專利名稱：：非離子型聚合物在自停止多晶硅拋光液制備及使用中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及重復(fù)單元中含有-(RO)-或-(RCOO)-基團(tuán)的聚合物在可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備及其使用中的應(yīng)用，其中R為碳原子數(shù)為110的垸基。
背景技術(shù)：
：在多晶硅的拋光過程中，通常會(huì)存在如下兩個(gè)問題l.因?yàn)槎嗑Ч?二氧化硅的拋光速率選擇比過高，使得最后拋光過程停止在二氧化硅層上時(shí)，難免會(huì)有多晶硅的碟形凹損。如圖1所示，圖中a、b分別為拋光前和拋光后的結(jié)構(gòu)。且該問題會(huì)隨著二氧化硅之間的溝槽寬度的增加而加重。這會(huì)對(duì)器件的性能造成嚴(yán)重影響。2.淺溝道隔離(STI)化學(xué)機(jī)械研磨過程中，二氧化硅表面形成碟形凹損，造成后續(xù)步驟覆蓋多晶硅層后的拋光過程中，二氧化硅碟形凹損中殘留多晶硅。如圖2所示，圖中a、b分別為拋光前和拋光后的結(jié)構(gòu)。這同樣會(huì)對(duì)器件的性能造成嚴(yán)重影響。因此，解決多晶硅拋光過程中表面碟形凹損缺陷、及去除殘留了多晶硅的二氧化硅碟形凹損的問題至關(guān)重要。專利文獻(xiàn)US2003153189公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光的方法和拋光液的組成，可以減少氧化物溝槽內(nèi)的多晶硅的碟形凹損，以及降低生產(chǎn)成本。專利文獻(xiàn)US6191039揭示了一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，可以降低化學(xué)拋光的時(shí)間和成本，且有很好的平坦化效果。以上技術(shù)雖然在一定程度上達(dá)到了一定的平坦化效果，縮短了拋光時(shí)間和成本，但是或者是分兩步操作，或者只是抑制了多晶硅的拋光速率，且操作復(fù)雜，拋光效果有限。專利文獻(xiàn)US2006014390揭示了一種拋光液，其中所含有的非離子型聚合物具有抑制多晶硅去除速率的作用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供重復(fù)單元中含有-(RO)-或-(RCOO)-基團(tuán)(其中R為碳原子數(shù)為110的垸基)的聚合物在可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備及其使用中的新用途。本發(fā)明中，所述的聚合物較佳的為聚氧乙烯型非離子表面活性劑。所述的聚氧乙烯型非離子表面活性劑較佳的為長(zhǎng)鏈脂肪醇聚氧乙烯醚R,0(C2H40)nH，脂肪酸聚氧乙烯酯R,COO(C2H40)nH、R,COO(C2H40)。OCR,或HO(C2H40)nH，垸基酚聚氧乙烯醚R,C6H40(C2H40)nH，聚乙氧烯烷基醇酰胺R,CONHCH2(C2H40V20CH2CH20H，聚氧乙烯烷基胺R廣N(CH2CH20(C2H40V2CH2CH20H)2或吐溫RiC^HuCMC^HtCOx+y+z,其中R,為烴基，n為101000的整數(shù)，x，y,z為101000的整數(shù)。本發(fā)明中，所述的聚合物的含量較佳的為質(zhì)量百分比0.00015%。本發(fā)明的應(yīng)用中，所述的拋光液包含至少一種研磨顆粒和水。其中，所述研磨顆粒較佳的選自下列七種中的一個(gè)或多個(gè)二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、二氧化鋯、碳化硅、聚四氟乙烯(PTFE)和聚苯乙烯。研磨顆粒的含量較佳的為小于或等于質(zhì)量百分比30%。本發(fā)明的應(yīng)用中，所述的拋光液還可包含pH調(diào)節(jié)劑或絡(luò)合劑。本發(fā)明的應(yīng)用中，所述的拋光液由上述成分簡(jiǎn)單混合均勻即得。本發(fā)明的應(yīng)用中，拋光時(shí)，拋光頭的下壓力范圍較佳的為15psi;拋光頭的轉(zhuǎn)速范圍較佳的為10rpm150rpm;拋光墊的轉(zhuǎn)速范圍較佳的為10rpm150rpm。本發(fā)明的應(yīng)用中，拋光墊較佳的為聚氨酯材料的拋光墊，如羅門哈斯(ROHMHASS)公司的型號(hào)為ICl()OO，1C1010或politex的拋光墊，或PPG公司的PPGfastpad拋光墊。本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)選實(shí)例中，拋光頭的下壓力為1psi;拋光頭的轉(zhuǎn)速為150rpm;拋光墊的轉(zhuǎn)速為147rpm;拋光墊為PPGfastpad;拋光時(shí)間為3分鐘。本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)選實(shí)例中，拋光頭的下壓力為3psi;拋光頭的轉(zhuǎn)速為150rpm;拋光墊的轉(zhuǎn)速為147rpm;拋光墊為IC1010;拋光時(shí)間為2分鐘。本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)選實(shí)例中，拋光頭的下壓力為5psi;拋光頭的轉(zhuǎn)速為10rpm;拋光墊的轉(zhuǎn)速為llrpm;拋光墊為politex;拋光時(shí)間為1.5分鐘。本發(fā)明的應(yīng)用，可使拋光液在固定的工藝參數(shù)下可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制。該機(jī)制包括主體去除階段與終點(diǎn)去除階段。整個(gè)拋光過程中二氧化硅的去除速率保持不變。多晶硅的去除速率及多晶硅/二氧化硅的選擇比在主體去除階段由高到低下降，在終點(diǎn)去除階段恒定。機(jī)制過程由圖3所示。圖中RRo、RR,、RR2分別為拋光開始時(shí)多晶硅去除速率，主體去除階段多晶硅的平均去除速率和終點(diǎn)去除階段多晶硅去除速率，T,為主體去除階段的時(shí)間。RRo，RR,,RR2以及T,的大小通過拋光液組分，拋光的工藝參數(shù)的調(diào)整來改變。本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例中，RRo可能范圍為1006000A/min，RR,可能范圍為1006000A/min，RR2可能范圍為05000A/min，二氧化硅的去除速率可能范圍為01000A/min。RR，與二氧化硅的去除速率比可能范圍為100:ll:l，RR2與二氧化硅的去除速率比可能范圍為10:11:10。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于首次提供了重復(fù)單元中含有-(RO)-或-(RCOO)-基團(tuán)(其中R為碳原子數(shù)為110的烷基)的聚合物在可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備及其使用中的新用途。此新用途，與現(xiàn)有技術(shù)相比，更好的解決了現(xiàn)有多晶硅拋光過程中二氧化硅溝道中多晶硅碟形凹損缺陷的發(fā)生，二氧化硅碟形凹損中的多晶硅殘留的問題。此新用途，可通過一步拋光實(shí)現(xiàn)高平坦化度，無多晶硅殘留，拋光后可獲得如圖4所示的晶片結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的新用途還具有工藝窗口寬的特點(diǎn)，可使生產(chǎn)率大大提高，生產(chǎn)成本大大降低。其效果將通過實(shí)施例進(jìn)一步說明。圖1為常規(guī)多晶硅拋光過程中，拋光前(a)和拋光后(b)的晶片結(jié)構(gòu)圖。圖2為淺溝道隔離(STI)化學(xué)機(jī)械研磨過程中造成的二氧化硅表面碟形凹損，在多晶硅拋光過程前(a)后(b)的示意圖。圖3為本發(fā)明的新用途可實(shí)現(xiàn)的自停止機(jī)制示意圖。圖中RRo、RR,、RR2分別為拋光開始時(shí)多晶硅去除速率，主體去除階段多晶硅的平均去除速率和終點(diǎn)去除階段多晶硅去除速率，T,為主體去除階段的時(shí)間。圖4為應(yīng)用本發(fā)明的新用途在拋光后可獲得的晶片結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1~16用于可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備重復(fù)單元中含有-(RO)-或-(RCOO)-基團(tuán)(R為碳原子數(shù)為110的烷基)的聚合物用于制備可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅的化學(xué)機(jī)械拋光液，表1給出了實(shí)施例116中所制備的拋光液的成分配方，其中水為余量。表1實(shí)施例1~16所制備的可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅的化學(xué)機(jī)械拋光液<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage8</formula>實(shí)施例17用于可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的使用將按照實(shí)施例1的配方所制得的拋光液滴到PPGfastpad拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以147rpm和150rpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加1psi的下壓力，進(jìn)行拋光。拋光液流速為100ml/min，時(shí)間3分鐘。實(shí)施例18用于可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的使用將按照實(shí)施例2的配方所制得的拋光液滴到IC1010拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以147rpm和150rpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加3psi的下壓力，進(jìn)行拋光。拋光液流速為100ml/min，時(shí)間2分鐘。實(shí)施例19用于可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的使用將按照實(shí)施例3的配方所制得的拋光液滴到politex拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以11rpm和10rpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加5psi的下壓力，進(jìn)行拋光。拋光液流速為100ml/min，時(shí)間1.5分鐘。實(shí)施例20用于可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的使用將按照實(shí)施例4的配方所制得的拋光液滴到IC1000拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以10rpm和llrpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加4psi的下壓力，進(jìn)行拋光。拋光液流速為100ml/min。實(shí)施例21用于可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的使用將按照實(shí)施例5的配方所制得的拋光液滴到IC1000拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以150rpm和145rpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加1psi的下壓力，進(jìn)行拋光。拋光液流速為畫ml/min。效果實(shí)施例1拋光液10wt.%Si02，0.2wt.%CnH23C7H"06(C2H40)20(吐溫20)，水為余量，pH調(diào)節(jié)劑為KOH，pH-11.3。將此拋光液滴到PPGCSYMXP-710拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以70rpm和80rpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加3psi的下壓力，進(jìn)行拋光。每次拋光后對(duì)拋光墊進(jìn)行清洗刮整，同時(shí)也對(duì)晶片表面進(jìn)行去離子水沖洗清潔，干燥，測(cè)量。拋光液流速為100ml/min。拋光結(jié)果如表2所示表2多晶硅去除量隨拋光時(shí)間的變化<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由上表可見，多晶硅去除量隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，說明拋光過程呈現(xiàn)了自停止機(jī)制中的主體去除階段。效果實(shí)施例2拋光液10wt.%SiO2，0.01wt。/。CnH23C7Hn06(C2H40)20(吐溫20)，水為余量，pH調(diào)節(jié)劑為KOH，pH=11.3。將此拋光液滴到PPGCSYMXP-710拋光墊上，晶片正面向下，接觸拋光墊表面，以70rpm和80rpm的轉(zhuǎn)速分別旋轉(zhuǎn)拋光墊和拋光頭，同時(shí)在被拋光的晶片背面施加3psi的下壓力，進(jìn)行拋光。拋光液流速為100ml/min。每次拋光后對(duì)拋光墊進(jìn)行清洗刮整，同時(shí)也對(duì)晶片表面進(jìn)行去離子水沖洗清潔，干燥，測(cè)量。拋光結(jié)果如表3所示表3多晶硅、二氧化硅、去除速率及選擇比隨拋光時(shí)間的變化<table>complextableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由上表可見，多晶硅去除量隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，說明拋光過程呈現(xiàn)了自停止機(jī)制，且多晶硅的去除速率最終恒定在一個(gè)低值，而二氧化硅的去除速率始終不變。在主體去除階段多晶硅/二氧化硅去除選擇比為4.29:1，而在終點(diǎn)去除階段多晶硅/二氧化硅去除選擇比為l:'1。本發(fā)明中所提及的化合物均市售可得。權(quán)利要求1.重復(fù)單元中含有-(RO)-或-(RCOO)-基團(tuán)的聚合物在可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備及其使用中的應(yīng)用，其中R為碳原子數(shù)為1～10的烷基。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于所述的聚合物為聚氧乙烯型非離子表面活性劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于所述的聚氧乙烯型非離子表面活性劑為長(zhǎng)鏈脂肪醇聚氧乙烯醚R,0(C2H40、H，脂肪酸聚氧乙烯酯RiCOO(C2H40)nH、R,COO(C2H40)nOCR^或HO(C2H40)nH，烷基酚聚氧乙烯醚R,C6H40(C2H40)nH，聚乙氧烯烷基醇酰胺R，CONHCH2(C2H40V2OCH2CH2OH，聚氧乙烯烷基胺R廣N(CH2CH20(C2H40)n.2CH2CH2OH)2或吐溫R,C7Hn06(C2H40)x+y+z，其中，R,為烴基，n為l(MOOO的整數(shù)，x,y,z分別為10~1000的整數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于所述的聚合物的含量為拋光液的質(zhì)量百分比0.0001~5%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于所述的拋光液含有研磨顆粒和水。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述的研磨顆粒選自下列七種中的一個(gè)或多個(gè)二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、二氧化鋯、碳化硅、聚四氟乙烯和聚苯乙烯。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述的研磨顆粒的含量為小于或等于拋光液的質(zhì)量百分比30%。8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用，其特征在于所述的拋光液還包含pH調(diào)節(jié)劑或絡(luò)合劑。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用，其特征是拋光時(shí)，拋光頭的下壓力范圍為1~5psi。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是拋光時(shí)，拋光頭的轉(zhuǎn)速范圍為10rpm150rpm。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是拋光時(shí)，拋光墊的轉(zhuǎn)速范圍為10rpm150rpm。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是拋光墊為聚氨酯材料的拋光墊。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的應(yīng)用，其特征是所述的拋光墊為羅門哈斯ROHMHASS公司的型號(hào)為ICIOOO，IC1010或politex的拋光墊，或PPG公司的PPGfastpad拋光墊。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是拋光頭的下壓力為lpsi;拋光時(shí)拋光頭的轉(zhuǎn)速為150rpm;拋光時(shí)拋光墊的轉(zhuǎn)速為147rpm;拋光墊為PPGfastpad;拋光時(shí)間為3分鐘。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是拋光頭的下壓力為3psi;拋光時(shí)拋光頭的轉(zhuǎn)速為150rpm;拋光時(shí)拋光墊的轉(zhuǎn)速為147rpm;拋光墊為IC1010;拋光時(shí)間為2分鐘。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是拋光頭的下壓力為5psi;拋光時(shí)拋光頭的轉(zhuǎn)速為10rpm;拋光時(shí)拋光墊的轉(zhuǎn)速為11rpm;拋光墊為politex;拋光時(shí)間為1.5分鐘。全文摘要本發(fā)明公開了重復(fù)單元中含有-(RO)-或-(RCOO)-基團(tuán)的聚合物在可實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備及其使用中的應(yīng)用，其中R為碳原子數(shù)為1～10的烷基。本發(fā)明所述的聚合物用于拋光液的制備及其使用，可在固定的常規(guī)工藝參數(shù)拋光條件下實(shí)現(xiàn)自停止機(jī)制的多晶硅化學(xué)機(jī)械拋光過程，從而避免二氧化硅溝道中多晶硅碟形凹損缺陷的發(fā)生，及去除二氧化硅碟形凹損中的多晶硅殘留，增高拋光后晶片表面的平坦度，且具有工藝窗口寬的特點(diǎn)，可使得生產(chǎn)率大大提高，生產(chǎn)成本大大降低。文檔編號(hào)C09G1/00GK101195729SQ20061011933公開日2008年6月11日申請(qǐng)日期2006年12月8日優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日發(fā)明者楊春曉,麟王,荊建芬申請(qǐng)人:安集微電子(上海)有限公司