專利名稱：一種化學機械拋光液的制作方法
技術領域：
本發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 面形成了不規則的形貌。現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，用一載重物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 凹損。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損，造成后續步驟覆蓋多晶硅層后的拋光過 程中，二氧化硅碟形凹損中殘留多晶硅。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損缺陷、及去除殘留了多晶硅的二氧 化硅碟形凹損的問題至關重要。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 (OH)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。US2005/0130428A1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損，在 多晶硅拋光過程前(a)后(b)的示意圖。圖3為應用本發明的新用途在拋光后可獲得的晶片結構圖。
發明內容
本發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。本發明的拋光液，含有研磨顆粒、至少一種硅的增速劑、至少一種硅的抑制劑和 水。
NH
C——NH-
的化合
)本發明中，所述的硅的增速劑為含有胍基團_
(一 物。所述的含有胍基的化合物為單胍、雙胍、聚胍類化合物及其酸加成鹽。所述的單胍類化合物及其酸加成鹽較佳的為胍、碳酸胍、乙酸胍、磷酸氫二胍、鹽 酸胍、硝酸胍、硫酸胍、氨基胍、氨基胍碳酸氫鹽、氨基胍磺酸鹽、氨基胍硝酸鹽或氨基胍鹽 酸。所述的雙胍類化合物或其酸加成鹽較佳的為雙胍、二甲雙胍、苯乙雙胍、1，1’ -己 基雙[5_(對氯苯基)雙胍、嗎啉胍、上述化合物的酸加成鹽或6-脒基-2-萘基4胍基苯甲 酸酯甲基磺酸鹽；所述的酸較佳的為鹽酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸。所述的聚胍或其酸加成鹽較佳的為聚六亞甲基胍、聚六亞甲基雙胍、聚(六亞甲 基雙氰基胍-六亞甲基二胺)或其酸加成鹽。所述的酸較佳的為鹽酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡 萄糖酸或磺酸。所述的聚胍類化合物或其酸加成鹽的聚合度較佳的為2 100。所述硅的增速劑在溶液中的含量較佳為重量百分比0. 0001 10wt%，更佳為重 量百分比0. 001 3wt%。本發明中，所述硅的抑制劑為多元醇型非離子表面活性劑。所述的多元醇型非離子表面活性劑為多元醇與脂肪酸經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。
所述的硅的抑制劑在溶液中的含量較佳為重量百分比0. 0001 20wt%，更佳為 重量百分比0. 001 3wt%。本發明中，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重量百分比0. 1 30wt%。所述的研磨顆粒的粒徑較佳為20 150nm，更佳為30 120nm。本發明的拋光液的pH值較佳的為7 12。本發明的拋光液中還可以含有H2S04、HN03等常用的酸性pH調節劑，粘度調節劑和 /或消泡劑等，通過它們來控制拋光液的PH和粘度等特性。本發明的拋光液由上述成分簡單混合均勻即得。本發明的拋光液可以濃縮制備，使用時加入去離子水混合均勻即可。本發明的積極進步效果在于本發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，硅抑制劑可顯著降低多晶硅的去除速率，而不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；硅增速劑可以溶解多晶硅，將拋光殘余物 帶走，避免重新吸附在晶片或拋光墊上。通過調節硅增速劑和硅抑制劑的量，即可獲得具有 合適多晶硅/ 二氧化硅選擇比的拋光液。此拋光液與現有技術相比，更好的解決了現有多 晶硅拋光過程中二氧化硅溝道中多晶硅碟形凹損缺陷的發生和二氧化硅碟形凹陷中的多 晶硅殘留的問題。可通過一步拋光實現高平坦化度，無多晶硅殘留，拋光后可獲得如圖3所 示的晶片結構。本發明的新用途還具有工藝窗口寬的特點，可使生產率大大提高，生產成本 大大降低。同時胍類化合物還具有調節PH的作用，使得本發明的拋光液無需添加常規堿性 PH調節劑(Κ0Η等無機堿和/或氨水等有機胺等)，大大減少了金屬離子污染和環境污染。
具體實施例方式下面通過實施例的方式進一步說明本發明，并不因此將本發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給出了本發明的多晶硅化學機械拋光液1 12的配方，按表中所給各成分及 其含量混合均勻即可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 1權利要求
1.一種拋光硅的化學機械拋光液，包含水、研磨顆粒、至少一種硅的增速劑和至少一 種硅的抑制劑。
2.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述硅的增速劑為含有胍基團
3.如權利要求2所述拋光液，其特征在于，所述的含有胍基的化合物為單胍、雙胍、聚 胍類化合物及其酸加成鹽。
4.如權利要求3所述拋光液，其特征在于，所述的單胍類化合物及其酸加成鹽為選自 胍、碳酸胍、乙酸胍、磷酸氫二胍、鹽酸胍、硝酸胍、硫酸胍、氨基胍、氨基胍碳酸氫鹽、氨基胍 磺酸鹽、氨基胍硝酸鹽和氨基胍鹽酸中的一種或多種。
5.如權利要求3所述拋光液，其特征在于，所述的雙胍類化合物或其酸加成鹽為雙胍、 二甲雙胍、苯乙雙胍、1，1’ -己基雙[5-(對氯苯基)雙胍、嗎啉胍、上述化合物的酸加成鹽 或6-脒基-2-萘基4胍基苯甲酸酯甲基磺酸鹽；所述的酸為鹽酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖 酸和磺酸中的一種或多種。
6.如權利要求3所述拋光液，其特征在于，所述的聚胍或其酸加成鹽為聚六亞甲基胍、 聚六亞甲基雙胍、聚(六亞甲基雙氰基胍-六亞甲基二胺)或其酸加成鹽；所述的酸為鹽 酸、磷酸、硝酸、醋酸、葡萄糖酸或磺酸；所述的聚胍類化合物或其酸加成鹽的聚合度為2 100。
7.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述硅的增速劑在溶液中的含量為重量百 分比 0. 0001 IOwt % ·
8.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述硅的抑制劑為多元醇型非離子表面活 性劑。
9.如權利要求8所述拋光液，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。
10.如權利要求9所述拋光液，其特征在于所述的酯類表面活性劑為多元醇脂肪酸酯 R1OmHnrn(OCR2) η、聚乙二醇脂肪酸酯 Ii2COO(CH2CH2O)pH 或 &C00 (CH2CH2O) pOCR2、聚氧乙烯多元 醇脂肪酸酯RAiUKHfHW) ρ (OCR2)n,其中，R1 (OH)m為2彡m彡8的多元醇，4彡ρ彡120， R2COOH為碳原子數為8 22的脂肪酸，η = 1 4且m彡η。
11.如權利要求9所述拋光液，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、蔗糖或聚乙二醇。
12.如權利要求9所述的拋光液，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。
13.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述的硅的抑制劑在溶液中的總含量為重 量百分比 0. OOOlwt. % 20wt. %o
14.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述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。
15.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的含量為重量百分比 0. lwt. % 30wt. %。
16.如權利要求1所述拋光液，其特征在于所述的研磨顆粒的粒徑為20 150nm。
17.如權利要求16所述拋光液，其特征在于所述的研磨顆粒的粒徑為30 120nm。
18.如權利要求1所述拋光液，其特征在于，所述拋光液用于涉及單晶硅和多晶硅的拋光。
全文摘要
本發明涉及一種對硅進行化學機械拋光的拋光液。該拋光液中含有水，研磨顆粒、至少一種硅的增速劑和至少一種硅的抑制劑。本發明的拋光液通過調節硅的增速劑和抑制劑的量，可以調節硅與二氧化硅的選擇比，提高平坦化效率。
文檔編號H01L21/306GK102101979SQ20091020138
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者荊建芬 申請人:安集微電子(上海)有限公司