CN114621685A - 一种化学机械抛光液及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学机械抛光液及其使用方法。所述抛光液含有氧化铈研磨颗粒和2‑甲胺乙醇。本发明中的抛光液能够有效降低抛光速率对压力的敏感性，使抛光过程更加可控、平稳，并且由于降低了对压力的敏感性，该化学机械抛光液可以适用于更加广泛的抛光材料和使用场景；同时保持适合的抛光效率，提高抛光效率。
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使用方法。
背景技术
在化学机械抛光(CMP)过程中，如若使用氧化铈作为研磨颗粒，氧化硅的(氧化 物或者TEOS)的抛光速率通常随着抛光的压力增加而增加，抛光速率与抛光压力之间的 关系可以通过Preston方程描述。现有技术中，如若使用正电荷(zeta电位>20mV)，颗 粒粒径>30nm的氧化铈作为研磨颗粒，在pH＜6抛光液中，TEOS的抛光速率对抛光压 力十分敏感，比如：当压力增加0.5psi(从1.5psi增加至2.0psi)，TEOS速率增加近 1000A/min。而抛光速率对压力敏感使得抛光过程难以控制。所以，需要降低TEOS抛光 速率对压力的敏感性。
现有技术中，通常采用自动停止(auto stop)的方法降低抛光速率对压力的敏感程度， 但自动停止意味着抛光速率降低，通常不能满足生产需求。因此，本领域亟需一种能够 有效降低抛光速率对压力的敏感性，同时能够保证适当的抛光速率的抛光液。
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，可以有效降低抛光速率对压力 的敏感性，同时保持适当的抛光速率，在本领域具有良好的应用前景。
本发明提供一种化学机械抛光液，具体含有氧化铈研磨颗粒和2-甲胺乙醇。
优选的，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为质量百分比0.3％。
优选的，所述氧化铈研磨颗粒的粒径为45nm～75nm。
优选的，所述氧化铈研磨颗粒的粒径为60nm。
优选的，所述2-甲胺乙醇的浓度为质量百分比50ppm～2000ppm。
优选的，所述2-甲胺乙醇的浓度为大于质量百分比2000ppm。
优选的，所述化学机械抛光液的pH值为4.0～6.0。
本发明的另一方面，提供一种化学机械抛光液的使用方法，将以上任一所述的化学 机械抛光液用于减少抛光速率对压力的敏感性。
与现有技术相比较，本发明的优势在于：
1.有效降低抛光速率对压力的敏感性，使抛光过程更加可控、平稳，并且由于降低了对压力的敏感性，该化学机械抛光液可以适用于更加广泛的抛光材料和使用场景；
2.同时保持适合的抛光效率，提高抛光效率。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并 不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在 本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括 多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或” 是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
依照表1所示的组分及其含量配制对比例1～3与实施例1～3的抛光液，并使用硝酸 或氢氧化钾作为pH调节剂调节抛光液的pH值。其中所述氧化铈-1是没有掺杂的氧化铈，其光散射的颗粒尺寸160nm左右。所述氧化铈-2是镧掺杂的氧化铈，光散射的颗粒尺寸180nm左右。通过比表面(BET)方法测量出氧化铈-1及氧化铈-2的颗粒尺寸为60nm。 氧化铈-3的颗粒尺寸30nm，且没有掺杂。在氧化铈未经表面处理时，在pH<6时，其 表面都带有正电荷，zeta电位>20mV。若氧化铈表面经过处理，比如，带有羧酸官能团 的聚丙烯酸，则其表面电荷为负值，zeta电位<-20mV，其TEOS抛光速率明显降低。
表1对比例1～对比例4、实施例1～实施例5抛光液的组分及其含量
对上述抛光液的抛光性能进行进一步的测试：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93 rpm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。TEOS膜厚是用NanoSpec膜厚测量系统(NanoSpec6100-300,Shanghai NanospecTechnology Corporation)测出的。从晶圆边缘3mm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。测得的抛光速率如表2所示。
表2对比例1～对比例4、实施例1～实施例10抛光液的抛光速率
由测试结果可知，对比例1中的抛光液的抛光速率/压力数值较大，说明该抛光液的 抛光速率随压力的增大而有较大的增幅，即，该抛光液的抛光速率对压力的敏感性较高。 尽管该抛光液的抛光速率较高，但当压力变化时，其抛光速率会随之进行较大幅度的波 动，仍不利于实际生产。对比例2中使用了经过表面处理过的氧化铈-1，该氧化铈的表面带有负电荷，即便对比例2中的抛光液抛光速率/压力数值较小，抛光液对压力的敏感 性不高，但其抛光速率过低，远不能满足目标抛光速率～2000A/min。对比例4中使用了 粒径为30nm的氧化铈颗粒，抛光速率过低，远不能满足目标抛光速率～2000A/min，且 其抛光速率随着压力的增大反而减小，不符合实际生产的需求。
观察实施例1～实施例5抛光液的抛光速率可知，在抛光液中添加2-甲胺乙醇可以有 效降低抛光液抛光速率对压力的敏感性，并且保持高抛光速率。并且，随着2-甲胺乙醇含量的增加，抛光液的敏感性随之降低，同时保持较高的抛光速率。除此之外，观察实 施例1与实施例2、实施例3与实施例4，在含有相同量的2-甲胺乙醇时，氧化铈-1比氧 化铈-2具有更好的技术效果，即，2-甲胺乙醇与不掺杂其他物质的氧化铈共同使用时， 更加有效地降低抛光液的抛光速率对压力的敏感性。
进一步的，比较对比例5、实施例5-7可知，当其他条件相同时，抛光液的pH对其 性质影响较大。具体分析，在pH＝3时，抛光速率太低，所以压力对速率的斜率尽管很低， 但不能满足实际生产需求。在pH＝4.0，抛光速率在可以接受的范围。压力对速率的敏感 对在pH为4.5时最低。当pH高于6时，表面带正电荷的氧化铈-1会发生颗粒聚沉现象， 难以用于实际抛光。
进一步的，比较实施例5、实施例8和实施例9可知，当氧化铈固含量0.1％变化至0.5％，并2-甲胺乙醇的浓度恒定时，抛光速率以及速率对压力的敏感程度发生变化。在0.1％固含量时，抛光速率变低，同时抛光速率对压力的斜率也低。如果在氧化铈的固含 量为0.1％的基础上，把2-甲胺乙醇浓度降低，抛光速率应该上升。同样道理，当氧化铈 浓度为0.5％时，需要增加2-甲胺乙醇浓度，才能进一步抑制抛光速率对压力的敏感性。 综合来看，最优条件是氧化铈的固含量为0.3％，600ppm 2-甲胺乙醇，在抑制抛光速率对 压力的敏感性的同时，也保持较为合适的抛光速率。
进一步的，对比对比例1、实施例2、实施例3、实施例5和实施例10，在其他条件 相同时，2-甲胺乙醇浓度对抛光液的性质会产生一定的影响。当氧化铈研磨颗粒的固含 量一定时，若2-甲胺乙醇浓度高于2000ppm，则会引起抛光液的沉淀现象，即不利于胶 体的稳定性。若2-甲胺乙醇浓度过低，则无法抑制抛光液对压力的敏感性。
除此之外，对比例6中的抛光液，由于含有的2-甲胺乙醇浓度过高，导致抛光液出现沉淀，影响抛光液的使用。
依照表3所示的组分及其含量配制对比例7-8、实施例11～实施例15的抛光液，并使用硝酸或氢氧化钾作为pH调节剂调节抛光液的pH值。其中所述葡聚糖能够提高抛光 液对TEOS的抛光速率，但同时也会增加抛光液对压力的敏感性。
表3对比例7-8、实施例11～实施例15抛光液的组分及含量
依照上述的测试设备将对比例7及实施例11～实施例15中的抛光液在不同压力下对 空白TEOS晶片的抛光速率。测得的测试结果如表4所示。
表4对比例7及实施例11～实施例15抛光液在不同压力下的抛光测试结果
对比例8中的抛光液，由于2-甲胺乙醇浓度过高，胶体的稳定性收到影响，抛光液出现沉淀，极大影响了抛光液的性质及其使用。由表4中的测试结果可知，即便抛光液 中含有其他能够影响抛光液对压力敏感性的添加剂(例如葡聚糖)，在添加2-甲胺乙醇后， 抛光液的抛光速度仍表现出对压力的低敏感性。
综合上述实施例及对比例的数据可知，本发明的抛光液能够有效降低抛光速率对压 力的敏感性，使抛光过程更加可控、平稳，并且由于降低了对压力的敏感性，该化学机械抛光液可以适用于更加广泛的抛光材料和使用场景；同时保持适合的抛光效率，提高 抛光效率。并且，本发明中的添加的2-甲胺乙醇能够与其他添加剂同时使用，对使用条 件并不苛刻，在本领域具有广泛的使用前景。
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 (7)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，含有氧化铈研磨颗粒和2-甲胺乙醇。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为质量百分比0.1％～0.5％。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述氧化铈研磨颗粒的粒径为45nm～75nm。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述氧化铈研磨颗粒的粒径为60nm。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述2-甲胺乙醇的浓度为质量百分比50ppm～2000ppm。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述化学机械抛光液的pH值为4.0～6.0。
7.一种化学机械抛光液的使用方法，其特征在于，将如权利要求1～6任一所述的化学机械抛光液用于减少抛光速率对压力的敏感性。
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