[发明专利]一种化学机械抛光液及其使用方法

说明书

本发明旨在提供一种用于含碳材料的抛光液及其使用方法。所述化学机械抛光液，包含磨料、氧化剂和无机酸及其盐类，该抛光液在维持较高的含碳材料去除速率的同时，有效减少了抛光垫表面的抛光副产物残留，显著提升了抛光垫表面清洁程度，延长了抛光垫的使用寿命，降低了抛光后晶圆表面的缺陷。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其使用方法。

背景技术

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。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相同的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂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。

碳化硅、无定形碳等含碳材料作为新一代宽带隙半导体材料，具有宽带隙、高热导率、高临界击穿电场、高电子饱和迁移速率、高化学稳定性等特点，在高温、高频、大功率、高密度集成电子器件等方面具有巨大的应用潜力。然而含碳材料在常温下非常稳定，不易发生化学反应，对机械力研磨的耐受性很好，因此常用的化学机械抛光液在抛光含碳材料时，难以获得较高的抛光速度。

通常需要用氧化剂将含碳材料氧化后去除。常用的氧化剂为双氧水，但双氧水的氧化能力较弱，无法获得理想的去除速率。CN102464944A在抛光液中添加高锰酸、锰酸及其盐类等强氧化剂来提高含碳材料的化学机械抛光速率。在使用高锰酸、锰酸及其盐类作为氧化剂对含碳材料抛光过程中，由于高锰酸、锰酸等氧化剂被还原后会不可避免地生成颜色较深的副产物，而且容易沉积在抛光垫的表面和孔洞中，从而造成抛光副产物在抛光垫上的聚集，影响抛光垫寿命，而且导致抛光后的表面缺陷增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种抛光液及其使用方法，通过在抛光液中加入无机酸及其盐类，在较少影响去除速率的情况下，使得抛光过程副产物可以直接和无机酸及其盐类发生反应，形成可溶性的锰络合物，从而避免抛光过程的副产物在抛光垫上沉积，延长了抛光垫的使用寿命，同时降低了抛光后晶圆表面的缺陷。

具体的，本发明中的化学机械抛光液包含一种化学机械抛光液，包含磨料、氧化剂、无机酸及其盐类和水。

所述无机酸选自氢溴酸、氢碘酸、氢碲酸、硼酸、过硼酸、偏硼酸、溴酸、碘酸、铬酸、锰酸、砷酸、钨酸、钼酸、硒酸、碲酸、铅酸、偏铝酸、偏亚砷酸、磷酸、次磷酸、焦磷酸中的一种或多种；所述盐类选自钾盐、钠盐或铵盐中的一种或多种。

所述氧化剂为高锰酸钾。

所述磨料选自二氧化锰、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化钛单组分磨料以及表面包覆二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化钛的复合磨料中一种或多种。

本发明中，所述磨料的质量百分比含量为0.1-10％。

本发明中，所述磨料的粒径范围为50-500nm。

本发明中，所述氧化剂的质量百分比含量为0.01-1％。

本发明中，所述无机酸及其盐类的质量百分比含量为0.01-2％。

本发明中，所述无机酸及其盐类的质量百分比含量为0.1-0.5％。

本发明中，所述化学机械抛光液的pH值为2-6。

本发明的抛光液可以将除氧化剂以外的组分浓缩配置，使用前用去离子水稀释并加入氧化剂至本发明的浓度范围。