TWI814731B - 化學機械拋光液 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種化學機械拋光液，包含溶膠型氧化鈰，以及苯甲酸類化合物及聚四級銨鹽。本發明採用溶膠型氧化鈰作為研磨顆粒，同時添加苯甲酸類化合物及聚四級銨鹽作為添加劑，在苯甲酸類化合物及聚四級銨鹽作用下，實現抑制氮化矽的拋光速率、提高二氧化矽的拋光速率，同時控制蝶形凹陷的產生的技術效果。
Description
本發明涉及化學機械拋光領域，尤其涉及一種應用於STI拋光中化學機械拋光液。
氧化鈰是一種重要的CMP拋光液磨料，相比於傳統矽溶膠磨料，氧化鈰對二氧化矽材質具有更高效的拋光特性，已廣泛應用於STI和ILD的CMP拋光。但是，在STI的CMP拋光應用中，通常要求具備高的二氧化矽介質層的拋光速率要高，而低的氮化矽介質層的拋光速率要低，最好氮化矽介質層的拋光速率可以接近於零。也就是說，要求高的二氧化矽對氮化矽的選擇比，最好高於100:1。有機分子能夠有效地抑制氮化矽的拋光速率已有許多報導，比如，Electrochemical and Solid-State Letter (vol 8(8), page G218-G221, year 2005)報導吡啶甲酸(picolinic acid)等化合物能夠提高拋光液對二氧化矽介質層的拋光速率，同時抑制氮化矽的拋光速率，相比普通拋光液減小至少20倍，使得拋光液對二氧化矽和氮化矽的選擇比超過200。
研究表明，4-羥基苯甲酸、3-胺基苯甲酸和3，5-二胺基苯甲酸能夠抑制氮化矽的拋光速率，而對氧化矽的速率影響很小，從而達到很高的選擇比，同時不會引起氧化矽拋光速率不均勻的問題。但是，在STI的應用中，除了抑制氮化矽的速率同時，還要控制碟形凹陷(dishing)；聚四級銨鹽-37 (PQ-37，poly(N,N,N-trimethyl-2-[(2-methylacryloyl) oxy]ethanaminium chloride))可控制氧化矽的拋光速率，從而取得低碟形凹陷(dishing)。因此，本發明中，利用4-羥基苯甲酸和聚四級銨鹽-37的協同作用來提高二氧化矽的拋光速率，同時控制蝶形凹陷的產生，獲得一種拋光效果優異的STI化學機械拋光液。
具體地，本發明提供一種應用於STI的化學機械拋光液，採用溶膠型氧化鈰作為研磨顆粒，同時添加聚四級銨鹽-37和4-羥基苯甲酸作為添加劑，在聚四級銨鹽-37和4-羥基苯甲酸的協同作用下，實現提高二氧化矽的拋光速率，同時控制蝶形凹陷的產生的技術效果。
本發明提供一種化學機械拋光液，包括溶膠型氧化鈰以及聚四級銨鹽-37和4-羥基苯甲酸。 優選地，該化學機械拋光液還含有pH調節劑。 優選地，該溶膠型氧化鈰的含量為0.1-1.0wt%。 優選地，該聚四級銨鹽-37的含量為30-60ppm，所述4-羥基苯甲酸的含量為200-600ppm。 優選地，該pH調節劑選自氫氧化鉀(KOH)及/或硝酸(HNO3
)。
所述化學機械拋光液還含有低聚醣分子。低聚醣分子進一步選自葡聚糖和/或β-環糊精。 優選地，該拋光液的pH為4.0-5.0。
與現有技術相比較，本發明的技術優勢在於：本發明採用溶膠型氧化鈰作為研磨顆粒，同時添加聚四級銨鹽-37和4-羥基苯甲酸作為添加劑，在聚四級銨鹽-37和4-羥基苯甲酸的協同作用下，實現提高二氧化矽的拋光速率，同時控制蝶形凹陷的產生的技術效果。
下面結合具體實施例，詳細闡述本發明的優勢。
PQ-37 合成：
PQ-37 是通過自由基聚合反應合成的，其中，單體是甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨。取200ppm雙氧水、10ppm硝酸鐵與80%的甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨水溶液混合直至混合均勻，然後將混合液加熱到55℃，恒溫30分鐘，自由基聚合反應開始。溶液在55℃下恒溫16小時，直到反應完成。單體甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨的分子結構，以及聚合反應原理如下所示：公式1. 單體甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨的分子結構 Fe2+
+ H2
O2
→ Fe3+
+ HO· + OH-
(1) Fe3+
+ H2
O2
→ Fe2+
+ HOO· + H+
(2) HO· + n CH2
=CHR-CH3
→ OH-
+ (-CH2
-CHRCH3
-)n
(3) R = -COO-CH2
CH2
N(CH3
)3
Cl 公式2. 自由基聚合反應製備PQ-37高分子的聚四級銨鹽 -37 和 4- 羥基苯甲酸的協同作用 ：
本實施例中，基準例為含有0.1-1.0wt%溶膠型氧化鈰，200ppm 葡聚糖或β-環糊精的組合物；其他實施例及對比例則在基準例的基礎上添加一定含量的聚四級銨鹽-37(PQ-37)及/或4-羥基苯甲酸(4-HBA)，並以氫氧化鉀(KOH)或硝酸(HNO3
)調節pH至4.0-5.0。
採用Mirra拋光機台對TEOS空白晶圓進行拋光測試，對應拋光條件包括：IC1010拋光墊，Platten和Carrier轉速分別為93 rpm和87rpm，壓力1.5psi，2psi 和 5psi，拋光液流速為150mL/min，拋光時間為60秒。TEOS膜厚是用NanoSpec膜厚測量系統(NanoSpec6100-300, Shanghai Nanospec Technology Corporation)測出的。從晶圓邊緣10mm開始，在直徑線上以同等間距測49個點。拋光速率是49點的平均值。測試結果如表1所示： 表1.聚四級銨鹽-37或4-羥基苯甲酸的濃度在不同壓力下對TEOS速率影響
表1的資料表明, 在基準液中，加入500ppm 4-HBA，可降低TEOS的拋光速率， 加入 50ppm PQ-37，可增加TEOS的拋光速率。當500ppm 4-HBA和50ppm PQ-37同時加入時，TEOS的拋光速率增加的比單獨的50ppm PQ-37還要高。另外，對比例及實施例1E-1H結果表明，4-HBA和PQ-37的添加量分別對應200-600ppm和30-60ppm範圍內，均能顯示出顯著的協同效應，pH和氧化鈰濃度的調節不改變上述協同特性。這說明在聚四級銨鹽-37和4-羥基苯甲酸的協同作用下，實現提高二氧化矽的拋光速率，同時控制蝶形凹陷的產生的技術效果。
應當注意的是，本發明的實施例有較佳的實施性，且並非對本發明作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
Claims (5)
- 一種化學機械拋光液，其特徵在於，包括溶膠型氧化鈰及苯甲酸類化合物；其中，該苯甲酸類化合物為4-羥基苯甲酸，該4-羥基苯甲酸的含量為200-600ppm；及該化學機械拋光液還含有聚四級銨鹽-37，該聚四級銨鹽-37的含量為30-60ppm。
- 如請求項1所述的化學機械拋光液，其中，該溶膠型氧化鈰的含量為0.1-1.0wt%。
- 如請求項1所述的化學機械拋光液，其中，該拋光液還含有低聚醣分子。
- 如請求項3所述的化學機械拋光液，其中，該低聚醣分子選自葡聚糖及/或β-環糊精。
- 如請求項1所述的化學機械拋光液，其中，該拋光液的pH為4.0-5.0。
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