一种抛光液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种抛光液及其制备方法与应用。该抛光液包括CeO2悬浮液和表面活性剂，所述表面活性剂选自离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。用本发明专利技术的抛光液对SiO2和Si3N4空白晶圆片进行化学机械抛光，对氮化硅的去除速率可低于抛光后的SiO2和Si3N4空白晶圆片表面粗糙度均在1nm以下，SiO2膜层和Si3N4膜层的表面划痕数量均小于等于未添加活性剂时的表面划痕数量，表面划痕最大深度也均小于未添加活性剂时的最大划痕深度，分别降低约200pm和250pm，说明用本发明专利技术的抛光液抛光，晶圆片能够具有良好的表面质量。晶圆片能够具有良好的表面质量。晶圆片能够具有良好的表面质量。

【技术实现步骤摘要】
一种抛光液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及抛光液的
，特别是涉及一种抛光液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(Chemical
‑
mechanical polishing，CMP)是超大规模集成电路制造中唯一可同时实现全局平坦化和局部平坦化的技术，其中浅沟槽隔离化学机械抛光(STI CMP)是集成电路制造的一个重要工序。
[0003]STI是用来形成隔离器件的结构，STI结构的形成过程具体为：在硅晶片上先沉积一层较薄(约为10nm)的四乙基正硅酸盐(Tetra
‑
ethyl
‑
ortho
‑
silicate，TEOS)基二氧化硅，再在其上沉积一层厚度约为35nm的氮化硅膜层，这层TEOS二氧化硅是为了缓冲氮化硅膜层和硅晶片之间的应力以减轻或避免对硅晶片带来的损伤。然后在硅晶片的表面进行刻蚀形成隔离沟槽；再用高密度等离子体(High Density Plasma，HDP)二氧化硅涂覆硅晶片表面，以对沟槽进行填充。沟槽被HDP SiO2充分填充后，用抛光液将沟槽外的硅晶片表面的HDP SiO2以CMP的方式去除，并在氮化硅膜层表面停止抛光。然后用高温的磷酸对氮化硅膜层进行刻蚀以将氮化硅去除，HDP SiO2因为不被磷酸刻蚀而被保留，于是在硅晶片表面形成了STI结构。可见，STI CMP要求抛光液在SiO2和Si3N4之间具有高的去除选择性，以保证沟槽外的HDP SiO2层被彻底去除且Si3N4层被保留。
[0004]STI CMP工艺中使用的抛光液主要成分为CeO2悬浮液，该悬浮液中的二氧化铈(CeO2)颗粒(直径为20nm至1μm)对SiO2和Si3N4具有高的去除选择性。制备CeO2悬浮液的通常过程是将制备得到的CeO2颗粒分散至水中形成CeO2悬浮液。然而，由于CeO2颗粒在空气中的毛细力作用下通常会发生团聚，粘在一起形成结块，很难在水中对结块直接分散，这样得到的CeO2悬浮液一般静置1天就会出现明显沉降，稳定性较差，用于抛光不仅会降低SiO2的去除速率，还会增加表面划痕，导致抛光后SiO2层的表面缺陷多(见Lei H,Lu H,Luo J et al.“Preparation ofα
‑
alumina
‑
g
‑
polyacrylamide composite abrasive and chemical mechanical polishing behavior”[J].Thin Solid Films,2008,516(10):3005
–
3008.)，抛光后表面质量差。
[0005]在实际应用中，要求抛光液对氮化硅的去除速率要低于而仅含有CeO2的抛光液对氮化硅的去除速率约为不能满足CMP的要求。最常见的是向CeO2悬浮液中加入表面活性剂以抑制Si3N4的去除。然而，由于CeO2悬浮液的稳定性差，由其制备得到的抛光液稳定性也较差，用于CMP时，抛光后的晶圆片表面质量差。
[0006]此外，由表面活性剂和CeO2悬浮液组成的抛光液通常对pH值变化比较敏感，即：仅在某一特殊pH值下才能保证对二氧化硅、氮化硅的去除速率，pH值发生些许变化就会对SiO2和Si3N4的去除速率、去除选择比和/或晶圆片表面的划痕数量、粗糙度等造成较大影响，限制了抛光液的适用范围。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种稳定性提高的CMP用抛光液。该抛光液包括表面活性剂和CeO2悬浮液，所述表面活性剂选自离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂，离子型表面活性优选哌嗪或2
‑
甲基哌嗪，非离子型表面活性剂优选PEG或PVP(优选分子量不小于50000的PVP，如PVP
‑
K30和/或PVP
‑
K90)。
[0008]所述CeO2的浓度为0.015wt.％
‑
0.15wt.％(优选0.015wt.％
‑
0.075wt％)，所述表面活性剂的浓度为0.015wt％
‑
0.075wt.％(优选0.015wt.％
‑
0.045wt.％)；可选的，CeO2与表面活性剂的浓度相等。
[0009]其中的CeO2颗粒的粒径为30
‑
150nm(优选30
‑
120nm或55
‑
150nm，更优选30
‑
90nm或55
‑
60nm)；可选的，静置7天无明显沉淀。
[0010]pH值为4或pH值为7
‑
12(优选10
‑
12)时，所述抛光液对氮化硅的去除速率为(优选)；可选的，pH值为4或12时，所述抛光液对二氧化硅和氮化硅的去除选择比为20
‑
30。
[0011]用pH值为4
‑
12(优选8
‑
12)的所述抛光液分别对二氧化硅空白晶圆片和氮化硅空白晶圆片抛光后，二氧化硅空白晶圆片表面的划痕数量≤11条(优选≤8条)，氮化硅空白晶圆片表面的划痕数量≤4条(优选≤2条)。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种上述抛光液的制备方法，将CeO2颗粒、表面活性剂与水加入球磨机中进行湿磨粉碎，粉碎后得到的液体即为所述抛光液，粉碎时球磨机中的磨球直径为0.5
‑
2mm，优选0.5
‑
1.5mm。
[0013]粉碎时球磨机中的磨球与CeO2颗粒的质量比为2
‑
8，优选5
‑
7。
[0014]粉碎时水与CeO2颗粒的质量比为2
‑
32，优选8
‑
32。
[0015]粉碎的时间为6
‑
12h，优选10
‑
12h。
[0016]第三方面，本专利技术提供上述抛光液或上述方法制备得到的抛光液在化学机械抛光用抛光液中的应用，尤其是STI CMP用抛光液中的应用。
[0017]本专利技术的抛光液中含有的CeO2悬浮液稳定性较好，该悬浮液使用球磨机湿磨粉碎CeO2颗粒得到，即：将CeO2颗粒和水的混合物置于球磨机中进行粉碎，同时调整球磨过程中的磨球直径、磨球
‑
磨料质量比、水
‑
磨料质量比、球磨时间等参数，使上述参数对CeO2颗粒的粉碎发挥协同作用，将团聚至微米级的CeO2颗粒粉碎至电镜下平均粒径约为100nm的纳米颗粒，显著改善了CeO2颗粒的团聚和板结现象，得到的CeO2悬浮液稳定性好，静置7天后仍无明显沉降。本专利技术抛光液中含有的表面活性剂为离子型或非离子型，表面活性剂的添加不会降低二氧化铈悬浮液的稳定性，静置7天后仍无明显沉降。
[0018]用本专利技术的抛光液对SiO2和Si3N4空白晶圆片进行化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抛光液，包括CeO2悬浮液和表面活性剂，其特征在于，所述表面活性剂选自离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂，离子型表面活性优选哌嗪或2
‑
甲基哌嗪，非离子型表面活性剂优选PEG或PVP(优选分子量不小于50000的PVP，如PVP
‑
K30和/或PVP
‑
K90)。2.根据权利要求1所述抛光液，其特征在于，所述CeO2的浓度为0.015wt.％
‑
0.15wt.％(优选0.015wt.％
‑
0.075wt％)，所述表面活性剂的浓度为0.015wt％
‑
0.075wt.％(优选0.015wt.％
‑
0.045wt.％)；可选的，CeO2与表面活性剂的浓度相等。3.根据权利要求1或2所述抛光液，其特征在于，其中的CeO2颗粒的粒径为30
‑
150nm(优选30
‑
120nm或55
‑
150nm，更优选30
‑
90nm或55
‑
60nm)；可选的，静置7天无明显沉淀。4.根据权利要求1
‑
3任一所述抛光液，其特征在于，pH值为4或pH值为7
‑
12(优选10
‑
12)时，所述抛光液对氮化硅的去除速率为(优选)；可选的，pH值为4或12时，所述抛光液对二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢李乐，柴智敏，王同庆，路新春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：