CN102533116B

CN102533116B - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102533116B
Application number: CN201010584692.0A
Authority: CN
Inventors: 荆建芬; 张建
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji microelectronic technology (Shanghai) Limited by Share Ltd
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN102533116A

Abstract

本发明揭示一种新的用于多晶硅的化学机械抛光液，这种抛光液至少含有一种磷酸酯类添加剂，还含有研磨颗粒和水。该添加剂可显著降低多晶硅的去除速率，调节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

在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，一层上面又沉积一层，使得在衬底表面形成了不规则的形貌。现有技术中使用的一种平坦化方法就是化学机械抛光(CMP)，CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫去抛光一硅片表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。

对于多晶硅的抛光，目前主要应用于两种芯片，一种是DRAM，一种是Flash。后者应用中往往在对多晶硅的抛光中会涉及到对二氧化硅的抛光。在后者的抛光过程中，通常会存在如下两个问题：1.因为多晶硅/二氧化硅的抛光速率选择比过高，使得最后抛光过程停止在二氧化硅层上时，难免会有多晶硅的碟形凹损。如图1所示，图中a、b分别为抛光前和抛光后的结构。且该问题会随着二氧化硅之间的沟槽宽度的增加而加重。这会对器件的性能造成严重影响。2.浅沟道隔离(STI)化学机械研磨过程中，二氧化硅表面形成碟形凹损，造成后续步骤覆盖多晶硅层后的抛光过程中，二氧化硅碟形凹损中残留多晶硅。如图2所示，图中a、b分别为抛光前和抛光后的结构。这同样会对器件的性能造成严重影响。

在以往的主要利用以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层的情况下，多晶硅的去除速率往往比二氧化硅的除去速率高得多，易导致多晶硅的过量去除而产生凹陷，影响随后的工艺。因此，解决多晶硅抛光过程中表面碟形凹损缺陷、及去除残留了多晶硅的二氧化硅碟形凹损的问题至关重要。US2003/0153189A1公开了一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液及方法，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。US2003/0216003A1和US2004/0163324A1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，使用该浆料的多晶硅与二氧化硅的抛光选择比大于50。US2004/0123528A1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。US2005/0130428A1和CN1637102A公开了一种用于多晶硅化学机械抛光的浆料，该浆料成分包括一种或多种在多晶硅层上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。专利文献US6191039揭示了一种化学机械抛光方法，可以降低化学抛光的时间和成本，且有很好的平坦化效果。以上技术虽然在一定程度上达到了一定的平坦化效果，缩短了抛光时间和成本，但是或者是分两步操作，或者二氧化硅的去除速率太低，影响蝶形凹陷中多晶硅残留的清除，且操作复杂，抛光效果有限。

附图说明

图1为常规多晶硅抛光过程中，抛光前(a)和抛光后(b)的晶片结构图。

图2为浅沟道隔离(STI)化学机械研磨过程中造成的二氧化硅表面碟形凹损，在多晶硅抛光过程前(a)后(b)的示意图。

图3为应用本发明的新用途在抛光后可获得的晶片结构图。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的用于多晶硅的化学机械抛光液，这种抛光液包括研磨颗粒和一种或多种添加剂，这种添加剂可用于显著降低多晶硅的去除速率，调节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。

详细地说，具体的说，本发明的具体方法是向抛光液中加入一种磷酸酯类表面活性剂，所述的磷酸酯类表面活性剂具有如下结构：

(1)或(2)(X＝RO，RO-(CH₂CH₂O)_n，RCOO-(CH₂CH₂O)_n)或含有两个以上结构式1的多元醇磷酸酯。

其中R为C8～C22的烷基或烷基苯、甘油基(C₃H₅O₃-)等；n＝3～30，M＝H，K，NH₄，(CH₂CH₂O)_1～3NH_3～1和/或Na。

本发明中所述的磷酸酯类表面活性剂的含量为重量百分比0.0005～1％，较佳为0.001～0.5％。

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。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0.5～20％。

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。

本发明的抛光液可制备浓缩样，使用前用去离子水稀释至本发明的浓度范围即可。

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1～36

表1给出了本发明的抛光液1～36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1～36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37～44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100ml/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37～44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37～44可见，加入磷酸酯表面活性剂后，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，有利于平坦化，而抛光液41～44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。而且本发明的抛光液的二氧化硅去除速率降低较少，能保证在抛光过程中有一定的二氧化硅去除量，从而有利于清除二氧化硅蝶形凹陷中的多晶硅残留。

Claims

1.一种化学机械抛光液在降低多晶硅相对氧化硅去除速率选择比中的应用，所述化学机械抛光液包括：研磨颗粒和一种或多种添加剂，其中所述添加剂为一种磷酸酯类表面活性剂，所述的磷酸酯类表面活性剂具有如下结构：

结构式1或结构式2，其中X＝RO,RO-(CH₂CH₂O)_n,RCOO-(CH₂CH₂O)_n，

其中R为C8～C22的烷基或烷基苯、甘油基；n＝3～30,M＝H,K,NH₄，(CH₂CH₂O)_1～3NH_3～1和/或Na。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的磷酸酯类表面活性剂的含量为重量百分比为0.0005～1％。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的磷酸酯类表面活性剂的含量为重量百分比为0.001～0.5％。

4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的研磨颗粒选自二氧化硅、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中的一种或多种。

5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的高分子研磨颗粒为聚苯乙烯研磨颗粒。

6.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20～150nm。

7.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％。

8.如权利要求7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0.5～20％。

9.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。