[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于拋光硅材料的化學(xué)機(jī)械拋光液

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310354651.6
• 申請(qǐng)日: 2013-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104371550A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王晨;何華鋒;高嫄;周文婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C09G1/02
• 分類(lèi)號(hào): C09G1/02
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務(wù)所 31246
• 代理人: 李佳銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含有含硅有機(jī)化合物的，用于拋光硅材料的化學(xué)機(jī)械拋光液。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路互連層的不斷增加，導(dǎo)電層和絕緣介質(zhì)層的平坦化技術(shù)變得尤為關(guān)鍵。二十世紀(jì)80年代，由IBM公司首創(chuàng)的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)被認(rèn)為是目前全局平坦化的最有效的方法。

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）由化學(xué)作用、機(jī)械作用以及這兩種作用結(jié)合而成。它通常由一個(gè)帶有拋光墊的研磨臺(tái)，及一個(gè)用于承載芯片的研磨頭組成。其中研磨頭固定住芯片，然后將芯片的正面壓在拋光墊上。當(dāng)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，研磨頭在拋光墊上線(xiàn)性移動(dòng)或是沿著與研磨臺(tái)一樣的運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，含有研磨顆粒的漿液被滴到拋光墊上，并因離心作用平鋪在拋光墊上。芯片表面在機(jī)械和化學(xué)的雙重作用下實(shí)現(xiàn)全局平坦化。

目前，化學(xué)機(jī)械拋光液（CMP）所用的研磨顆粒通常采用二氧化硅，包括硅溶膠（colloidal?silica）和氣相二氧化硅（fumed?silica）。它們本身是固體，但是在水溶液中可以均勻分散，不沉降，甚至可以保持1至3年的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

研磨顆粒在水相中的穩(wěn)定性（不沉降）可以用雙電層理論解釋?zhuān)捎诿恳粋€(gè)顆粒表面帶有相同的電荷，它們相互排斥，不會(huì)產(chǎn)生凝聚。

按照Stern模型，膠體離子在運(yùn)動(dòng)時(shí)，在切動(dòng)面上會(huì)產(chǎn)生Zeta電勢(shì)。Zeta電勢(shì)是膠體穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，因?yàn)槟z體的穩(wěn)定是與粒子間的靜電排斥力密切相關(guān)的。Zeta電勢(shì)的降低會(huì)使靜電排斥力減小，致使粒子間的van?der?Waals吸引力占優(yōu)，從而引起膠體的聚集和沉降。離子強(qiáng)度的高低是影響Zeta電勢(shì)的重要因素。

膠體的穩(wěn)定性除了受zeta電勢(shì)的影響，還受其他許多因素的影響。例如，受溫度的影響，在較高溫度下，顆粒無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇，相互碰撞的幾率增加，會(huì)加速凝聚；例如，受pH值影響，在強(qiáng)堿性、強(qiáng)酸性條件下比中性穩(wěn)定，其中堿性最穩(wěn)定，PH值4-7區(qū)間最不穩(wěn)定；例如，受表面活性劑種類(lèi)的影響，有些表面活性可以起到分散劑的作用，提高穩(wěn)定性，而有些表面活性劑會(huì)降低納米顆粒表面電荷，減小靜電排斥，加速沉降。在表面活性劑中，通常陰離子型表面活性劑有利于納米顆粒的穩(wěn)定性，而陽(yáng)離子型表面活性劑容易降低穩(wěn)定性；再例如，和添加劑的分子量有關(guān)，太長(zhǎng)的聚合物長(zhǎng)鏈有時(shí)會(huì)纏繞納米顆粒，增加分散液的粘度，加速顆粒凝聚。因此，硅溶膠的穩(wěn)定性受多方面因素的影響。

美國(guó)專(zhuān)利60142706和美國(guó)專(zhuān)利09609882公開(kāi)了含有硅烷偶聯(lián)劑的拋光液和拋光方法。

美國(guó)專(zhuān)利60142706的拋光方法是用于酸性和偏中性條件下拋光，例如其實(shí)施例1，2，3的pH值都是2.3，用于鎢的拋光；實(shí)施例4的pH值都是7.7,用于銅鉭等阻擋層的拋光。在這種PH值條件下，硅的拋光速度會(huì)非常低。美國(guó)專(zhuān)利60142706所用的二氧化硅質(zhì)量百分比小于15%，因?yàn)楦邼舛鹊亩趸韬繒?huì)導(dǎo)致體系不穩(wěn)定，因此不能做成高度濃縮的拋光液，不能長(zhǎng)期擺放。

美國(guó)專(zhuān)利09609882中硅烷偶聯(lián)劑用于改善表面粗糙度。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200880108217.7公開(kāi)了含硅烷偶聯(lián)劑的拋光液用于拋光氧化硅和氮化硅的方法。

以上專(zhuān)利都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)：在高離子強(qiáng)度（>0.1mol/Kg）時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑可以起到對(duì)抗高離子強(qiáng)度的作用、穩(wěn)定納米顆粒。因?yàn)橥ǔＴ诤蟹浅８叩碾x子強(qiáng)度時(shí)（例如含有大于>0.2mol/Kg鉀離子），硅溶膠顆粒的雙電層會(huì)被大幅壓縮，靜電排斥力減小，迅速形成凝膠、沉淀。并且以上專(zhuān)利都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)：硅烷偶聯(lián)劑可以提高硅（單晶硅和多晶硅）的拋光速度，更沒(méi)有發(fā)現(xiàn)：硅烷偶聯(lián)劑和其他硅拋光促進(jìn)劑之間有顯著的協(xié)同作用，對(duì)硅的拋光速度存在1+1>2的效果。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200880108217.7公開(kāi)了利用經(jīng)氨基硅烷處理的研磨劑顆粒拋光二氧化硅和氮化硅的方法。由于“硅”和“二氧化硅”、“氮化硅”是完全不同的材料，用該專(zhuān)利公開(kāi)的方法對(duì)單質(zhì)“硅”進(jìn)行拋光，速度非常低。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200980103153.6公開(kāi)了用唑類(lèi)和胍提高硅的拋光速度的方法，該方法的問(wèn)題在于，在高離子強(qiáng)度下，例如加入大量鉀離子（>0.1mol/Kg），研磨顆粒的平均粒徑會(huì)逐漸增加，拋光液不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何在高離子強(qiáng)度下，延長(zhǎng)二氧化硅層材料化學(xué)機(jī)械拋光液中研磨顆粒的穩(wěn)定性和分散度，并提高硅的拋光速率。