CN118308029A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抛光液技术领域，具体涉及一种化学机械抛光液，包含氧化铈研磨颗粒、N，N‑2，2‑联四氢吡咯类化合物、有机高分子聚合物、有机多元酸、pH调节剂、抗菌剂、水。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
本发明涉及抛光液技术领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。
背景技术
浅槽隔离(STI)是目前IC制造中器件隔离的主要方法，在STI技术中，第一步是在基材的预定位置上生成若干槽，通常采用各向异性蚀刻法。其次，在各个槽中沉积二氧化硅，然后用CMP法抛光二氧化硅，向下抛光到氮化硅层就形成了STI结构。对STI的抛光不仅要求很高的HDP oxide(二氧化硅)的去除速率和很高的对氮化硅的选择比，而且要求非常低的表面缺陷指标以及不同密度区域的抛光均一性，因为这直接决定了器件隔离的效率。
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。传统用于CMP抛光的氧化铈研磨颗粒是通过高温焙烧，在经过球磨分散制备得到，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，传统高温焙烧合成的氧化铈由于颗粒多棱角状，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，而溶胶凝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。如何提供一种溶胶凝胶型CMP抛光液的新配方，可以显著提高溶胶凝胶氧化铈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。
本发明公开了一种用于抛光二氧化硅和氮化硅的CMP抛光液，其特征在于以纳米氧化铈为磨料，通过添加N，N-2，2-联四氢吡咯类化合物，，可有效抑制氮化硅抛光速率，实现高的二氧化硅/氮化硅抛光选择比(>100)；通过添加有机高分子聚合物，降低或避免了抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的出现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种化学机械抛光液，以解决上述的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种化学机械抛光液，抛光液包含氧化铈研磨颗粒、N，N-2，2-联四氢吡咯类化合物、有机高分子聚合物、有机多元酸、pH调节剂、抗菌剂、水。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；并避免或降低了抛光过程中碟形凹槽(Dishing)、划痕(scratch)等缺陷的产生。
该STI抛光液含有：(a)0.03％-1.8％氧化铈磨料；(b)0.5％-3％ N，N-2，2-联吡咯烷类化合物；(c)0.05％-2％有机高分子聚合物；(d)0.1％-1.0％有机多元酸。该抛光液对二氧化硅(TEOS)/氮化硅(Si3N4)抛光选择比大于100，避免或降低了抛光过程中碟形凹槽(Dishing)、划痕(scratch)等缺陷的产生。
本发明中，所述氧化铈研磨颗粒的平均粒径为50-300纳米，平均晶粒尺寸为20-150纳米。本发明中，所述所述N，N-2，2-联吡咯烷类化合物选自消旋N，N-2，2-联吡咯烷或R，R-N，N-2，2-联吡咯烷或S，S-N，N-2，2-联吡咯烷或R，S-N，N-2，2-联吡咯烷。
本发明中，所述有机高分子聚合物可以为下列聚合物中的一种或多种混合：聚丙烯酸及其盐类化合物(如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵)分子量在3000-5000；聚乙烯基吡咯烷酮，分子量在3000-10000；聚乙二醇，分子量在3000-5000。
本发明中，所述有机多元酸可以为：醋酸、甘氨酸、柠檬酸、亚胺基二乙酸、丙二酸、丁二酸中的一种或多种。
本发明中，抛光液中还可进一步包括去离子水和pH值调节剂；pH调节剂为氨水或硝酸。
本发明中，所述化学机械抛光液的pH值为3.5-8。
本发明中，所述pH调节剂为氨水(NH4OH)和或硝酸(HNO3)。
本发明中，可以添加抗菌剂和粘度调节剂。
本发明的有益效果：
1.本发明N，N-2，2-联吡咯烷、有机高分子聚合物和有机多元酸具有复配效果，通过调整各物质的含量，结合使用达到调整二氧化硅/氮化硅抛光的选择比大于100，避免或降低抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的产生，溶液更稳定的效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明所用试剂及原料均市售可得。抛光液中使用的氧化铈颗粒的粒径为平均折合直径，其平均粒径由Malvern公司的Nano-ZS90激光粒度分析仪测定；抛光液中使用的氧化铈颗粒的晶粒度通过日本岛津LabX XRD-6100型X射线衍射仪测定。首先将氧化铈颗粒加入设定浓度有机分散剂溶液液中混合均匀，再将除研磨颗粒外的组分按照表中所列的含量，在去离子水中混合均匀，用氨水(NH4OH)调节到所需pH值，然后加入有机分散剂分散的研磨颗粒分散液，若pH下降则用氨水(NH4OH)调节到所需的pH值，并用去离子水补足百分含量至100wt％，即可制得化学机械抛光液。
表1本发明的化学机械抛光液实施例配方
分别用上述实施例中抛光液1-6和对比例1-6的化学机械抛光浆料对空白TEOS和Si3N4,抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech抛光垫，向下压力3psi,转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm,抛光时间60s,化学机械抛浆料流速100mL/min。抛光所用晶圆切片均由市售(例如美国SVTC公司生产的)8英寸镀膜晶圆切片而成。TEOS和Si3N4厚度由Matrics公司生产的NANO SPEC6100测试仪测得。用抛光前后测得的厚度差值除以抛光耗用时间即得TEOS和Si3N4的去除速率。抛光时间为1分钟。
TEOS划痕(scratch)评价：抛光后TEOS在光学显微镜下观察划痕。
凹陷(Dishing)缺陷评价：采用SKW公司制造STI3模式晶片(STI3patternedwafer)进行凹陷缺陷评价抛光实验，通过AFM分析评价凹陷缺陷深度。
表4-6中对本发明抛光液实施例1-6和对比实施例1-6的抛光效果比较表明，在实施例1-6中对应抛光液，对TEOS显示了高的抛光速率，同时对TEOS和Si3N4的抛光选择比均大于30,并且TEOS表面无明显可见划痕。对比实施例1-6,在改变了环状低聚糖类化合物、有机高分子聚合物或有机多元酸的含量，可以看出，TEOS和Si3N4的抛光选择比明显减少，TEOS划痕及凹陷也急剧增加，不能满足抛光要求。
表4本发明的化学机械抛光液实施例抛光结果比较
表5本发明的化学机械抛光液对比实施例抛光结果比较
表6本发明的化学机械抛光液实施例和对比例抛光结果比较
应当理解的是，本发明所述wt％均指的是质量百分含量
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，该抛光液由氧化铈研磨颗粒、N，N-2，2-联四氢吡咯类化合物、高分子聚合物、pH调节剂、抗菌剂、以及水组成；
其中，所述N，N-2，2-联四氢吡咯类化合物包括N，N-2，2-联四氢吡咯的手性异构体、消旋体；包括R，R-N，N-2，2-联四氢吡咯，S，S-N，N-2，2-联四氢吡咯，R，S-N，N-2，2-联四氢吡咯，以及相应的消旋体；
所述氧化铈研磨包含溶胶凝胶型氧化铈。
2.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为0.03％～1.8％，且所述氧化铈磨料的平均粒径为50-300纳米，平均晶粒尺寸为20-150纳米。
3.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述N，N-2，2-联四氢吡咯类化合物的浓度为0.5％-3％。
4.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为3.5-8，且所述pH调节剂为氨水或硝酸。
5.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述有机高分子聚合物为下列聚合物中的一种或多种混合：聚丙烯酸及其盐类化合物，聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙二醇，且所述有机高分子聚合物的浓度为质量百分比的0.05％-2％。
6.根据权利要求5所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸盐类化合物为聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵，且所述聚丙烯酸及其盐类化合物的分子量为3000-5000；所述聚丙烯酸吡咯烷酮的分子量为3000-10000；所述聚乙二醇的的分子量为3000-5000。
7.根据权利要求6所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述有机多元酸为醋酸、甘氨酸、柠檬酸、亚胺基二乙酸、丙二酸、丁二酸中的一种或多种，且所述有机多元酸的浓度为质量百分比0.1％-1.0％。
8.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液还包含去离子水。
9.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液还含有粘度调节剂和抗菌剂。
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