CN102464946B - 一种化学机械抛光液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于浅沟槽隔离抛光工艺的抛光液，它含有一种氧化铈磨料颗粒，一种去除速率选择比调节剂和一种阳离子表面活性剂，该抛光液具有较高的高密度二氧化硅(HDP-Oxide)的去除速率以及很高的对氮化硅的去除速率选择比，对图形晶圆的台阶具有较好的平坦化效率，且抛光后晶圆有好的表面形貌。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液及其应用。
背景技术
COMS芯片的制造通常是在硅衬底材料上集成数以亿计的有源器件(包括NMOS和PMOS)，进而设计各种电路实现复杂的逻辑功能和模拟功能。要确保不同器件之间的电学隔离，就要采用绝缘材料将其隔离，浅槽隔离(STI)就是在有源器件之间形成隔离区的工业化方法。这种隔离方法，是在衬底上生长一层二氧化硅层，然后再淀积一层氮化硅薄膜，二者的典型厚度分别为10-20nm和50-100nm，然后进行涂胶，曝光和显影，如图1所示。
图示看出(5)-(6)的步骤需要用CMP平坦化工艺，要求快速去除二氧化硅并停止在氮化硅上面，这就要求其抛光液要具有较高的HDP-Oxide/SIN的去除速率选择比，通常要大于10，并且在不同密度区域的碟形凹陷不能相差200埃，表面光滑洁净，颗粒污染物和缺陷等均小于工艺要求的指标。
目前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，CN01143362.0公开了一种用于浅沟槽隔离层的抛光液，其含有胶态二氧化硅磨料和氟化盐，该抛光液能获得的二氧化硅与氮化硅的去除速率选择比最高为11.8。CN200410096391.8公开了一种用于浅沟槽隔离层的抛光液，其含有氧化铈、季铵化合物、邻苯二甲酸及其盐和羧酸聚合物，该抛光液是采用季铵化合物调节二氧化硅与氮化硅的去除速率选择比，羧酸聚合物作为分散剂。CN200510052407.X公开了一种用于浅沟槽隔离层的抛光液，其含有 氧化铈、两性离子化合物、羧酸聚合物和阳离子化合物，该抛光液是采用两性离子化合物来调节二氧化硅与氮化硅的去除速率选择比，同样用羧酸聚合物作为分散剂。然而以上专利中均未提及抛光液对图形晶圆上的碟形凹陷现象有改善的作用。
发明内容
本发明的目的是解决浅沟槽隔离抛光工艺中高密度二氧化硅(HDP-Oxide)与氮化硅的去除速率选择比难以调解的问题，解决了抛光过程中的平坦化效率问题，以及改善图形晶圆上的碟形凹陷现象从而提供一种化学机械抛光液及其应用。
本发明的抛光液包含一种氧化铈磨料颗粒，一种去除速率选择比调节剂，一种阳离子表面活性剂和水。氧化铈磨料颗粒的粒径为20～150nm，优选为60～100nm。氧化铈磨料颗粒的用量为质量百分比：0.5～10％。
去除速率选择比调节剂为：聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物。聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物的分子量为300～100000，优选的为2000～10000。该去除速率选择比调节剂的用量为质量百分比：0.001～0.5％。
阳离子表面活性剂为：(RN+R1R2R3)X-，其中：R为-CmH2m+1，10≤m≤18，R1，R2和R3相同或不同，为-CH3或-C2H5，X-为Cl-或Br-。该阳离子表面活性剂的用量为质量百分比：0.001～0.1％。
抛光液的pH为3～7，优选的为4～6。
本发明抛光液在浅沟槽隔离的抛光中的应用，采用二氧化硅抛光液去除大部分的二氧化硅台阶高度，第二步采用本发明的抛光液抛光至终点，停止在氮化硅上面形成浅隔离槽。
本发明抛光液具有较高的HDP-Oxide的去除速率，采用聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物来调节氮化硅的去除速率，可以通过改变其浓度来调节HDP-Oxide与氮化硅的去除速率选择比，获得工艺要求的去除速 率选择比。采用阳离子表面活性剂来改善图形晶圆上的碟形凹陷现象，解决了抛光过程中的平坦化效率和表面形貌问题。
附图说明
图1是现有技术的芯片制造工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方法进一步说明本发明，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
表1给出了本发明的化学机械抛光液1～12以及对比抛光液的配方，按表中配方，将各成分简单均匀混合，余量为水，之后采用氢氧化钾、氨水和硝酸调节至合适PH值，即可制得实施例中的各抛光液。
表1本发明的化学机械抛光液1～12和对比抛光液1
采用对比抛光液1和本发明的抛光液1～6按照下述条件对空白HDP-Oxide晶片和空白Si3N4晶片进行抛光。抛光条件：抛光垫为PPG 14’，下压力为4psi，转速为抛光盘/抛光头＝70/90rpm，抛光液流速为100ml/min，抛光时间为2min。
抛光结果从表1中可以看出，本发明的化学机械抛光液可以获得较高的HDP-Oxide的去除速率，与对比抛光液1相比，本发明的化学机械抛光液可以通过添加聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物来抑制Si3N4的去除速率，获得较高的HDP-Oxide相对Si3N4的去除速率的选择比，由抛光液3～6可以看出通过调节聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物的用量能调节HDP-Oxide相对Si3N4的去除速率的选择比，满足了浅沟槽隔离抛光过程中HDP-Oxide相对Si3N4的去除速率的选择比的要求。
实施例2
表2给出了本发明的化学机械抛光液13～14以及对比抛光液13的配方， 按表中配方，将各成分简单均匀混合，余量为水，之后采用氢氧化钾、氨水和硝酸调节至合适PH值，即可制得各实施例抛光液。
表2本发明的化学机械抛光液13～14和对比抛光液13
采用对比抛光液13和本发明的抛光液13～14按照下述条件对图形晶圆进行抛光。抛光条件：抛光垫为PPG 14’，下压力为4psi，转速为抛光盘/抛光头＝70/90rpm，抛光液流速为100ml/min，抛光时间为1min。
抛光结果从表2中可以看出，本发明的化学机械抛光液可以较好的改善图形晶圆上的碟形凹陷现象，与对比抛光液13相比，本发明的化学机械抛光液可以通过添加阳离子表面活性剂来修正晶圆表面上产生的碟形凹陷，使抛光前的 减少到 获得了较好的晶圆表面形貌。
Claims (12)
1.一种去除速率选择比调节剂在抑制Si3N4去除速率中的应用，所述去除速率选择比调节剂加入化学机械抛光液中，且该抛光液由一种氧化铈磨料颗粒，所述去除速率选择比调节剂，一种阳离子表面活性剂和水组成，且该去除速率选择比调节剂为：聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的氧化铈磨料颗粒的粒径为20～150nm。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的氧化铈磨料颗粒的粒径为60～100nm。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的氧化铈磨料颗粒的用量为质量百分比：0.5～10％。
5.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物的分子量为300～100000。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的聚丙烯酸及其盐，以及嵌段的聚丙烯酸化合物的分子量为2000～10000。
7.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的去除速率选择比调节剂的用量为质量百分比：0.001～0.5％。
8.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂为：(RN+R1R2R3)X-，其中：R为-CmH2m+1,10≤m≤18，R1，R2和R3相同或不同，为-CH3或-C2H5，X-为Cl-或Br-。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂为十四烷基三甲基氯化铵，十六烷基二甲基乙基溴化铵，十二烷基三乙基溴化铵，十八烷基三甲基氯化铵，癸基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵。
10.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂的用量为质量百分比：0.001～0.1％。
11.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的抛光液的pH为3～7。
12.如权利要求11所述的应用，其特征在于：所述的抛光液的pH为4～6。
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