本发明专利技术公开了一种用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液，此化学机械抛光液以抛光液总重量为基准，包含下列重量百分比的原料组分：氧化硅抛光颗粒0.2-30wt％；表面活性剂0.01-4wt％；有机添加剂0.01-5wt％；pH调节剂和水性介质为余量；所述化学机械抛光液的pH值范围为9-12。本发明专利技术的化学机械抛光液氧化硅薄膜去除速率可控，可满足半导体应用中氧化硅介电材料在CMP工艺中的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术关于一种化学机械抛光液，可有效应用于半导体中氧化硅介电材料的化学机械抛光。
技术介绍
为满足庞大的半导体市场需求和应对消费者对产品性能越来越高的要求，半导体器件运行速度越来越快，存储容量也越来越高，芯片特征尺寸和集成度一直沿着美国英特尔公司创始人G.Moore提出的摩尔定律飞速发展。驱使着加工工艺向着更高的电流密度、 更高的时钟频率和更多的互连层转移。由于器件尺寸的缩小，光学光刻设备焦深的减小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级。为解决这一问题，能够实现全局平坦化的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技术，一举成为半导体制造重要关键工艺之一。CMP技术在实行过程中，抛光垫和晶圆片作相对转动，抛光液在两者之间流动，以此达到全局平坦化的目的。自二十世纪八十年IBM引入CMP技术以来，CMP在半导体制造过程中的应用越来越广泛。在CMP工艺的诸多应用中，氧化硅介电材料抛光一直占据着很重要的位置。据2010 年市场咨询公司Linx调查显示，氧化硅介电材料抛光约占据了超过20%的市场份额。因氧化硅质硬、化学惰性(仅与HF和强碱反应)，通常在使用价廉的SiO2抛光液对氧化硅薄膜的抛光中，需要加快氧化硅去除速率以提高CMP工艺效率；而在其它一些氧化硅介电材料作为衬底的应用中，要求抛光后衬底损失尽可能少以避免器件性能受损，需要氧化硅衬底去除速率尽可能低。因此，实现氧化硅可控去除，对于氧化硅介电材料CMP工艺具有重要的意义。为加快氧化硅去除速率，很多研究人员做出了很多有益的尝试。早在1990年，L. M Cook 在他的文章(Lee M. Cook. J. Non-Cryst. Solids, 120,152-171,1990.)中提到了使用邻苯二酚促进剂，可通过邻苯二酚与氧化硅去除产物(原硅酸)之间的配位来加快氧化硅的抛光；而在专利CN 101463226中，安集微电子有限公司宋伟红等人声称使用含1_4个氮原子的杂环化合物以及衍生物，氧化硅去除速率可由40nm/min提高到约90nm/min。在安集微电子有限公司的另一篇专利(CN 101638557)中，陈国栋等人揭示在抛光液中使用碳原子数目为2-8的多元羧酸(盐)和一取代有机膦酸(盐)作为速率增助剂，也可促进氧化硅的抛光。以酒石酸钾为例，他们的数据显示氧化硅去除速率可由270nm/min进一步提高至Ij 310nm/min。另一方面，也有文献涉及抑制氧化硅抛光的研究。在美国专利US 7，252，695 B2 中，EricJacquinot等人声称使用阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)，可将氧化硅去除速率由190nm/min抑制到约160nm/min。CN 101372606A公开了一种硫系化合物相变材料氧化铈化学机械抛光液，抛光液中含有氧化剂、氧化铈颗粒，因氧化剂稳定性差且氧化铈颗粒价格昂贵、易沉降、形状不规则、粒径分布不均勻，将其用于氧化硅介电材料时存在易产生划痕、工艺稳定性不佳且成本昂贵等缺点，因此，本专利专利技术人经广泛研究，在CN 101372606A的基础上，开发出了新的无氧化剂、碱稳定、价格低廉且具备独特配位作用有机添加剂的氧化硅用SiO2抛光液。利用该不同成分、不同计量比的化学机械抛光液，对氧化硅薄膜的可控去除(速率在2nm/min 到400nm/min)，可满足半导体应用中氧化硅介电材料在CMP工艺中的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化硅介电材料用、去除速率可控的化学机械抛光液。本专利技术提供了一种用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液，此化学机械抛光液以抛光液总重量为基准，包含下列重量百分比的原料组分氧化硅抛光颗粒 0. 2-30wt %，优选5_20wt %表面活性剂0. 01_4wt%，优选 0. 05_2wt%有机添加剂0. 01_5wt%，优选 0. 05_3wt%pH调节剂和水性介质余量；所述化学机械抛光液的pH值范围为9-12，优选10-11。本专利技术的化学机械抛光液中不含氧化剂。在通行的金属抛光液中，针对金属“氧化-质软-去除”的抛光机制，一般会加入H2A或者高价金属盐作为氧化剂来调节金属抛光过程。氧化剂在低浓度区能促进金属抛光的进行；而在高浓度区，氧化剂能在晶圆片低凹处形成厚氧化层抑制低凹处的去除，可达到保护低凹处最终提高晶片在抛光后的全局平坦化程度。但与此同时，氧化剂的引入也给抛光过程带来了诸多不利因素。首先作为氧化剂的 H2O2或者高价金属盐通常不稳定，尤其是H2A易分解，这一特点使得含氧化剂的抛光液工艺稳定差；另外，当选用高价金属盐作为氧化剂时，高价金属盐中的金属离子以及还原后的副产物会损伤半导体器件性能甚至使器件失效。鉴于以上两点，本专利技术的化学机械抛光液中不含氧化剂，因其绿色、稳定可满足半导体发展对化学机械抛光工艺越来越苛刻的要求。本专利技术提供的用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液包含氧化硅抛光颗粒。在抛光过程中，抛光颗粒一般作用是可以与被抛光材料化学交联，然后通过自身硬度及外界机械力去除交联产物并被液体带走。这个过程循环往复，从而保证了抛光过程的连续进行。选用价格低廉且应用广泛的抛光颗粒，有利于在低成本的情况下得到一定抛光性能。本专利技术中，所述氧化硅抛光颗粒选自烧结氧化硅(Fumed Silica)或者胶体氧化硅 (Colloidal Silica)中的一种，其粒径范围为 10_1500nm，优选 20_200nm。本专利技术提供的用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液包含至少一种表面活性剂。 表面活性剂以其特有的结构和一定的带电情况，可以改善抛光液的稳定性，从而利于氧化硅介电材料的化学机械抛光。所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、聚丙烯酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。优选的为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)或十六烷基三甲基溴化铵。其中，脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)结构通式为RO- (CH2CH2O) η_Η，η选自3，8，9，10，15， 20，25，30，35，R 为 C12 C18 的烷基。聚丙烯酸钠的数均分子量一般选取5000-90000。脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯结构通式为RO-(CH2CH2O)n-PO3, η选自3,8,9,10,15,20，25，30，35，R 为 C12 C18 的烷基。本专利技术提供的抛光液中研磨颗粒为氧化硅，因氧化硅等电点为2-3，在碱性区域氧化硅颗粒表面荷负电。选用非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基醇聚氧乙烯基醚时，非离子表面活性剂可以通过亲水/疏水以及氢键等作用键连到氧化硅颗粒表面，然后在氧化硅颗粒表面形成一定的空间位阻，从而提高氧化硅抛光液的稳定性。选用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵时，阳离子表面活性剂还可通过自身正电荷与荷负电的氧化硅颗粒相互吸引，从而修饰氧化硅颗粒表面，亦可改善氧化硅抛光液的稳定性。本专利技术提供的用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液包含至少一种有机添加剂。 在使用SiO2抛光颗粒对氧化硅介电材料的抛光过程中，去除过程主要为0H_对氧化硅介电材料表面Si-O键的进攻以及去除产物原硅酸(Si(OH)4)脱离氧化硅表面并被抛光液带走。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液，此化学机械抛光液以抛光液总重量为基准，包含下列重量百分比的原料组分：氧化硅抛光颗粒 ０．２－３０ｗｔ％表面活性剂 ０．０１－４ｗｔ％有机添加剂０．０１－５ｗｔ％ｐＨ调节剂和水性介质 余量；所述化学机械抛光液的ｐＨ值范围为９－１２。
【技术特征摘要】
1. 一种用于氧化硅介电材料的化学机械抛光液，此化学机械抛光液以抛光液总重量为基准，包含下列重量百分比的原料组分所述化学机械抛光液的PH值范围为9-12。2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化硅抛光颗粒的重量百分比为5-20wt%o3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂的重量百分比为 0. 05-2wt%o4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机添加剂的重量百分比为 0. 05-3wt%o5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的PH值范围为10-11。6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化硅抛光颗粒为烧结氧化硅或者胶体氧化硅，其粒径范围为10-1500nm。7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有...
【专利技术属性】
技术研发人员：王良咏，宋志棠，刘波，刘卫丽，封松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31
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