[发明专利]可控氧化硅去除速率的化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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进一步提高到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、粒径分布不均匀，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，本专利发明人经广泛研究，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。

发明内容

本发明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。

本发明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。