专利名称：适用于精细雾化cmp的一种碱性二氧化硅抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及抛光液，尤其涉及S^2抛光液。
背景技术：
随着超大规模集成电路(ULSI)的集成度提高，晶片直径增大，特征尺寸减小，功耗增大，互连线层数增多，光刻机的焦深将变得越来越短，硅晶片或薄膜层上极其微小的高度差异都会使IC的布线图案发生变形、扭曲、错位，结果导致绝缘层的绝缘能力达不到要求或金属连线错乱而出现废品。改进的唯一办法就是提高硅晶片刻蚀层的全局平面度和微观表面质量。因此，为了得到准确的光刻图案，在多层布线立体结构中，要求在整个硅晶片表面内各部分的高低差越来越小，即要求保证每层全局平坦化，这是实现多层布线的关键，通常要求每层的全局平整度不大于特征尺寸的2/3。为满足日益发展的硬脆晶体高精度超光滑表面对平坦化加工技术提出的要求，必须寻求一种兼顾全局与局部平整度的有效的平坦化加工技术。化学机械抛光(chemical mechanical polishing，下简称CMP)是利用由微小磨粒和化学溶液混合而成的浆料与工件表面发生系列化学反应来改变工件表面的化学键，生成容易去除的低剪切强度产物，再通过高分子抛光垫的机械作用，从工件表面去除极薄的一层材料，从而获得高精度低粗糙度无损伤光滑表面。就目前水平看，使用化学机械抛光技术是保证基片整片平坦化的最佳方法，它不仅在ULSI芯片多层布线中是不可替代的层间平坦化方法，也是硅片加工最终获得纳米级超光滑无损伤表面的最有效方法。化学机械抛光技术所采用的设备及消耗品包括CMP设备、抛光液、抛光垫、后清洗设备、抛光终点检测设备等。其中抛光液和抛光布是消耗品，其余为抛光及辅助设备。抛光液是CMP的关键要素之一，抛光浆料的性能直接影响抛光后表面的质量。抛光浆料一般由研磨剂(纳米Si02、 Al203、Ce02磨粒等)、pH调节剂、稳定剂、表面活性剂、氧化剂等组成。浆料的化学作用在CMP 中起主要作用，浆料的化学组成，磨粒的种类、粒度、形状及固含量，粘度、PH值、流速、流动途径对去除速率和抛光片的表面平整度都有重要的影响。公认的传统CMP技术存在的问题其中之一就是CMP浆料、抛光垫、修正盘等耗材的成本占CMP过程总成本的70%左右，抛光浆料的成本就占耗材的60 80%，但抛光浆料的利用率却只能达到20%左右；抛光浆料的管理和废料浆的处理也相当麻烦，大量排放到自然造成环境污染。从现阶段看，降低生产成本成为提高IC产品竞争力的关键，IC制造成本居高不下最主要的原因之一就是抛光液的过量使用，SpeedFam-IPEC研究表明，CMP工艺中耗材的支出占60 80%，而抛光液的支出又占耗材的60 80%。普通铜抛光液价格为$40/gallOn， 一般CMP抛光机每台需要200毫升/min ；传统CMP过程中大量抛光废液的排放使一些有害的化学试剂进入自然，不利于IC产业向着绿色环保的方向发展。这些问题成了传统CMP未来应用凾需解决的技术难题，克服传统CMP这些缺点已成为平整化技术重要的实用研究方向。精细雾化化学机械抛光技术就是把特种抛光液的组分进行精细雾化，形成索太尔直径为5 25 μ m的均勻微米级液粒，通过特殊方式导入抛光/研抛界面，经过强吸附、强活性和界面间的高性能均勻化学作用，在基片表面反应成剪切强度较低的均勻覆盖膜，通过机械作用去除，形成光滑无损伤超精纳米级表面。化学机械抛光关键技术之一就是选择或配制一种实现化学机械抛光高质量、高效率的抛光液，抛光液的性能直接影响抛光质量和抛光速率，因此会直接关系到基片表面的平坦化。抛光液研究的最终目标是找到化学作用和机械作用的最佳结合，以正确获得去除速率高、平面度好、无缺陷、膜厚均勻性好及选择性高的浆料，同时还要兼顾易清洗性、对设备的腐蚀性、废料的处理费用及安全性。按照CMP浆料中所使用磨料的种类和性质不同，其分为三种类型单磨料、 混合磨料和复合磨料CMP浆料。单磨料浆料是指抛光浆料中只包括一种无机粒子， SiO2, CeO2, Al2O3，ZrO2和TW2等，其中作为IC工艺化学机械抛光所使用的研磨料，主要有 SiO2, e02和Al2O3磨料。由于它们的物理化学性质不同，所以在不同的应用领域有不同的选择。SiO2是目前CMP中应用最为广泛地磨料之一，被广泛地用于Si晶片、SiO2层间介质层的CMP，同时S^2也是本发明所述涉及的抛光液。国外对S^2抛光浆料研究得比较成熟，但是其抛光液配方基本处于保密状态，只有少数文献公布了其成果，S. LWang等人研究了 S^2的碱性浆料对Cu抛光的工艺参数， 实验结果表明，当抛光压力为150kPa、温度为20 30 °C、浆料流速为200 mL/ min、氧化剂(H2A )质量分数为洲 3%、有机碱的质量分数为3%时，去除率达到700nm/min，表面粗糙度Ra值达0. 49nm。而雾化抛光技术亦为申请人首次提出，关于适用于雾化的抛光液的研究尚处于空白。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，申请人提供了一种二氧化硅抛光液，适用于雾化抛光工艺。为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案
本发明公开了适用于精细雾化CMP的一种碱性二氧化硅抛光液，其特征在于包括二氧化硅、氧化剂、表面活性剂，所述氧化剂为过氧化氢溶液，所述表面活性剂为聚乙二醇，所述二氧化硅的质量百分比为观%_32%，所述氧化剂的质量百分比为1%_3%，所述表面活性剂的质量百分比为1. 5%-3. 5%，所述二氧化硅包括硅溶胶和白碳黑，所述SiO2抛光液的pH值为 9. 5-11. 5。进一步地，二氧化硅的质量百分比为32%，PH值为11. 5，表面活性剂的质量百分比 2. 5%，氧化剂的质量百分比为1%。本发明的技术效果在于通过实验研究和分析，得到了适合雾化抛光工艺的SiA 抛光液。
具体实施例方式本发明采用沈阳科晶自动化设备有限公司生产的UNIP0L-1502型抛光实验机进行抛光效果试验。试验时抛光机的操作参数如下抛光压力为7PSI，下盘转速为55r/min， 抛光时间为5min。雾化抛光的抛光液雾流量为lOml/min，抛光工件为20mmX20mm的单晶硅片。同时，本发明还进行了了传统抛光试验，其抛光液流量为lOOml/min，其他参数及条件同上述雾化抛光试验。试验结果见下表1。从表1中可以看出，精细雾化抛光中的材料去除率达到传统抛光的52. 23%，而雾化后抛光液的用量仅为传统抛光中抛光液流量的IOvol %，本发明利用本原纳米仪器有限公司生产的CSPM5000扫描探针显微镜系统进行试验，在扫描探针显微镜上观察硅片的表面质量，经过雾化抛光后材料的表面粗糙度是2. 5nm，优于传统抛光后的表面粗糙度 (3. Onm)0上述数据反映出雾化抛光方法相比传统抛光方法节约了成本，同时提高了抛光效 果。表权利要求
1.适用于精细雾化CMP的一种碱性二氧化硅抛光液，其特征在于包括二氧化硅、氧化剂、表面活性剂，所述氧化剂为过氧化氢溶液，所述表面活性剂为聚乙二醇，所述二氧化硅的质量百分比为观%_32%，所述氧化剂的质量百分比为1%_3%，所述表面活性剂的质量百分比为1. 5%-3. 5%，所述二氧化硅包括硅溶胶和白碳黑，所述SiCU^光液的pH值为9. 5-11. 5。
2.根据权利要求1所述的适用于精细雾化CMP的一种碱性二氧化硅抛光液，其特征在于二氧化硅的质量百分比为32%，PH值为11. 5，表面活性剂的质量百分比2. 5%，氧化剂的质量百分比为1%。
全文摘要
本发明公开了适用于精细雾化CMP的一种碱性二氧化硅抛光液，其特征在于包括二氧化硅、氧化剂、表面活性剂，所述氧化剂为过氧化氢溶液，所述表面活性剂为聚乙二醇，所述二氧化硅的质量百分比为28%-32%，所述氧化剂的质量百分比为1%-3%，所述表面活性剂的质量百分比为1.5%-3.5%，所述二氧化硅包括硅溶胶和白碳黑，所述二氧化硅抛光液的pH值为9.5-11.5。本发明通过实验研究和分析，得到了适合雾化抛光工艺的SiO2抛光液。
文档编号H01L21/3105GK102174295SQ20111007354
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者李庆忠, 翟靖 申请人:江南大学