CN104745092A - 一种应用于sti领域的化学机械抛光液及其使用方法 - Google Patents

一种应用于sti领域的化学机械抛光液及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于STI领域的化学机械抛光液，含有氧化铈磨料，环状低聚糖类化合物，有机高分子聚合物，有机多元酸。本发明中环状低聚糖类化合物、有机高分子聚合物和有机多元酸具有复配效果，通过调整各物质的含量，结合使用达到调整二氧化硅/氮化硅抛光的选择比大于30，避免或降低抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的产生，溶液更稳定的效果。

Description

一种应用于STI领域的化学机械抛光液及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种研磨颗粒为二氧化铈的抛光液。
背景技术
浅槽隔离（STI）是目前IC制造中器件隔离的主要方法，在STI技术中，第一步是在基材的预定位置上生成若干槽，通常采用各向异性蚀刻法。其次，在各个槽中沉积二氧化硅，然后用CMP法抛光二氧化硅，向下抛光到氮化硅层就形成了STI结构。对STI的抛光不仅要求很高的HDP oxide(二氧化硅)的去除速率和很高的对氮化硅的选择比，而且要求非常低的表面缺陷指标以及不同密度区域的抛光均一性，因为这直接决定了器件隔离的效率。
二氧化硅是目前应用最广泛的CMP研磨剂，其二氧化硅抛光速率普遍较低，通常具有较低的二氧化硅/氮化硅抛光选择比，如专利200510116191.9公开了一种以氧化硅为末了得抛光液，二氧化硅抛光速率较低，其对二氧化硅/氮化硅抛光选择比较低。而氧化铈由于自身特殊的晶体结构和化学活性，在特定配方条件下对氧化硅和氮化硅具有高选择性的抛光特征，是目前STI抛光主要采用的磨料，但由于氧化铈表面形貌较多的棱角，因此在抛光过程中容易引起划伤(scratch)等缺陷。
专利101065458A采用氧化铈为磨料，在阳离子聚合物的协同作用下可实现高选择比二氧化硅/氮化硅抛光选择比，但该专利并未考虑抛光过程中TEOS表面的划伤抑制。专利2005100884709提出在抛光液中加入聚乙烯基吡咯烷酮以提高抛光均一性，但未能给出聚乙烯吡咯烷酮的加入，对抛光选择比有何影响。
本发明公开了一种用于抛光二氧化硅和氮化硅的CMP抛光液，其特征在于以纳米氧化铈为磨料，通过添加低聚环状糖类化合物，可有效抑制氮化硅抛光速率，实现高的二氧化硅/氮化硅抛光选择比（>30）；通过添加有机高分子聚合物，降低或避免了抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的出现。
发明内容
本发明公开了一种以氧化铈为磨料的STI抛光液，该抛光液中，环状低聚糖类化合物以及有机高分子聚合物可在STI上应用，从而使二氧化硅（TEOS）/氮化硅（Si3N4）抛光选择比大于30，，并避免或降低了抛光过程中碟形凹槽（Dishing）、划痕（scratch）等缺陷的产生。
该STI抛光液含有：（a）0.1%‐2%氧化铈磨料（b）0.1%‐5%环状低聚糖类化合物（c）0.05%‐2%有机高分子聚合物（d）0.1%‐1.0%有机多元酸。该抛光液对二氧化硅（TEOS）/氮化硅（Si3N4）抛光选择比大于30，避免或降低了抛光过程中碟形凹槽（Dishing）、划痕（scratch）等缺陷的产生。
本发明中，所述氧化铈研磨颗粒的平均粒径为120‐200纳米，平均晶粒尺寸为20‐60纳米。
本发明中，所述环状低聚糖类化合物为选自α‐环糊精（α‐CD，6个葡萄糖环状键合）、β‐环糊精（β‐CD，7个葡萄糖环状键合）、γ‐环糊精（γ‐CD，8个葡萄糖环状键合）中一种或多种，优选β‐环糊精。所述环状低聚糖类化合物的构成单元没有特殊限定，而且键合的方式也没有特殊限定，并且环状低聚糖还包括结构异构体、立体异构体。
本发明中，所述有机高分子聚合物可以为下列聚合物中的一种或多种混合：聚丙烯酸及其盐类化合物（如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵）分子量在3000‐5000；聚乙烯基吡咯烷酮，分子量在3000‐10000；聚乙二醇，分子量在3000‐5000。
本发明中，所述有机多元酸可以为：醋酸、甘氨酸、柠檬酸中的一种或多种。
本发明中，抛光液中还可进一步包括去离子水和pH值调节剂。
本发明中，所述pH值调节剂为KOH或H2SO4；
本发明中，所述抛光液的pH值为4.0‐11.0，更为优化的pH范围为4.5‐10.0。
本发明的积极进步效果在于：环状低聚糖类化合物、有机高分子聚合物和有机多元酸具有复配效果，通过调整各物质的含量，结合使用达到调整二氧化硅/氮化硅抛光的选择比大于30，避免或降低抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的产生，溶液更稳定的效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。
本发明所用试剂及原料均市售可得。抛光液中使用的氧化铈颗粒的粒径为平均折合直径，其平均粒径由Malvern公司的Nano‐ZS90激光粒度分析仪测定；抛光液中使用的氧化铈颗粒的晶粒度通过日本岛津LabX XRD‐6100型X射线衍射仪测定。首先将氧化铈颗粒（或二氧化硅颗粒，对比例1‐3中）加入设定浓度有机分散剂溶液液中混合均匀，再将除研磨颗粒外的组分按照表中所列的含量，在去离子水中混合均匀，用KOH调节到所需pH值，然后加入有机分散剂分散的研磨颗粒分散液，若pH下降则用KOH调节到所需的pH值，并用去离子水补足百分含量至100wt%，即可制得化学机械抛光液。
表1本发明的化学机械抛光液实施例配方
表2本发明的化学机械抛光液实施例对比例
表3本发明的化学机械抛光液实施例对比例
效果实施例
分别用上述实施例中抛光液1‐6和对比例1‐9的化学机械抛光浆料对空白TEOS和Si3N4，抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech抛光垫，向下压力3psi，转盘转速/抛光头转速=60/80rpm，抛光时间60s，化学机械抛浆料流速100mL/min。抛光所用晶圆切片均由市售（例如美国SVTC公司生产的）8英寸镀膜晶圆切片而成。TEOS和Si3N4厚度由Matrics公司生产的NANOSPEC6100测试仪测得。用抛光前后测得的厚度差值除以抛光耗用时间即得TEOS和Si3N4的去除速率。抛光时间为1分钟。
TEOS划痕(scratch)评价：抛光后TEOS在光学显微镜下观察划痕。
凹陷(Dishing)缺陷评价：采用SKW公司制造STI3模式晶片（STI3patternedwafer）进行凹陷缺陷评价抛光实验，通过AFM分析评价凹陷缺陷深度。
表4‐6中对本发明抛光液实施例1‐6和对比实施例1‐9的抛光效果比较表明，在实施例1‐6中对应抛光液，对TEOS显示了高的抛光速率，同时对TEOS和Si3N4的抛光选择比均大于30，并且TEOS表面无明显可见划痕。对比实施例1‐3以二氧化硅为磨料，可以看出，即使在固含量达到10%，对应TEOS抛光速率仍然低于1000A/min，并且TEOS和Si3N4的抛光选择比最大只能达到6；对比实施例4‐9，在改变了环状低聚糖类化合物、有机高分子聚合物或有机多元酸的含量，可以看出，TEOS和Si3N4的抛光选择比明显减少，TEOS划痕及凹陷也急剧增加，不能满足抛光要求。
表4本发明的化学机械抛光液实施例抛光结果比较
表5本发明的化学机械抛光液对比实施例抛光结果比较
表6本发明的化学机械抛光液实施例和对比例抛光结果比较
应当理解的是，本发明所述wt%均指的是质量百分含量。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种应用于STI领域的化学机械抛光液，其特征在于，含有氧化铈磨料，环状低聚糖类化合物，有机高分子聚合物，有机多元酸。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料的浓度为质量百分比0.1%‐2%。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料的平均粒径为120‐200纳米，平均晶粒尺寸为20‐60纳米。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述环状低聚糖类化合物选自α‐环糊精（α‐CD，6个葡萄糖环状键合）、β‐环糊精（β‐CD，7个葡萄糖环状键合）、γ‐环糊精（γ‐CD，8个葡萄糖环状键合）中一种或多种。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述环状低聚糖类化合物的浓度为质量百分比0.1%‐5%。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机高分子聚合物为下列聚合物中的一种或多种混合：聚丙烯酸及其盐类化合物，聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙二醇。
7.如权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸盐类化合物为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵。
8.如权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸及其盐类化合物的分子量为3000‐5000；所述聚乙烯基吡咯烷酮的分子量为3000‐10000；所述聚乙二醇的分子量为3000‐5000。
9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机高分子聚合物的浓度为质量百分比0.05%‐2%。
10.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机多元酸为醋酸、甘氨酸、柠檬酸中的一种或多种。
11.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机多元酸的浓度为质量百分比0.1%‐1.0%。
12.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液还含有pH调节剂和去离子水。
13.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液的pH值为4.0‐11.0。
14.如权利要求13所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液的pH值为4.5‐10.0。
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