CN116333600A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学机械抛光液，包括：研磨颗粒，水载体，硅促进剂，pH缓冲剂和pH调节剂。相较于现有技术，本发明中的化学机械抛光液能够显著提高多晶硅的去除速度，并且同时具有较高的稳定性。
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。
背景技术
现代半导体技术使器件高度微小化成为现实。集成电路硅基板上可以集成数以亿计的元件。这些元件通过导线和多层互连件形成互连结构。物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷(ECP)等技术被运用于这些材料薄层的制备。随着多层材料的沉积和去除，晶片的最上表面变得不平坦。这些不平坦可能导致产品的各种缺陷，因此导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得至关重要。化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。抛光组合物(抛光液)在化学机械抛光中占有重要地位。
半导体制造过程中，硅作为一类重要材料，应用广泛。如硅是晶圆必不可少的基底介质，也是一些新技术(如TSV)中的重要材质。因此，快速的硅抛光可以节省晶圆制造时间，节约成本。提升硅抛光速度的方法主要以改变化学添加剂为主。专利US2002032987公开了使用醇胺类有机物提高多晶硅移除速率的技术，US2006014390进一步指出乙醇胺、季铵盐/碱可以提高多晶硅移除速率。此外，EP1072662公开了有机胍硅抛光增速剂，CN101492592B公开了三氮唑及其衍生物可以在酸性和碱性下加快多晶硅抛光速率。CN102816530B公开了以哌嗪为增速剂的抛光组合物，其最快硅移除速率可以超过10000A/min。
为了适应现代半导体制造的要求，进一步节约成本，加大产出率(throughput),提高良率，具有更高要求的硅抛光组合物的研发显得尤为重要。为解决这一问题，本发明提出一种具有非常高硅移除速率且具有高稳定性的抛光组合物。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种化学机械抛光液，包括：研磨颗粒，水载体，硅促进剂，pH缓冲剂和pH调节剂。
优选的，所述研磨颗粒为二氧化硅。
优选的，所述研磨颗粒的质量百分比含量为0.01％～3％。
优选的，所述pH缓冲剂为1,2,4-三氮唑。
优选的，所述pH缓冲剂的质量百分比含量为1.0％～8.0％。
优选的，所述硅促进剂为轮环藤宁，具有结构式(1)的化学结构：
优选的，所述硅促进剂的质量百分比含量为1.0％～6.0％。
优选的，所述pH调节剂选自氨水、氢氧化钾的一种或多种。
优选的，所述的化学机械抛光液的pH值为10.0～11.9。
与现有技术相比，本发明的优势在于：能够显著提高多晶硅的去除速度，并且同时具有较高的稳定性。
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。
具体实施例以及对比按表1中所给配方，将所有组分溶解混合均匀，用水补足质量百分比至100％。用pH调节剂调节pH至期望值。
本发明实施例及对比例中所述浓度中的％均指的是质量浓度。
表1实施例1-12及对比例1-3中化学机械抛光液的组分及其含量
按表1配方根据下述实验条件进行实验
具体抛光条件：压力3.0psi，抛光盘及抛光头转速93/87rpm，抛光垫Fujibo H800，抛光液流速150ml/min，抛光机台为12”Reflexion LK，抛光时间为1min。
磨料平均粒径增长值是将抛光组合物在室温下摆放30天后的平均粒径减去抛光组合物制备完成时的平均粒径的差值。平均粒径使用Malvern Panalytical公司的zetasizer nano-sz90纳米粒度电位仪测定。
测试结果列于表2。
表2实施例1-10及对比例1-3化学机械抛光液的抛光测试结果
通过对比实施例1-10与对比例1的测试结果可以发现，不添加任何硅增速剂的抛光液对硅的移除速率不高，在添加了轮环藤宁作为硅增速剂后，硅的移除速率最高可以达到不加轮环藤宁时的2.9倍。这充分说明轮环藤宁是一种高效的硅移除增速剂。
通过对比实施例2与对比例2可以发现，加入哌嗪作为硅移除增速剂后，其硅抛光速率不如加入相同质量百分比的轮环藤宁。通过对比实施例2与对比例3可以发现，加入单乙醇胺作为硅移除增速剂后，其硅抛光速率不如加入相同质量百分比的轮环藤宁。因此，相较于现有技术中的哌嗪和单乙醇胺，本发明中的轮环藤宁的增速效果更好。
通过对比实施例1-10与对比例1、3可以发现，加入轮环藤宁的抛光组合物，其磨料更为稳定，室温下30天后磨料粒径没有变化，而不加轮环藤宁或者只加入单乙醇胺都会使抛光组合物的磨料颗粒不稳定。
由实施例2和8对比可知，抛光液的pH为10时，硅速度出现明显下降。而pH在11-11.9间则硅的速度比较稳定。故，本发明中的抛光液的pH值范围具有选择性。
实施例1-3说明轮环藤宁的加入量增加会使得硅移除速率增加，当轮环藤宁百分含量达到3-6％之间，硅抛光速率增加量趋于稳定。
实施例2、4、5说明磨料的量增加也会增加硅移除速率，当磨料含量在5-10％之间，硅抛光速率增加量趋于稳定。
pH缓冲剂用于确保抛光液长期暴露于空气时，pH能够保持稳定，由此保证化学机械抛光液的性质也能够保持稳定，也就是确保了抛光液的potlife和shelflife。缓冲剂可以是其它化合物，就本案例的缓冲剂1，2，4-三氮唑而言，参考实施例2、6、7，其浓度不影响抛光速率。,
因此，综合上述测试结果可知，本申请中的化学机械抛光液对硅具有优异的抛光速率，同时磨粒能够保持稳定，利于抛光液的保存和使用。
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 (9)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，
包括：研磨颗粒，水载体，硅促进剂，pH缓冲剂和pH调节剂。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述研磨颗粒为二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述研磨颗粒的质量百分比含量为0.01％～3％。
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pH缓冲剂为1,2,4-三氮唑。
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pH缓冲剂的质量百分比含量为1.0％～8.0％。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述硅促进剂为轮环藤宁，具有结构式(1)的化学结构：
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述硅促进剂的质量百分比含量为1.0％～6.0％。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述pH调节剂选自氨水、氢氧化钾的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述的化学机械抛光液的pH值为10.0～11.9。
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