一種用于拋光硅材料的化學機械拋光液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種包含有硅烷偶聯(lián)劑的用于拋光硅層的化學機械拋光液，其可以實現(xiàn)化學機械拋光液的高倍濃縮和膠體的穩(wěn)定性，并可提高硅材料的拋光速率。
【專利說明】一種用于拋光硅材料的化學機械拋光液

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種含有含娃有機化合物的，用于拋光娃材料的化學機械拋光液。

【背景技術】
[0002] 隨著半導體技術的不斷發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路互連層的不斷增加，導電層和 絕緣介質層的平坦化技術變得尤為關鍵。二十世紀80年代，由IBM公司首創(chuàng)的化學機械拋 光（CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。
[0003] 化學機械拋光（CMP)由化學作用、機械作用以及這兩種作用結合而成。它通常由 一個帶有拋光墊的研磨臺，及一個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。當進行化學機械拋光時，研磨頭在拋光墊上線性移動或是 沿著與研磨臺一樣的運動方向旋轉。與此同時，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。芯片表面在機械和化學的雙重作用下實現(xiàn)全局平坦化。
[0004] 目前，化學機械拋光液（CMP)所用的研磨顆粒通常采用二氧化硅，包括硅溶膠 (colloidal silica)和氣相二氧化娃（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年的長期穩(wěn)定性。
[0005] 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一由于每一個顆粒 表面帶有相同的電荷，它們相互排斥，不會產生凝聚。
[0006] 按照Stern模型，膠體離子在運動時，在切動面上會產生Zeta電勢。Zeta電勢是 膠體穩(wěn)定性的一個重要指標，因為膠體的穩(wěn)定是與粒子間的靜電排斥力密切相關的。Zeta 電勢的降低會使靜電排斥力減小，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。離子強度的高低是影響Zeta電勢的重要因素。
[0007] 膠體的穩(wěn)定性除了受zeta電勢的影響，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，顆粒無規(guī)則熱運動加劇，相互碰撞的幾率增加，會加速凝聚；例如， 受PH值影響，在強堿性、強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，太長的聚合物長鏈有時會纏繞納米顆粒，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。
[0008] 美國專利60142706和美國專利09609882公開了含有硅烷偶聯(lián)劑的拋光液和拋光 方法。
[0009] 美國專利60142706的拋光方法是用于酸性和偏中性條件下拋光，例如其實施例 1，2, 3的pH值都是2. 3,用于鎢的拋光；實施例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，硅的拋光速度會非常低。美國專利60142706所用的二氧化硅質 量百分比小于15%，因為高濃度的二氧化硅含量會導致體系不穩(wěn)定，因此不能做成高度濃縮 的拋光液，不能長期擺放。
[0010] 美國專利09609882中硅烷偶聯(lián)劑用于改善表面粗糙度。
[0011] 中國專利申請200880108217. 7公開了含硅烷偶聯(lián)劑的拋光液用于拋光氧化硅和 氮化硅的方法。
[0012] 以上專利都沒有發(fā)現(xiàn)：在高離子強度（>〇. lmol/Kg)時，硅烷偶聯(lián)劑可以起到對抗 高離子強度的作用、穩(wěn)定納米顆粒。因為通常在含有非常高的離子強度時(例如含有大于 >0.2mol/Kg鉀離子)，硅溶膠顆粒的雙電層會被大幅壓縮，靜電排斥力減小，迅速形成凝膠、 沉淀。并且以上專利都沒有發(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， 更沒有發(fā)現(xiàn)：硅烷偶聯(lián)劑和其他硅拋光促進劑之間有顯著的協(xié)同作用，對硅的拋光速度存 在1+1>2的效果。
[0013] 中國專利申請200880108217. 7公開了利用經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，用該專利 公開的方法對單質"硅"進行拋光，速度非常低。
[0014] 中國專利申請200980103153. 6公開了用唑類和胍提高硅的拋光速度的方法，該 方法的問題在于，在高離子強度下，例如加入大量鉀離子（>〇. lmol/Kg)，研磨顆粒的平均粒 徑會逐漸增加，拋光液不穩(wěn)定。


【發(fā)明內容】

[0015] 本發(fā)明所要解決的技術問題是如何在高離子強度下，延長二氧化硅層材料化學機 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。
[0016] 本發(fā)明公開一種方法，采用含硅的有機化合物，在高電解質離子強度時，能夠穩(wěn)定 研磨顆粒，同時，該含硅化合物和其他硅拋光促進劑之間存在顯著的協(xié)同作用，大幅提高硅 的拋光速度。
[0017] 該含硅的有機化合物可以用下述通式表示：
[0018]

【權利要求】
1. 一種用于拋光娃材料的化學機械拋光液，其特征在于，含有二氧化娃研磨顆粒、一種 或多種硅拋光加速劑、大于或等于0. lmol/Kg的離子強度的電解質離子、以及含硅的有機 化合物，其中所述含硅的有機化合物為自由分散在水相中，或已經和研磨顆粒之間通過化 學鍵相連。
2. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機化合物具有如 下分子結構：
其中，R為不能水解的取代基；D是連接在R上的有機官能團；A，B為相同的或不同的可 水解的取代基或輕基；C是可水解基團或輕基，或不可水解的燒基取代基；D為氣基、疏基、 環(huán)氧基、丙烯酸基、乙烯基、丙烯酰氧基或脲基。
3. 如權利要求2所述化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機化合物中R為烷 基，且所述烷基碳鏈上的碳原子被氧、氮、硫、膦、鹵素、硅等其他原子繼續(xù)取代；A，B和C分 別為氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基或羥基。
4. 如權利要求1所述化學機械拋光液，其特征在于，所述含娃的有機化合物為娃燒偶 聯(lián)劑。
5. 如權利要求4所述化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機化合物為3-氨 基丙基二乙氧基娃燒(商品名ΚΗ-550)，γ-(2, 3_環(huán)氧丙氧基）丙基二甲氧基娃燒(商品名 KH-560)，Y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-570)，Y-巰丙基三乙氧基硅 烷(商品名KH-580)，Y-巰丙基三甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-590)，Ν-(β-氨乙基）-γ-氨丙 基甲基二甲氧基硅烷(商品名KH-602)，Y-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-792)中 的一種或多種。
6. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機化合物的濃度 為質量百分比0.01%?3%。
7. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機化合物是 Y -(2, 3_環(huán)氧丙氧基）丙基二甲氧基娃燒(商品名ΚΗ-560)。
8. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述二氧化硅研磨顆粒的濃度 為質量百分比〇. 1%?40%。
9. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述二氧化硅研磨顆粒的濃度 為質量百分比16%?40%。
10. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述大于或等于0. lmol/Kg的 離子強度的電解質離子是金屬離子和非金屬離子。
11. 如權利要求10所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的電解質離子是鉀離子 和/或四甲基銨(季胺鹽）離子。
12. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述化學機械拋光液的pH值為 10 至 12。
13. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述一種或多種娃拋光加速劑 是三氮唑、氨基酸、羧酸、胍、雙胍以及其衍生物。
14. 如權利要求13所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述一種或多種娃拋光加速 劑選自1-氫-1，2, 4-三氮唑（TAZ)或其衍生物；甘氨酸、賴氨酸、組氨酸及其衍生物；碳酸 胍、鹽酸胍、雙胍堿、苯乙雙胍、嗎啉胍以及其他胍類衍生物。
15. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述硅拋光加速劑的濃度為質 量百分比0. 1%?2%。
16. -種如權利要求1-15任一項所述的化學機械拋光液在提高Si拋光速率中的應用。
【文檔編號】C09G1/02GK104371550SQ201310354651
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權日:2013年8月14日
【發(fā)明者】王晨, 何華鋒, 高嫄, 周文婷 申請人:安集微電子（上海）有限公司