CN107629758A - 一种制造半导体器件用研磨剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造半导体器件用研磨剂，由下列物质按质量百分比配制而成：氨基功能化氧化硅粒子：0.01‑20％；添加剂：0.01‑5.0％；水：余量；所述氨基功能化氧化硅粒子为氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成。本发明进而给出了该研磨剂的制备方法。本发明采用氨基功能化氧化硅粒子作为化学机械研磨剂的磨料，提高了研磨剂对氧化硅和氮化硅的选择性研磨，可显著降低CMP过程中芯片表面的划伤缺陷，从而达到较好的研磨效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学机械研磨剂技术领域，具体为一种制造半导体器件用研磨剂及其制备方法。
背景技术
随着半导体集成电路高度集成化，对半导体加工技术的不断被推进。半导体制程中化学机械研磨法(CMP)能对半导体表面高低起伏轮廓进行平坦化，提高光刻制程的分辨率，该技术在金属、氧化硅及硅层平坦化中已被广泛应用。近年来，为了消除半导体元件间相互影响，半导体制造中引入元件隔离宽度小的浅槽分离法(STI)。STI法是在硅层刻蚀出沟槽，然后在沟槽中填入氧化硅绝缘层，形成电绝缘的元件区域。
在STI过程中CPM至关重要，提高CPM研磨剂的选择比(氧化硅层研磨速度与氮化硅层研磨速度比，简称为“选择比”)，可使CPM 在氮化硅层露出后研磨终止，从而可以提高研磨质量，降低缺陷的产生。CPM技术主要依赖研磨剂，因此研磨剂的特性对CPM的研磨效率及质量至关重要。
迄今为止，提出改善研磨剂研磨特性的方法较多。2005年，中国专利CN 1672246A公开下述研磨剂，氧化铈为研磨粒子，含有机高分子和阴离子表面活性剂，pH为3.5-6；2016年，中国专利CN 105895518 A公开一种研磨剂，该研磨剂含有氧化铈粒子、水溶性多胺、氢氧化钾、有机酸及其盐等，pH值为10以上。
以上专利及研究报道中采用氧化铈作为磨料在研磨效果方面已作了很大的改善，但依然存在如下问题：氧化铈研磨粒子比重较大，容易沉淀，若添加过量添加剂，会促进凝集沉降，成为增加研磨划痕的原因，同时，氧化铈研磨粒子球形度不如氧化硅，其也是产生研磨划痕的重要原因。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种制造半导体器件用研磨剂，采用氨基功能化氧化硅粒子作为磨料，具备可显著降低CMP 过程中芯片表面的划伤缺陷等优点，提高对氧化硅和氮化硅的选择性研磨，改善研磨表面平整度，解决了现有技术中采用的氧化铈等研磨粒子容易在芯片表面产生研磨划痕的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：一种制造半导体器件用研磨剂，由下列物质按质量百分比配制而成：
氨基功能化氧化硅粒子：0.01-20％；
添加剂：0.01-5.0％；
水：余量。
优选的，所述氨基功能化氧化硅粒子为氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成。
进一步优选的是，加入的氨基硅烷的质量是制得的氨基功能化氧化硅粒子质量的0.01-1.0％。
优选的，所述添加剂为有机酸、无机酸和表面活性剂中的一种或几种的混合。
优选的，所述有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸中的一种或几种的混合。
优选的，所述无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种的混合。
优选的，所述表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚丙烯酸中的一种或两种的混合
优选的是，所述研磨剂在20℃时研磨剂的pH值为2.0-5.0。
本发明进而提供如下技术方案：一种制造半导体器件用研磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成氨基功能化氧化硅粒子；
取所述氨基功能化氧化硅粒子，按照一定的质量百分比与添加剂和水充分混合，配制为所述制造半导体器件用研磨剂。
进一步优选的是，氧化硅粒子与氨基硅烷反应方式为：将氧化硅粒子分散在甲苯中；加入氨基硅烷；加温回流、过滤并干燥，制得所述氨基功能化氧化硅粒子。
其中，所述氨基硅烷优选为氨丙基三乙氧硅烷。
其中，所述氨基功能化氧化硅粒子种氨基硅烷的质量百分比为 0.01-1.0％。
优选的是，所述氨基功能化氧化硅粒子与添加剂、水配制的质量百分比为：
氨基功能化氧化硅粒子：0.01-20％；
添加剂：0.01-5.0％；
水：余量。
优选的是，所述添加剂为有机酸、无机酸和表面活性剂中的一种或几种的混合。
优选的，所述有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸中的一种或几种的混合。
优选的，所述无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种的混合。
优选的，所述表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚丙烯酸中的一种或几种的混合。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：采用氨基功能化氧化硅粒子作为化学机械研磨剂的磨料，从而提高研磨剂对氧化硅和氮化硅的选择性研磨，提高表面的平整度。可显著降低CMP过程中芯片表面的划伤缺陷，克服现有技术的弊端，从而达到较好的研磨效果，具有很好的经济效益。
附图说明
图1是本发明中氧化硅粒子氨基功能化反应过程示意图。
图2是本发明中氨基功能化氧化硅粒子选择性研磨原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种制造半导体器件用研磨剂，由下列物质按质量百分比配制而成：
氨基功能化氧化硅粒子：0.01-20％；
添加剂：0.01-5.0％；
水：余量。
本发明中，氨基功能化氧化硅粒子为氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成，氨基硅烷的质量为氨基功能化氧化硅粒子质量的 0.01-1.0％。
本发明中，添加剂为有机酸、无机酸和表面活性剂中的一种或几种的混合。本发明中，有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸。本发明中，无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种的混合。本发明中，表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚丙烯酸中的一种或两种的混合。
本发明进而提供一种制造半导体器件用研磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成氨基功能化氧化硅粒子；取所述氨基功能化氧化硅粒子，按照一定的质量百分比与添加剂和水充分混合，配制为所述制造半导体器件用研磨剂。
氧化硅粒子与氨基硅烷反应方式为：将氧化硅粒子分散在甲苯中；加入氨基硅烷；加温回流、过滤并干燥，制得所述氨基功能化氧化硅粒子。其中，所述氨基硅烷优选为氨丙基三乙氧硅烷。所述氨基功能化氧化硅粒子中氨基硅烷的质量百分比为1.0％
所述氨基功能化氧化硅粒子与添加剂、水配制的质量百分比为：
氨基功能化氧化硅粒子：0.01-20％；
添加剂：0.01-5.0％；
水：余量。
所述添加剂为有机酸、无机酸和表面活性剂的一种或几种的混合。所述有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸的一种或几种的混合。
所述无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种的混合。所述表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚丙烯酸的一种或两种的混合。本发明的研磨剂在外界环境为20℃时研磨剂的pH值为2.0-5.0。
本发明的具体原理如下：首先，氧化硅表面氨基功能化过程如下：氨基硅烷水解生成活性硅羟基；活性硅羟基与氧化硅表面的羟基发生聚合反应，最终形成氨基功能化氧化硅粒子；图1是氧化硅粒子氨基功能化反应过程示意图。其次，如图2所示，对氧化硅表面通过氨基功能化，使作为磨料的氨基功能化氧化硅粒子与半导体器件的氧化硅形成静电吸引，磨料易接触氧化硅表面；并且，使氨基功能化氧化硅粒子与半导体器件的氮化硅形成静电排斥，在研磨至氮化硅表面时，磨料不易接触氮化硅表面。
下面介绍制备本发明所述制造半导体器件用研磨剂的具体实施例：
实施例1：
取氧化硅粒子9.9g分散在甲苯中，加入氨丙基三乙氧硅烷 0.1g，70℃回流反应5h，过滤和干燥制得氨基功能化氧化硅粒子；然后取制得氨基功能化氧化硅粒子10g，并取乙酸2g和聚氧乙烯醚2g 作为添加剂，水补充至总重量100g，在容器内充分混合即配置成本发明的一种制造半导体用研磨剂。
实施例2：
取氧化硅粒子9.9g分散在甲苯中，加入氨丙基三乙氧硅烷 0.1g，50℃回流12h，过滤和干燥制得氨基功能化氧化硅粒子；然后取制得氨基功能化氧化硅粒子10g，并取乙酸2g和聚氧乙烯醚2g 作为添加剂，水补充至总重量100g，在容器内充分混合即配置成本发明的一种制造半导体用研磨剂。
对比例：
取制得氧化硅粒子10g，并取乙酸2g和聚氧乙烯醚2g作为添加剂，水补充至总重量100g，在容器内充分混合即配置成本发明的一种制造半导体用研磨剂。
表1 CPM后芯片表面的粗糙度
| 粗糙度(nm) | |
| 实施例1 | 0.173 |
| 实施例2 | 0.167 |
| 对比例 | 0.364 |
注：表面粗糙度采用AFM(原子力显微镜)进行分析。
本发明的有益效果是：本发明采用氨基功能化氧化硅粒子作为化学机械研磨剂的磨料，从而提高研磨剂对氧化硅和氮化硅的选择性研磨，提高表面的平整度。本发明可显著降低CMP过程中芯片表面的划伤缺陷，克服现有技术的弊端，从而达到较好的研磨效果，具有很好的经济效益。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (17)
1.一种制造半导体器件用研磨剂，其特征在于，由下列物质按质量百分比配制而成：
氨基功能化氧化硅粒子：0.01-20％；
添加剂：0.01-5.0％；
水：余量。
2.根据权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，所述氨基功能化氧化硅粒子为氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成。
3.根据权利要求2所述的研磨剂，其特征在于，加入的氨基硅烷的质量是制得的氨基功能化氧化硅粒子质量的0.01-1.0％。
4.根据权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，所述添加剂为有机酸、无机酸和表面活性剂中的一种或几种的混合。
5.根据权利要求4所述的研磨剂，其特征在于，所述有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求4所述的研磨剂，其特征在于，所述无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求4所述的研磨剂，其特征在于，所述表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚丙烯酸中的一种或两种的混合。
8.根据权利要求1所述的研磨剂，其特征在于，所述研磨剂在20℃时研磨剂的pH值为2.0-5.0。
9.一种制造半导体器件用研磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化硅粒子与氨基硅烷反应生成氨基功能化氧化硅粒子；
取所述氨基功能化氧化硅粒子，按照一定的质量百分比与添加剂和水充分混合，配制为所述制造半导体器件用研磨剂。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，氧化硅粒子与氨基硅烷反应方式为：将氧化硅粒子分散在甲苯中；加入氨基硅烷；加温回流、过滤并干燥，制得所述氨基功能化氧化硅粒子。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷为氨丙基三乙氧硅烷。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述氨基功能化氧化硅粒子中氨基硅烷的质量百分比为0.01-1.0％。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述氨基功能化氧化硅粒子与添加剂、水配制的质量百分比为：
氨基功能化氧化硅粒子：0.01-20％；
添加剂：0.01-5.0％；
水：余量。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂为有机酸、无机酸和表面活性剂中的一种或几种的混合。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、乙二酸、马来酸和邻苯二甲酸中的一种或几种的混合。
16.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸为盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种的混合。
17.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚氧乙烯醚或聚丙烯酸中的一种或两种的混合。
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