 但 poly的抛光速率显著降低。
抛光液配方见表 6，用 KOH调节 pH， 去离子水补足余量。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 6
实施例 7表面活性剂用量对 TEOS和 Poly去除速率的影响
用抛光液 26〜29抛光二氧化硅和 Poly, 测定其对二氧化硅和 Poly的去 除速率， 如图 7。 由图可见， 弓 I入表面活性剂后， TEOS去除速率略有降低， 但 poly的去除速率显著降低， 但当用量高于 500ppm后， 去除速率无明显变 化。
抛光液配方见表 7，用 KOH调节 pH， 去离子水补足余量。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 7
实施例 8
用抛光液 30抛光二氧化硅， 测定其对二氧化硅的去除速率。 抛光液配 方和去除速率见表 8。
表 8
抛 二氧化硅 TEOS速率增助剂 杀菌剂
去除速率 光 用量 pH
用量(％) 粒径 (nm) 种类 用量(％) 种类 (A/min) 液 (%)
酒石
30 15 120 1 百杀得 0.002 12 2800 酸钾
Claims (11)
- 权利要求1、 一种化学机械抛光液， 其含有溶胶型二氧化硅、 速率增助剂、 表面 活性剂和水。
- 2、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的溶胶型 二氧化硅粒径为 30〜120nm。
- 3、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的速率增 助剂为有机羧酸及其盐， 以及有机膦酸及其盐中的一种或多种。
- 4、 如权利要求 3所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的速率增 助剂为碳原子数目为 2〜8的多元羧酸及其盐和一取代的有机膦酸及其盐中的 一种或多种。5、 如权利要求 4所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的速率增 助剂为酒石酸钾、 乙二胺四乙酸、氨三乙酸、亚氨基二乙酸和 2-羟基膦酰基 乙酸中的一种或多种。 .
- 6、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的表面活 性剂为非离子型和 /或两性型表面活性剂。
- 7、 如权利要求 6所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的表面活 性剂为月桂酰基丙基氧化胺、十二垸基二甲基氧化胺、椰油酰胺基丙基甜菜 碱、 吐温 20、十二垸基二甲基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱和椰油脂肪酸二 乙醇酰胺中的一种或多种。
- 8、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的溶胶型 二氧化硅的用量为 10〜20%<sub>;</sub> 百分比为质量百分比。
- 9、 如权利要求 8所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的溶胶型 二氧化硅的用量为 15〜20%<sub>;</sub> 百分比为质量百分比。
- 10、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的溶胶型 二氧化硅中二氧化硅胶体颗粒的浓度为 20〜50%； 百分比为质量百分比。
- 11、 如权利要求 10所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的二氧 化硅胶体颗粒的浓度为 30%; 百分比为质量百分比。12、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的速率增 助剂的用量为 0.05〜4%； 百分比为质量百分比。13、 如权利要求 12所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的速率 增助剂的用量为 0.5〜2%； 百分比为质量百分比。14、 如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的表面活 性剂的用量为小于等于 0.2%， 不包括 0%; 百分比为质量百分比。15、 如权利要求 14所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的表面 活性剂的用量为 0.005〜0.05%； 百分比为质量百分比。
- 16、如权利要求 1所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的化学机 械抛光液的 pH值为 9〜12。17、如权利要求 16所述的化学机械抛光液，其特征在于： 所述的 pH值 为 10.5〜12。
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Application publication date: 20110629 Assignee: Anji Microelectronics (Shanghai) Co., Ltd. Assignor: Anji Microelectronics (Shanghai) Co., Ltd. Contract record no.: 2015990000975 Denomination of invention: Chemical mechanical polishing solution Granted publication date: 20140226 License type: Common License Record date: 20160205 |
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