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1、(10)申请公布号 CN 102816530 A (43)申请公布日 2012.12.12 C N 1 0 2 8 1 6 5 3 0 A *CN102816530A* (21)申请号 201110153087.2 (22)申请日 2011.06.08 C09G 1/02(2006.01) H01L 21/304(2006.01) (71)申请人安集微电子(上海)有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区龙东大道3000号5号楼613-618室 (72)发明人王晨 何华锋 (74)专利代理机构上海翰鸿律师事务所 31246 代理人李佳铭 (54) 发明名称 一种化学机械抛光液。
2、 (57) 摘要 本发明公开了一种化学机械抛光液，其包含： 研磨颗粒、水、唑类化合物和哌嗪。本发明的抛光 液实现了硅的高速抛光，且该体系具有非常高的 稳定性，降低了半导体加工的综合成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 1/1页 2 1.一种化学机械抛光液，其包含：研磨颗粒、水、唑类化合物和哌嗪。 2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒选自SiO 2 、Al 2 O 3 、CeO 2 、 SiC和Si 3 N 4 中的一种或多种。 3.如权利要求1或2所述的抛光。
3、液，其特征在于：所述的研磨颗粒的质量百分比浓度 为120。 4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的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。 5.如权利要求4所述的抛光液，其特征在于：所述的唑类化合物为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、苯并三 氮唑、1-H四氮唑、5-氨基四氮唑中的一种或多种。 6.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的唑类化合物的质量百分比浓度为 18。 7.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的哌嗪的质量百分比浓度为1 10。 8.如权利要求1所述的抛。
4、光液，其特征在于：所述抛光液还含有四甲基氢氧化铵。 9.如权利要求8所述的抛光液，其特征在于：所述的四甲基氢氧化铵的质量百分比浓 度为110。 10.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述抛光液的pH值为912。 11.如权利要求1-10任一项所述的抛光液，其特征在于：所述抛光液用于抛光单晶硅 或多晶硅。 权 利 要 求 书CN 102816530 A 1/5页 3 一种化学机械抛光液 技术领域 0001 本发明涉及一种化学机械抛光液。 背景技术 0002 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。
5、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。 0003 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。
6、实现全局平坦化。 0004 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。 0005 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。 0006 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。
7、(二乙基三胺五乙酸)。 0007 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。 0008 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4.2518.5研磨剂和重量百分比为0.051.5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。 0009 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。
8、的抛光速 度的方法。 0010 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。 0011 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。 说 明 书CN 102816530 A 2/5页 4 发明内容 0012 本发明解决的技。
9、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。 0013 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。 0014 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。 0015 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。
10、-H四氮唑、5-氨基四氮唑中的 一种或多种。 0016 在本发明中，唑类化合物的质量百分比浓度为18。 0017 在本发明中，研磨颗粒选自SiO 2 、Al 2 O 3 、CeO 2 、SiC和Si 3 N 4 中的一种或多种。 0018 在本发明中，研磨颗粒的质量百分比浓度为120。 0019 在本发明中，哌嗪的质量百分比浓度为110。 0020 在本发明中，四甲基氢氧化铵的质量百分比浓度为110。 0021 在本发明中，抛光液的pH值为912。 0022 本发明所用试剂及原料均市售可得。 0023 本发明的积极进步效果在于： 0024 1)解决了硅的抛光速度低，并且胶体不稳定的问题； 00。
11、25 2)实现了很高的硅抛光速度。大幅提高了TSV(Through Silicon Via)技术中，硅 的抛光能力，提高了产能； 0026 3)降低了半导体加工的综合成本。 具体实施方式 0027 下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限 于下述实施例。 0028 制备实施例 0029 表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例113的配方， 0030 按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用pH调节剂调到所需pH 值，即可制得化学机械抛光液。 0031 表1本发明的化学机械抛光液实施例113的配方 0032 说 明 书CN 102816530 A 3/5页。
12、 5 0033 效果实施例 0034 抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，polytex抛光垫，4cm4cm正方 形晶圆(Wafer)，研磨压力3psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟， 抛光液滴加速度100ml/分钟。 0035 表2对比例12及实施例113抛光效果对比 0036 说 明 书CN 102816530 A 4/5页 6 0037 对比例1表明：单一的二氧化硅抛硅的速度不高，只有2100A/min。对比例2表 明：在同样条件下，抛光液中加入TAZ(1，2，4-三氮唑)，可以将硅的抛光速度提高2倍。但 是，该体系由于含有金属离子(钾离子)。
13、，体系很不稳定，15分钟后就会出现抛光颗粒变成 凝胶、沉淀。伴随着沉淀现象的发生，抛光液也逐渐失效。 0038 对比例2和实施例2比较后表明，加入哌嗪可使抛光速度提高2倍。 说 明 书CN 102816530 A 5/5页 7 0039 实施例3、4表明，进一步含有四甲基氢氧化铵，抛光速度会进一步提高。 0040 实施例17表明，在用二氧化硅做研磨剂时，不同的唑类和哌嗪的组合都可以显 著提高硅的抛光速度。 0041 实施例813表明，选用Al 2 O 3 、CeO 2 、SiC和Si 3 N 4 作为研磨剂时，不同的唑类和哌 嗪的组合也可以显著提高硅的抛光速度。 0042 实施例113同时还表。
14、明，唑类和哌嗪的组合使得抛光液体系由原先的不稳定(5 分钟后分层，沉淀)变得十分稳定(30天内研磨剂颗粒平均粒径没有变化)。稳定效果十分 显著。 0043 由以上数据表明，本发明的化学机械抛光液具有以下优点： 0044 1)解决了硅的抛光速度低，并且胶体不稳定的问题； 0045 2)实现了很高的硅抛光速度。大幅提高了TSV(Through Silicon Via)技术中，硅 的抛光能力，提高了产能； 0046 3)降低了半导体加工的综合成本。 0047 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限 制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和 替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和 修改，都应涵盖在本发明的范围内。 说 明 书CN 102816530 A 。