CN111378380B - 一种化学机械抛光液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒，含一个或多个羧基的含氮杂环化合物。本发明的抛光液同时具有较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其应用。
背景技术
在晶圆的制作中。氮化硅材料通常作为阻挡层或者刻蚀终止层来保护下层结构。在半导体装置的生产中，在各个阶段都要进行去除氮化硅层的步骤，例如在形成元素分离结构的步骤中，要除去作为阻挡层的氮化硅层。目前常用的去除氮化硅层的方法，是在约150℃的高温下，使用磷酸/硝酸混合溶液等液体，通过湿法刻蚀方法去除氮化硅层。
而对于化学机械抛光液来说，大多数的抛光液都是力求降低氮化硅的去除速率，而得到其他材料相对较高的去除速率。比如在浅沟槽隔离(STI)工艺中，氮化硅作为终止层，使用的化学机械抛光液则需要具有高的二氧化硅去除速率及较低的氮化硅去除速率，从而体现出较高的氮化硅/二氧化硅抛光速率选择比，使抛光很好地停留在氮化硅终止层。
而在半导体新兴技术中，二氧化硅和氮化硅材料会同时应用于同一晶片中，这就需要抛光液同时具有较高的氮化硅和二氧化硅的去除速率。而现有的如上所述的抛光液，大多数对氮化硅和二氧化硅抛光速率的差距较大，而不能同时具有较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光液，通过使用具有特定含量、特定粒径、特定分散系数的二氧化硅研磨颗粒，以及含羧基的含氮杂环化合物，从而具有较高的氮化硅抛光速率和二氧化硅抛光速率。
具体地，本发明提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒，含一个或多个羧基的含氮杂环化合物。其中，所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为5％-15％，粒径分布指数为0.3-0.7，粒径为40-120nm，所述化学机械抛光液的pH为2-5。
优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为8％-15％。
优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径分布指数为0.4-0.7。
优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径为50-120nm。
优选地，所述含一个或多个羧基的含氮杂环化合物包括含一个或多个羧基的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物中的一种或多种。
优选地，所述含一个或多个羧基的含氮杂环化合物包括2-羧基吡啶、3-羧基吡啶、4-羧基吡啶、2,3-二羧基吡啶、2,4-二羧基吡啶、3,4-二羧基吡啶、2,6-二羧基吡啶、3,5-二羧基吡啶、2-羧基哌啶、3-羧基哌啶、4-羧基哌啶、2,3-二羧基哌啶、2,4-二羧基哌啶、2,6-二羧基哌啶、3,5-二羧基哌啶、2-羧基吡咯烷、3-羧基吡咯烷、2,4-二羧基吡咯烷、2,5-二羧基吡咯烷、2-羧基吡咯、3-羧基吡咯、2,5-二羧基吡咯中的一种或多种。
优选地，所述含一个或多个羧基的含氮杂环化合物的质量百分比含量为0.01％-1％。
本发明的抛光液还可以含有杀菌剂和pH调节剂。其中，杀菌剂可以选择5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，2-甲基-4-异噻唑啉酮，1，2-苯丙异噻唑啉酮，碘代丙炔基氨基甲酸酯，1，3-二羟甲基-5，5-甲基海因等，pH调节剂可以选择HNO3、KOH、K2HPO4或KH2PO4等。
本发明的另一方面，提供了一种上述的化学机械抛光液在二氧化硅和氮化硅的抛光中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的抛光液通过选择具有适当粒径、含量、分散系数的二氧化硅，并与含羧基的含氮杂环化合物配合使用，从而同时具有较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。
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。
表1为本发明实施例1-8以及对比例1-5的抛光液的成分及含量。按照该表配制实施例和对比例抛光液，将各组分混合均匀，用水补足质量百分比至100％，用pH调节剂调节pH至相应值，得到本发明各实施例及对比例的抛光液。
表1本发明实施例1-8以及对比例1-5的抛光液成分
分别用上述实施例1-8和对比例1-5的化学机械抛光液对含有氮化硅和二氧化硅的12寸晶片进行抛光，抛光条件为：采用LK抛光机进行抛光，使用IC1010pad抛光垫，抛光压力为3.0psi，抛光流量300ml/min。对抛光后的晶片进行清洗、干燥，并通过检测得到每个实施例的抛光液对氮化硅和二氧化硅的抛光速率，记于表2。
表2本发明实施例1-8和对比例1-5的抛光结果
由表2可见，对比例1的抛光液中只含有二氧化硅研磨颗粒，对氮化硅和二氧化硅的抛光速率都比较低；对比例2-5的抛光液中不仅含有二氧化硅研磨颗粒，还含有2-羧基吡啶，但是上述抛光液仍无法同时获得较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。具体地，对比例2的抛光液中的研磨颗粒的粒径和粒径分布指数都较小，其对氮化硅的抛光速率较高，但是对二氧化硅的抛光速率却较低；对比例3的抛光液中的研磨颗粒的粒径较大但粒径分布指数较小，其对氮化硅的抛光速率低，但对二氧化硅的抛光速率较高；对比例4和对比例5的抛光液中研磨颗粒的粒径和粒径分布指数都适中，但是该抛光液的pH较高，同样无法同时具有较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。可见，研磨颗粒的粒径、粒径分布指数以及抛光液的pH值，对抛光液对氮化硅和氧化硅的抛光速率均有影响，仅当抛光液中研磨颗粒的粒径、粒径分布指数以及抛光液的pH值在合适的范围时，才可同时获得较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。
从本发明实施例1-8可以看出，本发明将抛光液中二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量控制在5％-15％之间、粒径分布指数控制在0.3-0.7之间，粒径控制在40-120nm之间，pH控制在2-5之间，并配合使用含羧基的含氮杂环化合物，获得的抛光液对二氧化硅和氮化硅的抛光速率均达到
/min以上，从而该抛光液对二氧化硅和氮化硅的抛光速率均较高。进一步地，从本发明实施例2-8可以看出，将抛光液中二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量控制在8％-15％之间，粒径分布指数控制在0.4-0.7之间，粒径控制在50-120nm之间，抛光液对二氧化硅和氮化硅的抛光速率均可达
/min以上，最高甚至超过了
/min。
另外，本发明的抛光液中，在使用了具有上述特性的氧化硅研磨颗粒的前提下，使用不同种类的含羧基的含氮杂环化合物，均可以得到较高的氮化硅和二氧化硅抛光速率。从而，使用本发明实施例的化学机械抛光液抛光含有氮化硅和二氧化硅的晶片时，抛光速率高，具有较高的工业应用价值。
应当注意的是，本发明中的含量，如果没有特别说明，均为质量百分比含量。
应当理解的是，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 (6)
1.一种具有高的二氧化硅和氮化硅抛光速率的化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒，含一个或多个羧基的含氮杂环化合物；其中，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径为40-120nm，粒径分布指数为0.3-0.7；所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为5%-15%；所述含一个或多个羧基的含氮杂环化合物包括含一个或多个羧基的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物中的一种或多种；所述含一个或多个羧基的含氮杂环化合物的质量百分比含量为0.01%-1%；所述的化学机械抛光液的pH为2-5。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分含量为8%-15%。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的粒径分布指数为0.4-0.7。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的粒径为50-120nm。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述含一个或多个羧基的含氮杂环化合物包括2-羧基吡啶、3-羧基吡啶、4-羧基吡啶、2,3-二羧基吡啶、2,4-二羧基吡啶、3,4-二羧基吡啶、2,6-二羧基吡啶、3,5-二羧基吡啶、2-羧基哌啶、3-羧基哌啶、4-羧基哌啶、2,3-二羧基哌啶、2,4-二羧基哌啶、2,6-二羧基哌啶、3,5-二羧基哌啶、2-羧基吡咯烷、3-羧基吡咯烷、2,4-二羧基吡咯烷、2,5-二羧基吡咯烷、2-羧基吡咯、3-羧基吡咯、2,5-二羧基吡咯中的一种或多种。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的化学机械抛光液在二氧化硅和氮化硅的抛光中的应用。
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- 2018-12-29 CN CN201811635545.4A patent/CN111378380B/zh active Active
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