一種用于拋光二氧化硅基材的化學(xué)機(jī)械拋光液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于拋光含有二氧化硅基材的化學(xué)機(jī)械拋光液，提出了一種酸性 條件下提高二氧化硅去除率的方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路的制造過程中，硅晶圓基片上往往構(gòu)建了成千上萬的結(jié)構(gòu)單元，這些 結(jié)構(gòu)單元通過多層金屬互連進(jìn)一步形成功能性電路和元器件。在多層金屬互連結(jié)構(gòu)中，金 屬導(dǎo)線之間填充二氧化硅或摻雜其他元素的二氧化硅作為層間介電質(zhì)（ILD)。隨著集成電 路金屬互連技術(shù)的發(fā)展和布線層數(shù)的增加，化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于芯片制造 過程中的表面平坦化。這些平坦化的芯片表面有助于多層集成電路的生產(chǎn)，且防止將電介 層涂覆在不平表面上引起的畸變。
[0003] CMP工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊拋光集成電路表面。在典型的化 學(xué)機(jī)械拋光方法中，將襯底直接與旋轉(zhuǎn)拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋 光期間，墊片和操作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學(xué)活性溶液(通常 稱為拋光液或拋光漿料）涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)開始進(jìn)行 拋光過程。
[0004] 二氧化硅作為集成電路中常用的介電材料，在很多拋光工藝中都會(huì)涉及二氧化硅 介電層的去除。如在氧化物層間介質(zhì)拋光過程中，拋光漿料主要用于去除氧化物介電層并 平坦化；在淺溝槽隔離層拋光時(shí)，拋光液主要用于去除以及平坦化氧化物介電層并停在氮 化硅上；在阻擋層拋光中，拋光液需要去除二氧化硅，銅和銅阻擋層；在硅通孔（TSV)工藝， 通孔的形成也需要用拋光液去除多余的二氧化硅。在這些拋光工藝中，都要求較高的氧化 物介電層的去除速率以保證產(chǎn)能。
[0005] 氧化物介電材料包括薄膜熱氧化二氧化硅（thin thermal oxide)、高密度等離子 二氧化娃（high density plasma oxide)、硼憐化娃玻璃（borophosphosilicate glass)、 四乙氧基二氧化娃（PETE0S)和摻碳二氧化娃（carbon doped oxide)等。為了達(dá)到較高的 氧化物材料去除速率，通常通過提高研磨顆粒的用量來達(dá)到，這樣做會(huì)提高拋光液的成本， 而且研磨顆粒用量的增大不利于濃縮。現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)CN1637101A提出在拋光液中加入堿 性化合物對(duì)玻璃基片表面進(jìn)行侵蝕或蝕刻，從而對(duì)玻璃基片表面進(jìn)行化學(xué)拋光，提高切削 率。其切削作用與我們所公知的二氧化硅基材在堿性pH下易被去除是一致的。但很多拋 光液需要在酸性條件下使用，目前并沒有有效的化學(xué)方法可以在酸性條件下提高二氧化硅 的去除速率。本發(fā)明提出了在酸性pH條件下顯著提高涉及二氧化硅材料去除速率方案。
[0006] 用于二氧化硅介電材料拋光漿料的拋光磨料主要為二氧化鈰和二氧化硅，但氧化 鈰磨料在拋光過程中容易劃傷表面。二氧化硅在拋光過程中產(chǎn)生的表面缺陷較少，故大量 使用二氧化硅作為研磨顆粒。
[0007] 本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案，可以提高二氧化硅研磨顆粒對(duì)二氧化硅介 電材料的去除速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明公開一種技術(shù)方案，采用金屬離子，提高二氧化硅研磨顆粒對(duì)二氧化硅介 電材料的去除速率。
[0009] 本發(fā)明的一方面在于提供一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有研磨顆粒。其中研磨顆粒 為二氧化硅研磨顆粒。含量為0. 5~30wt%，優(yōu)選為3~15wt%;粒徑為20~200nm，優(yōu)選 為 20 ~120nm。
[0010] 其該拋光液至少含有1種金屬離子，其中金屬離子為Na+，K +，Rb+，Cs+，Mg2+， Ca2+，Sr 2+，Ba2+，Al3+，Cu2+，F(xiàn)e2+，Zn 2+，Cr3+，Ni2+，Ti4+，Mn4+ 等的一種或多種。優(yōu)選地為 K+， Al3+，Mg2.，Cu2+，Ca 2+。
[0011] 同時(shí)，由于上述金屬離子一般而言是以離子化合物的形式加入拋光液中，因此該 拋光液也可含有陰離子，陰離子選自硫酸根、硝酸根、碳酸根、氫氧根、溴離子、碘離子等。該 離子化合物的含量為〇. 01~5wt%，優(yōu)選為0. 05~lwt%。
[0012] 所述的拋光液的pH小于7,優(yōu)選為2~5。
[0013] 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：
[0014] 1 :通過加入金屬離子，可以有效提高二氧化硅研磨顆粒對(duì)二氧化硅介電材料的去 除速率。
[0015] 2.在要求的二氧化硅去除速率下，加入金屬離子可降低研磨顆粒的用量，降低成 本。有利于制備濃縮產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限 于下述實(shí)施例。
[0017] 以下實(shí)施例中的各拋光液，至少含有（a)研磨顆粒和（b)金屬離子，各成分簡(jiǎn)單均 勻混合，余量為水。之后采用氫氧化鉀和硝酸調(diào)節(jié)至合適PH，即可制得各實(shí)施例拋光液。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 此實(shí)例中含有6%質(zhì)量含量的溶膠型二氧化硅，粒徑為90nm，lA~1E中含有不 同濃度的鉀離子（由氫氧化鉀提供），其余為水。pH由硝酸調(diào)節(jié)到3。拋光條件：拋光機(jī) 臺(tái)：Logitech LP50,拋光墊為IClOlOpad，向下壓力為3.0psi，轉(zhuǎn)速為拋光盤/拋光頭 =70/90rpm，拋光液流速為50ml/min，拋光時(shí)間為lmin。
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于拋光二氧化硅基材的化學(xué)機(jī)械拋光液，包含金屬離子及研磨顆粒，其特征 在于，所述化學(xué)機(jī)械拋光液的PH值為小于7。
2. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的金屬離子選自Na+，K +，Rb+, Cs+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Al3+, Cu2+, Fe2+，Zn2+, Cr3+, Ni2+, Ti4+, Mn4+ 等的一種或多種。
3. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的金屬離子的含量為 0.0 l ~5wt%。
4. 如權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的金屬離子的含量為 0. 05 ~lwt%。
5. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的研磨顆粒為二氧化 硅研磨顆粒。
6. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的研磨顆粒的含量為 0· 5 ~30wt%〇
7. 如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的研磨顆粒的含量為 3 ~15wt%〇
8. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的研磨顆粒的粒徑為 20 ~200nm。
9. 如權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，其中所述的研磨顆粒的粒徑為 20 ~120nm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于拋光二氧化硅基材的化學(xué)機(jī)械拋光液，包含金屬離子及研磨顆粒，該化學(xué)機(jī)械拋光液的pH值為小于7。本發(fā)明中的金屬離子可提高二氧化硅研磨顆粒對(duì)二氧化硅介電材料的去除速率。
【IPC分類】C09G1-02
【公開號(hào)】CN104650739
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310596299
【發(fā)明人】陳寶明, 荊建芬, 邱騰飛, 蔡鑫元
【申請(qǐng)人】安集微電子（上海）有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2013年11月22日