TWI842803B - 化學機械拋光液及其應用 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種化學機械拋光液,包含二氧化矽研磨顆粒、含一個或多個羧基的含氮雜環化合物、唑類化合物及其衍生物、有機酸、氧化劑。本發明的拋光液同時具有較高的銅拋光速率和氮化矽拋光速率,而且銅和氮化矽的拋光速率比接近1:1,從而用於拋光含有銅和氮化矽的晶片時,降低了拋光後的晶片表面的碟型凹陷,提高了表面平整度。

Description

化學機械拋光液及其應用
本發明是關於一種化學機械拋光領域,尤其是關於一種化學機械拋光液及其應用
在晶圓的製作中,氮化矽材料通常作為阻擋層或者刻蝕終止層來保護下層結構。在半導體裝置的生產中,在各個階段都要進行去除氮化矽層的步驟,例如在形成元素分離結構的步驟中,要除去作為阻擋層的氮化矽層。目前常用的去除氮化矽層的方法,是在約150℃的高溫下,使用磷酸/硝酸混合溶液等液體,通過濕法刻蝕方法去除氮化矽層。
而對於化學機械拋光液來說,大多數的拋光液都是力求降低氮化矽的去除速率,而得到其他材料相對比較高的去除速率。比如在淺溝槽隔離(STI)工藝中,氮化矽作為終止層,使用的化學機械拋光液則需要具有高的二氧化矽去除速率及較低的氮化矽去除速率。
而在半導體新興技術中,銅和氮化矽材料會同時應用於同一晶片中,這就需要在拋光氮化矽的同時拋光金屬銅。而現有的化學機械拋光液,在拋光含有銅和氮化矽的晶片時,對銅和氮化矽的拋光速率差異很大,從而導致拋光後的晶片表面產生碟型凹陷,表面平整度差。
為了解決上述問題,本發明提供了一種化學機械拋光液,通過將含一個或多個羧基的含氮雜環化合物、唑類化合物與有機酸複配使用,從而具有較高的銅和氮化矽拋光速率,並且該拋光液對銅和氮化矽的拋光速率比接近1:1,從而降低拋光後的晶片表面的碟型凹陷。
具體地,本發明提供了一種化學機械拋光液,包括二氧化矽研磨顆粒、含一個或多個羧基的含氮雜環化合物、唑類化合物及其衍生物、有機酸、氧化劑。
較佳地,所述二氧化矽研磨顆粒的質量百分比含量為1%-15%。
較佳地,所述二氧化矽研磨顆粒的質量百分比含量為5%-15%。
較佳地,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物包括含一個或多個羧基的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物中的一種或多種。
較佳地,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物包括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種或多種。
較佳地,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物的質量百分比含量為0.01%-0.5%。
較佳地,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物的質量百分比含量為0.01-0.1%。
較佳地,所述唑類化合物及其衍生物包括1,2,3-三氮唑、1H-四氮唑、1,2,4-三氮唑、1-甲基-5胺基四氮唑、5-甲基四氮唑、1-胺基-5-巰基-1,2,4四氮唑、5-苯基四氮唑和1-苯基-5-巰基四氮唑、苯並三氮唑、5-甲基-1,2,3-苯並三氮唑、5-羧基苯並三氮唑、1-羥基-苯並三氮唑、3-胺基-1,2,4-三氮唑、3,5-二胺基-1,2,4-三氮唑、5-羧基-3-胺基-1,2,4-三氮唑、3-胺基-5-巰基-1,2,4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑,和5-胺基-1H-四氮唑中的一種或多種。
較佳地,所述唑類化合物及其衍生物的質量百分比含量為0.01%-2%。
較佳地,所述有機酸包括檸檬酸、草酸、酒石酸、羥基乙叉二膦酸、胺基三甲叉膦酸、甘胺酸、精胺酸,及脯胺酸中的一種或多種。
較佳地,所述有機酸包括檸檬酸、羥基乙叉二膦酸,及甘胺酸中的一種或多種。
較佳地,所述有機酸的質量百分比含量為0.1%-2%。
較佳地,所述氧化劑為過氧化氫。
較佳地,所述氧化劑的質量百分比含量為0.1%-1.5%。
較佳地,所述氧化劑的質量百分比含量為0.5%-1.5%。
較佳地,所述化學機械拋光液的pH為2-6。
本發明的化學機械拋光液中,還可以包括殺菌劑和pH調節劑。其中,殺菌劑可以選擇5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-異噻唑啉酮、1,2-苯丙異噻唑啉酮、碘代丙炔基胺基甲酸酯,及1,3-二羥甲基-5,5-甲基海因等,pH調節劑可以選擇HNO3 、KOH、K2 HPO4 或KH2 PO4 等。
本發明的另一方面,提供了一種上述的化學機械拋光液在氮化矽和銅的拋光中的應用。
與現有技術相比,本發明的優點在於:本發明的拋光液同時具有較高的銅拋光速率和氮化矽拋光速率,而且銅和氮化矽的拋光速率比接近1:1,從而用於拋光含有銅和氮化矽的晶片時,可以降低拋光後的晶片表面碟型凹陷,提高平整度。
下面通過具體實施例進一步闡述本發明的優點,但本發明的保護範圍不僅僅侷限於下述實施例。
表1為本發明實施例1-10以及對比例1-3的拋光液的成分及含量。按照該表配製實施例和對比例拋光液,將各組分混合均勻,用水補足質量百分比至100%,用pH調節劑調節pH至相應值,得到本發明各實施例及對比例的拋光液。本發明的拋光液也可以先配製成濃縮樣,使用前加水稀釋即可。 表1  本發明實施例1-10和對比例1-3的拋光液成分
拋光液 研磨顆粒 含羧基的含氮雜環化合物 唑類化合物 有機酸 過氧化氫 pH
名稱 濃度(%) 名稱 濃度(%) 名稱 濃度(%) 名稱 濃度(%) 濃度(%)
對比例1 SiO2 3 10
對比例2 SiO2 3 2-羧基吡啶 0.05 4.6
對比例3 SiO2 3       苯並 三氮唑 0.1 甘胺酸 0.3 1.0 5
實施例1 SiO2 1 2-羧基吡啶 0.05 1,2,3-三氮唑 0.01 檸檬酸 0.1 0.1 2
實施例2 SiO2 3 2,6-二羧基吡啶 0.01 3-胺基-1,2,4-三氮唑 0.5 草酸 0.8 0.3 3.2
實施例3 SiO2 5 3-羧基哌啶 0.05 苯並三氮唑 0.05 酒石酸 0.6 0.5 3.6
實施例4 SiO2 8 2,4-二羧基哌啶 0.04 5-甲基四氮唑 0.01 HEDP 1 0.8 4.1
實施例5 SiO2 10 2-羧基吡咯烷 0.3 1H-四氮唑 0.05 ATMP 0.5 1 4.8
實施例6 SiO2 12 2,5-二羧基吡咯烷 0.03 5-羧基苯並三氮唑 1 0.1 甘胺酸 0.3 1.2 5
實施例7 SiO2 15 2-羧基吡咯 0.1 5-甲基四氮唑 0.5 精胺酸 1 1.5 5.4
實施例8 SiO2 7 2,5-二羧基吡咯 0.05 5-胺基-1H-四氮唑 1 脯胺酸 1.2 0.4 6
實施例9 SiO2 6 2-羧基吡啶 0.5 1-甲基-5胺基四氮唑 2 檸檬酸 1.5 0.9 4.3
實施例10 SiO2 9 2-羧基吡啶 0.05 1-羥基-苯並三氮唑 2 甘胺酸 2 1 5.7
分別用上述實施例1-10和對比例1-3的化學機械拋光液對含有氮化矽和銅的12吋晶片進行拋光,拋光條件為:採用LK拋光機進行拋光,使用IC1010拋光墊,拋光壓力為3.0psi,轉速為拋光盤/拋光頭=93/87rpm拋光液流量為300ml/min。得到每個實施例和對比例的拋光液對銅和氮化矽的拋光速率,記於表2。 表2  本發明實施例1-10和對比例1-3的拋光結果
拋光液 氮化矽拋光速率 (Å /min) 銅拋光速率(Å /min)
對比例1 23 74
對比例2 756 106
對比例3 86 2312
實施例1 418 452
實施例2 851 835
實施例3 1243 1184
實施例4 1737 1812
實施例5 2106 2147
實施例6 2341 2459
實施例7 2574 2346
實施例8 1157 1141
實施例9 1376 1414
實施例10 1871 1784
由表2可見,對比例1的拋光液中只含有二氧化矽研磨顆粒,對氮化矽和銅的拋光速率都比較低,拋光效率低;對比例2在對比例1的基礎上僅加入了羧基化合物,提高了氮化矽的拋光速率,但是未能有效提高銅的拋光速率,從而該拋光液對氮化矽和銅的拋光速率差異大。而對比例3的拋光液在對比例1的基礎上僅加入了唑類化合物、有機酸和過氧化氫,提高了銅的拋光速度,但是未能有效提高氮化矽的拋光速率,從而該拋光液對氮化矽和銅的拋光速率差異大。使用對比例2、對比例3的拋光液對含有銅和氮化矽的晶片進行拋光時,由於兩種材料的拋光速率差異較大,導致拋光後的晶片表面產生碟型凹陷,表面平整度低,拋光效果差。與對比例相比,本發明實施例1-10的拋光液,不僅具有較高的銅和氮化矽的拋光速率,而且銅和氮化矽的拋光速率比接近1:1,從而用於拋光含有銅和氮化矽的晶片時,兩種材料能夠以比較接近的速度被去除,從而減少了由於拋光速度差異造成的碟型凹陷,提高了表面平整度。
這是因為,本發明實施例1-10的拋光液中,羧基化合物可以有效提高氮化矽的拋光速率,而羧基化合物配合實施例中的其他組分,包括有機酸或者有機磷酸、唑以及過氧化氫,可控制銅的去除速度與氮化矽的去除速度相當,從而,可以減少拋光後基底表面的碟型凹陷,提高表面平整度。
另外,從表2中可以看出,本發明的拋光液可以通過改變各組分的具體種類和含量,同步調節銅和氮化矽的拋光速率,始終保持銅和氮化矽的拋光速率近似相等。例如,實施例6將2,5-二羧基吡咯烷、5-羧基苯並三氮唑和甘胺酸複配使用;實施例7將2-羧基吡咯、5-甲基四氮唑、精胺酸複配使用,上述兩種拋光液對銅和氮化矽的拋光速率均超過2000 Å/min,且二者的拋光速率比處於1:1附近;而如實施例1也可以使用2-羧基吡啶、1,2,3-三氮唑和檸檬酸的複配,獲得相對較低的銅和氮化矽的拋光速率。從而,本發明的拋光液,可以根據實際需要,選擇不同種類的含氮雜環化合物、唑類化合物與有機酸進行複配,從而在維持銅和氮化矽拋光速率接近的前提下,得到滿足不同條件下拋光需要的銅和氮化矽的拋光速率,從而能夠高效率地拋光晶片,並且降低拋光後的晶片表面的碟型凹陷,提高表面平整度。
應當注意的是,本發明中的含量,如果沒有特別說明,均為質量百分比含量。
應當理解的是,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 (14)

  1. 一種化學機械拋光液,包含二氧化矽研磨顆粒、含一個或多個羧基的含氮雜環化合物、唑類化合物及其衍生物、有機酸,及氧化劑;其中,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物包括含一個或多個羧基的吡啶化合物、哌啶化合物、吡咯烷化合物或吡咯化合物中的一種或多種;所述唑類化合物及其衍生物包括1,2,3-三氮唑、1H-四氮唑、1,2,4-三氮唑、1-甲基-5胺基四氮唑、5-甲基四氮唑、1-胺基-5-巰基-1,2,4四氮唑、5-苯基四氮唑和1-苯基-5-巰基四氮唑、苯並三氮唑、5-甲基-1,2,3-苯並三氮唑、5-羧基苯並三氮唑、3-胺基-1,2,4-三氮唑、3,5-二胺基-1,2,4-三氮唑、5-羧基-3-胺基-1,2,4-三氮唑、3-胺基-5-巰基-1,2,4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑,及5-胺基-1H-四氮唑中的一種或多種;以及所述有機酸包括檸檬酸、羥基乙叉二膦酸,及甘胺酸中的一種或多種。
  2. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述二氧化矽研磨顆粒的質量百分比含量為1%-15%。
  3. 如請求項2所述之化學機械拋光液,其中,所述二氧化矽研磨顆粒的質量百分比含量為5%-15%。
  4. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物包括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種或多種。
  5. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物的質量百分比含量為0.01%-0.5%。
  6. 如請求項5所述之化學機械拋光液,其中,所述含一個或多個羧基的含氮雜環化合物的質量百分比含量為0.01%-0.1%。
  7. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述唑類化合物及其衍生物的質量百分比含量為0.01%-2%。
  8. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述有機酸包括檸檬酸、草酸、酒石酸、羥基乙叉二膦酸、胺基三甲叉膦酸、甘胺酸、精胺酸,及脯胺酸中的一種或多種。
  9. 如請求項8所述之化學機械拋光液,其中,所述有機酸的質量百分比含量為0.1%-2%。
  10. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述氧化劑為過氧化氫。
  11. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述氧化劑的質量百分比含量為0.1%-1.5%。
  12. 如請求項10所述之化學機械拋光液,其中,所述氧化劑的質量百分比含量為0.5%-1.5%。
  13. 如請求項1所述之化學機械拋光液,其中,所述化學機械拋光液的pH為2-6。
  14. 一種如請求項1至13中任一項所述之化學機械拋光液在氮化矽和銅的拋光中的應用。
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