一種化學(xué)機(jī)械拋光液以及拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液以及拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004]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 (colloidalsilica)和氣相二氧化娃（fumedsilica)。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。
[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(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 vanderWaals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。
[0006] 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。
[0007] 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。其中硅烷偶聯(lián)劑起到改變多種材料的拋光速度以及改善表面粗糙度的作用。這兩篇 專(zhuān)利并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)：在高離子強(qiáng)度（>〇.lmol/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>〇. 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。并且美 國(guó)專(zhuān)利60142706和美國(guó)專(zhuān)利09609882并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑可以提高二氧化硅的拋光速 度，更沒(méi)有發(fā)現(xiàn)：硅烷偶聯(lián)劑和其他絡(luò)合劑含氮化合物之間有顯著的協(xié)同作用，對(duì)二氧化硅 的拋光速度存在1+1>2的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明公開(kāi)一種化學(xué)機(jī)械拋光液，采用含硅的有機(jī)化合物，在高電解質(zhì)離子強(qiáng)度 時(shí)，能夠穩(wěn)定研磨顆粒，同時(shí)，該含硅化合物和其他添加劑如含氮化合物之間存在顯著的協(xié) 同作用，大幅提高二氧化硅的拋光速度。
[0009] 本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液，含有研磨顆粒，含硅的有機(jī)化合物，大于或等于 0.lmol/Kg的離子強(qiáng)度的電解質(zhì)離子，含氮化合物及其鹽。
[0010] 該含硅的有機(jī)化合物可以用下述通式表示：
[0011] 通式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種化學(xué)機(jī)械拋光液，含有研磨顆粒，含硅的有機(jī)化合物，大于或等于0. lmol/Kg的 離子強(qiáng)度的電解質(zhì)離子，含氮化合物及其鹽，其特征在于， 所述化學(xué)機(jī)械拋光液的PH值在1-7之間，且所述含硅的有機(jī)化合物的通 式為：
其中，R為不能水解的取代基，D是連接在R上的有機(jī)官能團(tuán)，其可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)而結(jié) 合，B為相同的或不同的可水解的取代基或羥基，C是可水解基團(tuán)或羥基，或者不可水解的 烷基取代基。
2. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機(jī)化合物的通式 中，R為被氧、氣、硫、勝、鹵素、娃原子繼續(xù)取代的烷基；D是氣基、脈基、疏基、環(huán)氧基、丙稀 酸基、乙烯基或丙烯酰氧基；A，B和C分別是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基 或羥基。
3. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機(jī)化合物的通式 中，R是1-50個(gè)碳原子的烷基。
4. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機(jī)化合物為3-氨 基丙基二乙氧基硅烷(商品名ΚΗ-550)，γ-(2, 3_環(huán)氧丙氧基）丙基二甲氧基硅烷(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)， Y _二乙稀二氛基丙基甲基二甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-103)，γ -氛丙基甲基二乙氧基硅烷 (商品名ΚΗ-902)中的一種或多種。
5. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機(jī)化合物的濃度 為質(zhì)量百分比〇. 001%~1%。
6. 如權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述含硅的有機(jī)化合物的濃度 為質(zhì)量百分〇· 01%~〇· 5%。
7. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述電解質(zhì)離子是金 屬尚子和非金屬尚子。
8. 如權(quán)利要求7所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述電解質(zhì)離子是鉀離子，鐵離 子，銨離子及四丁基銨離子中的一種或多種。
9. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒為二氧化硅研磨 顆粒。
10. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的濃度為質(zhì)量百 分比1%~50%。
11. 如權(quán)利要求10所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的濃度為質(zhì)量 百分比2%~10%。
12. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的粒徑為20~ 200nm〇
13. 如權(quán)利要求12所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的粒徑為20~ 120nm〇
14. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述含氮化合物及其鹽為聚二 甲基二烯丙氯化銨、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、縮水甘油基三甲基氯化銨、四甲基氫氧化銨、 四丁基氫氧化銨、十二烷基硫酸銨、乙酸胍、碳酸胍、磷酸胍、脲、檸檬酸銨、磷酸二氫銨、硫 酸銨、草酸銨、硼酸銨、乙酸銨中的一種或多種。
15. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述的含氮化合物的含量為質(zhì) 量百分比0. 01~1. 5%。
16. 如權(quán)利要求15所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述的含氮化合物的含量為 質(zhì)量百分比〇. 05~0. 5%。
17. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述的大于或等于0. lmol/Kg 的離子強(qiáng)度的電解質(zhì)離子的濃度為〇· lmol/Kg-1. Omol/Kg。
18. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述化學(xué)機(jī)械拋光液的pH值為 2-6。
19. 如權(quán)利要求18所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述化學(xué)機(jī)械拋光液的pH值 為 3-5。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液，含有研磨顆粒，含硅的有機(jī)化合物，大于或等于0.1mol/Kg的離子強(qiáng)度的電解質(zhì)離子，含氮化合物及其鹽，化學(xué)機(jī)械拋光液的pH值在1-7之間，且含硅的有機(jī)化合物的通式為：其中，R為不能水解的取代基，D是連接在R上的有機(jī)官能團(tuán)，其可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)而結(jié)合，B為相同的或不同的可水解的取代基或羥基，C是可水解基團(tuán)或羥基，或者不可水解的烷基取代基。
【IPC分類(lèi)】C09G1-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104745087
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310727945
【發(fā)明人】高嫄, 荊建芬, 陳寶明
【申請(qǐng)人】安集微電子（上海）有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月25日