CN114621683A - 一种化学机械抛光液及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种化学机械抛光液及其使用方法。所述化学机械抛光液，含有氧化铈研磨颗粒，羟胺衍生物和pH调节剂。本发明中的化学机械抛光液能够有效降低抛光速率对压力的敏感性，同时能够保证适当的抛光速率的抛光液。

Description

一种化学机械抛光液及其使用方法
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其使用方法。
背景技术
在化学机械抛光(CMP)过程中，如若使用氧化铈作为研磨颗粒，氧化硅的(氧化物或者TEOS)的抛光速率通常随着抛光的压力增加而增加，抛光速率与抛光压力之间的关系可以通过Preston方程描述。现有技术中，如若使用正电荷(zeta电位>20mV)，颗粒粒径>30nm的氧化铈作为研磨颗粒，在pH＜6抛光液中，TEOS的抛光速率对抛光压力十分敏感，比如：当压力增加0.5psi(从1.5psi增加至2.0psi)，TEOS速率增加近1000A/min。而抛光速率对压力敏感使得抛光过程难以控制。所以，需要降低TEOS抛光速率对压力的敏感性。
现有技术中，通常采用自动停止(auto stop)的方法降低抛光速率对压力的敏感程度，但自动停止意味着抛光速率降低，通常不能满足生产需求。因此，本领域亟需一种能够有效降低抛光速率对压力的敏感性，同时能够保证适当的抛光速率的抛光液。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种化学机械抛光液，可以有效降低抛光速率对压力的敏感性，同时保持适当的抛光速率，在本领域具有良好的应用前景。
具体的，本发明提供一种化学机械抛光液，含有氧化铈研磨颗粒，羟胺及其衍生物和pH调节剂。
优选的，所述化学机械抛光液包括pH缓冲剂。
优选的，所述pH缓冲液为苯甲酸。
优选的，所述氧化铈研磨颗粒的粒径为45nm-75nm。
优选的，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为质量百分比0.1％-0.5％。
优选的，所述羟胺及其衍生物的浓度为质量百分比50ppm～3000ppm。
优选的，所述羟胺及其衍生物为：
Figure BDA0002830769080000011
其中，R1和R2为H或者其他官能团，所述官能团含有C、H、N、O元素。
优选的，其中所述羟胺及其衍生物选自乙酰氧肟酸、N-羟基丁二酰亚胺、乙酰羟肟酸乙酯、丙酮肟、羟基脲、N-羟基氨基甲酸叔丁酯和N-羟基苯邻二甲酰亚胺中的一种或多种。
优选的，所述化学抛光液的pH值为3.0-6.0。
本发明的另一方面，提供一种化学机械抛光液的使用方法，将任一上述化学机械抛光液用于减少TEOS抛光速率对压力的敏感性。
本发明中的化学机械抛光液可以有效降低抛光速率对压力的敏感性，并同时保持化学机械抛光液的抛光速率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，详细阐述本发明的优势。
依照表1所示的组分及其含量分别配置实施例1～6与对比例1～3化学机械抛光液，并使用硝酸或氢氧化钾作为pH调节剂，将清洗液的pH值调节至所需数值。其中，氧化铈-1是镧掺杂的氧化铈，氧化铈-2和氧化铈-3是无掺杂的氧化铈。通过比表面(BET)方法测得氧化铈颗粒粒径分别为：氧化铈-1:60nm，氧化铈-2:60nm，氧化铈-3：30nm。所述氧化铈-1和氧化铈-3均未进行表面处理，在pH＜6时，未经表面处理的氧化铈颗粒表面均带有正电荷，zeta电位大于20mV。氧化铈-2为经过表面处理后的氧化铈颗粒，其表面带有负电荷，zeta电位小于-20mV。
表1实施例1～6与对比例1～3的化学机械抛光液组分
Figure BDA0002830769080000021
使用实施例1～6与对比例1～3中的抛光液，采用Mirra抛光机台分别对TEOS空白晶圆进行抛光测试，测量抛光速率对压力值的敏感性。对应抛光条件包括：IC1010抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，抛光压力：1.5psi，2psi，3psi，4psi和5psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。TEOS膜厚是用NanoSpec膜厚测量***(NanoSpec6100-300,Shanghai Nanospec Technology Corporation)测出的。从晶圆边缘3mm开始，在直径线上以同等间距测49个点。抛光速率是49点的平均值。相应测得的抛光速率及计算值如表2所示。
表2实施例1～6与对比例1～3中化学机械抛光液的抛光测试结果
Figure BDA0002830769080000031
Figure BDA0002830769080000041
由表2所示的测试结果可知，对比例1的速率/压力的斜率数值高达783A/min/psi，意味着对比例1的化学机械抛光液的抛光速率对压力表现出很强的敏感性。对比例2中，由于氧化铈-2表面带有负电荷，其抛光速率明显减低，在压力为2psi时，抛光速率低于700A/min；并且抛光速率/压力的斜率值依旧很高，即，该抛光液的抛光速度对压力仍然较为敏感。对比例3中，虽然氧化铈-3表面带有正电荷，但是其颗粒粒径为30nm，抛光液的抛光速率受到了极大的影响：在压力为3psi时，抛光速率低于100A/min，远低于～2000A/min的目标抛光速率。
观察实施例1～实施例6可知，在抛光液中加入羟胺及其衍生物可以有效改善抛光速率对压力的敏感性。比较对比例1与实施例1：在其他条件相同的情况下，实施例1中加入200ppm乙酰氧肟酸，其抛光液的抛光速率相对于压力的斜率从783A/min/psi降低至590A/min/psi，并且同时具有高效的抛光速率，远超过目标抛光速率～2000A/min。观察实施例1～实施例6中的数据，在抛光液中使用本发明中所述的不同类型的羟胺及其衍生物，其抛光液的抛光速率对于压力的敏感性均有一定的降低，同时保证了合适的抛光速率。
依照表3中所述的组分及含量配制实施例7～实施例16中的化学机械抛光液，将抛光液的pH值调节至所需数值，实施例7～实施例16中均使用氧化铈-1作为研磨颗粒。实施例7、8中进一步使用苯甲酸作为pH缓冲液。
表3实施例7～实施例16的化学机械抛光液组分
Figure BDA0002830769080000042
Figure BDA0002830769080000051
依照上述相同的测试步骤，对实施例7～实施例16的抛光液的抛光性能进行测试，测试所得的数据如表4所示。
表4实施例7～实施例16化学机械抛光液的抛光测试结果
Figure BDA0002830769080000052
Figure BDA0002830769080000061
对比实施例7、实施例8可知，加入1000ppm羟基脲，能够比100ppm更加有效地减低TEOS/压力的抛光斜率，速率对压力的斜率从337.5A/min/psi减低到34A/min/psi。对比实施例4、实施例8可知，在其他组分及条件相同的情况下，加入苯甲酸作为pH缓冲剂可进一步的降低抛光速率对压力的敏感性，并且保持合适的抛光速率。并且，在实际使用情景下，pH缓冲剂能够维持抛光液的pH值不会出现较大的波动，使抛光液的性能保持稳定，更加适合实际生产需求。
因此，综合上述实施例可知，本发明中在含有氧化铈的抛光液中加入羟胺及其衍生物，能够有效降低抛光液的抛光速率对压力的敏感性，并且同时抛光液能够保持合适的抛光速率。除此之外，本发明中的抛光液能够适用于不同种类的氧化铈研磨颗粒。因此，本发明中的抛光液能够适用于更加普遍的生产条件，并具有优异的抛光效果，在机械抛光领域具有广泛的应用前景。
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 (10)

1.一种化学机械抛光液，其特征在于，含有氧化铈研磨颗粒，羟胺及其衍生物和pH调节剂。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，进一步包括PH缓冲液。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述pH缓冲液为苯甲酸。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述氧化铈研磨颗粒的粒径为45nm-75nm。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为质量百分比0.1％-0.5％。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述羟胺及其衍生物的浓度为质量百分比50ppm～3000ppm。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述羟胺及其衍生物
Figure FDA0002830769070000011
其中，R1和R2为H或者其他官能团，所述官能团含有C、H、N、O元素。
8.如权利要求6所述的化学机械抛光液，其中所述羟胺及其衍生物选自乙酰氧肟酸、N-羟基丁二酰亚胺、乙酰羟肟酸乙酯、丙酮肟、羟基脲、N-羟基氨基甲酸叔丁酯和N-羟基苯邻二甲酰亚胺中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，所述化学抛光液的pH值为3.0-6.0.
10.一种化学机械抛光液的使用方法，其特征在于，将如权利要求1～9任一所述的化学机械抛光液用于减少TEOS抛光速率对压力的敏感性。
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