CN109251677B - 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，包含氧化铈研磨颗粒、苯甲酸类化合物及pH调节剂。采用上述组分的抛光液，可以显著提高其对二氧化硅介质层的抛光速率，抑制氮化硅的抛光速率，提高二氧化硅对氮化硅的选择比，同时克服现有技术中抛光速率不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光液领域，尤其涉及一种含有氧化铈研磨颗粒和苯甲 酸类化合物的化学抛光液。
背景技术
氧化铈是一种重要的CMP抛光液研磨颗粒，相比于传统硅溶胶研磨颗 粒，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。目前，用于CMP抛光的氧化铈研磨颗粒主要分为两类：一种 是传统的高温焙烧合成氧化铈粉体，经过球磨分散制备得到的氧化铈研磨颗 粒分散液；另一种是水热合成制备得到的溶胶型纳米氧化铈研磨颗粒。而随 着集成电路技术节点向着更小尺寸发展，对CMP抛光过程提出了更低的抛 光缺陷要求，传统高温焙烧法合成的氧化铈研磨颗粒由于颗粒呈多棱角状， CMP抛光过程中不可避免产生微划痕，已难以满足先进制程的CMP抛光要 求，而溶胶型氧化铈研磨颗粒具有近圆形的颗粒形貌，显示出良好CMP抛 光应用前景，受到人们越来越多的关注。
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。传统高 温焙烧合成的氧化铈研磨颗粒通常通过甲基吡啶等化合物来提高其对二氧 化硅介质层的抛光速率，同时可抑制氮化硅的抛光速率。但对于溶胶型氧化 铈，添加甲基吡啶虽然也可抑制氮化硅的抛光速率来提高抛光液对二氧化硅 对氮化硅的选择比，但是会产生抛光速率不均匀，即抛光速率在晶圆中心低 于晶圆边缘的问题，所以，如何提供一种溶胶氧化铈型CMP抛光液的新配 方，其可显著提高溶胶氧化铈研磨颗粒对二氧化硅抛光速率，同时抑制其对 氮化硅的抛光速率，又不会产生其他抛光缺陷，是本行业亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种化学机械抛光液。该抛光液包含氧化 铈研磨颗粒及3-胺基苯甲酸或3,5-二胺基苯甲酸，本发明可以在提高抛光液 对二氧化硅介质层的抛光速率的同时，抑制氮化硅的抛光速率。
具体地，本发明在于提供一种化学机械抛光液，所述化学机械抛光液包 含氧化铈研磨颗粒、胺基苯甲酸及pH调节剂。
较佳地，所述胺基苯甲酸选自3-胺基苯甲酸和/或3,5-二胺基苯甲酸。
较佳地，所述氧化铈研磨颗粒包含溶胶型氧化铈。
较佳地，所述氧化铈研磨颗粒浓度为0.05％-1.5％。
较佳地，所述的4-羟基苯甲酸浓度为320ppm～1000ppm。
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，本发明可以显著提高溶胶氧化 铈研磨颗粒对二氧化硅抛光速率，同时抑制其对氮化硅的抛光速率，以提高 对二氧化硅和氮化硅抛光的选择比，同时克服了现有技术中抛光速率不均匀 的问题。
附图说明
图1为压力为4psi下对比例2A、2B及实施例2C的抛光速率曲线图。
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。
实施例一
本实施例中所选用原料皆市售可得，按照表1中配方，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：
表1对比例及实施例配比及具体实施结果
将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别进行TEOS和SiN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和5psi，抛光液流速为150mL/min，抛 光时间为60秒。将抛光液1A作为基准液，其中溶胶型氧化铈浓度固定为 1wt％，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5。
对比例1B和1C的结果表明，吡啶甲酸(picolinic acid)，谷氨酸(glutamic acid)能够抑制氮化硅的抛光速率。对比例1E和1F的结果表明，脯氨酸和 咪唑不能有效抑制氮化硅的抛光速率。对比例1G，1H和实施例1I，1J的结 果表明，3-胺基苯甲酸(3-aminobenzoicacid)和3,5-二胺基苯甲酸 (3,5-diaminobenzoic acid)有很强的氮化硅抑制作用，但是，2-胺基吡啶 (2-amino-pyridine)和4-胺基苯甲酸(4-aminobenzoic acid)却抑制效果很差或者 没有。从下述化学结构式的对比中可以发现，3-胺基苯甲酸(3-aminobenzoicacid)，3,5-二胺基苯甲酸(3,5-diaminobenzoic acid)和4-胺基苯甲酸 (4-aminobenzoicacid)区别在于氨基在苯环上的位置。可以理解为，当氨基在 苯环上的3位上时，可以有效地抑制氮化硅的速率，同时对氧化硅的抛光速 率较高，从而达到较高的氧化硅对氮化硅抛光速率选择比。
按照表2中配方，将所有组分溶解混合均匀，以氢氧化钾(KOH)或硝 酸(HNO3)调节pH至4.5，得到对比及具体实施例如下表所示，其中基准为 表1中作为基准的1A抛光液：
实施例二
表2本发明抛光液在不同抛光压力下的抛光效果列表
将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别进行不同压力下TEOS空白 晶圆的抛光速率，抛光速率非均匀性(WIWNU)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，压力4psi和5psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。 抛光液抛光性能通过对应TEOS空白晶圆的抛光去除速率来评价。其中， TEOS抛光速率是通过测量TEOS膜厚的前后值来计算的。而TEOS膜厚则 是用NanoSpec膜厚测量系统(NanoSpec6100-300,Shanghai Nanospec TechnologyCorporation)测出的。其原理在于从晶圆边缘10mm开始，在直径 线上以同等间距测49个点，抛光速率就是49点的平均值。进一步以抛光速 率为纵坐标，测量点距离晶圆中心的距离为横坐标绘制抛光速率曲线，如图 1所示。在抛光速率曲线中，所有的测量点都有同样的抛光速率，则说明抛 光液抛光速率均匀，抛光平整性好。从图1中可以看出，实施例2C在(-60， 60)区间内具有优异的平整性。表3进一步表明，3-ABA或3,5-ABA可以 在pH范围3.5-5.5均具有良好的平坦化调控特性。
表3本发明抛光液在不同pH值下的抛光效果列表
另外，在CMP领域，通常采用抛光速率非均匀性(WIWNU)描述在一 片晶圆的直径线上抛光速率有多平整。WIWNU定义为对所有的测量数据点 的抛光速率的标准偏差对平均速率的百分比。如果WIWNU小于等于3％， 一般认为，抛光速率非均匀性是可以接受的。参阅表2可以看出，对比例2A、 2B、2C、2D、和2E的结果表明，实施例2C、2D、和2E的WIWNU相比 于2A及2B更低，可见，与吡啶甲酸(PA)相比较，添加3-胺基苯甲酸(3-ABA) 可以显著提高抛光液对TEOS抛光速率的均匀性。
实施例三
按照表4中配方，将所有组分溶解混合均匀，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表所示，其中，基准3A于 表1中作为基准的1A抛光液的组分及其含量相同：
表4实施例配比及具体实施结果
将上述实施例中配制的抛光液分别进行TEOS空白晶圆和SiN的化学机 械抛光，并将抛光效果进行对比。其抛光条件为：抛光机台为Mirra，IC1010 抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力1.5psi,2psi和5psi， 抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。每个抛光液含有溶胶型氧化 铈，固含量列于表3，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5。 得到实施例对TEOS，SiN的抛光速率情况如表3所述。
从表4中可以看出，在氧化铈的添加量为1wt％情况下，当抛光液中3- 胺基苯甲酸(3-ABA)的浓度为320ppm时，氧化铈抛光液对氮化硅抛光速率 的抑制效果不明显；当抛光液中3-胺基苯甲酸(3-ABA)的浓度高于等于 500ppm时，氧化铈抛光液对氮化硅抛光速率的抑制效果较为明显，且抛光 液对氧化硅/氮化硅的抛光速率选择比高于100。当抛光液中3-胺基苯甲酸 (3-ABA)的浓度为1000ppm时，该选择比甚至高于500。在1wt％氧化铈下， 当抛光液中3，5-二胺基苯甲酸(3,5-DABA)的浓度低于等于500ppm时，氧 化铈抛光液对氮化硅抛光速率的抑制效果不明显；当抛光液中3，5-二胺基 苯甲酸(3，5-DABA)的浓度高于800ppm时，该抛光液抑制氮化硅抛光速率 的效果较为明显，且氧化铈抛光液对氧化硅/氮化硅的抛光速率选择比远远高 于100。当抛光液中3，5-二胺基苯甲酸(3,5-DABA)的浓度为1000ppm时， 该选择比甚至接近400。此外，当抛光液中氧化铈的浓度低于1wt％时，3- 胺基苯甲酸(3-ABA)和3,5-二胺基苯甲酸(3,5-DABA)的有效浓度也会降低。
综上可见，本发明在含有溶胶型氧化铈的抛光液中添加3-胺基苯甲酸或 3，5-二胺基苯甲酸，实现提高抛光液对二氧化硅介质层的抛光速率，抑制 氮化硅的抛光速率，同时克服了现有技术中抛光速率不均匀的问题。
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 (5)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液由氧化铈研磨颗粒、苯甲酸类化合物、pH调节剂以及水组成；
其中，所述胺基苯甲酸为3，5-二胺基苯甲酸；
所述氧化铈研磨颗粒包含溶胶型氧化铈。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为0.05％-1.5％。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述3,5-二胺基苯甲酸的浓度为320ppm～1000ppm。
4.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。
5.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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