CN101747842B - 一种化学机械抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有一种或多种含颜料亲和基团的星型聚合物、研磨颗粒和水。本发明的抛光液可以显著降低多晶硅的去除速率，降低多晶硅与二氧化硅的选择比，显著提高多晶硅的平坦化效率。

Description

一种化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液。
背景技术
对于多晶硅的抛光，目前主要应用于两种芯片，一种是动态随机存储器(DRAM)，一种是闪速存储器(Flash)。后者在应用中往往会涉及到对二氧化硅的抛光。
现有技术中，主要以含二氧化硅为研磨颗粒的碱性浆料来抛光多晶硅层和二氧化硅(如HDP)层，其多晶硅的去除速率往往比二氧化硅的去除速率高得多，易导致多晶硅的过量去除而产生凹陷，影响随后的工艺。
US2003/0153189A1公开了一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液及其使用方法。该抛光液包括一种聚合物表面活性剂和一种选自氧化铝和氧化铈的研磨颗粒，该聚合物表面活性剂为聚羧酸酯表面活性剂。用该浆料可以使多晶硅表面大块区域的抛光速率大大高于沟槽内的抛光速率，从而减少凹陷。US2003/0216003 A1和US2004/0163324 A1公开了一种制造Flash的方法。其中包括一种抛光多晶硅的抛光液，该抛光液中包含至少一种含有-N(OH)，-NH(OH)，-NH2(OH)基团的化合物。该浆料的多晶硅与二氧化硅的抛光选择比大于50。US2004/0014321A1公开了一种包含研磨颗粒和氧化剂的酸性抛光液，使用该浆料可提高多晶硅与二氧化硅的抛光选择比。US2004/0123528 A1公开了一种包含研磨颗粒和阴离子化合物的酸性抛光液。该阴离子化合物能降低保护层薄膜的去除速率，提高多晶硅与保护层薄膜的去除速率选择比。US2005/0130428 A1和CN1637102 A公开了一种用于多晶硅化学机械抛光的浆料。该浆料包括一种或多种在多晶硅层上可形成钝化层的非离子表面活性剂及一种能形成第二钝化层来能减小氮化硅或氧化硅除去速率的第二表面活性剂。这种非离子表面活性剂包括环氧乙烷～环氧丙烷嵌段共聚物醇和/或环氧乙烷～环氧丙烷三嵌段聚合物。该浆料可以将多晶硅与绝缘体的去除速率选择比至少减小大约50％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有的用于抛光多晶硅和二氧化硅层的化学机械抛光液中，多晶硅去除速率远高于二氧化硅的去除速率，易导致多晶硅的过量去除而产生凹陷的缺陷，而提供一种具有较低的多晶硅去除速率和较低的多晶硅对二氧化硅选择比的化学机械抛光液。
本发明所述的化学机械抛光液含有一种或多种含颜料亲和基团的星型聚合物、研磨颗粒和水。
其中，所述的含颜料亲和基团的星型聚合物，可显著降低多晶硅的去除速率，但不影响二氧化硅的去除速率，从而降低多晶硅与二氧化硅的选择比，减少凹陷，显著提高多晶硅的平坦化效率。
本发明中，所述的颜料亲和基团是指含有氧、氮和硫中的一种或多种元素的基团，较佳的为羟基、氨基和羧基中的一种或多种；所述的星型聚合物是指以分子中一个对称中心为中心，以放射形式联接三条或三条以上分子链的聚合物。所述的含颜料亲和基团的星型聚合物中所含的颜料亲和基团的种类可为一种或多种。
所述的含颜料亲和基团的星型聚合物可为均聚物或共聚物。形成该聚合物的聚合单体较佳的包括下列中的一种或多种：丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和环氧乙烷。其中，所述的丙烯酸类单体较佳的为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；所述的丙烯酸酯类单体较佳的为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；所述的丙烯酰胺类单体较佳的为丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺。
较佳的，形成上述含颜料亲和基团的星型聚合物中的单体还可以含有其他的聚合单体，如其他乙烯基类单体，优选乙烯、丙烯、苯乙烯和对甲基苯乙烯。本发明中，所述的乙烯基单体是指含乙烯基单元的聚合单体。
本发明中，优选的含颜料亲和基团的星型聚合物为聚丙烯酸星型均聚物，苯乙烯与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，对甲基苯乙烯与环氧乙烷的二元星型共聚物，苯乙烯与环氧乙烷的二元星型共聚物，甲基丙烯酸甲酯与环氧乙烷的二元星型共聚物，丙烯酸甲酯与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，丙烯酸与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，以及丙烯酸、丙烯酸丁酯和丙烯酰胺的三元星型共聚物中的一种或多种。
本发明中，所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的数均分子量较佳的为800-50000，更佳的为800-10000。所述的含颜料亲和基团的星型聚合物含量较佳的为质量百分比0.0005％～3％，更佳的为0.001％～1％；
所述的研磨颗粒为本领域常规使用的各种研磨颗粒，可选自二氧化硅、三氧化二铝、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛和高分子研磨颗粒如聚苯乙烯中的一种或多种。研磨颗粒的粒径较佳的为20～150nm，更佳的为30～120nm。所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比0.1～30％，更佳为质量百分比1～20％。
本发明所述的抛光液的pH较佳的为7～12。
本发明的抛光液中，还可以含有本领域其他常规添加剂，如pH调节剂、粘度调节剂和消泡剂等。
本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合，之后采用pH调节剂调节至合适pH值即可制得。pH调节剂可选用本领域常规pH调节剂，如氢氧化钾、氨水和硝酸等。
本发明中，所用试剂及原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液具有较低的多晶硅去除速率，和多晶硅对二氧化硅的去除速率选择比，可减少凹陷，显著提高多晶硅的平坦化效率。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
实施例1～22
表1给出了本发明的抛光液1～22的配方，按表1将各组分混合均匀，水补足质量百分比100％，之后采用氢氧化钾和硝酸调节至合适pH值即可制得各抛光液。
表1  抛光液1～22配方
效果实施例
表2给出了对比抛光液1和本发明的抛光液23～29的配方，按表2将各组分混合均匀，水补足质量百分比至100％，之后采用氢氧化钾和硝酸调节至合适pH值即可制得各抛光液。
将上述各抛光液用于抛光多晶硅和二氧化硅，抛光的工艺参数为：下压力3psi，抛光盘(直径14英寸)的转速70rpm，抛光头转速80rpm，抛光浆料流速200ml/min，抛光垫为politex，抛光机为Logitech LP50。结果如表2所示。
表2对比抛光液1和抛光液23～29的配方及对多晶硅和二氧化硅的去除速率
由表2中对比抛光液1和本发明的抛光液23～25可见，加入含颜料亲和基团的星型聚合物后，二氧化硅去除速率基本不变，而多晶硅去除速率大幅度降低，随之多晶硅对二氧化硅的选择比也大幅度降低。抛光液26～29的研磨颗粒含量及pH有不同变化，但都具有较低的多晶硅去除速率和较低的多晶硅对二氧化硅的抛光选择比。

Claims (16)

1.一种化学机械抛光液在降低多晶硅和二氧化硅的去除速率选择比中的应用，其含有一种或多种含颜料亲和基团的星型聚合物、研磨颗粒和水。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的颜料亲和基团为羟基、氨基和羧基中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于：形成所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的聚合单体包括下列中的一种或多种：丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体和环氧乙烷。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于：所述的丙烯酸类单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；所述的丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺。
5.如权利要求3述的应用，其特征在于：形成所述的含颜料亲和基团的星型聚合物中的单体还包括其他乙烯基类单体。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的其他乙烯基类单体为乙烯、丙烯、苯乙烯和对甲基苯乙烯。
7.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的含颜料亲和基团的星型聚合物为聚丙烯酸星型均聚物，苯乙烯与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，对甲基苯乙烯与环氧乙烷的二元星型共聚物，苯乙烯与环氧乙烷的二元星型共聚物，甲基丙烯酸甲酯与环氧乙烷的二元星型共聚物，丙烯酸甲酯与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，丙烯酸与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，以及丙烯酸、丙烯酸丁酯和丙烯酰胺的三元星型共聚物中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的数均分子量为800-50000。
9.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的含量为质量百分比0.0005～3％。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的含量为质量百分比0.001～1％。
11.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒为二氧化硅、三氧化二铝、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛和高分子研磨颗粒中的一种或多种。
12.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为质量百分比0.1～30％。
13.如权利要求12所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为质量百分比1～20％。
14.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为20～150nm。
15.如权利要求14所述的应用，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为30～120nm。
16.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的抛光液的pH为7～12。
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