CN103045099A

CN103045099A - 用于抛光多晶硅的化学机械抛光液

Info

Publication number: CN103045099A
Application number: CN2012105481511A
Authority: CN
Inventors: 荆建芬; 张建; 蔡鑫元
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd; Anji Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: CN103045099B

Abstract

本发明公开了一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，该抛光液包括研磨颗粒和水，其还包括一种或多种氧化剂。本发明的抛光液可以在碱性条件下显著改变多晶硅的去除速率，调节多晶硅与二氧化硅的选择比,并明显提高多晶硅的平坦化效率和抛光残留物的去除。

Description

用于抛光多晶硅的化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液。

背景技术

在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，一层上面又沉积一层，使得在衬底表面形成了不规则的形貌。现有技术中使用的一种平坦化方法就是化学机械抛光（CMP），CMP工艺就是使用一种含磨料和化学物质的混合物和抛光垫去抛光一硅片表面。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，将磨料和化学活性的溶液（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机械反应开始进行抛光过程。

对于多晶硅的抛光，目前主要应用于两种芯片，一种是DRAM，一种是Flash.后者应用中往往在对多晶硅的抛光中会涉及到对二氧化硅的抛光。

在以往的主要利用以二氧化硅为研磨颗粒的碱性浆料来抛光多晶硅层和二氧化硅层的情况下，多晶硅的除取速率往往比二氧化硅的除去速率高得多，易导致多晶硅的过量去除而产生凹陷，影响随后的工艺。

US2003/0153189A1公开了一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液及方法，该抛光液包括一种聚合物表面活性剂和一种选自氧化铝和氧化铈的研磨颗粒，该聚合物表面活性剂为聚羧酸酯表面活性剂，用该浆料可以使多晶硅表面大块区域的抛光速率大大高于沟槽内的抛光速率，从而减少凹陷。US2003/0216003A1和US2004/0163324A1公开了一种制造Flash的方法。其中包括一种抛光多晶硅的抛光液，该抛光掖中包含至少一种含有–N(OH),–NH(OH),–NH2(OH)基团的化合物，使用该浆料的多晶硅与二氧化硅的抛光选择比大于50。US2004/0014321A1公开了一种包含研磨颗粒和氧化剂的酸性抛光液，使用该浆料可提高多晶硅与二氧化硅的抛光选择比。US2004/0123528A1公开了一种包含研磨颗粒和阴离子化合物的酸性抛光液，该阴离子化合物能降低保护层薄膜的去除速率，提高多晶硅与保护层薄膜的去除速率选择比。US2005/0130428A1和CN 1637102A公开了一种用于多晶硅化学机械抛光的浆料，该浆料成分包括一种或多种在多晶硅层上形成钝化层的非离子表面活性剂及一种能形成第二钝化层来能减小氮化硅或氧化硅除去速率的第二表面活性剂。这种非离子表面活性剂至少包括一种选自环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇和环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段聚合物组成的组中的化合物，该浆料可以将多晶硅除去速率与绝缘体除去速率之间的选择比至少减小大约50%。

发明内容

本发明的目的是提供一种在碱性条件下较好地抛光多晶硅薄膜的新型的化学机械抛光液。

本发明的上述目的通过下列技术方案来实现：本发明的抛光液包括研磨颗粒和水，还包括一种或多种氧化剂。

在本发明中所述的氧化剂较佳地为：

I、含有至少一个过氧基（——O——O——）的有机或无机化合物

II、含有一个处于最高氧化态的元素的有机或无机化合物。

所述的氧化剂更佳地为：过氧化氢及其衍生物、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸钠、高碘酸及其盐、高氯酸及其盐或高硼酸及其盐中的一种或多种。

本发明所述的氧化剂的重量百分比浓度较佳地为0.1～30%；

更佳地为0.5～20%。

所述的抛光液的pH值较佳地为7~12。

发明中所述的研磨颗粒为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化钛，覆盖铝的二氧化硅、掺杂铝的二氧化硅和/或高分子研磨颗粒。

所述的研磨颗粒粒径较佳地为30~150nm；

更佳地为30~120nm。

所述的研磨颗粒重量百分比浓度浓度较佳地为0.5～30%；

更佳地为2~30%。

本发明的浆料还可以含有pH调节剂，粘度调节剂，杀菌剂等来达到本发明的发明效果。

本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液可以在碱性条件下显著改变多晶硅的去除速率，调节多晶硅与二氧化硅的选择比,并明显提高多晶硅的平坦化效率和抛光残留物的去除。

具体实施方式

实施例1

对比抛光液1’二氧化硅(100nm)15%、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为3330A/min，二氧化硅的抛光速率为521A/min，两者的选择比为5.38。

抛光液1二氧化硅(120nm)15%、过氧化氢0.5%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1866A/min，二氧化硅的抛光速率为482A/min，两者的选择比为选择比为3.87。

抛光液2二氧化硅(100nm)15%、过氧化氢2%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1747A/min，二氧化硅的抛光速率为543A/min，两者的选择比为选择比为3.22。

抛光液3二氧化硅(100nm)15%、过氧化氢5%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为950A/min，二氧化硅的抛光速率为560A/min，两者的选择比为选择比为1.70。

抛光液4二氧化硅(100nm)15%、过氧化氢15%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为711A/min，二氧化硅的抛光速率为580A/min，两者的选择比为选择比为1.23。

抛光液5二氧化硅(100nm)15%、过氧化氢20%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为537A/min，二氧化硅的抛光速率为572A/min，两者的选择比为选择比为0.94。

抛光时的工艺参数为：下压力3psi、抛光盘（直径14英寸）的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光液流速200ml/min、抛光垫为PPG fast pad CS7、Logitech LP50抛光机。

实施例2

对比抛光液2’二氧化硅(100nm)10%、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为2002A/min，二氧化硅的抛光速率为375A/min，两者的选择比为5.34。

抛光液6二氧化硅(100nm)10%、过氧化氢5%、水余量、PH值为7；多晶硅的抛光速率为572A/min，二氧化硅的抛光速率为151A/min，两者的选择比为选择比为3.79。

抛光液7二氧化硅(100nm)10%、过氧化氢5%、水余量、PH值为10；多晶硅的抛光速率为739A/min，二氧化硅的抛光速率为286A/min，两者的选择比为选择比为2.58。

抛光液8二氧化硅(100nm)10%、过氧化氢5%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为815A/min，二氧化硅的抛光速率为379A/min，两者的选择比为选择比为2.15。

抛光液9二氧化硅(100nm)10%、过氧化氢5%、水余量、PH值为12；多晶硅的抛光速率为883A/min，二氧化硅的抛光速率为484A/min，两者的选择比为选择比为1.82。

实施例3

抛光液10二氧化硅(100nm)2%、过氧化氢5%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为568A/min，二氧化硅的抛光速率为160A/min，两者的选择比为选择比为3.55。

实施例4

抛光液11二氧化硅(100nm)30%、过氧化氢5%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1352A/min，二氧化硅的抛光速率为916A/min，两者的选择比为选择比为1.48。

实施例5

抛光液12二氧化硅(100nm)10%、过氧乙酸1%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为928A/min，二氧化硅的抛光速率为391A/min，两者的选择比为选择比为2.37。

实施例6

抛光液13二氧化硅(100nm)10%、过硫酸铵1%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1885A/min，二氧化硅的抛光速率为413A/min，两者的选择比为选择比为4.56。

实施例7

抛光液14二氧化钛(150nm)10%、过氧化钾0.1%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1232A/min，二氧化硅的抛光速率为954A/min，两者的选择比为选择比为1.29。

实施例8

抛光液15三氧化二铝(30nm)30%、过碳酸钠30%、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为2031A/min，二氧化硅的抛光速率为2305A/min，两者的选择比为选择比为0.88。

抛光时的工艺参数为：下压力3psi、抛光盘（直径14英寸）的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光液流速200ml/min、抛光垫为PPG fastpad CS7、Logitech LP50抛光机。

实施例9

抛光液16掺杂铝的二氧化硅(30nm)30%、过氧甲酸30%、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为1857A/min，二氧化硅的抛光速率为2159A/min，两者的选择比为选择比为0.86。

实施例10

抛光液17覆盖铝的二氧化硅(45nm)10%、高硼酸钠和过氧化脲10%、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为962A/min，二氧化硅的抛光速率为846A/min，两者的选择比为选择比为1.14。

实施例11

抛光液18二氧化硅(70nm)10%、高碘酸和高氯酸钾10%、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为886A/min，二氧化硅的抛光速率为480A/min，两者的选择比为选择比为1.85。

实施例12

抛光液19二氧化铈(50nm)0.5%、过氧化氢10%、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为693A/min，二氧化硅的抛光速率为257A/min，两者的选择比为选择比为2.70。

本发明所使用的原料和试剂均为市售所得。

Claims

1.一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，该抛光液包括研磨颗粒和水，其特征在于：还包括一种或多种氧化剂。

2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂为：

I、含有至少一个过氧基（——O——O——）的化合物；

II、含有一个处于最高氧化态的元素的化合物。

3.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂为：过氧化氢及其衍生物、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸钠、高碘酸及其盐、高氯酸及其盐或高硼酸及其盐中的一种或多种。

4.如权利要求1至3任一所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂的重量百分比浓度为0.1～30%。

5.如权利要求4所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂的重量百分比浓度为0.5～20%。

6.如权利要求1至3任一所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH值为7~12。

7.如权利要求1至3任一所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化钛，覆盖铝的二氧化硅、掺杂铝的二氧化硅和/或高分子研磨颗粒。

8.如权利要求7所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒粒径为30~150nm。

9.如权利要求8所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒粒径为30~120nm。

10.如权利要求7所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒重量百分比浓度为0.5～30%。

11.如权利要求10所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒重量百分比浓度为2~30%