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，而低的氮化硅介质层的抛光速率，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会有强的吸引作用，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-10(PQ-10)有独特的控制氧化硅抛光速率的能力。专利技术用聚季铵盐-10(PQ-10)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。该抛光液包含溶胶型氧化铈磨料、聚季铵盐-10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-10及pH调节剂。优选地，所述溶胶型氧化铈研磨颗粒浓度为0.1～2.0wt％。较佳地，所述的聚季铵盐-10浓度为5.0ppm～150ppm，优选地为50-100ppm。优选地，上述化学机械抛光液中还包括有机酸类化合物。优选地，所述有机酸类化合物为吡啶甲酸和/或对羟基苯甲酸。优选地，所述有机酸类化合物的浓度为500～800ppm。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中添加聚季铵盐-10(PQ-10)，其对氧化硅具有非线性的抛光速率，可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。本专利技术实施例中所选用的原料皆市售可得。本专利技术实施例中选择小分子的十六烷基三甲基氯化铵(CTMAC)和三甲基苄基氯化铵(BTMAC)，大分子的季铵盐包括聚季铵盐-10(PQ-10)，聚季铵盐-11(PQ-11)作为季铵盐，其分子结构如下所示：按照表1中具体组分和含量，将相应季铵盐、氧化铈与800ppm吡啶甲酸(picolinicacid)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，得到具体实施例如下，其中以不含有任何季铵盐的1A作为基准液。得到具体实施例如下。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进行不同压力条件下测量TEOS空白晶圆的抛光去除速率。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明，小分子季铵盐，如十六烷基三甲基氯化铵(CTMAC)或三甲基苄基氯化铵(BTMAC)只是随着压力的降低线性地递减氧化硅的抛光速率，而聚季铵盐-10(PQ-10)能够选择性的抑制氧化硅的速率。具体地，从表1中可以看出，如实施例1G、1H，在其他组分含量相同情况下，当聚季铵盐-10(PQ-10)浓度是16.7ppm或其以下时，在抛光压力为1.5psi到5psi之间，PQ-10对TEOS的抛光速率影响不明显；但是当抛光液中聚季铵盐-10(PQ-10)浓度是100ppm时，如实施例1J，当抛光压力小于或等于3psi时，抛光液可显著降低TEOS的抛光速率；又如实施例1I，当抛光液中聚季铵盐-10(PQ-10)浓度是50ppm时，抛光压力小于或等于2psi时，可显著降低TEOS的抛光速率。换言之，当聚季铵盐-10(PQ-10)浓度是100ppm时，上述抛光液对TEOS的抛光速率曲线在压力为3psi到4psi区间偏离线性区，当PQ-10的浓度为50ppm时，上述抛光液对TEOS的抛光速率曲线在压力2psi到3psi区间偏离线性区。同时，从表1中也可以看出，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-10浓度，对应抛光液对TEOS的抛光速率与其抛光压力条件间均表现出非线性关系。按照表2中季铵盐的具体组分及含量，与1wt％的溶胶型氧化铈、800ppm对羟基苯甲酸等组分溶解混合均匀，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，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。上述对比例和实施例表明，不是所有的高分子的聚季铵盐都能像聚季铵盐-10(PQ-10)一样控制氧化硅的抛光速率。聚季铵盐-11(PQ-11)有类似聚季铵盐-10(PQ-10)的阳离子官能团，但是它的抛光特性却不同于聚季铵盐-10(PQ-10)。表2的结果还表明，聚季铵盐-11(PQ-11)，小分子季铵盐像十六烷基三甲基氯化铵(CTMAC)或三甲基苄基氯化铵(BTMAC)只是平行的下移氧化硅的抛光本文档来自技高网...

【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-10。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0.1wt％～2wt％。4.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的聚季铵盐-10浓度为5ppm～150ppm。5.如权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的聚季铵盐-10浓度为50ppm-100ppm。6.如权利要求1-5任一所述...

【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