一种实现异质结构表面硅材料高效选择性去除的抛光液

本发明属于抛光，具体涉及一种实现异质结构表面硅材料高效选择性去除的抛光液。

背景技术：

1、针对异质表面硅材料的化学机械抛光(cmp)是制造硅通孔(tsv)、微机电系统(mems)、鳍式场效应晶体管(finfet)、凹陷沟道场效应晶体管(rcat)、动态随机存取存储器(dram)触点以及非易失性存储设备(nand)闪存单元中浮动栅极等具有多层结构特征器件的关键工艺。这些器件在加工过程面临的主要挑战是需要实现微米级厚度的多晶硅/单晶硅/非晶硅的高速去除以达到全局平坦化，同时保护底层的氮化硅、二氧化硅和铜结构不会在抛光过程中被破坏，如在mems加工过程中需要去除多晶硅厚度＞5μm，在rcat和finfet加工过程中多晶硅厚度＞1μm，同时保护底层的氮化硅和二氧化硅，在tsv加工过程中，需要去除单晶硅厚度＞5μm，同时保护底层的铜。然而作为唯一实现上述多层结构全局平坦化的技术，化学机械抛光技术受抛光液组分限制难以实现多晶硅/单晶硅/非晶硅高去除速率，此外由于缺乏准确的抛光准点检测技术，难以实现抛光终点精准控制在暴露出的氮化硅/氧化硅/铜表面。

2、总而言之，现有技术难以在实现异质表面硅材料高去除速率的同时，又实现对底层材料氮化硅、二氧化硅和金属铜的保护，因此亟需研发针对异质表面硅材料的高效选择性去除的抛光液。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决现有抛光液无法同时实现异质表面硅材料高去除速率和对底层材料氮化硅、二氧化硅和金属铜保护，及现有技术难以实现抛光终点准确停止于氮化硅/氧化硅/金属铜表面的问题，研发一种针对异质结构表面硅材料高效选择性去除抛光液，用于实现异质表面硅材料超高去除速率和针对底层材料氮化硅、二氧化硅和金属铜实现超高去除选择比。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种实现异质结构表面硅材料高效选择性去除的抛光液，包括0～40wt％的研磨颗粒、0.01～15wt％的抛光增速剂、0～5wt％的复配选择吸附剂、去离子水和ph值调节剂，ph值调节剂用于调节抛光液的ph值为6～11.5，wt％表示质量百分比。

3、优选地，所述研磨颗粒包括：单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化锌、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、煅制二氧化硅、胶体二氧化硅中的一种或多种，研磨颗粒的粒径在20～200nm范围。

4、优选地，所述抛光增速剂适用对象为单一结构表面或异质结构表面硅材料，主要包括单晶硅、多晶硅和非晶硅；抛光增速剂特征至少由以下三个类别化合物中的两种及以上的化学物质组成，具体为：

5、其中第一类抛光增速剂为：乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、1-(3-(三氟甲基)苯基)环丙胺盐酸盐，乙二胺四甲叉膦钠、n-β-羟基乙基乙二胺三乙酸；

6、其中第二类抛光增速剂结构通式为：一级胺盐rnh3x、二级胺盐r2nh2x、三级胺盐r3nhx，x为f-、cl-、br-、i-、no3-、so42-、hso4-或rcoo-；具体为：己胺盐酸盐，己胺硫酸盐、甲胺盐酸盐，甲胺硫酸盐，乙胺盐酸盐，丙胺盐酸盐，丁胺盐酸盐，乙二胺硫酸盐、乙二胺盐酸盐，乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸盐、乙二胺二琥珀酸，环己二胺四乙酸，三乙胺盐酸盐，三乙胺硫酸盐，三乙胺三氟化氢；

7、其中第三类抛光增速剂结构通式为：一级胺rnh2、二级胺r2nh、三级胺r3n，(r基是脂烃基)，具体为：己胺，2-乙基己胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺，三甲胺，三乙胺，三丙胺，n-乙基乙二胺，四甲基乙二胺，甲胺，乙胺，丙胺，丁胺，乙二胺。

8、优选地，所述复配选择吸附剂针对不同类别选择不同种类，不同类别包括：非金属材料和金属材料，非金属材料如氮化硅、氧化硅，金属材料如铜。

9、优选地，所述复配选择吸附剂针对氮化硅和氧化硅时，复配选择性吸附剂包括：聚乙烯亚抛光增速剂及其单体、聚丙烯抛光增速剂及其单体、聚二烯丙基二甲基氯化铵及其单体、聚二甲胺-环氧氯丙烷-乙二胺及其单体类似的阳离子聚合物中的至少一种，复配选择性吸附剂可以选择性吸附到氮化硅或氧化硅表面，从而防止抛光液中磨粒/化学组分与氮化硅或氧化硅表面材料发生反应。

10、优选地，所述复配选择吸附剂针对金属铜时，复配选择性吸附剂包括：苯并三氮唑、4-甲基-1h-苯并三氮唑、5-甲基-1h-苯并三氮唑、1-羟基苯并三氮唑、5-氯苯并三氮唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三氮唑中的至少一种，可以有效吸附到铜表面，抑制抛光液中化学组分与铜表面的反应，降低铜的去除速率。

11、优选地，所述ph值调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂，酸性调节剂包括：盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、硼酸、硅酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸的一种或多种，优选为硝酸；碱性调节剂包括：氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种，优选为氢氧化钾。

12、优选地，所述抛光液的制备包括以下步骤：根据质量配比，依次将抛光增速剂、复配选择性吸附剂添加到去离子水中，再加入研磨颗粒，然后将ph调节至6～11.5，混合搅拌后即得到适用于实现异质表面硅材料高去除速率和针对底层材料氮化硅/二氧化硅/金属铜的高去除选择比抛光液。

13、本发明的有益效果是：

14、1、本发明所提供的一种实现异质结构表面硅材料高效选择性去除的抛光液，能够克服现有抛光液无法同时实现异质结构表面硅材料高去除速率和对底层材料氮化硅、二氧化硅和金属铜高去除选择比，及现有技术难以实现抛光终点准确停止于氮化硅/氧化硅/金属铜表面的问题，通过添加一定质量分数的抛光增速剂和具有对底层材料选择吸附性的复配选择吸附剂，使得异质表面硅材料获得每分钟超过微米级的材料去除速率和具有亚纳米精度的超精密异质结构硅表面，并实现了对底层氮化硅/氧化硅/金属铜材料的高去除选择比，同时获得了具有亚纳米精度的异质结构超精密硅表面，进一步提升异质结构硅材料的抛光效率、提升半导体器件的成品率和可靠性，并提供该抛光液的应用方法。

15、2、本发明能适应现代芯片制造的要求，进一步节约成本，提升生产效率，提高产品良率。

16、3、本发明的抛光液添加了特定的抛光增速剂，实现了对异质结构表面硅材料如多晶硅/单晶硅材料抛光去除速率＞1000nm/min，

17、4、本发明在实现异质结构硅表面较高去除速率的同时，获得了针对底层材料如氮化硅/氧化硅/金属铜的较高异质材料去除选择比。

18、5、本发明大大提高了异质结构表面硅材料如单晶硅、多晶硅和非晶硅的抛光效率，同时保护了底层材料氮化硅/氧化硅/金属铜在抛光过程中不发生严重的材料去除，并且抛光终点可以准确停止在氮化硅/氧化硅/铜表面。

19、6、本发明使用的抛光液可以使异质结构多晶硅表面原始粗糙表面粗糙度19.6nm在抛光1min后降低至约两个数量级至亚纳米精度表面0.54nm，实现了异质结构硅表面快速平坦化。