[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液。

背景技术

在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些结构单元通过多层金属互连进一步形成功能性电路和元器件。在多层金属互连结构中，金属导线之间填充二氧化硅或掺杂其他元素的二氧化硅作为层间介电质(ILD)。随着集成电路金属互连技术的发展和布线层数的增加，化学机械抛光(CMP)已经广泛应用于芯片制造过程中的表面平坦化。这些平坦化的芯片表面有助于多层集成电路的生产，且防止将电介层涂覆在不平表面上引起的畸变。

CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。

在氧化物抛光过程中，抛光浆料主要用于去除氧化物介电质。在浅沟槽隔离层抛光时，抛光液主要用于去除以及平坦化氧化物介电质和氮化硅。在氧化物和浅沟槽隔离层抛光工艺中，都要求较高的氧化物介电质去除速率和较低的表面缺陷。对氧化物介电质进行抛光时，总是期望二氧化硅去除速率较高，而其他材料的抛光速率较低。

氧化物介电质包括薄膜热氧化二氧化硅(thin thermal oxide)、高密度等离子二氧化硅(high density plasma oxide)、硼磷化硅玻璃(borophosphosilicateglass)、四乙氧基二氧化硅(PETEOS)和掺碳二氧化硅(carbon doped oxide)等。

用于氧化物介电质抛光浆料的抛光磨料主要为气相二氧化硅、二氧化铈和溶胶型二氧化硅，但前两种磨料在抛光过程中容易划伤表面。与前两种磨料相比，溶胶型二氧化硅在抛光过程中产生的表面缺陷较少，但对氧化物介电质的去除速率较低，其抛光液中磨料的用量往往较高，pH值也较高。

美国专利US5,891,205描述了一种含有二氧化铈和二氧化硅混合磨料的氧化物抛光液。专利US6,964,600中揭示了一种二氧化硅与氮化硅高选择比的胶体二氧化硅抛光液，由5～50％的二氧化硅胶体颗粒和0.001～2.0的磺酸盐或磺酸酯构成。专利US7,351,662采用重碳酸盐促进氧化物介电质(二氧化硅或掺碳二氧化硅)的去除速率，从而获得较低的表面缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为满足用于抛光氧化物介电质的化学机械抛光液的要求，提供了一种氧化物介电质去除速率高的化学机械抛光液。

本发明所述的化学机械抛光液含有二氧化硅溶胶颗粒、有机羧酸和/或有机膦酸类化合物、硝酸钾和水。

本发明所述的羧酸为分子中具有羧基的化合物，较佳的为碳原子数2～6的二元和三元羧酸中的一种或多种，更佳的为草酸、酒石酸、亚氨基二乙酸、氨三乙酸和柠檬酸中的一种或多种。

本发明所述的有机膦酸类化合物为分子中含有膦酸基团(如式1)的化合物；

较佳的为含有1～4个如式1所示的膦酸基团，且碳原子数为2～20(更佳的为2～16)的膦酸类化合物中的一种或多种，更佳的为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)和多氨基多醚基亚甲基膦酸(PAPEMP)中的一种或多种。

所述的有机羧酸和/或有机膦酸类化合物的含量较佳的为0.2～3％，更佳的为0.2％～1％，最佳的为0.2～0.5％；百分比为质量百分比。

所述的硝酸钾的含量较佳的为0.2～3％，更佳的为0.2％～1％，最佳的为0.2～0.5％；百分比为质量百分比。

所述的二氧化硅胶体颗粒的粒径较佳的为50～100nm。二氧化硅胶体颗粒的含量较佳的为15～38％；更佳的为15～25％；百分比为质量百分比。

本发明一较佳的实施例中还含有表面活性剂，较佳的为非离子型和/或两性型表面活性剂，更佳的为月桂酰基丙基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺(OA-12)、椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB-30)、吐温20(Tween 20)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)和椰油脂肪酸二乙醇酰胺(6501)中的一种或多种。所述的表面活性剂用量较佳的为0.2％以下，但不包括0％，更佳的为0.005～0.05％；百分比为质量百分比。