CN109251672B - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学机械抛光液，包括溶胶型氧化铈、以及聚季铵盐。本发明采用溶胶型氧化铈作为研磨颗粒，同时添加聚季铵盐作为添加剂，在聚季铵盐作用下，实现抑制氮化硅的抛光速率、提高二氧化硅的抛光速率，同时控制蝶形凹陷的产生的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种应用于STI抛光中化学机械抛光液。
背景技术
氧化铈是一种重要的CMP抛光液磨料，相比于传统硅溶胶磨料，氧化铈对二氧化硅材质具有更高效的抛光特性，已广泛应用于STI和ILD的CMP抛光。但是，在STI的CMP抛光应用中，通常要求具备高的二氧化硅介质层的抛光速率要高，而低的氮化硅介质层的抛光速率要低，最好氮化硅介质层的抛光速率可以接近于零。也就是说，要求高的二氧化硅对氮化硅的选择比，最好高于100:1。有机分子能够有效地抑制氮化硅的抛光速率已有许多报道，比如，Electrochemical and Solid-State Letter(vol 8(8),page G218-G221,year2005)报道吡啶甲酸(picolinic acid)等化合物能够提高抛光液对二氧化硅介质层的抛光速率，同时抑制氮化硅的抛光速率，相比普通抛光液减小至少20倍，使得抛光液对二氧化硅和氮化硅的选择比超过200。
发明内容
研究表明，4-羟基苯甲酸，3-胺基苯甲酸和3，5-二胺基苯甲酸能够抑制氮化硅的抛光速率，而对氧化硅的速率影响很小，从而达到很高的选择比，同时不会引起氧化硅抛光速率不均匀的问题。但是，在STI的应用中，除了抑制氮化硅的速率同时，还要控制碟形凹陷(dishing)；聚季铵盐-37(PQ-37，poly(N,N,N-trimethyl-2-[(2-methylacryloyl)oxy]ethanaminium chloride))可控制氧化硅的抛光速率，从而取得低碟形凹陷(dishing)。因此，本发明中，利用4-羟基苯甲酸和聚季铵盐-37的协同作用来提高二氧化硅的抛光速率，同时控制蝶形凹陷的产生，获得一种抛光效果优异的STI化学机械抛光液。
具体地，本发明提供一种应用于STI的化学机械抛光液，采用溶胶型氧化铈作为研磨颗粒，同时添加聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸作为添加剂，在聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸的协同作用下，实现提高二氧化硅的抛光速率，同时控制蝶形凹陷的产生的技术效果。
本发明提供一种化学机械抛光液，包括溶胶型氧化铈以及聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸。
优选地，所述化学机械抛光液还含有pH调节剂。
优选地，所述溶胶型氧化铈的含量为0.1-1.0wt％。
优选地，所述聚季铵盐-37的含量为30-60ppm，所述4-羟基苯甲酸的含量为200-600ppm。
优选地，所述pH调节剂选自氢氧化钾(KOH)和/或硝酸(HNO3)。
所述化学机械抛光液还含有低聚糖分子。低聚糖分子进一步选自葡聚糖和/或β-环糊精。
优选地，所述抛光液的pH为4.0-5.0。
与现有技术相比较，本发明的技术优势在于：本发明采用溶胶型氧化铈作为研磨颗粒，同时添加聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸作为添加剂，在聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸的协同作用下，实现提高二氧化硅的抛光速率，同时控制蝶形凹陷的产生的技术效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例，详细阐述本发明的优势。
PQ-37合成：
PQ-37是通过自由基聚合反应合成的，其中，单体是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。取200ppm双氧水、10ppm硝酸铁与80％的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液混合直至混合均匀，然后将混合液加热到55℃，恒温30分钟，自由基聚合反应开始。溶液在55℃下恒温16小时，直到反应完成。单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的分子结构，以及聚合反应原理如下所示：
公式1.单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的分子结构
Fe2++H2O2→Fe3++HO·+OH- (1)
Fe3++H2O2→Fe2++HOO·+H+(2)
HO·+n CH2＝CHR-CH3→OH-+(-CH2-CHRCH3-)n (3)
R＝-COO-CH2CH2N(CH3)3Cl
公式2.自由基聚合反应制备PQ-37
高分子的聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸的协同作用:
本实施例中，基准例为含有0.1-1.0wt％溶胶型氧化铈，200ppm葡聚糖或β-环糊精的组合物；其他实施例及对比例则在基准例的基础上添加一定含量的聚季铵盐-37(PQ-37)和/或4-羟基苯甲酸(4-HBA)，并以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.0-5.0。
采用Mirra抛光机台对TEOS空白晶圆进行抛光测试，对应抛光条件包括：IC1010抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力1.5psi，2psi和5psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。TEOS膜厚是用NanoSpec膜厚测量系统(NanoSpec6100-300,Shanghai Nanospec Technology Corporation)测出的。从晶圆边缘10mm开始，在直径线上以同等间距测49个点。抛光速率是49点的平均值。测试结果如表1所示：
表1.聚季铵盐-37或4-羟基苯甲酸的浓度在不同压力下对TEOS速率影响
表1的数据表明,在基准液中，加入500ppm4-HBA，可降低TEOS的抛光速率，加入50ppm PQ-37，可增加TEOS的抛光速率。当500ppm 4-HBA和50ppm PQ-37同时加入时，TEOS的抛光速率增加的比单独的50ppm PQ-37还要高。另外，对比例及实施例1E～1H结果表明，4-HBA和PQ-37的添加量分别对应200-600ppm和30-60ppm范围内，均能显示出显著的协同效应，pH和氧化铈浓度的调节不改变上述协同特性。这说明在聚季铵盐-37和4-羟基苯甲酸的协同作用下，实现提高二氧化硅的抛光速率，同时控制蝶形凹陷的产生的技术效果。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，包括溶胶型氧化铈和苯甲酸类化合物；
所述苯甲酸类化合物为4-羟基苯甲酸，所述4-羟基苯甲酸的含量为200-600ppm；
还含有聚季铵盐，所述聚季铵盐为聚季铵盐-37，所述聚季铵盐-37的含量为30-60ppm；
所述溶胶型氧化铈的含量为0.1-1.0wt％。
2.如权利要求1任一所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液还含有低聚糖分子。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述低聚糖分子选自葡聚糖和/或β-环糊精。
4.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为4.0-5.0。
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