一种应用于sti领域的化学机械抛光液及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种研磨颗粒为二氧化铈的抛光液。
【背景技术】
[0002] 浅槽隔离（STI)是目前1C制造中器件隔离的主要方法，在STI技术中，第一步是 在基材的预定位置上生成若干槽，通常采用各向异性蚀刻法。其次，在各个槽中沉积二氧化 硅，然后用CMP法抛光二氧化硅，向下抛光到氮化硅层就形成了STI结构。对STI的抛光不 仅要求很高的HDPoxide(二氧化硅）的去除速率和很高的对氮化硅的选择比，而且要求 非常低的表面缺陷指标以及不同密度区域的抛光均一性，因为这直接决定了器件隔离的效 率。
[0003] 二氧化硅是目前应用最广泛的CMP研磨剂，其二氧化硅抛光速率普遍较低，通常 具有较低的二氧化硅/氮化硅抛光选择比，如专利200510116191. 9公开了一种以氧化硅为 末了得抛光液，二氧化娃抛光速率较低，其对二氧化娃/氮化娃抛光选择比较低。而氧化铺 由于自身特殊的晶体结构和化学活性，在特定配方条件下对氧化硅和氮化硅具有高选择性 的抛光特征，是目前STI抛光主要采用的磨料，但由于氧化铈表面形貌较多的棱角，因此在 抛光过程中容易引起划伤（scratch)等缺陷。
[0004] 专利101065458A采用氧化铈为磨料，在阳离子聚合物的协同作用下可实现高选 择比二氧化硅/氮化硅抛光选择比，但该专利并未考虑抛光过程中TE0S表面的划伤抑制。 专利2005100884709提出在抛光液中加入聚乙烯基吡咯烷酮以提高抛光均一性，但未能给 出聚乙烯吡咯烷酮的加入，对抛光选择比有何影响。
[0005] 本发明公开了一种用于抛光二氧化硅和氮化硅的CMP抛光液，其特征在于以纳米 氧化铈为磨料，通过添加低聚环状糖类化合物，可有效抑制氮化硅抛光速率，实现高的二氧 化硅/氮化硅抛光选择比（>30);通过添加有机高分子聚合物，降低或避免了抛光过程中凹 陷、划痕等缺陷的出现。
【发明内容】
[0006] 本发明公开了一种以氧化铈为磨料的STI抛光液，该抛光液中，环状低聚糖类化 合物以及有机高分子聚合物可在STI上应用，从而使二氧化硅（TE0S) /氮化硅（Si3N4)抛 光选择比大于30,，并避免或降低了抛光过程中碟形凹槽（Dishing)、划痕（scratch)等缺 陷的产生。
[0007] 该STI抛光液含有：（a) 0. 1% - 2%氧化铈磨料（b) 0. 1% - 5%环状低聚糖类化合物 (c)0. 05% -2%有机高分子聚合物（d)0. 1% -1. 0%有机多元酸。该抛光液对二氧化硅（TE0S) /氮化硅（Si3N4)抛光选择比大于30,避免或降低了抛光过程中碟形凹槽（Dishing)、划痕 (scratch)等缺陷的产生。
[0008] 本发明中，所述氧化铈研磨颗粒的平均粒径为120 - 200纳米，平均晶粒尺寸为 20 - 60纳米。
[0009] 本发明中，所述环状低聚糖类化合物为选自a_环糊精（a_⑶，6个葡萄糖环状 键合)、0 -环糊精（0 -⑶，7个葡萄糖环状键合)、Y_环糊精（Y_⑶，8个葡萄糖环状键 合）中一种或多种，优选3 _环糊精。所述环状低聚糖类化合物的构成单元没有特殊限定， 而且键合的方式也没有特殊限定，并且环状低聚糖还包括结构异构体、立体异构体。
[0010] 本发明中，所述有机高分子聚合物可以为下列聚合物中的一种或多种混合：聚丙 烯酸及其盐类化合物(如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵）分子量在3000 - 5000 ;聚乙烯基吡咯烷 酮，分子量在3000 - 10000 ;聚乙二醇，分子量在3000 - 5000。
[0011] 本发明中，所述有机多元酸可以为：醋酸、甘氨酸、柠檬酸中的一种或多种。
[0012] 本发明中，抛光液中还可进一步包括去离子水和pH值调节剂。
[0013] 本发明中，所述pH值调节剂为K0H或H2S04 ;
[0014] 本发明中，所述抛光液的pH值为4.0-11.0,更为优化的pH范围为4. 5 - 10.0。
[0015] 本发明的积极进步效果在于：环状低聚糖类化合物、有机高分子聚合物和有机多 元酸具有复配效果，通过调整各物质的含量，结合使用达到调整二氧化硅/氮化硅抛光的 选择比大于30,避免或降低抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的产生，溶液更稳定的效果。
【具体实施方式】
[0016]下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限 于下述实施例。
[0017] 本发明所用试剂及原料均市售可得。抛光液中使用的氧化铈颗粒的粒径为平均折 合直径，其平均粒径由Malvern公司的Nano-ZS90激光粒度分析仪测定；抛光液中使用的 氧化铈颗粒的晶粒度通过日本岛津LabXXRD- 6100型X射线衍射仪测定。首先将氧化铈 颗粒(或二氧化硅颗粒，对比例1 - 3中）加入设定浓度有机分散剂溶液液中混合均匀，再将 除研磨颗粒外的组分按照表中所列的含量，在去离子水中混合均匀，用K0H调节到所需pH 值，然后加入有机分散剂分散的研磨颗粒分散液，若pH下降则用K0H调节到所需的pH值， 并用去离子水补足百分含量至l〇〇wt%，即可制得化学机械抛光液。
[0018] 表1本发明的化学机械抛光液实施例配方
[0019]
【主权项】
1. 一种应用于STI领域的化学机械抛光液，其特征在于，含有氧化铈磨料，环状低聚糖 类化合物，有机高分子聚合物，有机多元酸。
2. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料的浓度为质量 百分比〇? 1% - 2%。
3. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化铈磨料的平均粒径为 120 - 200纳米，平均晶粒尺寸为20 - 60纳米。
4. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述环状低聚糖类化合物选自 a -环糊精（a -⑶，6个葡萄糖环状键合)、0 -环糊精（0 -⑶，7个葡萄糖环状键合)、Y _ 环糊精（Y -⑶，8个葡萄糖环状键合）中一种或多种。
5. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述环状低聚糖类化合物的浓 度为质量百分比〇. 1%- 5%。
6. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机高分子聚合物为下列 聚合物中的一种或多种混合：聚丙烯酸及其盐类化合物，聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙二醇。
7. 如权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸盐类化合物为聚 丙烯酸钠、聚丙烯酸铵。
8. 如权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸及其盐类化合物 的分子量为3000 -5000 ;所述聚乙烯基吡咯烷酮的分子量为3000 -10000 ;所述聚乙二醇的 分子量为3000 - 5000。
9. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机高分子聚合物的浓度 为质量百分比〇. 05% - 2%。
10. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机多元酸为醋酸、甘氨 酸、柠檬酸中的一种或多种。
11. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机多元酸的浓度为质量 百分比 〇? 1% - 1. 0%。
12. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液还含有pH调节剂和 去离子水。
13. 如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液的pH值为 4. 0 - 11. 0。
14. 如权利要求13所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液的pH值为 4. 5 - 10. 0。
【专利摘要】本发明涉及一种应用于STI领域的化学机械抛光液，含有氧化铈磨料，环状低聚糖类化合物，有机高分子聚合物，有机多元酸。本发明中环状低聚糖类化合物、有机高分子聚合物和有机多元酸具有复配效果，通过调整各物质的含量，结合使用达到调整二氧化硅/氮化硅抛光的选择比大于30，避免或降低抛光过程中凹陷、划痕等缺陷的产生，溶液更稳定的效果。
【IPC分类】C09G1-02, C09K3-14
【公开号】CN104745092
【申请号】CN201310729222
【发明人】尹先升, 房庆华, 王雨春
【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26日
【公告号】WO2015096629A1