一种化学机械抛光液的制作方法

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种含有氧化铈研磨颗粒和苯甲酸类化合物的化学抛光液。

背景技术：

氧化铈是一种重要的cmp抛光液磨料，相比于传统硅溶胶磨料，氧化铈对二氧化硅材质具有更高效的抛光特性，已广泛应用于sti和ild的cmp抛光。目前，用于cmp抛光的氧化铈磨料主要分为两类：一种是传统的高温焙烧合成氧化铈粉体，经过球磨分散制备得到的氧化铈磨料分散液；另一种是水热合成制备得到的溶胶型纳米氧化铈磨料。而随着集成电路技术节点向着更小尺寸发展，对cmp抛光过程提出了更低的抛光缺陷要求，传统高温焙烧法合成的氧化铈磨料由于颗粒呈多棱角状，cmp抛光过程中不可避免产生微划痕，已难以满足先进制程的cmp抛光要求，而溶胶型氧化铈磨料具有近圆形的颗粒形貌，显示出良好cmp抛光应用前景，受到人们越来越多的关注。

但是，在sti的cmp抛光应用中，通常要求具备高的二氧化硅介质层的抛光速率，而低的氮化硅介质层的抛光速率，最好氮化硅介质层的抛光速率可以接近于零。也就是说，要求高的二氧化硅对氮化硅的选择比。传统高温焙烧合成的氧化铈磨料通常通过甲基吡啶等化合物来提高其对二氧化硅介质层的抛光速率，同时可抑制氮化硅的抛光速率。但对于溶胶型氧化铈，添加甲基吡啶虽然也可抑制氮化硅的抛光速率来提高抛光液对二氧化硅对氮化硅的选择比，但是会产生抛光速率不均匀，即抛光速率在晶圆中心低于晶圆边缘的问题。

因此需要提供一种氧化铈型cmp抛光液的新配方，既可以显著提高溶胶氧化铈磨料对二氧化硅抛光速率，同时又能抑制其对氮化硅的抛光速率，同时不会产生其他抛光缺陷。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种氧化铈型化学机械抛光液。该抛光液选用氧化铈作为研磨颗粒，同时辅助添加4-羟基苯甲酸，该化学机械抛光液可以提高抛光液对二氧化硅介质层的抛光速率，抑制氮化硅的抛光速率，同时能够进一步克服现有技术中抛光速率不均匀的问题。

具体地，本发明提供一种化学机械抛光液，所述抛光液包含氧化铈研磨颗粒、苯甲酸类化合物及ph调节剂。

较佳地，苯甲酸化合物选自羟基苯甲酸。进一步地，羟基苯甲酸为4-羟基苯甲酸。

较佳地，所述氧化铈研磨颗粒包含溶胶型氧化铈。

较佳地，所述氧化铈研磨颗粒的浓度为0.1～1.0wt％。

较佳地，所述4-羟基苯甲酸的浓度为100-800ppm。

优选地，所述化学机械抛光液的ph值为3.5-5.5。

优选地，所述ph调节剂为氢氧化钾(koh)和/或硝酸(hno3)。

与现有技术相比较，本发明的优势在于，本发明在氧化铈的抛光液中添加4-羟基苯甲酸，能够提高抛光液对二氧化硅介质层的抛光速率，抑制氮化硅的抛光速率，同时克服现有技术中抛光速率不均匀的问题。

附图说明

图1为5psi压力作用下对比例2a、2b及实施例2c的抛光速率曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细阐述本发明的优势。

实施例一

本实施例中所选用原料皆市售可得。按照表1中配方，将所有组分溶解混合均匀，用水补足质量百分比至100％，以氢氧化钾(koh)或硝酸(hno3)调节ph至4.5，得到对比及具体实施例如下：

表1在氧化铈抛光液中加入吡啶甲酸、2,6-二羧酸吡啶及4-羟基苯甲酸的抛光效果

将上述实施例和对比例中配制的抛光液分别进行teos空白晶圆和sin的化学机械抛光，并将抛光效果进行对比。

抛光条件：抛光机台为mirra，ic1010抛光垫，platten和carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力3psi，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为60秒。将1a作为基准液，其中氧化铈浓度固定为0.4wt％，用氢氧化钾(koh)或硝酸(hno3)调节抛光液的ph至4.5。

对比例1b，1c和实施例1d的抛光结果表明，吡啶甲酸(pa)，2,6-二羧酸吡啶(pdca)，4-羟基苯甲酸(4-hba)对氮化硅的抛光速度均有很好的抑制作用，极大地压缩氮化硅的抛光速率。但是，吡啶甲酸(pa)和4-羟基苯甲酸(4-hba)对teos的抛光速率影响较小，而2,6-二羧酸吡啶对teos的抛光速率却有明显的抑制作用。对比基准液1a与实施例1d的抛光速度可知，相比于基准液1a，添加了2,6-二羧酸吡啶的抛光液1d对teos的抛光速率缩小了约200倍。由此可见，2,6-二羧酸吡啶对teos的抛光速率有很强的抑制效果，不适用于cmp抛光。

实施例二

按照表2中配方，将所有组分溶解混合均匀，用氢氧化钾(koh)或硝酸(hno3)调节抛光液的ph至4.5，得到对比及具体实施例如下表所示：

表2不同压力条件下在氧化铈抛光液中添加吡啶甲酸(pa)和4-羟基苯甲酸(4-hba)对teos的抛光速率的影响

比较上述实施例和对比例中的抛光液在不同压力条件下对teos空白晶圆的抛光速率及抛光速率非均匀性(wiwnu)。其中，抛光条件为：抛光机台为mirra，ic1010抛光垫，platten和carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力为4psi和5psi，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为60秒。抛光液的抛光性能根据对应teos空白晶圆的抛光去除速率来评价。其中，teos的抛光速率通过测量teos膜厚的前后值来计算。而teos膜厚则是通过nanospec膜厚测量系统(nanospec6100-300,shanghainanospectechnologycorporation)测出。其原理在于从晶圆边缘10mm开始，在直径线上以同等间距测49个点，抛光速率就是49点的平均值。进一步以抛光速率为纵坐标，测量点距离晶圆中心的距离为横坐标绘制抛光速率曲线，如图1所示。在抛光速率曲线中，当所有的测量点都具有同样的抛光速率时，则说明抛光液的抛光速率是均匀的，抛光平整性好。如图1所示，实施例2c在(-60，60)区间内具有优异的平整性。表3数据进一步表明，4-hba在ph值为3.5-5.5范围内可以较好的调控抛光平整性。

表3不同ph条件下在氧化铈抛光液中添加吡啶甲酸(pa)和4-羟基苯甲酸(4-hba)对teos的抛光速率的影响

wiwnu定义为对所有的测量数据点的抛光速率的标准偏差对平均速率的百分比。在cmp领域中，通常采用抛光速率非均匀性(wiwnu)来描述在一片晶圆的直径线上抛光速率的平整性。当wiwnu≤3％时，一般认为，抛光速率非均匀性是可以接受的。参阅表2可以看出，对比例2a，2b、实施例2c和实施例2d的结果表明，实施例2c和实施例2d具有相对较低的wiwnu，特别是实施例2c的wiwnu远小于2a及2b，可见，与吡啶甲酸(pa)相比较，添加4-羟基苯甲酸(4-hba)可以显著提高抛光液对teos抛光速率的均匀性。

实施例三

按照表4中配方，将所有组分溶解混合均匀，用氢氧化钾(koh)或硝酸(hno3)调节抛光液的ph至4.5，得到具体实施例如下表所示：

表4实施例配比及具体实施结果

将上述实施例中配制的抛光液分别进行teos空白晶圆和sin的化学机械抛光，并将抛光效果进行对比。其抛光条件为：抛光机台为mirra，ic1010抛光垫，platten和carrier转速分别为93rpm和87rpm，压力1.5psi，2psi，3psi和5psi，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为60秒。每个抛光液含有溶胶型氧化铈，固含量列于表3，以氢氧化钾(koh)或硝酸(hno3)调节抛光液的ph至4.5。

表4为不同含量的氧化铈抛光液中添加不同浓度的4-hba对抛光效果的影响。从表3中可以看出，在氧化铈的含量为0.4wt％情况下，添加的4-羟基苯甲酸的浓度低于320ppm时，抛光液对氮化硅介质层的抑制效果不明显。当添加的4-羟基苯甲酸的浓度高于320ppm时，抛光液对氮化硅介质层表现出良好的抑制效果，且氧化硅对氮化硅的抛光速率选择比远远高于100。当添加的4-羟基苯甲酸的浓度为800ppm时，抛光效果尤佳，由实施例3c的结果表明，氧化硅对氮化硅的抛光速率选择比甚至可高于700。此外，从实施例3d和3f的抛光效果中可以看出，当抛光液中的氧化铈的浓度低于0.4wt％时，4-羟基苯甲酸的有效浓度也随之降低，即一定程度上，4-羟基苯甲酸的有效浓度随着氧化铈的使用量逐渐减少。

综上可见，本发明在含有氧化铈的抛光液中添加4-羟基苯甲酸，实现提高抛光液对二氧化硅介质层的抛光速率，抑制氮化硅的抛光速率，同时克服了现有技术中抛光速率不均匀的问题。

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。