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CN113004796A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种化学机械抛光液，包含氧化铈、聚丙烯酸、聚乙烯胺、以及水。本发明通过聚乙烯胺作为添加剂能够降低带负电荷的氧化铈对图案晶圆的蝶形量，提高平坦化效率。

Description

一种化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及化学机械抛光液领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。
背景技术
目前，化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)在微纳米器件制造过程中已经成为最有效，最成熟的平坦化技术。在微纳米器件制造过程中，浅槽隔离(ShallowTrench Isolation,STI)工艺以突出的隔离性能，平坦的表面形貌以及良好的锁定性能，成为近年来主流隔离技术。
在浅槽隔离抛光工艺中，抛光液对氧化硅和氮化硅的抛光速度一般具有较高的选择比，当氮化硅层暴露时，氮化硅作为阻挡层在理想的情况下可以让抛光停止。如果氧化硅层过度抛光，氧化硅层会凹进去，形成所谓的“蝶形化”(Dishing)，导致平坦化效率降低。因此，需要寻找一种提高平坦化效率的化学机械抛光液。
发明内容
为解决现有技术中经丙烯酸处理的带负电荷的氧化铈容易因为过度抛光而存在的蝶形化问题，本发明提供一种化学机械抛光液，包含氧化铈、聚丙烯酸、聚乙烯胺、以及水。本申请提供的化学机械抛光液不仅能够保持高的二氧化硅抛光速率，同时能够降低带负电荷的氧化铈对图案晶圆的蝶形量。
进一步地，所述聚乙烯胺的含量为1-80ppm。
进一步地，所述聚乙烯胺的分子量为1300-750000。
进一步地，所述氧化铈的含量为0.1wt％-1.5wt％，优选为0.4wt％。
进一步地，聚丙烯酸的含量为500-1500ppm。优选为900ppm。
进一步地，所述化学机械抛光液还包含pH调节剂。
进一步地，所述pH调节剂为氨水、氢氧化钾或硝酸、醋酸、盐酸、硫酸。
进一步地，所述化学机械抛光液的pH为4-8。小于4，则颗粒尺寸变大；大于8，则浅槽隔离工艺的化学机械抛光效果不好。
本发明中所述ppm是指用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的质量浓度，称百万分比浓度；所述wt％、以及各成分百分比均为质量百分比浓度。
本发明的所用试剂及原料均市售可得。
与现有技术相比较，本发明的优势在于：本发明公开了一种聚乙烯胺作为添加剂的化学机械抛光液，不仅能够保持高的二氧化硅抛光速率，同时能够降低待负电荷的氧化铈对图案晶圆的蝶形量，从而提高平坦化效率。优选地，当所述聚乙烯胺的分子量从1300至750000，含量在65ppm或65ppm以下时的降低蝶形量的效果更好。
附图说明
图1为图案晶圆的纵剖面的结构示意图。
图2为压力4psi下二氧化硅的抛光速率和聚乙烯胺(分子量1300)浓度的关系。
附图标记：
1-凸点、2-凹点、H1-凸点线宽、H2-凹点宽度。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，详细阐述本发明的优势。
本发明中利用聚乙烯胺与丙烯酸处理的氧化铈进行混合制备而成的化学机械抛光液，对介电层基片进行抛光后，可以有效地控制蝶形化，同时该方法操作简便，成本较低。
实施例
制备方法：本实施例中，基准例是含有0.4wt％的氧化铈，丙烯酸含量为900ppm，其他实施例及对比例则在基准例的基础上添加不同分子量和含量的聚乙烯胺，并以氨水(NH4OH)或硝酸(HNO3)调节pH至4.5，用水补足质量百分比至100％。详细组份请见表1。
抛光方法：采用Mirra抛光机台对TEOS空白和图案晶圆进行抛光测试，本申请抛光液对二氧化硅的抛光速率是在TEOS空白片上测试的，本申请抛光液抑制蝶形量的增加是在图案晶圆上测试的。对应抛光条件包括：IC1010抛光垫，抛光盘(Platten)和抛光头(Carrier)转速分别为93rpm和87rpm，压力4psi，抛光液流速为150mL/min。TEOS膜厚是用NanoSpec非金属膜厚测量仪(NanoSpec6100-300)测出的。空白片膜厚，从晶圆边缘3mm开始，在直径线上以同等间距测49个点。抛光速率是49点的平均值。图案晶圆(patternedwafer)的台阶高度是用探针式轮廓仪(Bruker Nano’s DETKAKXTL)测量的。图1为现有技术中的图案晶圆1的结构示意图，图案晶圆具有凸点1和凹点2，凸点线宽为H1、凹点宽度为H2，测量是在凸点线宽H1/沟槽宽度H2为500um/500um，100um/100um，50um/50um。
表1.分子量为1300的聚乙烯胺(PEI-1.3k)含量与二氧化硅(TEOS)空白片抛光速率(RR)的关系
Figure BDA0002326654630000031
表1中显示，PEI-1.3k的含量在65ppm或65ppm以下时，随着PEI-1.3k的含量的增加，二氧化硅的抛光速率几乎不会受到影响，例如，在抛光压力1.5psi下，随着PEI-1.3k的含量分别为0、2、10、50、65时，二氧化硅的抛光速率分别为611、605、639、624、548；在抛光压力2psi下，随着PEI-1.3k的含量分别为0、2、10、50、65时，二氧化硅的抛光速率分别为1047、1007、1046、985、844；在抛光压力3psi下，随着PEI-1.3k的含量分别为0、2、10、50、65时，二氧化硅的抛光速率分别为1770、1718、1809、1687、1533；在抛光压力4psi下，随着PEI-1.3k的含量分别为0、2、10、50、65时，二氧化硅的抛光速率分别为2168、2308、2376、2241、2217。而当所述PEI-1.3k的含量为80ppm和100ppm时，在不同抛光压力对应的二氧化硅的抛光速率与前述的抛光速率的差距较大，更具体地说，二氧化硅的抛光速率显著降低。将表1中的4psi抛光压力下的实验数据转换为图2，由图2可以直观地看出，随着PEI-1.3k的含量从0增加至65ppm，二氧化硅的抛光速率稳定在2168-2376A，但是当PEI-1.3k的含量达到80ppm及其以上，二氧化硅的抛光速率已经下降。也就是说，对于二氧化硅的抛光速度的影响，PEI-1.3k含量的临界点在65-80ppm之间。
表2.二氧化硅的抛光速率与聚乙烯胺分子量、浓度的关系
Figure BDA0002326654630000041
表2显示，随着聚乙烯胺分子量增加，对于二氧化硅的抛光速率影响，聚乙烯胺含量的临界点有所降低，例如，相对于对比例2A，在达到相同程度的抛光速率时，随着聚乙烯胺的分子量的增加，所需聚乙烯胺的浓度降低，具体地，比如，在表2中，在分子量等于1300时，65ppm时，抛光速率和对比例2A比，速率下降不超过
Figure BDA0002326654630000044
在分子量2500，65ppm时，抛光速率减低超过
Figure BDA0002326654630000045
但是，在分子量2500，45ppm，速率和对比例2A比没有减低。
表3聚乙烯胺(分子量1300)作为添加剂对蝶形化的影响
Figure BDA0002326654630000042
表3显示，与不含聚乙烯胺的抛光液相比，分子量为1300的聚乙烯胺(含量为65ppm)在不同的测量点(500/500um、100/100um、50/50um)均可以有效的降低蝶形化。
表4不同分子量聚乙烯胺作为添加剂对蝶形化的影响
Figure BDA0002326654630000043
Figure BDA0002326654630000051
表4显示，对于分子量为1300的聚乙烯胺，随着浓度从50ppm增加至65ppm，实施例4C比实施例4B蝶形化降低更有效。而当PEI浓度保持一定时，随着聚乙烯胺的分子量越小，蝶形化降低越有效。例如，当PEI的浓度都是40ppm时，实施例4D中PEI的分子量为2500，实施例4F中PEI的分子量为750000，实施例4D比4F蝶形化降低更有效。
综上所述，含有聚乙烯胺和经丙烯酸处理的氧化铈的化学机械抛光液能有效地降低浅槽隔离抛光工艺中的蝶形化。当所述聚乙烯胺的分子量从1300至750000，含量在65ppm或65ppm以下时的降低蝶形量的效果更好。同时，本申请的化学机械抛光液的各个组分只需简单混合即可，操作简单，成本较低。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光液，包含氧化铈、聚丙烯酸、聚乙烯胺、以及水。
2.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述聚乙烯胺的含量为1-80ppm。
3.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述聚乙烯胺的分子量为1300-750000。
4.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈的含量为0.1wt％-1.5wt％。
5.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，聚丙烯酸的含量为500-1500ppm。
6.如权利要求1所述化学机械抛光液，进一步包含pH调节剂。
7.如权利要求6所述化学机械抛光液，其特征在于，所述pH调节剂为氨水、氢氧化钾或硝酸、醋酸、盐酸、硫酸。
8.如权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，pH为4-8。
9.如权利要求5所述化学机械抛光液，其特征在于，聚丙烯酸的含量为900ppm。
10.如权利要求4所述化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈的含量为0.4wt％。
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