[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

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。由IBM公司二十世纪80年代首创的化学机械研磨(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。

化学机械研磨(CMP)由化学作用和机械作用和两种作用结合而成。它的设备通常由一个带有抛光垫(pad)的研磨台(polishing table)，及一个用于承载芯片(wafer)的研磨头(carrier)组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在研磨垫上。当进行化学机械研磨时，研磨头在抛光垫(pad)上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆液(slurry)被滴到抛光垫(pad)上，并因离心作用平铺在抛光垫(pad)上。芯片(wafer)表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。

在新兴的TSV(Through Silicon Via)技术中，尤其是在晶背减薄(backside thinning)时，对硅要求具有非常高的抛光速度。提高硅抛光速度的方法有很多种，通常以加强化学作用为主。

US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液，以提高多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)，其中添加剂优选2-(二甲氨基)-2-甲基-1-丙醇。

US2002151252公开了一种含具有多个羧酸结构的络合剂的抛光液，用于提高多晶硅去除速率，其中优选的络合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。

EP1072662公开了一种含孤对电子和双键产生离域结构的有机物的抛光液，以提高多晶硅(Poly silicon)的去除速率(removal rate)，优选化合物是胍类的化合物及其盐。

US2006014390公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的抛光液，其包含重量百分比为4.25～18.5％研磨剂和重量百分比为0.05～1.5％的添加剂。其中添加剂主要选自季铵盐、季胺碱和乙醇胺等有机碱。此外，该抛光液还包含非离子型表面活性剂，例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚产物。

US7452481B2公开了用氧化锆、四元以上的羧酸、季铵碱的组合物提高硅的抛光速度的方法。

CN101492592A公开了用唑提高硅的抛光速度的方法。由于该方法中唑的盐类为钠盐和钾盐，使得抛光液体系存在稳定性差的问题。因为为了使酸性的唑(例如TAZ)pH值调到碱性，实施例中用氢氧化钾或氢氧化钠调节pH值，引入的钠离子和钾离子会造成胶体稳定性下降。同时这些金属离子会造成半导体的金属离子污染。降低元器件的可靠性。

以上方法提高硅的抛光速度有限，尤其在新兴的TSV(Through Silicon Via)技术中，难以满足对硅要有非常高的抛光速度的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种化学机械抛光液，实现了很高的硅抛光速度。

本发明的化学机械抛光液，其包含研磨颗粒、水、唑类化合物和哌嗪。本发明发现唑类化合物和哌嗪的组合对硅(无论是单晶硅，还是多晶硅)都具有非常高的抛光速度。不仅如此，该抛光液系统还具有非常高的胶体稳定性。本发明的组合还可以继续包含四甲基氢氧化铵(TMAH)，用于进一步提高抛光速度。

在本发明中，唑类化合物选自三氮唑和四氮唑及其衍生物中的一种或多种。

在本发明中，唑类化合物为1，2，4-三氮唑，3-氨基-1，2，4-三氮唑，5-氨基-1，2，4-三氮唑，5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑和苯并三氮唑、1-H四氮唑、5-氨基四氮唑中的一种或多种。

在本发明中，唑类化合物的质量百分比浓度为1～8％。

在本发明中，研磨颗粒选自SiO₂、Al₂O₃、CeO₂、SiC和Si₃N₄中的一种或多种。

在本发明中，研磨颗粒的质量百分比浓度为1～20％。

在本发明中，哌嗪的质量百分比浓度为1～10％。

在本发明中，四甲基氢氧化铵的质量百分比浓度为1～10％。

在本发明中，抛光液的pH值为9～12。

本发明所用试剂及原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：