一种化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术提供了一种化学机械抛光液，包含氧化铈磨料颗粒、聚季铵盐及pH调节剂。本发明专利技术中的聚季铵盐可控制氧化硅的抛光速率，使得在高压下达到高的氧化硅抛光速率，在低压下实现低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低碟形凹陷(dishing)。

A Chemical Mechanical Polishing Fluid

The invention provides a chemical mechanical polishing fluid, which comprises cerium oxide abrasive particles, polyquaternary ammonium salts and pH regulators. The polyquaternary ammonium salt in the invention can control the polishing rate of silicon oxide, so that the polishing rate of silicon oxide can reach high under high pressure, and the polishing rate of silicon oxide can be achieved low under low pressure, thereby achieving lower dishing.

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液
本专利技术涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。
技术介绍
氧化铈是一种重要的CMP抛光液磨料，相比于传统硅溶胶磨料，氧化铈对二氧化硅材质具有更高效的抛光特性，已广泛应用于STI和ILD的CMP抛光。但是，在STI的CMP抛光应用中，通常要求具备高的二氧化硅介质层的抛光速率要高，而低的氮化硅介质层的抛光速率要低，最好氮化硅介质层的抛光速率可以接近于零。也就是说，要求高的二氧化硅对氮化硅的选择比。有机分子能够有效地抑制氮化硅的抛光速率已有许多报道，比如，ElectrochemicalandSolid-StateLetter(vol8(8),pageG218-G221,year2005)报道吡啶甲酸(picolinicacid)等化合物能够提高抛光液对二氧化硅介质层的抛光速率，同时抑制氮化硅的抛光速率，相比普通抛光液减小至少20倍，使得抛光液对二氧化硅和氮化硅的选择比超过200。但是，在STI应用中，除了抑制氮化硅的抛光速率，同时还要控制碟形凹陷(dishing)。其中一种取得低碟形凹陷数值的方式是在高的压力下(比如，4psi或5psi下)，采用高的氧化硅的抛光速率，在低的压力下(比如，1.5psi下)，采用低的氧化硅的抛光速率。换言之，氧化硅的速率对压力的曲线，应该偏离传统的Prestonian线性方程。而在图形的晶圆抛光时，则需高点的地方要承受大的压力，低点(trench)承受的压力要比高点低很多，CMP的目的就是去除高点的材料，实现平整化。有报道发现，带正电的季氨盐会对同样带正电的氧化铈摩擦颗粒产生强的电荷排斥作用，但是对带负电的氧化硅晶圆有强的吸引作用，从而达到控制氧化硅抛光速率的目的。但是不是所有的季铵盐都能很好的控制氧化硅的抛光速率。
技术实现思路
本专利技术发现聚季铵盐-37(PQ-37)有独特的控制氧化硅抛光速率的能力。聚季铵盐-6(PQ-6)也有独特的控制氧化硅抛光速率的能力。但是，聚季铵盐-6(PQ-6)的缺点是摩擦颗粒的固含量不能低于0.2wt％，如果低于该值，图形晶圆上的抛光速率就会显著降低。而聚季铵盐-37(PQ-37)没有这个问题。本专利技术用聚季铵盐-37(PQ-37)来控制氧化硅的抛光速率，使得在高压下达到高的氧化硅的抛光速率，在低压下实现低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低的碟形凹陷(dishing)。具体地，本专利技术提供一种化学机械抛光液。该抛光液包含氧化铈磨料、聚季铵盐-37及pH调节剂。该配方可以控制氧化硅的抛光速率，使得在高的压力下达到较高的氧化硅的抛光速率，在低的压力下达到较低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低碟形凹陷(dishing)。本专利技术在于提供一种化学机械抛光液，其包含氧化铈研磨颗粒、聚季铵盐-37及pH调节剂。优选地，所述溶胶型氧化铈研磨颗粒浓度为0.1-1.0wt％。优选地，所述的聚季铵盐-37浓度为100ppm～1000ppm。优选地，所述化学机械抛光液的pH值为3.5-5.5。优选地，所述pH调节剂为氢氧化钾(KOH)和/或硝酸(HNO3)。与现有技术相比较，本专利技术的优势在于：本专利技术在抛光液添加溶胶型氧化铈磨料、聚季铵盐-37及pH调节剂，可以有效地控制氧化硅的抛光速率，使得在高的压力下达到较高的氧化硅的抛光速率，在低的压力下达到较低的氧化硅的抛光速率，从而取得较低碟形凹陷(dishing)。具体实施方式下面结合具体实施例详细阐述本专利技术的优势。本专利技术中的聚季铵盐-37(PQ-37)是通过自由基聚合反应合成的，而聚季铵盐-37(PQ-37)的单体是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。其具体制备方法为，取200ppm双氧水，10ppm硝酸铁与80％的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液混合几分钟直至混匀，然后加热到55℃，半个小时后自由基聚合反应开始，溶液维持在55度16小时，直到反应完成。具体反应原理如反应式Ⅰ所示。其中，单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的分子结构如结构式Ⅰ所示：Fe2++H2O2→Fe3++HO·+OH-(1)Fe3++H2O2→Fe2++HOO·+H+(2)HO·+nCH2＝CHR-CH3→OH-+(-CH2-CHRCH3-)n(3)R＝-COO-CH2CH2N(CH3)3Cl反应式Ⅰ结构式Ⅰ本实施例中所选用合成PQ-37原料皆市售可得。具体按照表1中季铵盐和氧化铈的具体组分和含量混合均匀，用水补足质量百分比至100％，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节溶液pH，得到对比及具体实施例如下：表1.对比例及实施例配比及具体实施结果将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别在不同压力条件下测量对TEOS空白晶圆的抛光速率。具体抛光条件为，抛光机台为Mirra，IC1010抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力1.5psi，2psi、3psi、4psi和5psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。上述对比例和实施例的结果表示，聚季铵盐-37(PQ-37)的浓度变化对TEOS抛光速率具有显著的影响。从表1中可以看出，与空白基准样对比，如实施例1B，当聚季铵盐-37(PQ-37)浓度为250ppm时,在3psi到5psi压力区间内，氧化硅的抛光速率高于空白基准样；而，当聚季铵盐-37(PQ-37)的浓度在250ppm到500ppm时，在压力为5psi时，抛光液对氧化硅抛光速率逐渐降低，但降低强度在低压力区(1.5psi到2psi)加快。上述数据表明，在不同抛光液pH条件下，调节抛光液配方中氧化铈和聚季铵盐-7浓度，对应抛光速率与抛光压力条件间均表现出非线性关系。可见，聚季铵盐-37的添加，使氧化铈抛光液显示出典型的非普林斯顿压力-抛光速率曲线关系，对Dishing的出现有良好的抑制效果。如表2所示，对比例2A中含有0.4wt％氧化铈，5ppmPQ-6；对比例2B中含有0.2wt％氧化铈，5ppmPQ-6；实施例2C中含有0.2wt％氧化铈，475ppmPQ-37；将上述抛光液按照上述组分混合均匀，用水补足质量百分比至100％，以氢氧化钾(KOH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5。得到对比及具体实施例如下表所示：表2对比抛光液和本专利技术抛光液的抛光效果列表将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别进行不同压力条件下测量TEOS空白晶圆及STI图形晶圆的抛光去除速率。其抛光条件为，抛光机台为Mirra，IC1010抛光垫，Platten和Carrier转速分别为93rpm和87rpm，，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为30秒。TEOS和SiN膜厚是用NanoSpec膜厚测量系统(NanoSpec6100-300,ShanghaiNanospecTechnologyCorporation)测出的。从晶圆边缘10mm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。图形晶圆的抛光速率测量设在500um/500um(线宽/空间)结构上。表2的数据表明，含聚季铵盐-37(PQ-37)的抛光液，当其含量是0.4wt％时，在STI图形晶圆上TEOS的抛光速率与空白晶圆的抛光速率接近。在0.2wt％的固含量时，在STI图形晶圆上TEOS的抛光速率远远低于(10倍)空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械抛光液，包含氧化铈磨料、聚季铵盐及pH调节剂。

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光液，包含氧化铈磨料、聚季铵盐及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，所述的聚季铵盐选自聚季铵盐-37。3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料浓度为0.1-1.0wt％。4.如权利要求1所述的化学机械抛光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李守田，尹先升，贾长征，王雨春，
申请(专利权)人：安集微电子科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31