專利名稱：一種化學機械拋光液的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化學機械拋光液，尤其涉及一種用于拋光多晶硅的化學機械拋光液。
背景技術：
在集成電路制造中，互連技術的標準在提高，一層上面又沉積一層，使得在襯底表面形成了不規(guī)則的形貌。現(xiàn)有技術中使用的一種平坦化方法就是化學機械拋光(CMP)，CMP 工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊去拋光一硅片表面。在典型的化學機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉拋光墊接觸，在襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液(通常稱為拋光液或拋光漿料) 涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發(fā)生化學反應開始進行拋光過程。在多晶硅的拋光過程中，通常會存在如下兩個問題1、因為多晶硅/ 二氧化硅的拋光速率選擇比過高，使得最后拋光過程停止在二氧化硅層上時，難免會有多晶硅的碟形凹陷。如圖1所示，圖中a、b分別為拋光前和拋光后的結構。且該問題會隨著二氧化硅之間的溝槽寬度的增加而加重。這會對器件的性能造成嚴重影響。2、淺溝道隔離(STI)化學機械研磨過程中，二氧化硅表面形成碟形凹陷，造成后續(xù)步驟覆蓋多晶硅層后的拋光過程中，二氧化硅碟形凹陷中殘留多晶硅。如圖2所示，圖中a、b分別為拋光前和拋光后的結構。這同樣會對器件的性能造成嚴重影響。因此，解決多晶硅拋光過程中表面碟形凹陷缺陷、及去除二氧化硅碟形凹陷中殘留的多晶硅的問題至關重要。US2003/0153189A1公開了一種用于多晶硅拋光的化學機械拋光液及方法，該拋光液包括一種聚合物表面活性劑和一種選自氧化鋁和氧化鈰的研磨顆粒，該聚合物表面活性劑為聚羧酸酯表面活性劑，用該漿料可以使多晶硅表面大塊區(qū)域的拋光速率大大高于溝槽內的拋光速率，從而減少凹陷。US2003/0216003A1和 US2004/0163324A1公開了一種制造Flash的方法。其中包括一種拋光多晶硅的拋光液，該拋光液中包含至少一種含有-N(OH)，-NH(OH)，-NH2(0H)基團的化合物，使用該漿料的多晶硅與二氧化硅的拋光選擇比大于50。US2004/01235^A1公開了一種包含研磨顆粒和陰離子化合物的酸性拋光液，該陰離子化合物能降低保護層薄膜的去除速率，提高多晶硅與保護層薄膜的去除速率選擇比。US2005/0130^8A1和CN 1637102A公開了一種用于多晶硅化學機械拋光的漿料，該漿料成分包括一種或多種在多晶硅層上形成鈍化層的非離子表面活性劑及一種能形成第二鈍化層來能減小氮化硅或氧化硅除去速率的第二表面活性劑。專利文獻US6191039揭示了一種化學機械拋光方法，可以降低化學拋光的時間和成本，且有很好的平坦化效果。以上技術雖然在一定程度上達到了一定的平坦化效果，縮短了拋光時間和成本，但是或者是分兩步操作，或者只是抑制了多晶硅的拋光速率，不利于二氧化硅蝶形凹陷中多晶硅的去除，且操作復雜，拋光效果有限。


圖1為常規(guī)多晶硅拋光過程中，拋光前(a)和拋光后(b)的晶片結構圖。圖2為淺溝道隔離(STI)化學機械研磨過程中造成的二氧化硅表面碟形凹陷，在多晶硅拋光過程前(a)后(b)的示意圖。圖3為應用本發(fā)明的拋光液在拋光后可獲得的晶片結構圖。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決上述多晶硅/ 二氧化硅選擇比過高，二氧化硅蝶形凹陷中殘留多晶硅清除較難的問題，而提供一種用于拋光多晶硅的具有合適的多晶硅/ 二氧化硅選擇比的化學機械拋光液。本發(fā)明的拋光液，含有研磨顆粒、至少一種唑類化合物、至少一種多元醇型非離子表面活性劑和水。本發(fā)明中，所述的唑類化合物較佳的為三氮唑及其衍生物和鹽、以及四氮唑及其衍生物和鹽中的一種或多種。所述的三氮唑及其衍生物較佳的為1，2，3_三氮唑、5-巰基-1，2，3-三氮唑、苯并三氮唑、5-氯代苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、1，2，4-三氮唑、1，2，4-三氮唑-3-甲酰胺、1，2，4-三氮唑-3-羧酸、3-巰基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑-5-羧酸、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、3-硝基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3-巰基-4-甲基-1，2，4-三氮唑、 3，5- 二氨基-1,2,4-三氮唑、1，2，4-三氮唑_3_羧酸甲酯和5-氨基-1,2,4-三氮唑-3-羧酸甲酯中的一種或多種。所述的四氮唑及其衍生物為IH-四氮唑、IH-四氮唑-5-甲酸乙酯、5-苯基-四氮唑、5-甲基-四氮唑、1-甲基-5-巰基-IH-四氮唑、5-氯甲基-IH-四氮唑、5-芐基四氮唑、5-芐硫基四氮唑、5-氨基四氮唑、2-甲基-5-氨基-2H-四氮唑、5-甲硫基四氮唑、5-乙硫基四氮唑、1-羥乙基-5-巰基-四氮唑、1-苯基-5-巰基-四氮唑、四氮唑乙酸、1-乙基-5-巰基-四氮唑和4-羥基苯基-5-巰基-四氮唑中的一種或多種。所述的鹽為鈉鹽、鉀鹽或銨鹽。所述的唑類化合物在拋光液中的含量較佳為0. 0001 10wt%，更佳為0. 001 3wt%。本發(fā)明中，所述的多元醇型非離子表面活性劑為多元醇與脂肪酸經(jīng)酯化反應生成的酯類表面活性劑和/或聚乙二醇表面活性劑。所述的酯類表面活性劑為多元醇脂肪酸酯I^1OmHnra(OCR2)n、聚乙二醇脂肪酸酯 R2COO (CH2CH2O) PH 或 &C00 (CH2CH2O) p0CI 2、聚氧乙烯多元醇脂肪酸酯 I^1OmHnra (CH2CH2O) p (OCR2) n，其中，R1 (OH)ffl為2彡m彡8的多元醇，4彡ρ彡120，R2COOH為碳原子數(shù)為8 22的脂肪酸，η = 1 4且m彡η所述的多元醇為乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、丙二醇、甘油、聚甘油、聚氧乙烯甘油、季戊四醇、失水木糖醇、聚氧乙烯失水木糖醇、山梨醇、聚氧乙烯山梨醇、失水山梨醇、聚氧乙烯失水山梨醇、蔗糖或聚乙二醇。所述的聚乙二醇表面活性劑為分子量為200 20000的聚乙二醇。所述的多元醇型非離子表面活性劑的含量較佳為0.0001 5wt%，更佳為 0. 001 lwt%。本發(fā)明中，所述研磨顆粒為本領域常用研磨顆粒為二氧化硅、三氧化二鋁、摻雜鋁的二氧化硅、覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦和高分子研磨顆粒中的一種或多種。所述的研磨顆粒的含量為0. 1 30wt%。更佳為0. 5 20wt%所述的研磨顆粒的粒徑較佳為20 150nm，更佳為30 120nm。本發(fā)明的拋光液的pH值較佳為7 12。本發(fā)明的拋光液中還可以含有常用的PH調節(jié)劑，粘度調節(jié)劑和/或消泡劑等，通過它們來控制拋光液的PH和粘度等特性。本發(fā)明的拋光液由上述成分簡單混合均勻即得。本發(fā)明的拋光液可以濃縮制備，使用時加入去離子水稀釋至本發(fā)明的濃度范圍， 混合均勻即可。本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明的拋光液可以在堿性條件下較好地拋光單晶硅和多晶硅薄膜。其中，多元醇型非離子表面活性劑可顯著降低多晶硅的去除速率，而不顯著降低二氧化硅的去除速率，從而顯著降低多晶硅與二氧化硅的選擇比；唑類化合物可以溶解多晶硅，將拋光殘余物帶走，避免重新吸附在晶片或拋光墊上。通過調節(jié)唑類化合物和多元醇型非離子表面活性劑的量，即可獲得具有合適多晶硅/ 二氧化硅選擇比的拋光液。 此拋光液與現(xiàn)有技術相比，更好的解決了現(xiàn)有多晶硅拋光過程中二氧化硅溝道間多晶硅碟形凹陷缺陷的發(fā)生和二氧化硅碟形凹陷中的多晶硅殘留的問題?？赏ㄟ^一步拋光實現(xiàn)高平坦化度，無多晶硅殘留，拋光后可獲得如圖3所示的晶片結構。本發(fā)明的拋光液還具有工藝窗口寬的特點，可使生產(chǎn)率大大提高，生產(chǎn)成本大大降低。
具體實施例方式下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。實施例1多晶硅的化學機械拋光液表1給出了本發(fā)明的多晶硅化學機械拋光液1 35的配方，按表中所給各成分及其含量混合均勻，水補足重量百分比至100%，之后采用氫氧化鉀和硝酸等調節(jié)至合適pH 值即可制得各實施例的拋光液，水為余量。表1多晶硅的化學機械拋光液1 35
實施例研J窘顆粒多元醇型非離子表面活性劑唑類化合物PH含量 wt%具體物質含量 wt%具體物質含量 wt%具體物質13SiO2 (20nm)0.1聚氧乙烯(60)山梨醇四油酸酯0.00011,2,4-三氮唑-3-羧酸權利要求
1.一種化學機械拋光液，包括研磨顆粒、至少一種唑類化合物和至少一種多元醇型非離子表面活性劑。
2.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于所述唑類化合物為三氮唑及其衍生物和鹽、以及四氮唑及其衍生物和鹽中的一種或多種。
3.如權利要求2所述的化學機械拋光液，其特征在于所述三氮唑及其衍生物選自1， 2，3-三氮唑、5-巰基-1，2，3-三氮唑、苯并三氮唑、5-氯代苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、1，2，4_三氮唑、1，2，4_三氮唑-3-甲酰胺、1，2，4_三氮唑-3-羧酸、 3-巰基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑_5_羧酸、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、3-硝基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3-巰基-4-甲基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4-三氮唑、1，2，4-三氮唑-3-羧酸甲酯和5-氨基-1， 2，4_三氮唑-3-羧酸甲酯中的一種或多種；所述四氮唑及其衍生物為IH-四氮唑、IH-四氮唑-5-甲酸乙酯、5-苯基-四氮唑、5-甲基-四氮唑、1-甲基-5-巰基-IH-四氮唑、5-氯甲基-IH-四氮唑、5-芐基四氮唑、5-芐硫基四氮唑、5-氨基四氮唑、2-甲基-5-氨基-2H-四氮唑、5-甲硫基四氮唑、5-乙硫基四氮唑、1 -羥乙基-5-巰基-四氮唑、1-苯基-5-巰基-四氮唑、四氮唑乙酸、1-乙基-5-巰基-四氮唑和4-羥基苯基-5-巰基-四氮唑中的一種或多種；所述鹽為鈉鹽、鉀鹽或銨鹽。
4.如權利要求1-3任一項所述的化學機械拋光液，其特征在于所述唑類化合物的濃度為 0. 0001 IOwt % O
5.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的多元醇型非離子表面活性劑為多元醇與脂肪酸經(jīng)酯化反應生成的酯類表面活性劑和/或聚乙二醇表面活性劑。
6.如權利要求5所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的酯類表面活性劑為多元醇脂肪酸酯 I^1OmHnra (OCR2) n、聚乙二醇脂肪酸酯 &C00 (CH2CH2O) PH 或 &C00 (CH2CH2O) p0CR2、 聚氧乙烯多元醇脂肪酸酯I^1OmHnrn(CH2CH2O)p (0( )n，其中，隊(OH)m為2彡m彡8的多元醇， 4彡ρ彡120，R2COOH為碳原子數(shù)為8 22的脂肪酸，n=l 4且m彡η。
7.如權利要求6所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的多元醇為乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、丙二醇、甘油、聚甘油、聚氧乙烯甘油、季戊四醇、失水木糖醇、聚氧乙烯失水木糖醇、山梨醇、聚氧乙烯山梨醇、失水山梨醇、聚氧乙烯失水山梨醇、蔗糖或聚乙
8.如權利要求5所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的聚乙二醇表面活性劑為分子量為200 20000的聚乙二醇。
9.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的多元醇型非離子表面活性劑的濃度為0. 0001 5wt%。
10.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于所述研磨顆粒選自二氧化硅、 三氧化二鋁、摻雜鋁的二氧化硅、覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦和高分子研磨顆粒中的一種或多種。
11.如權利要求1或10所述的化學機械拋光液，其特征在于所述研磨顆粒的濃度為 0. 1 30wt%。
12.如權利要求1或10所述的化學機械拋光液，其特征在于所述研磨顆粒的粒徑為 20 150nm。
13.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于所述化學機械拋光液的PH值為7 12。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種新的用于多晶硅的化學機械拋光液，這種拋光液包括研磨顆粒、至少一種唑類化合物和至少一種多元醇型非離子表面活性劑，這種拋光液可調節(jié)多晶硅與二氧化硅的選擇比，顯著提高多晶硅的平坦化效率。
文檔編號C09G1/02GK102533125SQ20101062015
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者荊建芬 申請人:安集微電子(上海)有限公司