[发明专利]一种氧化硅介电材料用化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明关于一种化学机械抛光液，尤其涉及一种氧化硅介电材料用化学机械抛光液，可有效应用于半导体中氧化硅介电材料。

背景技术

为满足庞大的半导体市场需求和应对消费者对产品性能越来越高的要求，半导体器件运行速度越来越快，存储容量也越来越高，芯片特征尺寸和集成度一直沿着美国英特尔公司创始人G.Moore提出的摩尔定律飞速发展。驱使着加工工艺向着更高的电流密度、更高的时钟频率和更多的互连层转移。由于器件尺寸的缩小，光学光刻设备焦深的减小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级。为解决这一问题，能够实现全局平坦化的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术，一举成为半导体制造重要关键工艺之一。CMP技术在实行过程中，抛光垫和晶圆片作相对转动，抛光液在两者之间流动，以此达到全局平坦化的目的。

自1980s年IBM引入CMP技术以来，CMP在半导体制造过程中的应用越来越广泛。在CMP工艺的诸多应用中，氧化硅介电材料抛光一直占据着很重要的位置。据2010年市场咨询公司Linx调查显示，氧化硅介电材料抛光约占据了超过20%的市场份额。因氧化硅质硬、呈化学惰性（仅与HF和强碱反应）、在抛光中主要以机械去除为主，半导体厂中通常采用20wt%甚至更高浓度的二氧化硅抛光液、4-6psi的高抛光压力对二氧化硅薄膜进行抛光，然而也仅仅能达到约100nm/min的去除速率。因此，如何优化抛光液以降低抛光液浓度、机械压力，从而达到提高氧化硅去除速率的同时降低抛光液成本和能耗，一直受到半导体界的广泛关注。

为加快氧化硅去除速率，很多研究人员做出了很多有益的尝试。早在1990年，L.M Cook在他的文章（Lee M.Cook.J.Non-Cryst.Solids,120,152-171,1990.）中提到了使用邻苯二酚促进剂，可通过邻苯二酚与氧化硅去除产物（原硅酸）之间的配位来加快氧化硅的抛光；而在专利CN 101463226中，安集微电子有限公司宋伟红等人声称使用含1-4个氮原子的杂环化合物以及衍生物，氧化硅去除速率可由40nm/min提高到约90nm/min。在安集微电子有限公司的另一篇专利(CN 101638557)中，陈国栋等人揭示在抛光液中使用碳原子数目为2-8的多元羧酸（盐）和一取代有机膦酸（盐）作为速率增助剂，也可促进氧化硅的抛光。以酒石酸钾为例，他们的数据显示氧化硅去除速率可由270nm/min进一步提高到310nm/min。在我们前期申请的专利中(CN 201010189145.2)，我们也通过选用羧酸及氨基酸类添加剂，实现了氧化硅薄膜在在2nm/min到400nm/min的可控去除速率。

发明内容

在本专利中，发明人通过抛光液中的盐组份和螯合剂成份，大大提高氧化硅薄膜去除速率。为解决现有技术中的问题，本发明第一方面提供一种氧化硅介电材料用化学机械抛光液，含有氧化物抛光颗粒、盐组份、鳌合剂、pH调节剂及水性介质；其中以抛光液总重量为基准，上述组分的重量百分比为：

氧化物抛光颗粒0.2-50wt%；

盐组份，其通式为MX_n，M为金属元素，X为卤素0.1-5wt%，n=1、2或3；

螯合剂0.05-5wt%；

余量为pH调节剂和水性介质。

优选的，以抛光液总重量为基准，各组分的重量百分比为：

氧化物抛光颗粒5-30wt%；

盐组份，其通式为MX_n，M为金属元素，X为卤素0.1-2wt%，n=1、2或3；

螯合剂0.1-3wt%；

余量为pH调节剂和水性介质。

优选的，所述氧化物抛光颗粒选自烧结氧化硅(Fumed Silica)或者胶体氧化硅(Colloidal Silica)中的一种，粒径范围为10-1500nm。

优选的，所述氧化物抛光颗粒选自烧结氧化硅，由于烧结氧化硅硬度大，同样条件下，可进一步提高二氧化硅薄膜去除速率。

优选的，所述粒径范围为20-200nm。

优选的，所述盐组份的化学通式为MX₁，其中M选自Li、Na或K中的一种，X选自F、Cl、Br或I中的一种。

优选的，所述盐组份的化学通式为MX₂，其中M选自Ca、Mg或Zn中的一种，X选自F、Cl、Br或I中的一种。