CN111378372B - 一种乙酸在sti抛光中的用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种乙酸在STI抛光中的用途。其中，所述乙酸与化学机械抛光液混合使用，所述化学机械抛光液包括氧化铈磨料，所述氧化铈磨料为胶体纳米氧化铈磨料。所述乙酸的浓度为25‑500ppm。所述抛光液的pH为4.5‑4.8，所述pH条件下，氧化铈磨料表面带正电荷。本发明的抛光液不仅具有较高的二氧化硅抛光速率，还具有较高的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比，在抛光过程中，能够在高效地去除二氧化硅介质层的同时，使抛光停止在氮化硅层，从而得到满足工业生产要求的抛光产品。

Description

一种乙酸在STI抛光中的用途

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种乙酸在STI抛光中的用途。

背景技术

半导体芯片的制造通常是在硅衬底材料上集成数以亿计的有源器件(例如，NMOS和PMOS)，进而设计各种电路实现复杂的逻辑功能和模拟功能。要确保不同器件之间的电学隔离，就要采用绝缘材料将其隔离，浅槽隔离(STI)就是在有源器件之间形成隔离区的工业化方法。STI结构的形成，通常是先在半导体基底上沉积一层氮化硅层，然后图案化此氮化硅层形成硬掩膜，接着蚀刻基底，在相邻的元件之间形成陡峭的沟渠，最后，在沟渠中填入氧化物形成元件隔离结构。。其中，利用化学机械抛光(CMP)方法进行平坦化，是STI结构的制造工艺中的重要步骤。在STI结构制造的CMP过程中，要求化学机械抛光液对二氧化硅/氮化硅抛光速率的选择比要高，最好高于100:1。

中国专利CN101568613A公开了一种CMP抛光组合物，该组合物包含脯氨酸和含氟化合物表面活性剂，pH为9至11，该抛光组合物具有至少

的氧化物移除速率，以及至少5的氧化物/氮化物移除速率比。

氧化铈是一种重要的CMP抛光液磨料，相比于传统硅溶胶磨料，氧化铈对二氧化硅材质具有更高效的抛光特性，已广泛应用于STI和介电材料(ILD)的CMP抛光。但是，目前的含氧化铈抛光液普遍存在二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比较低的问题，无法满足含STI结构的半导体产品的工业生产需求。

发明内容

乙酸是一种常规有机酸，常作为pH调节剂或缓冲剂用于化学机械抛光液中，本发明发现在氧化铈抛光液中添加乙酸，可以在不影响二氧化硅抛光速率的同时，大大抑制氮化硅的抛光速率，从而，提高二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比。因此，本发明提供一种乙酸在STI抛光中的用途。所述乙酸与化学机械抛光液混合使用，所述化学机械抛光液中包括氧化铈磨料，在酸性pH条件下，具有较高的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比。

具体地，本发明提供一种乙酸在STI抛光中的用途。其中，所述乙酸与化学机械抛光液混合使用，所述化学机械抛光液包括氧化铈磨料。所述乙酸的浓度为25-500ppm。所述化学机械抛光液的pH为4.5-4.8。

优选地，在pH为4.5-4.8的所述化学机械抛光液中，所述氧化铈磨料带正电荷。

优选地，所述乙酸的浓度为50-200ppm。

优选地，所述乙酸的浓度为100-500ppm。

优选地，氧化铈磨料的含量为0.2wt％-0.4wt％。

优选地，所述氧化铈磨料为胶体纳米氧化铈磨料。本发明的化学机械抛光液中，还可以包括本领域中常规的用于抛光二氧化硅和氮化硅材料的抛光液的其他组分。

本发明中，可以使用本领域常规的pH调节剂，例如氨水，硝酸等调节化学机械抛光液的pH值。

本发明中，乙酸在化学机械抛光中所起到的作用，不仅在于抑制了氮化硅的抛光速率，还在于提升了二氧化硅的抛光速率，从而大幅度提高了抛光液的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比。

与现有技术相比较，本发明的技术优势在于：本发明的抛光液不仅具有较高的二氧化硅抛光速率，还具有较高的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比，在抛光过程中，能够在高效地去除二氧化硅介质层的同时，使抛光停止在氮化硅层，从而得到符合要求的抛光产品。同时，本发明的抛光液可以适用较宽的抛光压力范围，能够在各种抛光压力下，表现出稳定的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比，满足各种压力下STI抛光的要求。

附图说明

图1为符合本发明的抛光液对二氧化硅、氮化硅抛光速率和二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比随乙酸浓度的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。

表1给出了本发明的化学机械抛光液的实施例1-7和对比例1-2中磨料、乙酸的用量情况和抛光液pH。其中，对比例中不添加乙酸，而实施例中添加了不同浓度的乙酸。

表1对比例1-7和本发明的抛光液1-8

将上述实施例1～7和对比例1～2中的化学机械抛光液对二氧化硅和氮化硅空白晶圆进行抛光，得到相应的抛光速率，并计算各实施例抛光液对二氧化硅和氮化硅空白晶圆的抛光速率的比值，结果分别列于表2和表3。

其中，抛光条件为：选用Mirra抛光机台进行抛光，抛光垫为IC1010抛光垫，抛光盘和抛光头转速分别为93rpm和87rpm，压力为1.5psi-5psi，抛光液流速为150mL/min，抛光时间为60秒。

表2对比例1和实施例1-4在不同抛光压力下对二氧化硅和氮化硅的抛光速率

表3对比例2和实施例5-7对二氧化硅和氮化硅的抛光速率

由表2可见，与对比例1相比，本发明中添加乙酸的实施例1-4的抛光液在基本保持对二氧化硅的抛光速率的情况下，能够抑制氮化硅的抛光速率，因而，本发明实施例的抛光液显著提高了二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比。具体地，比较对比例1和实施例1可以看出，不含乙酸的氧化铈抛光液不仅表现出高的二氧化硅的抛光速率，而且具有较高的氮化硅的抛光速率，从而，其二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比较小。本实施例1中添加了少量(25ppm)的乙酸，获得的抛光液在低抛光压力下，能够在维持二氧化硅的抛光速率的情况下，大大抑制氮化硅的抛光速率，从而表现出较高的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比，但是，随着抛光压力的增加，该抛光液对氮化硅的抛光速率增加，二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比增加，可见，乙酸的添加量较少时，适合低压力下的STI结构的抛光。但是，从本发明实施例2-4中可以看出，在相同的氮化硅含量和pH下，乙酸添加量增加，在维持低压下的低的氮化硅抛光速率下，可以抑制高压力下的氮化硅的抛光速率。且随着乙酸含量的增加，表现出覆盖抛光压力范围广的，稳定的二氧化硅和氮化硅的抛光速率，表现出较高的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比，能够很好的满足STI结构的抛光的要求。

表3中列出了增加本发明中实施例中的二氧化铈含量的情况时，在3psi或者5psi抛光压力下的，本发明实施例5-7及不含乙酸的对比例2对二氧化硅和氮化硅的抛光速率。从表3中可以看出，当增加氧化铈的含量至0.4wt％时，乙酸含量在100ppm以上的抛光液在3psi抛光压力下，对二氧化硅的抛光速率与不含乙酸的对比例2对二氧化硅的抛光速率基本一致，而其对氮化硅的抛光速率，却远远低于不含乙酸的对比例2对氮化硅的抛光速率，从而表现出较高的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比。当抛光压力增加至5psi时，本发明实施例5-7对二氧化硅和氮化硅的抛光速率同时增加，从而，表现出稳定的二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比，能够很好的满足STI结构的抛光的要求。

为了更好地体现本发明中乙酸对提高抛光液对二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比的作用，图1展示了抛光液中氧化铈磨料含量为0.2wt％，抛光压力为3psi时，二氧化硅抛光速率、氮化硅抛光速率和二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比随乙酸浓度的变化曲线图。从图中可以看出，含乙酸的抛光液对TEOS的抛光速率总体上随着乙酸浓度的增加而增加，特别当乙酸浓度到达50ppm后，抛光液对二氧化硅的抛光速率持续性增加；而该含乙酸的抛光液对于SiN的抛光速率，当乙酸浓度小于25ppm时，大于

而当乙酸浓度为50ppm时，小于

随着乙酸浓度的增加，对氮化硅的抛光速率稳定保持在

以下。从而，当乙酸浓度接近50ppm时，抛光液对二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比明显增加，并稳定在200以上。

综上所述，本发明通过在含氧化铈的抛光液中添加一定浓度的乙酸，在基本保持对二氧化硅的抛光速率的情况下，大大减少了氮化硅的抛光速率，从而提高了抛光液对二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比。本发明实施例的抛光液，对二氧化硅/氮化硅抛光速率选择比均超过100，完全能够满足STI结构的工业生产需要。

应当注意的是，本发明中的含量，除有特别说明的外，均为质量百分比含量(wt％)。

应当理解的是，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。

Claims (2)

1.一种乙酸在STI抛光中的用途，其中，所述乙酸与化学机械抛光液混合使用，所述化学机械抛光液包括氧化铈磨料，所述化学机械抛光液的pH为4.5-4.8；所述氧化铈磨料为胶体纳米氧化铈磨料，所述乙酸的浓度为50-200ppm；所述胶体纳米氧化铈磨料的含量为0.2wt%-0.4wt%；在pH为4.5-4.8的所述化学机械抛光液中，所述胶体纳米氧化铈磨料带正电荷。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，

所述乙酸的浓度为100-500ppm。

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