CN104745093A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学机械抛光液，含有二氧化铈研磨颗粒，一种或多种化学添加剂及水，本发明的抛光液不包含化学氧化剂，研磨颗粒的添加量很低，可以在碱性条件下，对多晶硅和氧化硅同时保持较高的移除速率，调节不同的选择比，具有不同的应用前景。
Description
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氧化铈化学机械抛光液。
背景技术
集成电路中使用布线互联技术，导致一层层薄膜材料堆积形成了不规则的表面形貌，于是需要在下一步的化学机械抛光（CMP）过程中，将表面平坦化形成规则平坦的表面形貌，便于随后的器件的切割和封装。在典型的CMP的过程中，将衬底与抛光垫接触，衬底背面被施加一定的压力，抛光过程中，垫片和操作台都在旋转，衬底表面的薄膜与含磨料的研磨浆液接触，研磨浆液与薄膜发生化学反应开始抛光过程。
在以往常见的发明或文献报道中，多集中于对多晶硅有较高的抛光速率，对二氧化硅（PETEOS）较低的抛光速率的研磨液，它们拥有较高的多晶硅/二氧化硅的选择比，这样抛出的晶片可以应用在Flash芯片上，而对多晶硅/二氧化硅的选择比接近1的抛光液的报道却少之又少。本发明公开了一种用于抛光多晶硅的氧化铈化学机械研磨液，可以同时对多晶硅和二氧化硅都有很高的抛光速率，并且二者的选择比接近1，通过补充调节铜抛光相关配方，可以拓展应用于TSV硅、氧化硅‐铜抛光方面的应用。
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和氧化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：所述抛光液包含氧化铈研磨颗粒和水，其还包括一种或多种化学添加剂。
本发明所述的化学添加剂为一种或多种含氮化合物。
优选地，含氮化合物可包含唑类化合物及胍类化合物，唑类化合物可为三氮唑和/或四氮唑，优选地选自苯并三氮唑、5‐甲基‐1，2，3‐苯并三氮唑、5‐羧基苯并三氮唑、1‐羟基‐苯并三氮唑、1，2，4‐三氮唑、3‐氨基‐1，2，4‐三氮唑、4‐氨基‐1，2，4‐三氮唑、3，5‐二氨基‐1，2，4‐三氮唑、5‐羧基‐3‐氨基‐1，2，4‐三氮唑、3‐氨基‐5‐巯基‐1，2，4‐三氮唑、5‐乙酸‐IH‐四氮唑、5‐甲基四氮唑、5‐氨基‐IH‐四氮唑、1‐苯基‐5‐巯基‐四氮唑、5‐氨基四氮唑中的一种或多种。
优选地，胍类化合物为单胍、双胍、聚胍类化合物及其酸加成盐。单胍类化合物及其酸加成盐较佳的为胍、碳酸胍、乙酸胍、磷酸氢二胍、盐酸胍、硝酸胍、硫酸胍、氨基胍、氨基胍碳酸氢盐、氨基胍磺酸盐、氨基胍硝酸盐或氨基胍盐酸。
双胍类化合物或其酸加成盐较佳的为双胍、二甲双胍、苯乙双胍、1，1’‐己基双[5_(对氯苯基）双胍、吗啉胍、上述化合物的酸加成盐或6‐脒基‐2‐萘基4胍基苯甲酸酯甲基磺酸盐；酸较佳的为盐酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸。
聚胍或其酸加成盐较佳的为聚六亚甲基胍、聚六亚甲基双胍、聚（六亚甲基双氰基胍‐六亚甲基二胺）或其酸加成盐。酸较佳的为盐酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸。聚胍类化合物或其酸加成盐的聚合度较佳的为2～100。
本发明所述的含氮化合物较佳地为5‐氨基四氮唑和/或盐酸吗啉胍。
本发明所述的氧化铈研磨颗粒粒径为150～300纳米。
本发明所述的氧化铈研磨颗粒的重量百分比浓度为0.1～1%。
本发明所述的一种或多种含氮化合物在抛光液中重量百分比浓度为或分别为0.1～1%。
上述抛光液中，余量为水。水可为去离子水，超纯水等常规用水。
本发明所述的抛光液的pH值为10～12。
本发明的抛光液还可以含有pH调节剂，粘度调节剂，杀菌剂等来达到本发明的发明效果。
本发明的化学机械抛光液可按下述方法制备：将所述的化学组分按比例混合均匀，用pH调节剂（如KOH或HNO3）调节到所需要的pH值，使用前混合均匀即可。
本发明所用试剂及原料均市售可得。
本发明的显著进步在于：本发明的抛光液不包含化学氧化剂，研磨颗粒的添加量很低，可以在碱性条件下，对多晶硅和氧化硅同时保持较高的移除速率，调节不同的选择比，具有不同的应用前景。
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。本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合即可制得。
实施例：
表1给出了本发明的抛光液A～Z的配方，按表中所给各成分及其含量混合均匀即可得各实施例的抛光液，水为余量。
表1为本发明的抛光液的实施例
效果实施例：
采用对比抛光液和本发明的抛光液按照下述方法，进一步说明本发明抛光液的效果。
实施例
抛光液1氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑0.1wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为1808A/min，氧化硅的抛光速率为2751A/min，两者的选择比为选择比为0.66。
抛光液2氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑0.25wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为3080A/min，氧化硅的抛光速率为2693A/min，两者的选择比为选择比为1.14。
抛光液3氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑0.5wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为4652A/min，氧化硅的抛光速率为2684A/min，两者的选择比为选择比为1.73。
抛光液4氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑1.0wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为5432A/min，氧化硅的抛光速率为2780A/min，两者的选择比为选择比为1.94。
抛光液5氧化铈（220nm）0.5wt%，盐酸吗啉胍0.1wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为5532A/min，氧化硅的抛光速率为2791A/min，两者的选择比为选择比为1.98。
抛光液6氧化铈（220nm）0.5wt%，盐酸吗啉胍0.25wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为5431A/min，氧化硅的抛光速率为2639A/min，两者的选择比为选择比为2.06。
抛光液7氧化铈（220nm）0.5wt%，盐酸吗啉胍0.5wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为5532A/min，氧化硅的抛光速率为2040A/min，两者的选择比为选择比为2.71。
抛光液8氧化铈（220nm）0.5wt%，盐酸吗啉胍1.0wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为5243A/min，氧化硅的抛光速率为2323A/min，两者的选择比为选择比为2.26。
抛光液9氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑0.25wt%，盐酸吗啉胍0.25wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为5044A/min，氧化硅的抛光速率为2794A/min，两者的选择比为选择比为1.81。
抛光液10氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑0.5wt%，盐酸吗啉胍0.5wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为4027A/min，氧化硅的抛光速率为3740A/min，两者的选择比为选择比为1.08。
抛光液11氧化铈（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑1.0wt%，盐酸吗啉胍1.0wt%，水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为3273A/min，氧化硅的抛光速率为4044A/min，两者的选择比为选择比为0.81。
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150ml/min、Logitech抛光垫、Logitech LP50抛光机。
对比实施例
对比抛光液1’氧化铈（220nm）0.5wt%,水余量，pH10。
多晶硅的抛光速率为1006A/min，氧化硅的抛光速率为2618A/min，两者的选择比为选择比为0.38。
对比抛光液2’氧化铈（220nm）0.5wt%,水余量，pH11.5。
多晶硅的抛光速率为1219A/min，氧化硅的抛光速率为2891A/min，两者的选择比为选择比为0.43。
对比抛光液3’氧化硅（220nm）0.5wt%，5‐氨基四氮唑0.5wt%，盐酸吗啉胍0.5wt%，水余量，pH11
多晶硅的抛光速率为3519A/min，氧化硅的抛光速率为121A/min，两者的选择比为选择比为29.1。
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150ml/min、Logitech抛光垫、Logitech LP50抛光机。
本发明的抛光液1-11和对比抛光液1’、2’表明，5-氨基四氮唑和盐酸吗啉胍的添加可以显著的提高多晶硅和氧化硅的去除速率。经与氧化硅为磨料的对比抛光液3’比较，本发明的抛光液在抛光效果方面有显著的技术优势。
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 (11)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，含有二氧化铈研磨颗粒，一种或多种化学添加剂及水。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的化学添加剂为一种或多种含氮化合物。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的含氮化合物为唑类化合物和胍类化合物。
4.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的唑类化合物为三氮唑和/或四氮唑。
5.如权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的三氮唑和四氮唑选自苯并三氮唑、5‐甲基‐1，2，3‐苯并三氮唑、5‐羧基苯并三氮唑、1‐羟基‐苯并三氮唑、1，2，4‐三氮唑、3‐氨基‐1，2，4‐三氮唑、4‐氨基‐1，2，4‐三氮唑、3，5‐二氨基‐1，2，4‐三氮唑、5‐羧基‐3‐氨基‐1，2，4‐三氮唑、3‐氨基‐5‐巯基‐1，2，4‐三氮唑、5‐乙酸‐IH‐四氮唑、5‐甲基四氮唑、5‐氨基‐IH‐四氮唑、1‐苯基‐5‐巯基‐四氮唑、5‐氨基四氮唑中的一种或多种。
6.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的胍类化合物为单胍、双胍、聚胍类化合物及其酸加成盐。
7.如权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的单胍类化合物及其酸加成盐选自胍、碳酸胍、乙酸胍、磷酸氢二胍、盐酸胍、硝酸胍、硫酸胍、氨基胍、氨基胍碳酸氢盐、氨基胍磺酸盐、氨基胍硝酸盐或氨基胍盐酸中的一种或多种；双胍类化合物或其酸加成盐选自双胍、二甲双胍、苯乙双胍、1，1’‐己基双[5_(对氯苯基）双胍或吗啉胍、上述化合物的酸加成盐或6‐脒基‐2‐萘基4胍基苯甲酸酯甲基磺酸盐中的一种或多种，且所述酸为盐酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸；所述的聚胍或其酸加成盐为聚六亚甲基胍、聚六亚甲基双胍、聚（六亚甲基双氰基胍‐六亚甲基二胺）或其酸加成盐，且所述的酸为盐酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸，聚胍类化合物或其酸加成盐的聚合度为2～100。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的氧化铈研磨颗粒粒径为150～300纳米。
9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的氧化铈研磨颗粒的浓度为质量百分比0.1～1%。
10.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的含氮化合物的浓度为质量百分比0.1～1%。
11.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，其中所述的化学机械抛光液的pH值为10～12。
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| CN114790367A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-26 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | 一种用于单晶硅和多晶硅的纳米类球形氧化铈抛光液和应用 |
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