CN102373014A

CN102373014A - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102373014A
Application number: CN2010102641651A
Authority: CN
Inventors: 徐春
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd; Anji Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明公开了一种含有研磨颗颗粒，氧化剂，抛光速率提升剂，腐蚀抑制剂和载体的化学机械抛光液。本发明的化学机械抛光液可以通过抛光体系的作用提高金属抛光速率，控制金属的材料的局部和整体腐蚀，减少机台和衬底表面污染物，提高产品良率。

Description

一种化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，具体涉及一种含有研磨颗颗粒，氧化剂，抛光速率提升剂，腐蚀抑制剂和载体的化学机械抛光液。

背景技术

IC制造工艺中平坦化技术已成为与光刻和刻蚀同等重要且相互依赖的不可缺少的关键技术之一。而化学机械抛光(CMP)工艺便是目前最有效、最成熟的平坦化技术。化学机械抛光系统是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术与一体的化学机械平坦化技术，是集成电路(IC)向微细化、多层化、平坦化、薄型化发展的产物，是集成电路提高生产效率、降低成本、晶圆全局平坦化必备技术。CMP在IC制造领域应用广泛，抛光对象包括衬底、介质及互连材料等。其中金属CMP是90纳米以下芯片制造中器件和互连制造的关键工艺之一，是亚90纳米时代的研究热点。金属铜，铝，钨正在越来越多地应用于集成电路器件上的互连，必须通过化学机械抛光实现多层互连，因而开发出新一代的金属化学机械抛光液一直让业界关注。

目前，出现了一系列适合于抛光Cu的化学机械抛光浆料，如：专利US6,616,717公开了一种用于金属CMP的组合物和方法；专利US5,527,423公开了一种用于金属层的化学机械抛光浆料；专利US6,821,897公开了一种使用聚合体络合剂的铜CMP的方法；专利CN02114147.9公开了一种铜化学-机械抛光工艺用抛光液；专利CN01818940.7公开了铜的化学机械抛光所用的浆料；专利CN98120987.4公开了一种用于铜的CMP浆液制造以及用于集成电路的制造方法。但是随着3D封装技术不断成熟，硅通孔技术不断得到更多应用，高速铜抛光也越来越引起人们的重视。上述抛光液用于高速铜抛光还存在去除速率不族的情况，或者衬底表面存在着缺陷、划伤、粘污和/或其它残留，或者是对铜的抛光选择性不够，或者是抛光过程中存在着局部或整体腐蚀等问题。因此有必要开发出新的适用于高速制程的化学机械抛光浆料。本发明公开了一种通过新的抛光体系作用控制金属的绝对去除速率，同时控制金属材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，其与现有技术有本质的不同。

发明内容

本发明解决的技术问题是通过抛光体系的作用提高金属抛光速率，同时控制金属的材料的局部和整体腐蚀，减少机台和衬底表面污染物，提高产品良率。

本发明的化学机械抛光液，含有研磨颗颗粒，氧化剂，抛光速率提升剂，腐蚀抑制剂和载体。

本发明中，根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒的质量百分含量为0.05～15％，所述的氧化剂的质量百分含量为0.01～10％，所述的抛光速率提升剂的质量百分含量为0.01～5％，所述的腐蚀抑制剂的质量百分含量为0.01～5％，以及余量为载体

本发明中，所述的研磨颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒中的一种或多种。较佳地，所述的研磨颗粒为氧化硅。

本发明中，所述的聚合物颗粒为聚乙烯和/或聚四氟乙烯。

本发明中，所述的研磨颗粒的粒径为20～200nm，较佳地为30～100nm。

本发明中，所述的氧化剂选自过氧化物、过硫化物和/或单过硫化物中的一种或几种。

本发明中，所述的过氧化物为有机过氧化物。

本发明中，所述的抛光速率提升剂选自氨基酸、氨类化合物、有机瞵酸和/或有机磺酸中的一种或几种。所述的抛光速率提升剂可为能够与铜表面反应形成易溶化合物

本发明中，所述的腐蚀抑制剂选自能够与铜表面沉淀反应形成难溶化合物的含氮唑类化合物、有机酸、有机酸铵盐、氨基酸、氨类化合物、有机瞵酸和/或有机磺酸中的一种或几种。

本发明中，所述的载体为水。

本发明中，含有pH调节剂。

本发明中，所述的pH调节剂选自硫酸、硝酸、磷酸、氨水、氢氧化钾、乙醇胺和/或三乙醇胺中的一种或多种。

本发明中，pH值为3.0～11.0，较佳地为3.0～7.0，以及更佳地为9.0～11.0。

本发明中，含有表面活性剂、稳定剂、抑制剂和/或杀菌剂中的一种或多种。

本发明的抛光方法包括：在化学机械抛光过程中，用本发明的化学机械抛光液对铜进行抛光。

本发明的积极进步效果在于：本发明的化学机械抛光液可以通过抛光体系的作用提高金属抛光速率，控制金属的材料的局部和整体腐蚀，减少机台和衬底表面污染物，提高产品良率。

附图说明

图1抛光液4抛光铜衬底后的表面光学显微镜图。

图2抛光液5抛光铜衬底后的表面光学显微镜图。

图3抛光液6抛光铜衬底后的表面光学显微镜图。

图4对比例抛光铜衬底后的表面光学显微镜图。

具体实施方式

制备实施例

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下述实施例中，百分比均为质量百分比。

表1给出了本发明的抛光液1～36以及对比例，按表1中所列组分及其含量，将各组分混合均匀，用去离子水补足抛光液质量100％。最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO₃，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静置30分钟即可得到各化学机械抛光液。

表1本发明的化学机械抛光液制备实施例1～36以对比例

效果实施例

用相同的抛光条件，将实施例31～36的抛光液和对比例的抛光液分别对不同材料(包括Ta衬底、Cu衬底，有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)，只抛光铜并在钽阻挡层停止)进行抛光。

抛光参数如下：Logitech抛光垫，向下压力2-5psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光液流速100mL/min。抛光结果见表2。

表2实施例31～36以及对比例的效果实施例

从表2中的数据和附图1～4中可以发现，本发明的化学机械抛光液具有以下优点：

1)本发明的化学机械抛光液在金属抛光过程中基本不产生局部和整体腐蚀，基本无衬底表面缺陷、划伤、粘污和其它残留污染物

2)具有较高的铜的去除速率，可满足高速铜的抛光要求；

3)在较低用量的研磨颗粒的情况下，如在实施例33的化学机械抛光液中研磨颗粒的质量百分含量为0.5％，也可以保持较高铜的去除速率，从而使得缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降。

Claims

1.一种化学机械抛光液，含有研磨颗颗粒，氧化剂，抛光速率提升剂，腐蚀抑制剂和载体。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒的质量百分含量为0.05～15％，所述的氧化剂的质量百分含量为0.01～10％，所述的抛光速率提升剂的质量百分含量为0.01～5％，所述的腐蚀抑制剂的质量百分含量为0.01～5％，以及余量为载体。

3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的化学机械抛光液，所述的聚合物颗粒为聚乙烯和/或聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒的粒径为20～200nm。

6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的氧化剂选自过氧化物、过硫化物和/或单过硫化物中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的化学机械抛光液，所述的过氧化物为有机过氧化物。

8.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的抛光速率提升剂选自氨基酸、氨类化合物、有机瞵酸和/或有机磺酸中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的腐蚀抑制剂选自含氮唑类化合物、有机酸、有机酸铵盐、氨基酸、氨类化合物、有机瞵酸和/或有机磺酸中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的载体为水。

11.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，含有pH调节剂。

12.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，所述的pH调节剂选自硫酸、硝酸、磷酸、氨水、氢氧化钾、乙醇胺和/或三乙醇胺中的一种或多种。

13.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，pH值为3.0～11.0。

14.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，含有表面活性剂、稳定剂、抑制剂和/或杀菌剂中的一种或多种。

15.一种抛光方法，所述抛光方法包括：在化学机械抛光过程中，用权利要求1-14中任一项所述的抛光液对铜进行抛光。