专利名称：一种化学机械抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光液。
背景技术：
在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些 结构单元通过多层金属互连进一步形成功能性电路和元器件。在多层金属互连结构中，金 属导线之间填充二氧化硅或掺杂其他元素的二氧化硅作为层间介电质(ILD)。随着集成电 路金属互连技术的发展和布线层数的增加，化学机械抛光(CMP)已经广泛应用于芯片制造 过程中的表面平坦化。这些平坦化的芯片表面有助于多层集成电路的生产，且防止将电介 层涂覆在不平表面上引起的畸变。CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。在典型的化 学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛 光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常 称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行 抛光过程。在氧化物抛光过程中，抛光浆料主要用于去除氧化物介电质。在浅沟槽隔离层抛 光时，抛光液主要用于去除以及平坦化氧化物介电质和氮化硅。在氧化物和浅沟槽隔离层 抛光工艺中，都要求较高的氧化物介电质去除速率和较低的表面缺陷。对氧化物介电质进 行抛光时，总是期望较高的二氧化硅去除速率以及合适的抛光选择比(例如氧化硅对多晶 硅和氮化硅的选择比较高)。氧化物介电质包括薄膜热氧化二氧化硅(thin thermal oxide)、高密度等离子二 氧化娃(high density plasma oxide)、硼憐化娃玻璃(borophosphosilicateglass)、四乙 氧基二氧化硅(PETEOS)和掺碳二氧化硅(carbon doped oxide)等。用于氧化物介电质抛光浆料的抛光磨料主要为气相二氧化硅、二氧化铈和溶胶型 二氧化硅，但前两种磨料在抛光过程中容易划伤表面。与前两种磨料相比，溶胶型二氧化硅 在抛光过程中产生的表面缺陷较少。在氧化物介电质抛光液中，往往还需要引入表面活性剂，用来调节其他基材(如 氮化硅和多晶硅)的去除速率以及化学物理沉淀的二氧化硅与其他材料的选择比。专利US Patent 7，271，100和US Patent 20060014390中提出采用聚氧乙烯和聚氧丙烯的共聚物 来调节多晶硅的抛光速率，并改善抛光工艺中产生的磨蚀缺陷。但是在碱性抛光液中引入 这类聚醚类化合物后，抛光液在抛光工艺过程中，因为剧烈搅拌产生大量的泡沫，对抛光液 的输送和抛光速率的稳定性都有一定的影响。而且在抛光液搅拌分散过程中，大量泡沫的 产生使得抛光液容易溢出容器，从而对环境产生污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有的用于抛光氧化物介电质的化学机械抛光液中采用聚醚来抑制多晶硅的抛光速率，在抛光过程中产生大量泡沫，影响抛光速率 并对环境产生污染的缺陷。本发明的化学机械抛光液使用改性后的聚醚，在剧烈搅拌下也 不会有大量泡沫，即能抑制多晶硅的去除速率，又不影响氧化物的抛光速率，利于运输。本发明所述的化学机械抛光液含有二氧化硅、硅氧烷封端的聚烷氧基和水。其中，所述的烷基取代的硅氧烷封端的聚环氧烷中，聚环氧烷中的重复单元较佳 的为乙氧基和/或丙氧基。烷基取代的硅氧烷中，烷基取代基的碳原子数较佳的为1 3，取 代基更佳的为甲基。取代基的基团数较佳的为1、2或3。聚环氧烷中的重复单元数较佳的 为3 25，更佳的为3 9。硅氧烷封端的聚环氧烷的用量较佳的为质量百分比0. 0025 0.1%,更佳的为0. 02 0. 1 %。所述的二氧化硅为本领域常用的化学机械抛光液磨料。二氧化硅的粒径较佳的为 20 120nm，用量较佳的为质量百分比5 30%。水较佳的为去离子水，用水补足余量至质量百分比100%根据工艺实际需要，可向本发明的抛光液中添加本领域常规添加的辅助性试剂， 如粘度调节剂、醇类或醚类试剂、杀菌剂等。本发明的抛光液的pH值较佳的为9 12，更佳的为10 12。本发明的抛光液由上述成分简单均勻混合，之后采用pH调节剂调节至合适pH值 即可制得。PH调节剂可选用本领域常规的pH调节剂，如氢氧化钾和氨水等。本发明所用的试剂均市售可得。上述各优选条件可任意组合，即得本发明的各优选实施例。本发明的积极进步效果在于1、本发明的抛光液在抛光过程中不会产生泡沫，不影响抛光速率。2、通过调节使用不同的端基以及聚烷氧基中的重复单元的数目，能达到不同的二 氧化硅与多晶硅的选择比，具有较高的实用价值。如，重复单元数越多，对Poly的去除速率 抑制越大。要到达较高的多晶硅去除速率就要选择大于9以上的重复单元数。要达到较高 的多晶硅速率，二甲基硅氧烷与三甲基硅氧烷的效果更好，若要有较高的多晶硅去除速率， 则要选择三甲基硅氧烷。
具体实施例方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下述各百分比皆为质量百分比。实施例1用硅氧烷改性的聚环氧烷与未改性的聚环氧烷的抛光液对TEOS与Poly 的去除速率的影响用抛光液1 9和对比抛光液1 5抛光二氧化硅(TEOS)和多晶硅(Poly)，测定 二氧化硅和多晶硅的去除速率，如表1、2。由表1可见，与含有普通聚醚的抛光液相比，用硅 氧烷改性后的聚醚明显不会产生气泡。与对比4、5相比，虽然对比4、5也不会产生泡沫，但 是其对多晶硅的去除速率相当大，会严重划伤抛光表面。由表2可见，随着改性的聚环氧烷 的含量的增加，对泡沫的抑制效果越好。硅氧烷封端的聚环氧烷的用量较佳的为质量百分 比 0. 0025 ~ 0. 1%,更佳的为 0. 02 0. 1 %。抛光液配方见表1、2，将各组分按表中所列含量简单均勻混合，去离子水补足质量百分比100%，用KOH调节pH。抛光条件为下压力4. Opsi，抛光垫IC1000，抛光盘转速 70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台LogitecPM5。表 1 表2 实施例2聚环氧烷中重复单元数对TEOS与Poly的去除速率的影响用抛光液1、10 12抛光TEOS和Poly，测定TEOS和Poly的去除速率，如表3。 由表3可见，聚硅氧烷基中重复单元数对TEOS去除速率没有明显影响，但重复单元数越多， 对Poly的去除速率抑制越大。要到达较高的多晶硅去除速率就要选择大于9上的重复单 元数。
抛光液配方见表3用KOH调节pH，去离子水补足余量。抛光条件为下压力 5. Opsi,抛光垫IC 1000,抛光盘转速70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台Logitec PM5。表 3 实施例3不同硅氧烷基团封端的聚环氧烷对TEOS与Poly的去除速率的影响用抛光液1、13 14和对比6抛光TEOS和Poly，测定TEOS和Poly的去除速率， 如表4。由表4可见，硅氧烷上有取代基的其对Poly去除速率的抑制效果明显要优于没有 取代基的。要达到较高的多晶硅速率，二甲基硅氧烷与三甲基硅氧烷的效果更好，若要有较 高的多晶硅去除速率，则要选择三甲基硅氧烷。抛光液配方见表4，用KOH调节pH，去离子水补足余量。抛光条件为下压力 5. Opsi，抛光垫IC1000，抛光盘转速70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台Logitec PM5。表 4 实施例4 二氧化硅用量的影响用抛光液15 19抛光TEOS和Poly，测定TEOS和Poly的去除速率，如表5。由 表5可见，二氧化硅含量在5 30%之间都能达到良好效果。抛光液配方见表5，用KOH调节pH，去离子水补足余量。抛光条件为下压力 5. Opsi,抛光垫IC 1000,抛光盘转速70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台Logitec PM5。
表 5
抛光液二氧化硅一甲基硅氧烷改性聚氧 乙烯聚氧丙烯醚-10pH去除速率(A/min)用量(％)粒径(nm)用量(％)TEOSPoly15151200.011117939601651200.011155482917101200.0111140578718201200.0111261096319301200.01113824939实施例5 二氧化硅粒径的影响用抛光液1、20 22抛光TEOS和Poly，测定TEOS和Poly的去除速率，如表6。由 表6可见，二氧化硅颗粒大小对抛光液效果并没有显著影响。抛光液配方见表6，用KOH调节pH，去离子水补足余量。抛光条件为下压力 5. Opsi，抛光垫IC1000，抛光盘转速70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台Logitec PM5。表 6
ν ■· 抛光液二氧化硅二甲基硅氧烧改性聚氧乙烯-3pH去除速率(A/min)用量(％)粒径(nm)用量(％)TEOSPoly2015200.011190511962115400.0111135020122215700.0111179315381151200.011118921526实施例6抛光液pH的影响用抛光液23 26抛光TEOS和Poly，测定TEOS和Poly的去除速率，如表7。由 表7可见，抛光液pH值较佳的为9 12，更佳的为10 12。抛光液配方见表7，用KOH调节pH,去离子水补足余量。抛光条件为下压力 5. Opsi，抛光垫IC1000，抛光盘转速70rpm，抛光液流速100ml/min，抛光机台Logitec PM5。表 权利要求
一种化学机械抛光液，其特征在于其含有二氧化硅、烷基取代的硅氧烷封端的聚环氧烷和水。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的烷基取代的硅氧烷封端 的聚环氧烷中，聚环氧烷中的重复单元为乙氧基和/或丙氧基。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的烷基取代的硅氧烷中，烷 基的碳原子数为1 3。
4.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的烷基取代的硅氧烷中，烷 基为甲基。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的烷基取代的硅氧烷中，取 代基的基团数为1、2或3。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的聚环氧烷中的重复单元 数为3 25。
7.如权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的聚环氧烷中的重复单元 数为3 9。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的硅氧烷封端的聚环氧烷 的用量为质量百分比0. 0025 0. 1%。
9.如权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的硅氧烷封端的聚环氧烷 的用量为质量百分比0.02 0. 1%。
10.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的二氧化硅的粒径为 20 120nm。
11.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的二氧化硅的用量为质量 百分比5 30%。
12.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的抛光液的PH值为9 12。
13.如权利要求12所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的抛光液的pH值为10 12。
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光液，其特征在于其含有二氧化硅、烷基取代的硅氧烷封端的聚烷氧基和水。本发明的抛光液克服了现有的用于抛光氧化物介电质的化学机械抛光液中采用聚醚来抑制多晶硅的抛光速率，在抛光过程中产生大量泡沫，影响抛光速率并对环境产生污染的缺陷。本发明的化学机械抛光液使用改性后的聚醚，在剧烈搅拌下也不会有大量泡沫，既能控制多晶硅的去除速率，又不影响氧化物的抛光速率，利于运输。
文档编号C09G1/18GK101928524SQ20091005367
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者姚颖, 宋伟红 申请人:安集微电子(上海)有限公司