CN109251676B - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学机械抛光液，包含氧化铈磨料颗粒、聚季铵盐及pH调节剂。本发明中的聚季铵盐可控制氧化硅的抛光速率，使得在高压下达到高的氧化硅抛光速率，在低压下实现低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低碟形凹陷(dishing)。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光液领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其在控制碟形凹陷中的应用。
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，而低的氮化硅介质层的抛光速率，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。有机分子能够有效地抑制氮化硅的抛光速率已有许多报，比如，Electrochemical andSolid-State Letter(vol 8(8),page G218-G221,year 2005)报道吡啶甲酸(picolinicacid)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。
但是，在STI应用中，除了抑制氮化硅的抛光速率，同时还要控制碟形凹陷(dishing)。其中一种取得低碟形凹陷数值的方式是在高的压力下(比如，4psi或5psi下)，采用高的氧化硅的抛光速率，在低的压力下(比如，1.5psi下)，采用低的氧化硅的抛光速率。换言之，氧化硅的速率对压力的曲线，应该偏离传统的Prestonian线性方程。而在图形的晶圆抛光时，则需高点的地方要承受大的压力，低点(trench)承受的压力要比高点低很多，CMP的目的就是去除高点的材料，实现平整化。
有报道发现，带正电的季氨盐会对同样带正电的氧化铈摩擦颗粒产生强的电荷排斥作用，但是对带负电的氧化硅晶圆会有强的吸引作用，从而达到控制氧化硅抛光速率的目的。但是不是所有的季铵盐都能很好的控制氧化硅的抛光速率。
发明内容
本发明发现聚季铵盐-6(PQ-6)有独特的控制氧化硅抛光速率的能力，且可以在较低的浓度下发挥作用。本发明用聚季铵盐-6(PQ-6)来控制氧化硅的抛光速率，使得在高压下达到高的氧化硅的抛光速率，在低压下实现低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低的碟形凹陷(dishing)。
具体地，本发明提供一种化学机械抛光液。该抛光液包含氧化铈磨料、聚季铵盐-6及pH调节剂。本发明可以控制氧化硅的抛光速率，使得在高的压力下达到较高的氧化硅的抛光速率，在低的压力下达到较低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低碟形凹陷(dishing)。
本发明提供一种化学机械抛光液，其包含氧化铈研磨颗粒、聚季铵盐-6及pH调节剂。
优选地，所述氧化铈研磨颗粒浓度为0.1wt％-2wt％。
较佳地，所述聚季铵盐-6浓度为1ppm～10ppm，优选地，为4-5ppm。
优选地，所述化学机械抛光液的pH值为3.5-5.5。
优选地，所述pH调节剂为氢氧化钾(KOH)和/或硝酸(HNO3)。
与现有技术相比较，本发明的优势在于：本发明采用氧化铈与聚季铵盐配合使用的技术方案，利用聚季铵盐-6(PQ-6)独特的控制氧化硅抛光速率的能力，获得一种可在高压下达到高的氧化硅的抛光速率，在低压下实现低的氧化硅的抛光速率，且抑制抛光后碟形凹陷(dishing)的抛光液组合物。
具体实施方式
本发明实施例中所选用原料皆市售可得。本发明实施例中将氧化铈浓度固定为1wt％，选择小分子的十六烷基三甲基氯化铵(CTMAC)和三甲基苄基氯化铵(BTMAC)，大分子的季铵盐是聚季铵盐-6(也称PQ-6，)作为季铵盐，其分子结构如下所示：
并按照表1中的具体组分及含量，将所有组分溶解混合均匀，用水补足质量百分比至100％，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH，得到具体实施例如下，其中以不含季铵盐的1A作为基准液。
将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别进行TEOS空白晶圆的化学机械抛光，并将抛光效果进行对比。
抛光条件：抛光机台为Mirra，IC1010抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力1.5psi、2psi、3psi、4psi和5psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。
上述对比例和实施例的结果表明，小分子季铵盐，如十六烷基三甲基氯化铵(CTMAC)或三甲基苄基氯化铵(BTMAC)只是随着压力的降低线性地递减氧化硅的抛光速率，而聚季铵盐-6(PQ-6)能够选择性的抑制氧化硅的速率。其中，可见地，当聚季铵盐-6(PQ-6)浓度是5ppm时，在压力为4psi或5psi时，PQ-6并未显著降低TEOS的抛光速率，但是当压力小于等于3psi时，TEOS速率减低很明显，实施例1I对TEOS的抛光速率曲线在压力为3psi到4psi区间偏离线性区；又，当PQ-6的浓度是4ppm时，实施例1H对TEOS的抛光速率曲线在压力为2psi到3psi区间的抛光速率曲线偏离线性区。同样地，从表1中可以看出，在不同抛光液pH条件下，调节抛光液配方中氧化铈和聚季铵盐-6的浓度，得到的抛光液对TEOS的抛光速率与抛光压力条件间均表现出明显地非线性关系
按照表2中的具体组分及含量，将所有组分溶解混合均匀，用水补足质量百分比至100％，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5，得到具体实施例如下，其中，基准为表1中1A抛光液。
表2对比抛光液和本发明抛光液的抛光效果列表
将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别在一定压力下TEOS空白晶圆的抛光去除速率测量，SiN空白晶圆抛光去除速率测量，以及碟形凹陷(dishing)的测量。其中，抛光条件为抛光机台为Mirra，IC1010抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为30秒。
其中，TEOS和SiN膜厚是用NanoSpec膜厚测量系统(NanoSpec6100-300,ShanghaiNanospec 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。而，将碟形凹陷(dishing)定义为，在氮化硅上面的高点到沟槽底部的高度差。这个高度差是通过高分辨的轮廓仪测量。
表2中用碟形凹陷(dishing)的增加量来衡量碟形凹陷(dishing)的控制能力，碟形凹陷(dishing)增加量越少，表明该抛光液对碟形凹陷(dishing)的控制能力越强。在上述对比例和实施例中抛光液条件下，碟形凹陷(dishing)的测量是在500um/500um(线宽/空间)和100um/100um(线宽/空间)结构上进行的。
结果表明，对比例2A和实施例2B的抛光液都能很好地停在氮化硅层上，几乎没有产生氮化硅抛光速率。在2A抛光液条件下，空白TEOS去除量是
但是在500um/500um(线宽/空间)结构上碟形凹陷(dishing)增加量是
这说明，三甲基苄基氯化铵(BTMAC)没有防止碟形凹陷(dishing)增加的能力。另一方面，在2B抛光液条件下，空白TEOS去除量是
但是在500um/500um(线宽/空间)结构上碟形凹陷(dishing)增加量是
说明PQ-6有非常好碟形凹陷(dishing)控制能力。
上述结果表明，高分子的聚季铵盐(PQ-6)比小分子的季铵盐(BTMAC)更有效地控制STI图形晶圆的碟形凹陷(dishing)。本发明采用氧化铈与聚季铵盐配合使用的技术方案，利用聚季铵盐-6(PQ-6)独特的控制氧化硅抛光速率的能力，获得一种可在高压下达到高的氧化硅的抛光速率，在低压下实现低的氧化硅的抛光速率，且抑制抛光后碟形凹陷(dishing)的抛光液组合物。
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 (4)
1.一种化学机械抛光液，包含氧化铈磨料、聚季铵盐及pH调节剂；
所述的聚季铵盐选自聚季铵盐-6；
所述聚季铵盐-6浓度为4-5ppm。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料浓度为0.1wt％-2wt％。
3.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3.5-5.5。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述pH调节剂为氢氧化钾(KOH)和/或硝酸(HNO3)。
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