一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术为一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液，所述抛光组合物的重量百分比如下：二氧化硅磨料5

【技术实现步骤摘要】
一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液


[0001]本专利技术涉及一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液。

技术介绍

[0002]为实现半导体器件的更大集成，近年来，晶圆表面上形成的线条宽度越来越窄，对晶圆表面质量的要求也越来越严格，因而对晶圆抛光的光洁度和平整度提出了更高的要求。
[0003]化学和机械去除作用相结合的化学机械抛光(CMP)工艺已被广泛应用于晶圆上表面的平面化。在典型的CMP工艺中，首先将晶圆与抛光垫紧密接触，然后将含有磨料和化学物质的抛光液注入晶圆与抛光垫之间的空隙中，通过抛光形成平面。在CMP工艺中，表面粗糙度是一个关键因素。对于CMP工艺，必须有一个安装晶圆片的抛光头，一个与抛光头方向相同的旋转抛光垫，以及含有纳米级研磨颗粒的抛光液。通过表面张力或真空压力将晶圆片固定安装在抛光头上。CMP工艺使用磨料颗粒和化学液体来产生平整的表面。在CMP过程中，一个带有抛光垫的抛光台进行简单的旋转运动，一个抛光头同时进行旋转和往复运动，并对晶圆施加恒定的压力，使晶圆被压向抛光台。晶圆表面与抛光垫由于施加的压力而相互接触，抛光液被注入到抛光垫的空隙中。
[0004]一般来说，在低pH值条件下，氧化硅膜的Zeta电位为负。根据静电吸引理论，为了实现氧化硅膜的高抛光速率，使用与氧化硅膜电位相反的具有正Zeta电位的磨料来增加其相对于氧化硅膜的吸附力，但现有氧化硅介质层化学机械抛光液对表面的修复能力较差，表面起伏较大，对后续小尺寸图形的生长具有毁灭性的影响，无法满足更高技术节点的抛光要求，此外当钠、钾等碱金属离子含量过高时会在氧化膜中变成活性离子，使晶体管性能不稳定。
[0005]因此，如何能提高抛光后表面粗糙度，降低抛光液中金属杂质的含量，来满足对于更高技术节点中氧化硅介质层的抛光是十分必要的。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液。抛光后表面粗糙度降至0.1nm以下，且金属离子总含量低于100ppb。
[0007]本专利技术实现上述目的的方案是：本专利技术提供了一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液，其特征是：所述抛光组合物的重量百分比如下：二氧化硅磨料5
‑
10％，0.1
‑
0.5％pH调节剂，1
‑
5％分散剂，1
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3％螯合剂，1
‑
3％络合剂，0.01
‑
0.1％抑制剂，0.01
‑
0.1％表面活性剂及余量水；
[0008]所述螯合剂为氨基羧酸型、有机磷酸型或羟基羧酸型中的至少一种，所述络合剂为对氨基类有机化合物，所述抑制剂为醇胺类化合物，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂；
[0009]体系pH值为2
‑
5。
[0010]优选地，所述二氧化硅磨料的粒径为40
‑
60nm左右，二氧化硅磨料在晶圆与抛光垫之间的压力和相对运动的作用下，通过物理机械作用去除晶圆上的突出部分。
[0011]优选地，所述pH调节剂为磷酸，邻苯二甲酸，乙酸，马来酸，琥珀酸，柠檬酸，草酸，苹果酸，丙二酸，戊二酸，庚二酸，亚丁酸，乙二胺四乙酸，丙二胺四乙酸中的至少一种。
[0012]优选地，所述分散剂为甲醇、乙醇、苯甲醇、乙二醇、异丙醇或正丁醇中的至少一种，能使有机物更好地分散在溶液中。
[0013]所述氨基羧酸型螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、氮川三乙酸(NTA)、N
‑
羟乙基乙氨三乙酸(HEDTA)、N
‑
四乙酸(EGTA)等中的至少一种；所述有机磷酸型螯合剂为：氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、1
‑
二磷酸(HEDP)等中的至少一种；羟基羧酸型为葡萄糖酸、聚丙烯酸(PAA)、马来酸(MAO)等中的至少一种，用于去除晶圆表面沾附的金属离子。
[0014]所述络合剂为对氨基苯甲酸、对氨基苯磺酰胺、对氨基苯磺酸、对氨基水杨酸、对氨基乙酰苯胺或对氨基苯酚中的至少一种，络合剂在酸性条件下吸附于氧化硅分子，在磨料作用下进入溶液中，进而将表层氧化硅去除。
[0015]所述醇胺类化合物优选不含苯环的醇胺类化合物，为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、N
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N二异丙基乙醇胺、N
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N二苄基乙醇胺、N
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苄基
‑
N
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甲基乙醇胺、N
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丁基二乙醇胺、羟苯乙醇胺、酚乙醇胺、N
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苄基乙醇胺、N
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甲基二乙醇胺或N,N
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二甲基乙醇胺等中的至少一种，能够抑制更小尺寸的低处抛光速率，降低表面粗糙度。
[0016]所述阳离子表面活性剂为四丁基铵、四戊基铵、四丁基膦、三丁基甲基磷、三丁基膦或苄基三丁基胺等中的至少一种，用于将络合的氧化硅分子迅速带走，并在表面形成保护膜，降低表面粗糙度。
[0017]优选地，所述抛光液中金属离子总含量低于100ppb，优选为45
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60ppb，抛光去除速率在范围内，表面粗糙度在0.1nm以下。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术选用对氨基类有机化合物为络合剂，具有苯环结构，此类化合物中氮原子上的未共用电子对与苯环的π电子组成共轭体系，发生电子的离域，使氮原子上的电子云密度部分地移向苯环，从而降低了氮原子上的电子云密度，增强了它与具有负Zeta电位的氧化硅膜表层的吸附能力，且氨基的基团半径与氧化硅分子排列的孔隙大小相近，能够破坏表层的氧化硅分子的排列，从而在磨料的作用下加速氧化硅介质膜的去除。同时选用醇胺类化合物作为抑制剂，当两个不同的原子结合形成共价键时，由于这两个原子对于价电子的引力完全不一样，这就使分子的一端带电荷多些，而另一端带电荷少些，就认为一个原子带一部分负电，而另一个原子则带一部分正电，原子间的电负性相差越大，共价键的极性也越大。在醇胺类化合物中氧原子和氮原子的电负性均高于碳原子，这使得醇基和氨基上带有大量的负电荷，而与之相连的烷基带有正电荷，也就是能使得氨基和醇基相邻的碳原子尽可能的带正电。带有正电荷的烷基能够吸附在具有负Zeta电位的氧化硅膜表面，阻止氧化硅膜表面被腐蚀。硅基质表面与抛光液介质，在磨料的机械作用下，高处吸附的抑制剂被去除，裸露出氧化硅表面，使其更平整，而低洼处吸附的抑制剂则能够起到保护氧化硅膜(裸露的氧化硅介质层)不被腐蚀的作用，抑制剂通过正电荷吸附在低洼处进行保护，且能填充低洼的微小凹陷，在抛光过程中进一步减小表面的高低差，从而降低氧化硅膜的表面粗糙度。
[0020]本专利技术中低表面粗糙度的氧化硅介质层表面凹陷非常小，凹陷尺寸在1nm以下，能用于高端制程中，在高端制程中的要求决定了其布线宽度小，对表面粗糙度的要求更高，通过特定地络合剂、抑制剂、磨料、表面活性剂和螯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液，其特征是：所述抛光组合物的重量百分比如下：二氧化硅磨料5
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10％，0.1
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0.5％pH调节剂，1
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5％分散剂，1
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3％螯合剂，1
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3％络合剂，0.01
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0.1％抑制剂，0.01
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0.1％表面活性剂及余量水；所述螯合剂为氨基羧酸型、有机磷酸型或羟基羧酸型中的至少一种，所述络合剂为对氨基类有机化合物，所述抑制剂为醇胺类化合物，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂；体系pH值为2
‑
5。2.根据权利要求1所述的低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液，其特征是：所述二氧化硅磨料的粒径为40
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60nm；所述pH调节剂为磷酸，邻苯二甲酸，乙酸，马来酸，琥珀酸，柠檬酸，草酸，苹果酸，丙二酸，戊二酸，庚二酸，亚丁酸，乙二胺四乙酸，丙二胺四乙酸中的至少一种；所述分散剂为甲醇、乙醇、苯甲醇、乙二醇、异丙醇或正丁醇中的至少一种；所述络合剂为含苯环的对氨基类有机化合物；所述醇胺类化合物为不含苯环的醇胺类化合物；所述阳离子表面活性剂为四丁基铵、四戊基铵、四丁基膦、三丁基甲基磷、三丁基膦或苄基三丁基胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的低表面粗糙度的氧化硅介质层化学机械抛光液，其特征是：所述络合剂为对氨基苯甲酸、对氨基苯磺酰胺、对氨基苯磺酸、对氨基水杨酸、对氨基乙酰苯胺或对氨基苯酚中的至少一种；所述抑制剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、N
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N二异丙基乙醇胺、N
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N二苄基乙醇胺、N
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苄基
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N
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甲基乙醇胺、N
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丁基二乙醇胺、羟苯乙醇胺、酚乙醇胺、N
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苄基乙醇胺、N
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甲基二乙醇胺或N,N
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二甲基乙醇胺中的至少一种。4.根据权利要求3所述的低表面粗糙度的氧化硅介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鉴哲，王晗笑，刘园，张琳，张今玉，王建帅，
申请(专利权)人：博力思天津电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：