CN101970595A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒和水，其还同时含有双胍类化合物和氮唑类化合物。抛光液中同时含有的双胍类物质和氮唑类物质具有协同作用，可显著提高多晶硅的去除速率。
Description
一种化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺中的一种化学机械抛光液。 技术背景
随着半导体技术的不断发展， 以及大规模集成电路互连层的不断增加， 导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。 由 IBM公司二十世纪 80 年代首创的化学机械研磨（CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的 方法。
化学机械研磨（CMP) 由化学作用和机械作用和两种作用结合而成。 它 的设备通常由一个带有抛光垫 （pad) 的研磨台 （polishing table), 及一个用 于承载芯片 （wafer) 的研磨头 (carrier)组成。 其中研磨头固定住芯片， 然后 将芯片的正面压在研磨垫上。当进行化学机械研磨时，研磨头在抛光垫（pad) 上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。 与此同时， 含有研磨剂 的桨液 (slurry)被滴到抛光垫 （pad)上， 并因离心作用平铺在抛光垫 （pad) 上。 芯片 （wafer) 表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。
根据化学机械抛光所要解决的具体问题的不同，对多晶硅（Poly silicon) 的去除速率 （removal rate) 有两种不同的要求。
一种要求是要降低多晶硅的去除速率， 如： US 20050130428 报道了一 种含环氧乙烷或环氧丙烷的均聚或共聚物的抛光液， 以抑制多晶硅去除速 率。 聚合物的疏水性基团被认为是吸附在多晶硅表面上， 形成了钝化层， 从 而降低了多晶硅的去除速率。
另一类是提高多晶硅的去除速率：
US2002032987 公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液， 以提高多晶硅 (Poly silicon) 的去除速率 （ removal rate )， 其中添加剂优选 2- (二甲氨基） •2-甲基小丙醇。
US2002151252 公开了一种含具有多个羧酸结构的络合剂的抛光液， 用 于提高多晶硅去除速率， 其中优选的络合剂是 EDTA (乙二胺四乙酸） 和 DTPA (二乙基三胺五乙酸）。
EP 1072662 公开了一种含孤对电子和双键产生离域结构的有机物的抛 光液， 以提高多晶硅（Poly silicon)的去除速率（removal rate), 优选化合物 是胍类的化合物及其盐。
US2006014390 公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的抛光液， 其包 含重量百分比为 4.25%〜18.5%研磨剂和重量百分比为 0.05%〜1.5%的添加 剂。 其中添加剂主要选自季铵盐、 季胺碱和乙醇胺等有机碱。 此外， 该抛光 液还包含非离子型表面活性剂， 例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚产物。 发明概要
本发明所要解决的技术问题是提供一种可显著提高多晶硅去除速率的 本发明的抛光液含有研磨颗粒和水，其还同时含有双胍类化合物和氮唑 类化合物。
其中， 所述的双胍类化合物较佳的选自双胍、 二甲双胍、 苯乙双胍、 吗 啉胍、 Ι,Γ-己基双 [5- (对氯苯基)双胍]及上述化合物的酸加成盐中的一种或多
种。 所述的酸较佳的为盐酸、 磷酸、 硝酸、 醋酸、 葡萄糖酸或磺酸。 所述的 双胍类化合物的含量较佳的为质量百分比 0.01〜7%。
其中，所述的氮唑类化合物较佳的选自三氮唑和四氮唑及其衍生物中的 一种或多种。 所述的氮唑类化合物的含量较佳的为质量百分比 0.01〜15%。
其中，所述的研磨颗粒较佳的选自 Si02、 A1203、 Zr02、 Ce02、 Si：、 Fe203、 Ti02和 Si3N4中的一种或多种。 所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比 0.1~30%o所述的研磨颗粒的粒径较佳的为 20~150nm，更佳的为 30~120nm。
本发明的抛光液还可含有本领域常规添加剂，如 pH调节剂和 /或分散剂。 所述的 pH调节剂可选自 NaOH、 KOH、 氨和有机碱中的一种或多种； 所述 的分散剂可选自聚乙烯醇、 聚丙烯酸、 聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷中的一种或 多种； 所述的分散剂的含量较佳的为质量百分比 0.01%〜 1%。
本发明的抛光液的 pH范围较佳的为 8~12。
将上述成分简单混和均匀， 用 pH调节剂调节至合适 pH值， 静置即可 制得本发明的抛光液。 本发明所用试剂及原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液中同时含有的双胍类物质 和氮唑类物质具有协同作用， 可显著提高多晶硅的去除速率。 发明内容
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在 所述的实施例范围之中。
实施例 1〜11
表 1给出了本发明的抛光液 1〜11，按表中配方，将各成分简单混和均匀，
余量为水，用 pH调节剂调节至合适 pH值，静置 30分钟即可制得各抛光液( 本发明的抛光液实施例
9 SiO2(50nm) 0.1 双胍 7 1,2,4-三氮唑 0.1 12
1， r - 己基双
[5 -（对氯 5-羧基 -3-氨基 1,2,4-
10 Si3N4(80nm) 1 5 3 10 苯基） 双 三氮唑
胍]膦酸
±卜
1， Γ - 己基双
[5- (对氯
11 Si3N4(80nm) 1 4 3-氨基 -1,2,4-三氮唑 9 苯基） 双
胍]磺酸
盐
效果实施例
表 2给出了对比抛光例 8以及本发明的抛光液 1〜6， 按表中配方， 将各 成分简单混和均匀， 余量为水， 用四甲基氢氧化铵调节至 pH=l l， 静置 30 分钟即可制得各抛光液。 将各抛光液用于多晶硅抛光。 抛光条件为： 抛光机 台为 Logitech (英国） 1PM52型， 12英寸 politex抛光垫（pad)， 4cm*4cm 正方形 Wafer, 研磨压力 3 psi， 研磨台 （polishing table) 转速 70转 /分钟， 研磨头 (carrier)自转转速 150转 /分钟， 抛光液滴加速度 100 ml / min。 抛光结 果见表 2。 对比抛光例 8以及本发明的抛光液 1〜6配方及多晶硅去除速率 二氧化硅 氮唑类化合物 多晶硅去 盐酸二甲双
抛光液 (95±5nm) 含量 wt pH 除速率 胍含量 wt % 具体物质
wt% % (A/min) 对比 1 1 \ \ \ 11 1324
对比 2 1 0.1 \ \ 1 1 2032 对比 3 1 0.5 \ \ 1 1 2380 对比 4 1 1 .0 \ \ 1 1 2390 对比 5 1 \ 1,2,4-三氮唑 0.1 1 1 1843 对比 6 1 \ 1,2,4-三氮唑 0.5 1 1 2163 对比 7 1 \ 1，2,4-三氮唑 1.0 1 1 2160
1 1 0.1 1,2,4-三氮唑 0.5 1 1 3093
2 1 0.1 1,2,4-三氮唑 1 1 1 4400
3 1 0.5 1,2,4-三氮唑 1 4311
3-氨基 -1,2,4-三氮
4 0.1 1 4002 唑
5-羧基 -3-氨基
5 0.1 1 3897
1,2,4-三氮唑
对比 8 1 \ 5-氨基四氮唑 1 2059
6 0.5 5-
1 氨基四氮唑 1 4100
1 1
硅的去除速率趋向饱和， 最大值在 2390A/min左右。 继续增加盐酸二甲双 胍含量， 对提高多晶硅的去除速率没有帮助。
由对比抛光液 5， 6， 7表明： 随着 1,2，4-三氮唑 （TAZ) 含量的不断提 高，多晶硅的去除速率趋向饱和，最大值在 2163 A/min 左右。继续增加 TAZ 的含量， 对提高多晶硅的去除速率没有帮助。
由本发明的抛光液 1~5与对比抛光液 1、 5〜7表明： 双胍类物质和三氮 唑存在着明显的协同作用， 可以显著地提高多晶硅的去除速率。
由本发明的抛光液 6和对比抛光液 8表明：双胍类物质和四氮唑存在着 明显的协同作用， 可以显著地提高多晶硅的去除速率。
Claims (11)
- 权利要求1. 一种化学机械抛光液， 其含有研磨颗粒和水， 其特征在于： 其还同时含 有双胍类化合物和氮唑类化合物。
- 2. 如权利要求 1所述的抛光液， 其特征在于： 所述的双胍类化合物选自双 胍、 二甲双胍、 苯乙双胍、 吗啉胍、 1,1，-己基双 [5- (对氯苯基)双胍]及上 述化合物的酸加成盐中的一种或多种。
- 3. 如权利要求 2所述的抛光液， 其特征在于： 所述的酸为盐酸、 磷酸、 硝 酸、 醋酸、 葡萄糖酸或磺酸。
- 4. 如权利要求 1 所述的抛光液， 其特征在于： 所述的双胍类化合物的含量 为质量百分比 0.01〜7%。
- 5. 如权利要求 1 所述的抛光液， 其特征在于： 所述的氮唑类化合物为三氮 唑和四氮唑及其衍生物中的一种或多种。
- 6. 如权利要求 5所述的抛光液， 其特征在于： 所述的氮唑类化合物为 1,2,4- 三氮唑、 3-氨基 -1,2,4-三氮唑、 5-羧基 -3-氨基 1,2,4-三氮唑和 5-氨基四氮 唑中的一种或多种。
- 7. 如权利要求 1 所述的抛光液， 其特征在于： 所述的氮唑类化合物的含量 为质量百分比 0.01〜15%。
- 8. 如权利要求 1所述的抛光液， 其特征在于： 所述的研磨颗粒选自 Si0<sub>2</sub>、 A1<sub>2</sub>0<sub>3</sub>、 Zr0<sub>2</sub>、 Ce0<sub>2</sub>、 SiC、 Fe<sub>2</sub>0<sub>3</sub>、 Ti0<sub>2</sub>和 Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>中的一种或多种。
- 9. 如权利要求 1 所述的抛光液， 其特征在于： 所述的研磨颗粒的含量为质 量百分比 0.1〜30%。
- 10.如权利要求 1 所述的抛光液， 其特征在于： 所述的研磨颗粒的粒径为 30〜120nm。
- 11.如权利要求 1所述的抛光液， 其特征在于： 所述的抛光液的 pH范围为
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