CN108250975A

CN108250975A - 一种化学机械抛光液及其应用

Info

Publication number: CN108250975A
Application number: CN201611231355.7A
Authority: CN
Inventors: 姚颖; 荆建芬; 杜玲曦; 宋凯; 蔡鑫元; 张建; 杨俊雅; 潘依君; 王春梅
Original assignee: Anji Microelectronic Technology (shanghai) Ltd By Share Ltd
Current assignee: Anji Microelectronic Technology (shanghai) Ltd By Share Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-06

Abstract

本发明公开了一种高浓缩的化学机械抛光液及其应用，该抛光液包含二氧化硅颗粒、氨基硅烷类化合物、非离子表面活性剂。本发明的化学机械抛光液可以用于抛光二氧化硅、氮化硅和多晶硅，满足抛光过程中对各种材料的抛光速率和选择比要求，对硅片器件表面的平坦化有很强的矫正能力，能实现快速平坦化，提高工作效率，降低生产成本。

Description

一种化学机械抛光液及其应用

技术领域

本发明涉及了化学机械抛光领域，尤其涉及一种可应用于抛光二氧化硅、氮化硅和多晶硅的化学机械抛光液。

背景技术

在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些结构单元通过多层金属互连进一步形成功能性电路和元器件。在多层金属互连结构中，金属导线之间填充二氧化硅或掺杂其他元素的二氧化硅作为层间介电质(ILD)。随着集成电路金属互连技术的发展和布线层数的增加，化学机械抛光(CMP)已经广泛应用于芯片制造过程中的表面平坦化。这些平坦化的芯片表面有助于多层集成电路的生产，且能有效防止电介层涂覆在不平表面上而引起的畸变。

CMP工艺就是一种使用含研磨颗粒的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。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，旋转垫片和操作台，同时在衬底背面保持向下的力，将研磨颗粒和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应，开始进行抛光过程。

用来隔离半导体器件的元件的方法被称作浅沟槽隔离(STI)工艺，其通常包括采用形成于硅基片上的氮化硅层，浅槽形成于氮化硅层中，使用沉积介电材料(例如：二氧化硅)来填充浅槽。通常为了确保浅槽被填充完全，会在基片的顶部沉积过量的介电材料，然后，通过化学机械平面化技术除去过量的介电材料层，露出氮化硅层。在STI工艺中，氮化硅层作为化学机械平面化工艺的停止层，需要通过高的二氧化硅(TEOS)的去除速率和低的氮化硅的去除速率来实现，即高的氧化硅相对于氮化硅的去除速率的选择比。如CN100339420C公开了一种包含氧化铈、两性离子化合物、羧酸聚合物和阳离子化合物的抛光液，其通过采用两性离子化合物能够有效提高二氧化硅与氮化硅的去除速率选择比。然而，其采用了氧化铈作为研磨颗粒，所述抛光液容易产生沉淀分层，对在线设备的要求较高，提高了生产成本。此外，在超高密度动态存储器(DRAM)和闪存(Flash)等器件的抛光中，还涉及了多晶硅(Polysilicon)的抛光。特别在Flash的抛光过程中，通常会由于二氧化硅/多晶硅的抛光速率选择比过低，致使最后抛光过程中多晶硅出现碟形凹陷的问题，并且碟形凹陷会随着二氧化硅之间的沟槽宽度的增加而加重，对器件的性能造成严重的影响。因此，为了减少此类情况的出现，需要通过控制多晶硅的去除速率，调节二氧化硅与多晶硅的去除速率的选择比，来显著提高多晶硅的平坦化效率，减少碟形凹陷的出现。如US2003/0153189A1公开了一种包含选自氧化铈和氧化铝的研磨颗粒和聚羧酸酯表面活性剂，能够有效提高多晶硅的抛光速率并且减少碟形凹陷的出现。然而，该专利采用了氧化铈研磨颗粒，所述抛光液容易产生沉淀分层，且氧化铝研磨颗粒的硬度较大，容易对晶圆表面产生划痕等缺陷，因此，所述抛光液无法在实现高多晶硅的抛光速率并减少碟形凹陷的同时降低生产成本。另外，CN104371549公开了一种包含有硅烷偶联剂的用于抛光含有低介电(low-k)材料的阻挡层的化学机械抛光液，其中硅烷偶联剂的加入可以实现碱性条件下化学机械抛光液的高倍浓缩和胶体的稳定性，但硅烷偶联剂的加入对二氧化硅的去除速率无影响，也无提及对氮化硅和多晶硅的抛光效果。

目前，通常需要配制各种化学机械抛光液，以满足各种工艺中对不同材料的抛光速率和选择比的要求，从而实现快速平坦化，提高工作效率，降低生产成本。例如，相对于多晶硅，有利于去除二氧化硅，并且相对于氮化硅，有利于去除二氧化硅。因此，需要一种化学机械抛光液可以同时满足不同工艺中对不同材料抛光速率和选择比的要求。

为了解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光液，可以满足不同抛光工艺中二氧化硅、氮化硅和多晶硅的去除速率和选择比的要求，能够实现快速平坦化，有效提高工作效率并且降低生产成本。

发明内容

本发明提供了一种可以用于抛光二氧化硅、氮化硅和多晶硅的化学机械抛光液，所述抛光液包含二氧化硅颗粒、氨基硅烷类化合物、非离子表面活性剂和水。

其中，所述研磨颗粒为二氧化硅纳米颗粒，含量为0.5～30wt％，优选为2～20％；粒径为20～200nm，优选为30～150nm。

其中，所述氨基硅烷类化合物的结构式如下所示：

其中，n＝1～12，

R₁,，R₂＝(x＝0，1；y＝0～11)

R₃,，R₄，R₅，R₆＝H，(z＝0～11)

优选地，所述氨基硅烷类选自氨乙基甲基二乙氧基硅烷、氨乙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基二甲基甲氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨丙基二甲基甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

其中，氨基硅烷类化合物的质量百分比浓度为0.005～0.3％，优选为0.01～0.2％。

其中，所述非离子表面活性剂较佳的选自下列中的一种或多种：C_10～18脂肪醇聚氧乙烯(n)醚(n＝7～30)、C_8～9烷基酚聚氧乙烯(n)醚(n＝8～200)、C_12～18脂肪胺聚氧乙烯(n)醚(n＝10～60)、陶氏化学公司的TritonCF-10、陶氏化学公司的TritonCF-21、陶氏化学公司的TritonDF-12、陶氏化学公司的TritonDF-16和/或陶氏化学公司的TritonDF-18。非离子表面活性剂的质量百分比浓度较佳的为：0.001～0.5％，更佳的为0.01～0.2％。

其中，所述化学机械抛光液的PH值为3.0～6.0，更佳的为4.0～6.0。

本发明的化学机械抛光液还可以包含pH调节剂和杀菌剂等其他本领域添加剂。

本发明的化学机械抛光液可以浓缩制备，使用时用去离子水稀释至本发明的浓度范围使用。

与现有技术相比较，本发明的优势在于：本发明的抛光液可以获得较高的二氧化硅的去除速率，同时获得较低的氮化硅的去除速率，能在抛光过程中较好的停止在氮化硅的表面，从而有效提高二氧化硅相对于氮化硅的去除速率选择比；同时，本发明的抛光液还能很好的控制多晶硅的去除速率，有效提高了二氧化硅相对于多晶硅的去除速率的选择比，从而能够满足不同工艺中对二氧化硅相对于多晶硅的去除速率选择比的要求。

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。通过将各成分简单均匀混合，余量为水。之后采用硝酸或氢氧化钾调节至合适pH，即可制得各实施例抛光液。

下面通过具体实施例对本发明的化学机械抛光液进行详细描述，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。实施例中各成分百分比均为质量百分比。

表1对比抛光液1和本发明的抛光液1～15

效果实施例1

此实例中研究了上述组合物的抛光性能，将制得的组合物通过下述条件进行抛光，具体数据如表2：抛光条件：Mirra，抛光垫为IC1010抛光垫，向下压力为3.0psi，转速为抛光盘/抛光头＝93/87rpm，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为1min。

表2对比抛光液1～2和本发明抛光液1～10对二氧化硅(TEOS)、氮化硅(SiN)和多晶硅材料(Polysilicon)的去除速率

由表2可见，与对比抛光液1相比，本发明的抛光液可以获得较高的二氧化硅的去除速率，同时获得较低的氮化硅的去除速率，从而有效提高二氧化硅相对于氮化硅的去除速率选择比，能在抛光过程中较好的停止在氮化硅的表面，有利于控制图形芯片的抛光过程和抛光后的氮化硅的剩余厚度，并保证了较好的晶片形貌。同时，与对比抛光液2相比，本发明的抛光液还能很好的控制多晶硅的去除速率，可获得不同的二氧化硅相对于多晶硅的去除速率的选择比，从而能够满足不同工艺中对二氧化硅相对于多晶硅的去除速率选择比的要求。

综上所述，本发明提供的一种包含二氧化硅颗粒、氨基硅烷类化合物、非离子表面活性剂和水的化学机械抛光液，可以满足于STI工艺，DRAM和flash芯片等抛光过程中对二氧化硅、氮化硅和多晶硅的去除速率和选择比的要求，应用广泛，能够实现快速平坦化，有效提高工作效率并且降低生产成本。

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

1.一种化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液包含二氧化硅颗粒、氨基硅烷类化合物、非离子表面活性剂和水。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的含量为0.5～30wt％。

3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的含量为2～20％。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的粒径为20～200nm。

5.如权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的优选为30～150nm。

6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氨基硅烷类化合物包含氨乙基甲基二乙氧基硅烷、氨乙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基二甲基甲氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨丙基二甲基甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氨基硅烷类化合物的结构式为：其中，n＝1～12；

(x＝0，1；y＝0～11)；

R₃,，R₄，R₅，(z＝0～11)。

8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氨基硅烷类化合物的质量百分比浓度为0.005～0.3％。

9.如权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氨基硅烷类化合物的质量百分比浓度为0.01～0.2％。

10.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述非离子表面活性剂包含C_10～18脂肪醇聚氧乙烯(n)醚(n＝7～30)、C_8～9烷基酚聚氧乙烯(n)醚(n＝8～200)、C_12～18脂肪胺聚氧乙烯(n)醚(n＝10～60)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，所述非离子表面活性剂的质量百分比浓度为0.001～0.5％。

12.如权利要求11所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述非离子表面活性剂的质量百分比浓度为0.01～0.2％。

13.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为3.0～6.0。

14.如权利要求13所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为4.0～6.0。

15.一种如权利要求1-14任一项的化学机械抛光液在抛光二氧化硅、氮化硅和多晶硅中的应用。