用于精细表面平整处理的抛光液及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于精细表面平整处理的抛光液及其使用方法，本发明专利技术的用于精细表面平整处理的抛光液包括磨料和水，其特征在于：所述的磨料是溶胶型掺铝二氧化硅磨料，该溶胶型掺铝二氧化硅磨料为掺铝二氧化硅的水分散液。本发明专利技术的用于精细表面平整处理的抛光液在进行化学机械抛光时，向下压力为０．５～３ｐｓｉ。本发明专利技术的含溶胶型掺铝二氧化硅磨料的抛光液可以有效去除Ｔａ、ＴａＮ、ＴＥＯＳ、ＦＳＧ、ＢＤ或其它低介电材料等各种材料，并且对低介电材料的除去速率可提高２倍以上，并可获得优异的平坦效果。

【技术实现步骤摘要】
用于精细表面平整处理的抛光液及其使用方法
本专利技术涉及一种用于精细表面平整处理的抛光液及其使用方法。
技术介绍
随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械全局平整化，而化学机械抛光(CMP)已被证明是最好的平整化方法。在典型的化学机械抛光方法中，将基底被抛光表面直接与旋转抛光垫接触，同时在基底背面施加压力。在抛光期间，抛光垫随操作台旋转，同时在基底背面保持向下压力，将磨料和化学活性溶液组成的液体(通常称为抛光液)涂布于抛光垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应和机械作用开始进行抛光过程。抛光液在CMP中是一种重要的因素，而可根据制程的需要来选取抛光液中的成分来调节抛光液的抛光性能。为了获得更好的抛光性能，现有技术中公开了各种含有磨料的抛光液，如：US 6,974,777、US6,971,945、US 6,326,305、US 6,976,904和US 6,916,742等。而专利US5382272、US 5,858,813和US 5,954,997应用的磨料是混合型磨料，磨料之间是互相分开的。德国Degussa公司的专利EP 1,148,026、EP 0,995,718、EP 1,048,617分别公开了硅-铝混合氧化物粉末(pyrogenic Al-doped silica by means of anaerosol)的制备方法和应用，该硅-铝混合氧化物粉末具有Si-O-Al结合键以及非晶形和/或结晶形二氧化硅区域与结晶形氧化铝区域，是一种借助气溶胶-->掺入氧化铝、经高温处理而制成的二氧化硅，采用火焰氧化法或火焰焙烧水解法制成，主要用于光纤、半导体电子元件、造纸、橡胶等，如专利文献JP4,046,020、US 5,233,621、GB 1,377,413和EP 0,735,088等中所公开的应用。同时，Degussa公司的专利EP 1,234,800和EP 1,335,009公开了硅-铝混合氧化物在化学机械抛光液中作为磨料的应用。但因硅-铝混合氧化物是粉末状，硅-铝混合氧化物粉末在需要高压下通过加热分散在水介质中，同时需要较高的能量和特殊的分散设备，且原始粒径较小，在分散液中主要以聚集态形式分布，其形态不规则且带有较锋锐的边角，这种聚集态的Al-doped silica粒子容易在抛光材料表面形成刮伤、凹陷等缺陷问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在将溶胶型掺铝二氧化硅颗粒(Colloidal Al-dopedsilica)用作CMP磨料，从而提供一种用于精细表面平整处理的抛光液。本专利技术的用于精细表面平整处理的抛光液，较佳地是用于化学机械平坦化(CMP)的抛光液包括磨料和水，其特征在于：所述的磨料是溶胶型掺铝二氧化硅磨料，该溶胶型掺铝二氧化硅磨料为掺铝二氧化硅的水分散液。本专利技术的溶胶型掺铝二氧化硅磨料(Colloidal Al-doped silica)是一种掺杂了铝的SiO2磨料，也就是分子结构中的Si原子被Al原子取代后的物质，其是一种单相化合物；而包覆氧化铝的SiO2磨料(Al-coated silica)是一种表面覆盖有氧化铝层的SiO2磨料，外层是Al2O3，内层是SiO2，含两种物质，是一种两相混合物。本专利技术所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料由溶胶-凝胶法制备得到，其机理是：将铝盐(如无机铝盐或有机铝酸酯)与硅酸盐或有机硅酸酯水解缩聚而成。本专利技术的溶胶型掺铝二氧化硅磨料可根据美国专利申请US20050234136中公开的方法制备得到。该制备工艺是：将铝盐溶液在室温下加入至含有稳定剂的碱性溶液中，再将硅酸溶液以梯度速率加至该溶液中，-->以形成溶胶；或者是，将硅酸溶液与铝盐溶液混合，然后再以梯度速率滴入碱性溶液中，以形成溶胶。所述的稳定剂可为四元化合物，较佳地是季胺类化合物，例如：季铵碱或其类似物，优选四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵和/或四丙基氢氧化铵。在溶胶-凝胶方法中，溶胶粒子的形成主要经过成核阶段和生长阶段，通过控制这两个阶段的各种反应参数，从而能够控制溶胶粒子的粒径，溶胶颗粒粒径控制的方法可以参照Stber等人的研究(Stber W，Fink A，Bohn E，Journal of Colloid and Interface Science，1968：26-62)。因此，溶胶-凝胶方法能够制备稳定分散的各种类型的球形溶胶颗粒，粒径可控且分布均匀。本专利技术的溶胶型掺铝二氧化硅磨料本身是一种水分散体系，可直接与其它物质组成本专利技术的抛光液，不需要高的能量和特殊设备。在本专利技术的一较佳实施例中，所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料中，铝的重量占二氧化硅重量的0.0001～35％。在本专利技术的另一较佳实施例中，所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的粒径可以是5～1000nm，较佳地是5～500nm，更佳地是5～200nm，最佳地是10～100nm。在本专利技术的再一较佳实施例中，所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的比表面积较佳地是5～600m2/g，更佳地是50～200m2/g。在本专利技术的抛光液中，所述的磨料的质量浓度较佳地为0.2～30％，更佳地为0.2～15％，最佳地为1～10％。本专利技术的抛光液的pH可为2～14，较佳地为2～13，更佳地为2～7或10～13，最佳地为2～5。本专利技术的抛光液还可以包括阻蚀剂、氧化剂、速率增助剂、表面活性剂和/或表面活性剂。该阻蚀剂包括但不限于苯并三唑(BTA)、苯并咪唑、苯并噻吩、1，2-苯并异恶唑、吡嗪和/或吡唑等，更佳地是BTA；本专利技术的抛光液中，阻蚀-->剂的质量浓度可以为0.01～5％，优选0.03～1％，更有选0.05～0.5％。该氧化剂可为过氧化物，包括但不限于过氧化氢(H2O2)、过氧化氢衍生物、过氧化有机酸、过氧化无机酸、S2O62-或S2O82-的盐、KIO3、KMnO4、KNO3和/或HNO3等，较佳地是过氧化氢；本专利技术的抛光液中，氧化剂的质量浓度可以为0.01～5％，优选0.05～1％，更优选0.1～0.5％。该速率增助剂是有络合性能的多元有机酸或有机碱，包括但不限于有机酸、有机胺、多元磷酸、氨基酸和/或多元醇，优选有机酸，如柠檬酸及其盐、酒石酸及其盐和/或草酸，更佳地是草酸和/或酒石酸；本专利技术的抛光液中，速率增助剂的质量浓度可以为0.01～5％，优选0.05～1％，更优选0.1～0.5％。该表面活性剂包括但不限于阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂，优选非离子型表面活性剂，如聚丙烯酰胺、右旋糖苷、聚丙烯酸、聚乙二醇、N-(2-羟乙基)-乙二胺和/或四甲基氢氧化铵；本专利技术的抛光液中，表面活性剂的质量浓度可以为0.01～15％，优选0.03～10％，更优选0.05～5％。本专利技术的用于精细表面平整处理的抛光液还可以包括pH调节剂、成膜剂、分散剂、催化剂和/或还原剂中的一种或几种。本专利技术的抛光液中，pH调节剂可以是无机酸、无机碱、有机酸和/或羟胺等。本专利技术的再一目的是提供本专利技术的用于精细表面平整处理的抛光液的用途，该抛光液用来化学机械抛光半导体器件中的各种金属或非金属材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于精细表面平整处理的抛光液，其包括磨料和水，其特征在于：所述的磨料是溶胶型掺铝二氧化硅磨料，该溶胶型掺铝二氧化硅磨料为掺铝二氧化硅的水分散液。

【技术特征摘要】
1、一种用于精细表面平整处理的抛光液，其包括磨料和水，其特征在于：所述的磨料是溶胶型掺铝二氧化硅磨料，该溶胶型掺铝二氧化硅磨料为掺铝二氧化硅的水分散液。2、如权利要求1所述的抛光液，其特征在于该溶胶型掺铝二氧化硅的制备工艺是：将铝盐溶液在室温下加入至含有稳定剂的碱性溶液中，再将硅酸溶液以梯度速率加至该溶液中，以形成溶胶；或者是，将硅酸溶液与铝盐溶液混合，然后再以梯度速率滴入碱性溶液中，以形成溶胶。3、如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料中，铝的重量占二氧化硅重量的0.0001～35％。4、如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的粒径是5～1000nm。5、如权利要求4所述的抛光液，其特征在于：所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的粒径是5～500nm。6、如权利要求5所述的抛光液，其特征在于：所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的粒径是5～200nm。7、如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的比表面积是5～600m2/g。8、如权利要求7所述的抛光液，其特征在于：所述的溶胶型掺铝二氧化硅磨料的比表面积是50～200m2/g。9、如权利要求1～8任一项所述的抛光液，其特征在于：所述的磨料的质量浓度为0.2～30％，水为余量。10、如权利要求1～8任一项所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH为2～13。11、如权利要求10所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH为2～5。12、如权利要求10所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH为10～13。13、如权利要求1～8任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国栋，王淑敏，俞昌，宋伟红，顾元，
申请(专利权)人：安集微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]