CN116410667A - 一种碱性化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碱性化学机械抛光液，包括：二氧化硅研磨颗粒，有机碱、钾盐、阻聚剂、非离子型表面活性剂和水；其中所述非离子表面活性剂选自聚丙二醇、聚乙二醇‑聚丙二醇‑聚乙二醇三嵌段共聚物中的一种或多种。本发明中的碱性化学机械抛光液能够显著降低芯片表面缺陷，显著提高产品的良率，同时具有比较高介电层二氧化硅的去除速度。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种碱性化学机械抛光液。
背景技术
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。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。
化学机械抛光(CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫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，含有研磨剂的浆液被滴到抛光垫上，并因离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。
目前介电层为二氧化硅的抛光液通常采用气相法二氧化硅和硅溶胶作为研磨颗粒，这两种磨料各有其特点。介电层材料很难通过化学作用实现快速去除，不管是采用哪种研磨颗粒的抛光液，为了获得快速的介电层二氧化硅的去除速率，介电层二氧化硅抛光液的固含量都比较高，通过高浓度的磨料提供比较强的机械力，使抛光液具有较高的介电层二氧化硅的去除速率。以上抛光液存在一个共性的问题：抛光后，一方面高固含量的研磨颗粒以及抛光副产物会黏附在芯片表面，造成表面缺陷，需要进一步进行表面清洗(post-CMPclean)。但抛光后芯片表面黏附研磨剂以及抛光副产物的越多，往往会直接降低post-CMPclean的清洗效率，提高了清洗难度。另一方面，高固含量液往往会使研磨颗粒相互团聚，产生较大的固体颗粒，在抛光过程中极易造成芯片表面大量的划痕，导致元器件的断路和损坏。
为了解决上述问题，本发明提供一种碱性介电层二氧化硅抛光液，该抛光液显著降低了芯片表面缺陷，显著提高产品的良率，同时具有比较高介电层二氧化硅的去除速度。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种碱性化学机械抛光液，包括：二氧化硅研磨颗粒，有机碱、钾盐、阻聚剂、非离子型表面活性剂和水；其中所述非离子表面活性剂选自聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物中的一种或多种。
优选的，所述聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物的质量百分比含量为0.0005％～0.03％。
优选的，所述聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物的优选质量百分比含量0.001％～0.01％
优选的，所述聚丙二醇的分子量为200～1000。
优选的，所述聚丙二醇的质量百分比含量为0.01％～0.7％。
优选的，所述阻聚剂为具有结构式(1)的化合物，结构式(1)为：
其中，R1，R2，R3，和R4独立的选自：直链或者支链C2至C15饱和或不饱和基团。
优选的，所述阻聚剂为四乙基氢氧化铵，四丁基硝酸铵，苄基三甲基氯化铵，十五烷基氯化铵，癸烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
优选的，所述阻聚剂的质量百分比含量为0.01％～1.0％。
优选的，所述二氧化硅研磨颗粒的平均粒径为45nm～180nm。
优选的，所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为10％～40％。
优选的，所述有机碱选自于乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺、哌嗪中的一种或者多种。
优选的，所述有机碱的质量百分比含量为0.001％～10％。
优选的，所述钾盐选自于氢氧化钾、硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、硫酸氢钾、醋酸钾、溴酸钾、氯酸钾中的一种或多种。
优选的，所述钾盐的质量百分比含量0.01％～1.5％。
优选的，所述的化学机械抛光液的pH值为9.5-12.0。
与现有技术相比，本发明的优势在于：能够显著降低芯片表面缺陷，显著提高产品的良率，同时具有比较高介电层二氧化硅的去除速度。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明的优点。表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例1～11及对比例1～4的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用pH调节剂硝酸或者氢氧化钾调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。
表1对比例1-4及实施例1-11中化学机械抛光液的组分及其含量
进一步测试抛光液对于介电层二氧化硅抛光的结果。具体抛光条件如下：
抛光机台为AMAT(美国)LK型，IC1010抛光垫，12吋晶圆(Wafer)，研磨压力3.4psi，研磨台转速110转/分钟，研磨头自转转速104转/分钟，抛光液滴加速度200ml/分钟。Surface SP2表面缺陷扫描仪对抛完后二氧化硅(Teos)晶圆表面缺陷进行扫描。
测试结果列于表2。
表2对比例1～4和实施例1-11用于介电层二氧化硅抛光的测试结果
对比例1和实施例2表明：当往抛光液加入钾盐，钾盐可以将介电层二氧化硅的去除速率明显提高。
对比例2和对比例3表明：当往抛光液加入钾盐，钾盐可以将介电层二氧化硅的去除速率明显提高。在抛光液中没有加入非离子表面活性剂，二氧化硅(Teos)晶圆表面的缺陷颗粒数明显很多，已经超出测量范围。
对比例3和实施例1表明，加入阻聚剂和表面活性剂后，介电层二氧化硅的去除速率不受影响。
对比例1～3和实施例1～11表明：本发明的抛光液中加入特定的表面活性剂，显著降低了介电层二氧化硅(Teos)晶圆表面缺陷颗粒数，同时介电层二氧化硅(Teos)抛光速度不被抑制。所述二氧化硅可以为二氧化硅溶胶，也可以是气相法二氧化硅，即，本发明中的技术方案适用于不同方法制备的二氧化硅。
进一步，测试抛光液的稳定性。选取对比例4和实施例7的配方，配制成20公斤的抛光液，用特定的抛光液循环***进行循环实验，通过观察循环时间来判断磨料的团聚情况。测试结果列于表3.
表3抛光液循环时间比较
| 化学机械抛光液 | 循环时间(h)后滤芯堵塞 |
| 对比例4 | 20 |
| 实施例7 | 40 |
通过表3，对比例4和实施例7表明，对比例4的循环20小时后循环***中的滤芯被磨料堵住，不能正常工作。而实施例7中加入阻聚剂，循环40小时后滤芯被磨料堵死，很明显实施例7的循环时间远远大于对比例4，说明阻聚剂能很好地分散磨料，使其不容易团聚，延长抛光液的使用时间。因此，即便对比例4中抛光液的抛光测试结果较好，其抛光后的晶圆表面缺陷数目较低，且二氧化硅的去除速率也相对较高，但其稳定性较差，在循环20小时后就出现了滤芯堵塞的问题，不利于存储和实际使用。
基于上述测试结果可知，本发明中的化学机械抛光液能够显著降低芯片表面缺陷，显著提高产品的良率，具有比较高介电层二氧化硅的去除速度，同时具有较好的稳定性，具有广阔的使用前景。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (15)
1.一种碱性化学机械抛光液，其特征在于，
包括：二氧化硅研磨颗粒，有机碱、钾盐、阻聚剂、非离子型表面活性剂和水；
其中所述非离子表面活性剂选自聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物的质量百分比含量为0.0005％～0.03％。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物的优选质量百分比含量0.001％～0.01％。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述聚丙二醇的分子量为200～1000。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述聚丙二醇的质量百分比含量为0.01％～0.7％。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述阻聚剂为具有结构式(1)的化合物，结构式(1)为：
其中，R1，R2，R3，和R4独立的选自：直链或者支链C2至C15饱和或不饱和基团。
7.根据权利要求6所述的所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述阻聚剂为四乙基氢氧化铵，四丁基硝酸铵，苄基三甲基氯化铵，十五烷基氯化铵，癸烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述阻聚剂质量百分比含量为0.01％～1.0％。
9.根据权利要求1所述的所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的平均粒径为45nm～180nm。
10.根据权利要求1所述的所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为10％～40％。
11.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述有机碱选自于乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺、哌嗪中的一种或者多种。
12.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述有机碱质量百分比含量为0.001％～10％。
13.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述钾盐选自于氢氧化钾、硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、硫酸氢钾、醋酸钾、溴酸钾、氯酸钾中的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述钾盐质量百分比含量0.01％～1.5％。
15.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述的化学机械抛光液的pH值为9.5-12.0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |