[发明专利]一种化学机械抛光液及其使用方法

说明书

本发明公开了一种化学机械抛光液，包括：复合研磨颗粒、氧化剂和水，其中，所述复合研磨颗粒为选自二氧化铈、二氧化钛、二氧化锰和三氧化二铝中的两种或多种金属氧化物相互包覆的复合氧化物颗粒。本发明中的化学机械抛光液具有较高的含碳材料的去除速率，可用于含碳材料的化学机械抛光。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，具体涉及一种化学机械抛光液及其使用方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，大规模集成电路互连层的不断增加，导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。化学机械抛光(CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。化学机械抛光的操作仪器通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，将含有研磨剂的浆液滴到抛光垫上，浆液因离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。

因具有宽带隙、高热导率、高临界击穿电场、高电子饱和迁移速率、高化学稳定性等特点，碳化硅、无定形碳等含碳材料作为新一代宽带隙半导体材料，在高温、高频、大功率、高密度集成电子器件等方面具有巨大的应用潜力。但是由于含碳材料在常温下非常稳定，不易发生化学反应，对机械力研磨的耐受性很好，因此常用的化学机械抛光液在抛光含碳材料时，难以获得较高的抛光速度。

CN102464944A在抛光液中添加高锰酸、锰酸及其盐类等强氧化剂，并使用二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、二氧化铈(CeO₂)和二氧化钛(TiO₂)等磨料作为研磨颗粒，来提高含碳材料的化学机械去除速率，然而含碳材料的研磨速率仍然偏低，不能满足半导体工艺要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种化学机械抛光液及其使用方法，通过在抛光液中加入二氧化铈、二氧化钛、二氧化锰和三氧化二铝中的两种或多种金属氧化物相互包覆的复合氧化物颗粒，提高含碳材料的研磨速率。

具体地，本发明提供了一种化学机械抛光液，包括复合研磨颗粒、氧化剂和水。

其中，所述复合研磨颗粒为选自二氧化铈、二氧化钛、二氧化锰和三氧化二铝中的两种或多种金属氧化物相互包覆的复合氧化物颗粒。优选地，所述复合研磨颗粒选自表面包覆三氧化二铝的二氧化钛颗粒，表面包覆二氧化锰的二氧化钛颗粒，表面包覆二氧化钛的二氧化铈颗粒，表面包覆三氧化二铝的二氧化铈颗粒，表面包覆二氧化锰和三氧化二铝的二氧化钛颗粒，表面包覆二氧化钛的二氧化锰颗粒，表面包覆二氧化钛的三氧化二铝颗粒中的一种或多种。

本发明中，所述复合研磨颗粒的质量百分比浓度为0.1～10％。优选地，所述复合研磨颗粒的质量百分比浓度为0.5～5.0％

本发明中，所述复合研磨颗粒的粒径为50～500nm。优选地，所述复合研磨颗粒的粒径为50～350nm。

本发明中，所述氧化剂选自氯酸盐，高氯酸盐，碘酸盐，高碘酸盐，高锰酸盐，双氧水，单过硫酸盐，过硫酸盐中的一种或多种；优选地，所述氧化剂为高锰酸钾。

本发明中，所述氧化剂的质量百分比浓度为0.01～1％。优选地，所述氧化剂的质量百分比浓度为0.05～0.5％

本发明中，所述化学机械抛光液的pH值为2～6。优选地，所述化学机械抛光液的pH值为2～4

本发明中的化学机械抛光液中，还可以包含pH调节剂和杀菌剂等其他本领域的添加剂。

另一方面，本发明提供了一种本发明中化学机械抛光液的使用方法，包括：将本发明的化学机械抛光液用于含碳材料的化学机械抛光。