一种化学机械抛光液以及抛光方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学机械抛光液以及抛光方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互连层的不断增加，导电层和 绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛 光（CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。
[0003] 化学机械抛光（CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由 一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然 后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫上线性移动或是 沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨颗粒的浆液被滴到抛光垫上，并因 离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。
[0004]目前，化学机械抛光液（CMP)所用的研磨颗粒通常采用二氧化硅，包括硅溶胶 (colloidalsilica)和气相二氧化娃（fumedsilica)。它们本身是固体，但是在水溶液中 可以均匀分散，不沉降，甚至可以保持1至3年的长期稳定性。
[0005] 研磨颗粒在水相中的稳定性(不沉降）可以用双电层理论解释一由于每一个颗粒 表面带有相同的电荷，它们相互排斥，不会产生凝聚。按照Stern模型，胶体离子在运动时， 在切动面上会产生Zeta电势。Zeta电势是胶体稳定性的一个重要指标，因为胶体的稳定是 与粒子间的静电排斥力密切相关的。Zeta电势的降低会使静电排斥力减小，致使粒子间的 vanderWaals吸引力占优，从而引起胶体的聚集和沉降。离子强度的高低是影响Zeta电 势的重要因素。
[0006] 胶体的稳定性除了受zeta电势的影响，还受其他许多因素的影响。例如，受温度 的影响，在较高温度下，颗粒无规则热运动加剧，相互碰撞的几率增加，会加速凝聚；例如， 受pH值影响，在强碱性、强酸性条件下比中性稳定，其中碱性最稳定，PH值4-7区间最不 稳定；例如，受表面活性剂种类的影响，有些表面活性可以起到分散剂的作用，提高稳定性， 而有些表面活性剂会降低纳米颗粒表面电荷，减小静电排斥，加速沉降。在表面活性剂中， 通常阴离子型表面活性剂有利于纳米颗粒的稳定性，而阳离子型表面活性剂容易降低稳定 性；再例如，和添加剂的分子量有关，太长的聚合物长链有时会缠绕纳米颗粒，增加分散液 的粘度，加速颗粒凝聚。因此，硅溶胶的稳定性受多方面因素的影响。
[0007] 美国专利60142706和美国专利09609882公开了含有硅烷偶联剂的抛光液和抛光 方法。其中硅烷偶联剂起到改变多种材料的抛光速度以及改善表面粗糙度的作用。这两篇 专利并没有发现：在高离子强度（>〇.lmol/Kg)时，硅烷偶联剂可以起到对抗高离子强度的 作用、稳定纳米颗粒。因为通常在含有非常高的离子强度时(例如含有大于>〇. 2mol/Kg钾 离子)，硅溶胶颗粒的双电层会被大幅压缩，静电排斥力减小，迅速形成凝胶、沉淀。并且美 国专利60142706和美国专利09609882并没有发现硅烷偶联剂可以提高二氧化硅的抛光速 度，更没有发现：硅烷偶联剂和其他络合剂含氮化合物之间有显著的协同作用，对二氧化硅 的抛光速度存在1+1>2的效果。
【发明内容】
[0008] 本发明公开一种化学机械抛光液，采用含硅的有机化合物，在高电解质离子强度 时，能够稳定研磨颗粒，同时，该含硅化合物和其他添加剂如含氮化合物之间存在显著的协 同作用，大幅提高二氧化硅的抛光速度。
[0009] 本发明涉及一种化学机械抛光液，含有研磨颗粒，含硅的有机化合物，大于或等于 0.lmol/Kg的离子强度的电解质离子，含氮化合物及其盐。
[0010] 该含硅的有机化合物可以用下述通式表示：
[0011] 通式：
【主权项】
1. 一种化学机械抛光液，含有研磨颗粒，含硅的有机化合物，大于或等于0. lmol/Kg的 离子强度的电解质离子，含氮化合物及其盐，其特征在于， 所述化学机械抛光液的PH值在1-7之间，且所述含硅的有机化合物的通 式为：
其中，R为不能水解的取代基，D是连接在R上的有机官能团，其可与有机物质反应而结 合，B为相同的或不同的可水解的取代基或羟基，C是可水解基团或羟基，或者不可水解的 烷基取代基。
2. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含硅的有机化合物的通式 中，R为被氧、氣、硫、勝、卤素、娃原子继续取代的烷基；D是氣基、脈基、疏基、环氧基、丙稀 酸基、乙烯基或丙烯酰氧基；A，B和C分别是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基 或羟基。
3. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含硅的有机化合物的通式 中，R是1-50个碳原子的烷基。
4. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含硅的有机化合物为3-氨 基丙基二乙氧基硅烷(商品名ΚΗ-550)，γ-(2, 3_环氧丙氧基）丙基二甲氧基硅烷(商品名 KH-560)，Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-570)，Y-巯丙基三乙氧基硅 烷(商品名KH-580)，Y-巯丙基三甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-590)，Ν-(β-氨乙基）-γ-氨丙 基甲基二甲氧基硅烷(商品名KH-602)，Y-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-792)， Y _二乙稀二氛基丙基甲基二甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-103)，γ -氛丙基甲基二乙氧基硅烷 (商品名ΚΗ-902)中的一种或多种。
5. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含硅的有机化合物的浓度 为质量百分比〇. 001%~1%。
6. 如权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含硅的有机化合物的浓度 为质量百分〇· 01%~〇· 5%。
7. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述电解质离子是金 属尚子和非金属尚子。
8. 如权利要求7所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述电解质离子是钾离子，铁离 子，铵离子及四丁基铵离子中的一种或多种。
9. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为二氧化硅研磨 颗粒。
10. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的浓度为质量百 分比1%~50%。
11. 如权利要求10所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的浓度为质量 百分比2%~10%。
12. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20~ 200nm〇
13. 如权利要求12所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20~ 120nm〇
14. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述含氮化合物及其盐为聚二 甲基二烯丙氯化铵、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、缩水甘油基三甲基氯化铵、四甲基氢氧化铵、 四丁基氢氧化铵、十二烷基硫酸铵、乙酸胍、碳酸胍、磷酸胍、脲、柠檬酸铵、磷酸二氢铵、硫 酸铵、草酸铵、硼酸铵、乙酸铵中的一种或多种。
15. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的含氮化合物的含量为质 量百分比0. 01~1. 5%。
16. 如权利要求15所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的含氮化合物的含量为 质量百分比〇. 05~0. 5%。
17. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的大于或等于0. lmol/Kg 的离子强度的电解质离子的浓度为〇· lmol/Kg-1. Omol/Kg。
18. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为 2-6。
19. 如权利要求18所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值 为 3-5。
【专利摘要】本发明涉及一种化学机械抛光液，含有研磨颗粒，含硅的有机化合物，大于或等于0.1mol/Kg的离子强度的电解质离子，含氮化合物及其盐，化学机械抛光液的pH值在1-7之间，且含硅的有机化合物的通式为：其中，R为不能水解的取代基，D是连接在R上的有机官能团，其可与有机物质反应而结合，B为相同的或不同的可水解的取代基或羟基，C是可水解基团或羟基，或者不可水解的烷基取代基。
【IPC分类】C09G1-02
【公开号】CN104745087
【申请号】CN201310727945
【发明人】高嫄, 荆建芬, 陈宝明
【申请人】安集微电子（上海）有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月25日