[发明专利]一种化学机械抛光液以及抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液以及抛光方法。

背景技术

COMS芯片的制造通常是在硅衬底材料上集成数以亿计的有源器件（包括NMOS和PMOS），进而设计各种电路实现复杂的逻辑功能和模拟功能。要确保不同器件之间的电学隔离，就要采用绝缘材料将其隔离，浅槽隔离（STI）就是在有源器件之间形成隔离区的工业化方法。这种隔离方法，是在衬底上生长一层二氧化硅层，然后再沉积一层氮化硅薄膜，二者的典型厚度分别为10-20nm和50-100nm，然后进行涂胶、曝光和显影。

其中要用CMP平坦化工艺快速去除二氧化硅并停止在氮化硅上面，这就要求其抛光液要具有较高的高密度等离子体二氧化硅（HDP）的去除速率，以及高的二氧化硅对氮化硅（HDP/Si3N4）的抛光选择比，通常要大于10，并且在不同密度区域的蝶形凹陷不能相差200埃，表面光滑洁净，颗粒污染物和缺陷等均小于工艺要求指标。

目前芯片厂广泛应用的是二氧化铈抛光液，相关的技术专利也很多，例如美国专利US7109117B2、US7364600B2该类抛光液抛光速度快，对氮化硅的选择比较高，是较为成熟的工业化产品，但抛光液容易产生沉积分层，对在线的设备要求较高，另外价格昂贵，在全球芯片行业降耗增效的背景下，降低成本也是抛光液的要求之一。

上述专利提到的方法还存在一个问题，在高离子强度下，例如加入大量钾离子（>0.1mol/Kg），研磨颗粒的平均粒径会逐渐增加，抛光液不稳定，很容易沉降、分层。所以必需在生产后极短时间内使用，这样在生产和客户端的使用上很难进行操作。

目前，化学机械抛光液（CMP）所用的研磨颗粒通常采用二氧化硅，包括硅溶胶（colloidal silica）和气相二氧化硅（fumed silica）。它们本身是固体，但是在水溶液中可以均匀分散，不沉降，甚至可以保持1至3年的长期稳定性。

研磨颗粒在水相中的稳定性（不沉降）可以用双电层理论解释－由于每一个颗粒表面带有相同的电荷，它们相互排斥，不会产生凝聚。按照Stern模型，胶体离子在运动时，在切动面上会产生Zeta电势。Zeta电势是胶体稳定性的一个重要指标，因为胶体的稳定是与粒子间的静电排斥力密切相关的。Zeta电势的降低会使静电排斥力减小，致使粒子间的van der Waals吸引力占优，从而引起胶体的聚集和沉降。离子强度的高低是影响Zeta电势的重要因素。

胶体的稳定性除了受zeta电势的影响，还受其他许多因素的影响。例如，受温度的影响，在较高温度下，颗粒无规则热运动加剧，相互碰撞的几率增加，会加速凝聚；例如，受pH值影响，在强碱性、强酸性条件下比中性稳定，其中碱性最稳定，PH值4-7区间最不稳定；例如，受表面活性剂种类的影响，有些表面活性可以起到分散剂的作用，提高稳定性，而有些表面活性剂会降低纳米颗粒表面电荷，减小静电排斥，加速沉降。在表面活性剂中，通常阴离子型表面活性剂有利于纳米颗粒的稳定性，而阳离子型表面活性剂容易降低稳定性；再例如，和添加剂的分子量有关，太长的聚合物长链有时会缠绕纳米颗粒，增加分散液的粘度，加速颗粒凝聚。因此，硅溶胶的稳定性受多方面因素的影响。

美国专利60142706和美国专利09609882公开了含有硅烷偶联剂的抛光液和抛光方法。其中硅烷偶联剂起到改变多种材料的抛光速度以及改善表面粗糙度的作用。这两篇专利并没有发现：在高离子强度（>0.1mol/Kg）时，硅烷偶联剂可以起到对抗高离子强度的作用、稳定纳米颗粒。因为通常在含有非常高的离子强度时（例如含有大于>0.2mol/Kg钾离子），硅溶胶颗粒的双电层会被大幅压缩，静电排斥力减小，迅速形成凝胶、沉淀。

发明内容

本发明提供一种用于浅槽隔离的化学机械抛光液，至少含有一种硅基磨料、含硅的有机化合物、确保整个体系中含有大于或等于0.1mol/Kg的粒子强度的电解质阳离子、一种含氮化合物。

本发明涉及一种化学机械抛光液在提高二氧化硅/氮化硅选择比中的应用，化学机械抛光液包含研磨颗粒，含硅的有机化合物，大于或等于0.1mol/Kg的离子强度的电解质离子，以及含氮化合物，

该含硅的有机化合物可以用下述通式表示：

通式：