[发明专利]用于抛光半导体晶片的化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，特别是一种适用于在半导体浅沟槽隔离(STI)的CMP工艺中用来对半导体晶片上的二氧化硅和氮化硅进行化学机械抛光的抛光液。

背景技术

化学机械抛光技术(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是化学作用和机械作用相结合的技术，它借助CMP抛光液中超微研磨粒子的机械研磨作用以及抛光液的化学腐蚀作用，能够在硅晶圆片上形成高度平整的表面。CMP技术综合了化学抛光和机械抛光的优势。单纯的化学抛光，抛光速率较快，表面光洁度高、损伤低、完美性好，但其表面平整度、平行度较差，抛光一致性也较差；单纯机械抛光一致性好，表面平整度高，但表面光洁度差，损伤层深。应用CMP技术既可以得到高的抛光速率，又能获得完美的表面，其平整度比其他方法高出多个数量级。用这种方法可以真正实现整个硅晶圆片表面平面化，而且具有加工方法简单、加工成本低等优点。

浅沟槽隔离技术(shallow trench isolations，STI)是一种应用广泛的半导体制造技术，它包含一系列复杂的单步工艺。首先在硅衬底上形成Si₃N₄和缓冲SiO₂图形，作为沟槽腐蚀的掩模。接下来在Si衬底上腐蚀出具有一定深度和侧墙角度的沟槽，然后生长一薄层SiO₂以圆滑沟槽的顶角和去掉刻蚀过程中在硅表面引入的损伤。氧化之后是沟槽填充及退火，然后使用CMP工艺对硅片表面进行平坦化，Si₃N₄作为CMP的阻挡层。在此如果选用选择比低的抛光液，则Si₃N₄的去除量较大，容易形成过抛，并导致氧化区域膜厚度的改变。这里的选择比是指二氧化硅与氮化硅去除速率的比值。

专利文献CN200580009957.1公开了一种用于浅沟槽隔离的化学机械抛光液，该抛光液包含由去离子水、研磨颗粒和分散剂组成的含水磨料溶液以及由羧酸高分子化合物、含氮有机环化合物和胺基化合物组成的含水添加剂溶液。使用该抛光液的二氧化硅与氮化硅的选择比为25∶1～58∶1。其优先实施例中使用了KOH做为pH调节剂，这就在浆液中引入了金属离子，不利于抛光过程中的杂质离子控制及后清洗。

专利文献US6984588公开了一种化学机械抛光液，该抛光液包含以含有四价铈的复合盐为氧化剂，二氧化硅为研磨颗粒，控制pH范围为3～11。使用该浆料的二氧化硅和氮化硅的选择比为30∶1～150∶1，达到了很高的选择比，但是其pH范围过小，仅在pH值为4～5的时候达到高的选择比。

专利文献WO2007135794A1公开了一种化学机械抛光液，该抛光液包含以氧化铈和PMMA组成的复合粒子和一种平坦化剂。使用该抛光液的二氧化硅和氮化硅的选择比为20∶1～60∶1，选择比较高，但其抛光精度不够，易产生划伤。

由以上可见，目前用于在半导体浅沟槽隔离(STI)的CMP工艺中的化学机械抛光液，存在着易引入金属离子，适用范围窄，抛光精度低等缺点。因此，需要开发一种同时具备高选择比，不含金属离子，适用范围广，抛光精度高等优点的新型化学机械抛光液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于抛光半导体晶片的化学机械抛光液，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足半导体制造的浅沟槽隔离的CMP工艺日益严格的要求。

本发明所述的化学机械抛光液，由如下重量百分比的组分组成：

酸性pH调制剂0.2-5％，哌啶类氮氧自由基0.01-5％，表面活性剂0.1-15％，研磨颗粒0.5-20％和余量的水；

pH值为2～5；

研磨颗粒的中位粒径为100～400nm；

本发明所述的中位粒径为研磨颗粒的累积粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。

所述酸性pH调制剂选自硝酸、硫酸、盐酸、硝酸铵或丙酸中的一种或几种，优选硝酸铵；

所述的哌啶类氮氧自由基选自2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基、4-羟基哌啶醇氧自由基或4-氧-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基中的一种或几种；优选2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基。哌啶类氮氧自由基在本发明的抛光液中，能与表面活性剂产生协同作用，显著降低氮化硅的去除速率，而不降低二氧化硅的去除速率，从而达到提高选择性的目的。