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TWI879841B - 化學機械拋光液 - Google Patents

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TWI879841B
TWI879841B TW109143514A TW109143514A TWI879841B TW I879841 B TWI879841 B TW I879841B TW 109143514 A TW109143514 A TW 109143514A TW 109143514 A TW109143514 A TW 109143514A TW I879841 B TWI879841 B TW I879841B
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任曉明
賈長征
李守田
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大陸商安集微電子科技(上海)股份有限公司
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    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • H10P52/00—

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本發明提供一種化學機械拋光液，包含氧化鈰、聚丙烯酸、聚乙烯胺、以及水。本發明通過聚乙烯胺作為添加劑能夠降低帶負電荷的氧化鈰對圖案晶圓的蝶形量，提高平坦化效率。

Description

化學機械拋光液
本發明涉及化學機械拋光液領域，尤其涉及一種化學機械拋光液。
目前，化學機械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)在微奈米器件製造過程中已經成為最有效，最成熟的平坦化技術。在微奈米器件製造過程中，淺槽隔離(Shallow Trench Isolation,STI)工藝以突出的隔離性能，平坦的表面形貌以及良好的鎖定性能，成為近年來主流隔離技術。
在淺槽隔離拋光工藝中，拋光液對氧化矽和氮化矽的拋光速度一般具有較高的選擇比，當氮化矽層暴露時，氮化矽作為阻擋層在理想的情況下可以讓拋光停止。如果氧化矽層過度拋光，氧化矽層會凹進去，形成所謂的「蝶形化(Dishing)」，導致平坦化效率降低。因此，需要尋找一種提高平坦化效率的化學機械拋光液。
為解決現有技術中經聚丙烯酸處理的帶負電荷的氧化鈰容易因為過度拋光而存在的蝶形化問題，本發明提供一種化學機械拋光液，包含氧化鈰、聚聚丙烯酸、聚乙烯胺、以及水。本申請提供的化學機械拋 光液不僅能夠保持高的二氧化矽拋光速率，同時能夠降低帶負電荷的氧化鈰對圖案晶圓的蝶形量。
在一些實施例中，所述聚乙烯胺的含量為1-80ppm。
在一些實施例中，所述聚乙烯胺的分子量為1300-750000。
在一些實施例中，所述氧化鈰的含量為0.1wt%-1.5wt%，優選為0.4wt%。
在一些實施例中，聚聚丙烯酸的含量為500-1500ppm。優選為900ppm。
在一些實施例中，所述化學機械拋光液還包含pH調節劑。
在一些實施例中，所述pH調節劑為氨水、氫氧化鉀或硝酸、醋酸、鹽酸、硫酸。
在一些實施例中，所述化學機械拋光液的pH為4-8。小於4，則顆粒尺寸變大；大於8，則淺槽隔離工藝的化學機械拋光效果不好。
本發明中所述ppm是指用溶質質量占全部溶液質量的百萬分比來表示的質量濃度，稱百萬分比濃度；所述wt%、以及各成分百分比均為質量百分比濃度。
本發明的所用試劑及原料均市售可得。
與現有技術相比較，本發明的優勢在於：本發明公開了一種聚乙烯胺作為添加劑的化學機械拋光液，不僅能夠保持高的二氧化矽拋光速率，同時能夠降低待負電荷的氧化鈰對圖案晶圓的蝶形量，從而提高平坦化效率。優選地，當所述聚乙烯胺的分子量從1300至750000，含量在65ppm或65ppm以下時的降低蝶形量的效果更好。
1:凸點
2:凹點
H1:凸點線寬
H2:凹點寬度
圖1為圖案晶圓的縱剖面的結構示意圖。
圖2為壓力4psi下二氧化矽的拋光速率和聚乙烯胺(分子量1300)濃度的關係。
下面結合附圖及具體實施例，詳細闡述本發明的優勢。
本發明中利用聚乙烯胺與聚丙烯酸處理的氧化鈰進行混合製備而成的化學機械拋光液，對介電層基片進行拋光後，可以有效地控制蝶形化，同時該方法操作簡便，成本較低。
實施例
製備方法：本實施例中，基準例是含有0.4wt%的氧化鈰，聚丙烯酸含量為900ppm，其他實施例及對比例則在基準例的基礎上添加不同分子量和含量的聚乙烯胺，並以氨水(NH4OH)或硝酸(HNO3)調節pH至4.5，用水補足質量百分比至100%。詳細組份請見表1。
拋光方法：採用Mirra拋光機台對TEOS空白和圖案晶圓進行拋光測試，本申請拋光液對二氧化矽的拋光速率是在TEOS空白片上測試的，本申請拋光液抑制蝶形量的增加是在圖案晶圓上測試的。對應拋光條件包括：IC1010拋光墊，拋光盤(Platten)和拋光頭(Carrier)轉速分別為93rpm和87rpm，壓力4psi，拋光液流速為150mL/min。TEOS膜厚是用NanoSpec非金屬膜厚測量儀(NanoSpec6100-300)測出的。空白片膜厚，從晶圓邊緣3mm開始，在直徑線上以同等間距測49個點。拋光速率是49點的平均值。圖案晶圓(patterned wafer)的臺階高度是用探針式輪廓儀(Bruker Nano’s DETKAK XTL)測量的。圖1為現有技術中的圖案 晶圓1的結構示意圖，圖案晶圓具有凸點1和凹點2，凸點線寬為H1、凹點寬度為H2，測量是在凸點線寬H1/溝槽寬度H2為500um/500um，100um/100um，50um/50um。
Figure 109143514-A0305-12-0004-1
表1中顯示，聚乙烯胺-1.3k的含量在65ppm或65ppm以下時，隨著聚乙烯胺-1.3k的含量的增加，二氧化矽的拋光速率幾乎不會受到影響，例如，在拋光壓力1.5psi下，隨著聚乙烯胺-1.3k的含量分別為0、2、10、50、65時，二氧化矽的拋光速率分別為611、605、639、624、548；在拋光壓力2psi下，隨著聚乙烯胺-1.3k的含量分別為0、2、10、50、65時，二氧化矽的拋光速率分別為1047、1007、1046、985、844；在拋光壓力3psi下，隨著聚乙烯胺-1.3k的含量分別為0、2、10、50、65時，二氧化矽的拋光速率分別為1770、1718、1809、1687、1533；在拋光壓力4psi下，隨著聚乙烯胺-1.3k的含量分別為0、2、10、50、65時，二氧化矽的拋光速率分別為2168、2308、2376、2241、2217。而當所述聚乙烯胺-1.3k的含量為80ppm和100ppm時，在不同拋光壓力對應的二氧化矽的拋光速率與前述的拋光速率的差距較大，更具體地說，二氧化矽的拋光速率顯著降低。將表1中的4psi拋光壓力下的實驗資 料轉換為圖2，由圖2可以直觀地看出，隨著聚乙烯胺-1.3k的含量從0增加至65ppm，二氧化矽的拋光速率穩定在2168-2376A，但是當聚乙烯胺-1.3k的含量達到80ppm及其以上，二氧化矽的拋光速率已經下降。也就是說，對於二氧化矽的拋光速度的影響，聚乙烯胺-1.3k含量的臨界點在65-80ppm之間。
Figure 109143514-A0305-12-0005-2
表2顯示，隨著聚乙烯胺分子量增加，對於二氧化矽的拋光速率影響，聚乙烯胺含量的臨界點有所降低，例如，相對於對比例2A，在達到相同程度的拋光速率時，隨著聚乙烯胺的分子量的增加，所需聚乙烯胺的濃度降低，具體地，比如，在表2中，在分子量等於1300時，65ppm時，拋光速率和對比例2A比，速率下降不超過300Å/min。在分子量2500，65ppm時，拋光速率減低超過1000Å/min；但是，在分子量2500，45ppm，速率和對比例2A比沒有減低。
Figure 109143514-A0305-12-0005-3
Figure 109143514-A0305-12-0006-4
表3顯示，與不含聚乙烯胺的拋光液相比，分子量為1300的聚乙烯胺(含量為65ppm)在不同的測量點(500/500um、100/100um、50/50um)均可以有效的降低蝶形化。
Figure 109143514-A0305-12-0006-5
表4顯示，對於分子量為1300的聚乙烯胺，隨著濃度從50ppm增加至65ppm，實施例4C比實施例4B蝶形化降低更有效。而當聚乙烯胺濃度保持一定時，隨著聚乙烯胺的分子量越小，蝶形化降低越有效。例如，當聚乙烯胺的濃度都是40ppm時，實施例4D中聚乙烯胺的分子量為2500，實施例4F中聚乙烯胺的分子量為750000，實施例4D比4F蝶形化降低更有效。
綜上所述，含有聚乙烯胺和經聚丙烯酸處理的氧化鈰的化學機械拋光液能有效地降低淺槽隔離拋光工藝中的蝶形化。當所述聚乙烯胺的分子量從1300至750000，含量在65ppm或65ppm以下時的降低蝶形量的效果更好。同時，本申請的化學機械拋光液的各個組分只需簡單混合 即可，操作簡單，成本較低。
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
1:凸點
2:凹點
H1:凸點線寬
H2:凹點寬度

Claims (2)

  1. 一種化學機械拋光液，包含氧化鈰、聚丙烯酸、聚乙烯胺、水，以及pH調節劑， 其中，所述聚乙烯胺的分子量為1300-750000，所述聚乙烯胺的含量為1-80 ppm，聚丙烯酸的含量為900 ppm，所述氧化鈰的含量為0.4wt%，以及pH為4-8。
  2. 如請求項1所述的化學機械拋光液，其中，所述pH調節劑為氨水、氫氧化鉀或硝酸、醋酸、鹽酸、硫酸。
TW109143514A 2019-12-19 2020-12-09 化學機械拋光液 TWI879841B (zh)

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