CN111378386A - 一种氧化铈磨料在pi介电材料抛光中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧化铈磨料在PI介电材料抛光中的用途，其中所述氧化铈磨料混合于化学机械抛光液形成组合物使用，所述氧化铈磨料的含量为0.1％‑1％，所述化学机械抛光液的pH值＜7。本发明的抛光液使用氧化铈作为磨料，在适当的氧化铈磨料含量和抛光液pH范围下，表现出较高的PI介电材料的抛光速率。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光的技术领域，尤其涉及一种氧化铈磨料在PI介电材料抛光中的用途。
背景技术
目前，SiO2作为介电材料，是半导体制造行业中惯用的材料，但该类材料存在着介电常数偏高的问题(介电常数约为4.0)。聚合物材料具有较低的介电常数，但大多数聚合物材料玻璃化温度低于400摄氏度，无法承受半导体加工中热循环等工艺环境，导致其不适合作为介电材料应用于ULSI半导体器件。
然而，Tai等人首次报道了“应用于ULSI低介电常数PI材料CMP抛光”(参见：1999International Symposium on VLSI Technology,Systems,andApplications.Proceedings of Technical Papers.(Cat.No.99TH8453),June 10,1999)。此后，聚酰亚胺(PI)由于其具有优异的耐热性能和简便的合成工艺，可以同时满足低的介电常数、具有高机械强度和高的玻璃化温度等多个性能要求，并且易于在晶圆表面成膜，从而作为介电材料广泛应用于硅通孔(TSV)制程。目前，最常用的PI介电材料，是由Hitachi公司生产的PI-2610(由Hitachi公司生产)介电材料。
在PI作为介电材料得以广泛应用于半导体生产中时，对PI的抛光方法也逐渐受到人们的关注。在目前的化学机械抛光液市场中，含有12.5％氧化硅的SS25抛光液是一种有效的PI介电材料CMP抛光液产品。但是，这种抛光液对PI介电材料的抛光速率较低，不能满足行业要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种氧化铈磨料在PI介电材料抛光中的用途。本发明的抛光液使用氧化铈作为磨料，添加到化学机械抛光液中，在适当的抛光液pH范围下，表现出较高的PI介电材料的抛光速率。
具体地，本发明提供了一种氧化铈磨料在PI介电材料抛光中的用途，其中，所述氧化铈磨料与化学机械抛光液混合使用，所述氧化铈磨料的含量为0.1％-1％，所述化学机械抛光液的pH值＜7。
优选地，所述氧化铈磨料为含有立方晶面(110)和六方晶面(111)的多面体晶型的氧化铈颗粒，或者为立方体晶型的氧化铈颗粒。
优选地，所述氧化铈磨料的含量为0.5％-1.0％。
优选地，所述化学机械抛光液的pH值为2.3-5.0。
优选地，所述化学机械抛光液的pH值为3.6-5.0。
优选地，本发明的化学机械抛光液中，还可以包括本领域中常规的用于抛光介电材料的抛光液组分，如腐蚀抑制剂、络合剂、螯合剂、有机溶剂等等。
优选地，本发明的化学机械抛光液中不含皮考琳酸和Lewis酸。
本发明中，可以使用本领域常规的pH调节剂调节化学机械抛光液的pH值。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：使用特定类型的氧化铈磨料，通过控制所述氧化铈磨料的含量和pH值，大大提升了对PI介电材料的抛光速率。本发明的化学机械抛光液对PI介电材料的抛光速率可以达到现有的硅基抛光液的抛光速率的几倍甚至几十倍；另一方面，本发明中使用的化学机械抛光液中不含皮考琳酸和Lewis酸，在提升了对PI介电材料的抛光速率的同时，节省了生产成本，而且避免了皮考琳酸和Lewis酸可能对抛光造成的不利影响。
附图说明
图1为本发明中所使用的氧化铈-1磨料颗粒的SEM分析图；
图2为本发明中所使用的氧化铈-2磨料颗粒的SEM分析图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。
表1给出了符合本发明的组合物的实施例1-10和对比例1-2。其中，对比例1为市场上常见的含有氧化硅磨料的抛光液，商品号为D3000；对比例2为一种含有皮考琳酸和Lewis酸(Al3+)以及氧化铈磨料的抛光液。本发明实施例采用氧化铈-1或氧化铈-2为磨料，其中从图1和图2中可以看出来，氧化铈-1为含有立方晶面(110)和六方晶面(111)的多面体晶型颗粒；氧化铈-2为立方相结构氧化铈颗粒，其颗粒形貌也为立方体。另外，本发明实施例1-10中组合物的pH值均小于7。
表1对比例1-2和本发明的抛光液1-10
将上述实施例1～10和对比例1～2中的化学机械抛光液对Hitachi公司生产的PI-2610介电材料进行抛光，并比较其抛光效果，得到下述表2的比较结果。
其中，抛光条件为：选用Mirra抛光机台进行抛光，抛光垫为IC1010抛光垫，抛光盘和抛光头转速分别为93rpm和87rpm，向下压力为4psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。
表2对比抛光液1～2和本发明抛光液1～10对PI-2610介电材料的抛光速率
由表2可见，与对比例1和对比例2相比，本发明的抛光液可以获得更高的聚酰亚胺介电材料抛光速率。相较于对比例1需要16.7％的氧化硅，根据本发明实施例1、6可以看出，只使用固含量为0.1％的氧化铈磨料，可使聚酰亚胺介电材料的抛光速率达到对比例1的3倍左右。分别根据实施例1-5和实施例6-10可以看出，同时调节氧化铈磨料的含量和pH值，可以使抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率大大提高。根据本发明实施例4和实施例10可以看出，本发明使用氧化铈磨料的抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率可以高达使用氧化硅作为研磨颗粒的对比例1的18或者17倍。与对比实施例2相比，根据本发明实施例4和实施例10可以看出，本发明使用的抛光液与对比例2相比，在不含皮考琳酸和Lewis酸的前提下，对聚酰亚胺介电材料的抛光速率可以提高2-3倍左右。
另一方面，本发明实施例抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率受pH值的影响。从实施例1-3可以看出，抛光液的磨料为氧化铈-1，且其含量相同的情况下，pH值由2.3增加至3.6时，抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率增加了约3倍；进一步将pH增加至5，则抛光速率变化较小。同样。从实施例6-8可以看出，在磨料为氧化铈-1且含量相同的情况下，pH值由2.3增加至3.6时，抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率增加了约3倍；进一步将pH增加至5，则抛光速率变化较小。可见，当pH为3.6-5时，抛光液抛光速率最佳，为最适宜的pH范围。
同样的，本发明中，氧化铈的含量对聚酰亚胺介电材料的抛光速率也有显著的影响。从实施例2，4，5可以看出，在控制pH值为3.6的情况下，氧化铈-1的含量由0.1％升至0.5％时，抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率增加了约70％，继续将氧化铈-1的含量增加至1.0％，抛光速率略有下降；从实施例7，9，10可以看出，氧化铈-2的含量由0.1％升至0.5％时，抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率增加了50％，继续将氧化铈-2的含量增加至1.0％，抛光速率继续增加了36％。可见，在抛光液的pH为3.6时，氧化铈-1和氧化铈-2的含量分别在0.5％和1.0％时，抛光液对聚酰亚胺介电材料的抛光速率最佳。并且，本发明的抛光液不论选用氧化铈-1和氧化铈-2作为磨料，均可以取得良好的对聚酰亚胺介电材料抛光效果。
如附图1和附图2的SEM分析图所示，本发明使用的氧化铈-1为含有立方晶面(110)和六方晶面(111)的多面体晶型颗粒，粒径介于50-150nm之间；氧化铈-2为立方体晶型颗粒，粒径介于50-300nm之间。可以看出，具有上述颗粒形状和粒径范围的氧化铈更能够满足抛光对磨料的需要。
本申请中的“含量”，如果没有特别说明，均为质量百分比含量。
应当理解的是，以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种氧化铈磨料在PI介电材料抛光中的用途，其中，所述氧化铈磨料混合于化学机械抛光液形成组合物使用，所述氧化铈磨料的含量为0.1％-1％，所述化学机械抛光液的pH值＜7。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，
所述氧化铈磨料为含有立方晶面(110)和六方晶面(111)的多面体晶型的氧化铈颗粒，或者为立方体晶型的氧化铈颗粒。。
3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，
所述氧化铈磨料的质量百分比含量为0.5％-1.0％。
4.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，
所述化学机械抛光液的pH值为2.3-5.0。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，
所述化学机械抛光液的pH值为3.6-5.0。
6.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，
所述化学机械抛光液中不含皮考琳酸和Lewis酸。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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