CN109251678A - 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，其特征在于，所述化学机械抛光液包含氧化铈磨料低聚糖及pH调节剂。本发明还提供了一种采用上述配方的化学机械抛光液在二氧化硅介质表面抛光中的应用。采用上述配方的化学机械抛光液，能够保持低的缺陷度的同时显著提高氧化铈磨料对二氧化硅介质材料的抛光速率。

Description

一种化学机械抛光液
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β-环糊精分子的化学机械抛光液。
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，由于氧化铈更高效的抛光特性，已被广泛应用于STI和LID的CMP抛光液中。目前，用于CMP抛光的氧化铈磨料主要分为两种：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磨料分散液；另一种是水热合成制备得到的溶胶型纳米氧化铈磨料。两种氧化铈磨料具有不同的抛光特性：传统高温焙烧合成的氧化铈磨料可以通过添加吡啶甲酸(picolinic acid)等化合物提高其对二氧化硅介质层的抛光速率(见文献：Carter et al.,Electrochemicaland Solid-State Letter(vol 8(8),page G218-G221,year 2005)；而对于溶胶型氧化铈而言，吡啶甲酸的添加不仅不能提高其对二氧化硅介质层的抛光速率，反而会抑制氧化铈的抛光活性。(见案例1)。文献中提及不同氧化铈制备方法对抛光活性以及化学化合物对其影响不同(见文献：Srinivasan et al.,ECS Journal of Solid State Science andTechnology,4(11)P5029-P5039(2015))
然而，随着集成电路技术节点向着更小尺寸发展，工艺发面对CMP抛光过程提出了更低的抛光缺陷要求。由于传统高温焙烧法合成的氧化铈磨料由于颗粒呈多棱角状，CMP抛光过程中不可避免产生微划痕，故其难以满足先进制程的CMP抛光要求。而溶胶型氧化铈磨料具有近圆形的颗粒形貌，具有良好的CMP抛光应用前景，受到人们越来越多的关注。因此，需要提供一种以溶胶型氧化铈为磨料的化学机械抛光液配方，既能保持现有溶胶型氧化铈抛光液具有的更低的抛光缺陷的特性，又能够实现传统高温焙烧法合成的氧化铈磨料具有的高的二氧化硅抛光速率。
发明内容
为了解决上述抛光速率的问题，本发明提供了一种含有β-环糊精分子的化学机械抛光液，其以氧化铈为磨料，既能确保具有更低的抛光缺陷，同时又能显著提高对二氧化硅介质材料的抛光速率。
所述化学机械抛光液包含氧化铈磨料、β-环糊精分子及pH调节剂。
优选地，所述氧化铈磨料包含溶胶型氧化铈磨料。
优选地，所述氧化铈磨料的粒径为30-90nm。
优选地，所述氧化铈磨料的浓度为质量百分比0.05wt％-2wt％。
优选地，所述β-环糊精分子的浓度为0.005wt％-2wt％。，优选浓度为0.005wt-0.1wt％。
优选地，所述化学机械抛光液的pH值为3.5-5.5。
本发明还公开了一种化学机械抛光液在二氧化硅介质表面抛光中的应用。
与现有技术相比较，本发明的积极进步效果在于：
通过在化学机械抛光液中添加β-环糊精分子，既能确保具有更低的抛光缺陷，同时又能显著提高氧化铈磨料对TEOS的抛光速率。
本发明提到的颗粒尺寸是以电镜为基准的，同一个颗粒，电镜的·结果和光散射(DLS)的结果有区别，见下表：
SEM(纳米) DLS(纳米)
25 83
45 110
60 163
数据引自文献：Pandija et al,“Effect of Ceria Size and Concentration inShallow Trench Isolation(STI)Chemical Mechanical Polishing(CMP)”inInternational Conference on Planarization/CMP Technology·October 25–27,2007Dresden,VDE VERLAG GMBH·Berlin-Offenbach
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。
实施例一
表1为添加吡啶甲酸、离子型电解质和非离子型电解质的化学机械抛光液对二氧化硅抛光速率的影响。其中，吡啶甲酸的浓度为0.01wt％-0.20wt％；离子型电解质分别为硝酸钾(KNO3)，氯化钾(KCl)，醋酸钾(KAc)，四甲基乙酸铵(TMAAc)，四甲基丁酸铵(TBAAc)，浓度为0.10wt％；非离子型电解质分别为苯并三氮唑(BTA)、三唑(TAZ)、聚乙二醇(PEG)、乙二醇(Ethylene glycol)、甘露醇(Mannitol)、山梨醇(Sorbitol)和蔗糖(Sucrose)及β-环糊精。对应的溶胶型氧化铈浓度为1wt％，平均粒径为60nm，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5。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，选用Mirra抛光机台进行抛光测试，对应抛光条件包括：IC1010抛光垫，底盘和抛光头转速分别为93rpm和87rpm，压力3psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。对比实施例对应TEOS抛光速率为/min。
表1添加不同组分对TEOS抛光速率的影响
如表1所示，由对比实施例1-6可知，吡啶甲酸的添加对氧化铈抛光活性的影响随着其浓度的增大而增大。与空白对比实施例相比，当添加的吡啶甲酸的浓度为0.2wt％时，其对应TEOS抛光速率下降50％，仅为/min。
此外，由对比实施例1与对比实施例7-11可知，离子型电解质的添加同样也对溶胶型氧化铈的抛光速率产生了显著的抑制效果。尤其，当抛光液中添加了氯化钾(KCl)离子型电解质时，与空白对比实施例相比，抛光液对TEOS抛光速率被抑制了54％，TEOS抛光速率仅为对比实施例的46％。
由对比实施例1、对比实施例12-23及实施例可知，非离子型电解质的添加对溶胶氧化铈的抛光速率也会产生一定的抑制效果，但其影响远小于离子型电解质。然而，例外的是，β-环糊精分子作为非电解质却能进一步促进溶胶氧化铈的抛光速率。当在抛光液中添加0.01wt％的β-环糊精后，溶胶型氧化铈对TEOS的抛光速率增加了2％。
实施例二
表2为调节β-环糊精分子添加量及分子量对溶胶氧化铈抛光速率影响的进一步优化研究。通过调节配方体系中β-环糊精的添加量和分子量，进一步优化了β-环糊精对溶胶氧化铈抛光速率的提升水平。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，选用Mirra抛光机台进行抛光测试，对应抛光条件包括：IC1010抛光垫，底盘和抛光头转速分别为93rpm和87rpm，压力3psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。表3
为所配制抛光液的配方组分，对应溶胶型氧化铈浓度为1wt％，平均粒径为60nm，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5，未添加离子型电解质的配方组分对应TEOS抛光速率为/min.
表2 β-环糊精的添加量及分子量对溶胶氧化铈抛光速率的影响
如表2所示，由对比实施例及实施例1-6可知，当添加的β-环糊精浓度从0.001-2wt％时，抛光液中的溶胶型氧化铈磨料对TEOS的抛光速率都有提高；尤其，当β-环糊精的含量为0.005wt％时，其提高的TEOS抛光速率最为显著，较未添加的抛光液提高4％。由实施例7可知，当β-环糊精的含量达到0.500wt％时，抛光液中的溶胶型氧化铈磨料对TEOS的抛光速率开始下降，较未添加的抛光液提高2％。
实施例三
表3 在氧化铈抛光液中添加β-环糊精对TEOS抛光速率的影响
表3为不同氧化铈浓度、颗粒粒径及pH值条件下，在抛光液中添加β-环糊精，对TEOS抛光速率的影响。由表3可知，当氧化铈粒径为30-90nm，氧化铈的浓度为0.05-2wt％，且抛光液pH值为3.5-5.5时，添加一定量的β-环糊精都能显著提高抛光液对TEOS的抛光速率。β-环糊精的添加，在不同pH和氧化铈磨料固含量条件下均可以一定程度促进氧化铈的抛光性能。
综上所述，相比于吡啶甲酸、离子型电解质以及其他非离子型电解质的添加，当以溶胶型氧化铈为磨料的化学机械抛光液中添加β-环糊精分子后，不仅不会对溶胶型氧化铈磨料的抛光速率产生抑制作用，反而能提高其对二氧化硅的抛光速率。对所述β-环糊精分子的含量进行进一步优化，可知，当抛光液中β-环糊精的含量为0.005wt％时，溶胶型氧化铈磨料对二氧化硅可以实现最优化的抛光速率，较未添加的抛光液提高4％。由此，本发明所提供的化学机械抛光液，其以溶胶型氧化铈为磨料，在添加β-环糊精分子后，能够应用于显著提高溶胶型氧化铈磨料对二氧化硅介质材料的抛光速率，为溶胶型氧化铈的抛光速率问题提供了一种优化的解决方案。
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 (10)

1.一种化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液包含氧化铈磨料、低聚糖及pH调节剂。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述低聚糖选自β-环糊精或葡聚糖。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述低聚糖选自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，所述氧化铈磨料包含溶胶型氧化铈磨料。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料的粒径为30-90nm。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料的浓度为质量百分比0.05wt％-2wt％。
7.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述β-环糊精分子的浓度为0.005wt％-2wt％。
8.如权利要求7所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述β-环糊精分子的浓度为0.005wt％-0.1wt％。
9.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。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的化学机械抛光液在二氧化硅介质表面抛光中的应用。
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