專利名稱：一種金屬化學機械拋光漿料及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化學機械拋光漿料及其應用，尤其涉及一種用于銅的化學機械拋光漿料及其應用。
背景技術：
隨著半導體技術的發(fā)展，電子部件的微小化，一個集成電路中包含了數(shù)以百萬計的晶體管。在運行過程中，在整合了如此龐大數(shù)量的能迅速開關的晶體管，傳統(tǒng)的鋁或是鋁合金互連線，使得信號傳遞速度降低，而且電流傳遞過程中需要消耗大量能源，在一定意義上，也阻礙了半導體技術的發(fā)展。為了進一步發(fā)展，人們開始尋找采用擁有更高電學性質(zhì)的材料取代鋁的使用。眾所周知，銅的電阻小，擁有良好的導電性，這加快了電路中晶體管間信號的傳遞速度，還可提供更小的寄生電容能力，較小電路對于電遷移的敏感性。這些電學優(yōu)點都使得銅在半導體技術發(fā)展中擁有良好的發(fā)展前景。但在銅的集成電路制造過程中發(fā)現(xiàn)，銅會遷移或擴散進入到集成電路的晶體管區(qū)域，從而對于半導體的晶體管的性能產(chǎn)生不利影響，因而銅的互連線只能以鑲嵌工藝制造，即:在第一層里形成溝槽，在溝槽內(nèi)填充銅阻擋層和銅，形成金屬導線并覆蓋在介電層上。然后通過化學機械拋光將介電層上多余的銅/銅阻擋層除去，在溝槽里留下單個互連線。銅的化學機械拋光過程一般分為3個步驟，第I步是先用較高的下壓力，以快且高效的去除速率除去襯底表面上大量的銅并留下一定厚度的銅，第2步用較低去除速率去除剩余的金屬銅并停在阻擋層，第3步再用阻擋層拋光液去除阻擋層及部分介電層和金屬銅，實現(xiàn)平坦化。銅拋光一方面要盡快去除阻擋層上多余的銅，另一方面要盡量減小拋光后銅線的碟形凹陷。在銅拋光前，金屬層在銅線上方有部分凹陷。拋光時，介質(zhì)材料上的銅在主體壓力下(較高)易于被去除，而凹陷處的銅所受的拋光壓力比主體壓力低，銅去除速率小。隨著拋光的進行，銅的高度差會逐漸減小，達到平坦化。但是在拋光過程中，如果銅拋光液的化學作用太強，靜態(tài)腐蝕速率太高，則銅的鈍化膜即使在較低壓力下(如銅線凹陷處)也易于被去除，導致平坦化效率降低，拋光后的碟形凹陷增大。隨著集成電路的發(fā)展，一方面，在傳統(tǒng)的IC行業(yè)中，為了提高集成度，降低能耗，縮短延遲時間，線寬越來越窄，介電層使用機械強度較低的低介電(low-k)材料，布線的層數(shù)也越來越多，為了保證集成電路的性能和穩(wěn)定性,對銅化學機械拋光的要求也越來越高。要求在保證銅的去除速率的情況下降低拋光壓力，提高銅線表面的平坦化，控制表面缺陷。另一方面，由于物理局限性，線寬不能無限縮小，半導體行業(yè)不再單純地依賴在單一芯片上集成更多的器件來提高性能，而轉向于多芯片封裝。硅通孔(TSV)技術作為一種通過在芯片和芯片之間、晶圓與晶圓之間制作垂直導通，實現(xiàn)芯片之間互連的最新技術而得到工業(yè)界的廣泛認可。TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。目前的TSV工藝是結合傳統(tǒng)的IC工藝形成貫穿硅基底的銅穿孔，即在TSV開口中填充銅實現(xiàn)導通， 填充后多余的銅也需要利用化學機械拋光去除達到平坦化。與傳統(tǒng)IC工業(yè)不同，由于硅通孔很深，填充后表面多余的銅通常有幾到幾十微米厚。為了快速去除這些多余的銅。通常需要具有很高的銅去除速率，同時拋光后的表面平整度好。為了使銅在半導體技術中更好的應用，人們不斷嘗試新的拋光液的改進。中國專利CN1256765C提供了一種含有檸檬酸、檸檬酸鉀組成的螯合有機酸緩沖體系的拋光液。CN1195896C采用含有氧化劑、羧酸鹽如檸檬酸銨、磨料漿液、一種任選的三唑或三唑衍生物的拋光液。CN1459480A提供了一種銅的化學機械拋光液，其包含了成膜劑和成膜助劑:成膜劑由強堿和醋酸混合組成的緩沖溶液構成，成膜助劑為硝酸鉀(鈉)鹽。美國專利US552742提供了一種金屬化學機械拋光衆(zhòng)料,包括一種含有芳纟侖娃氧、燒聚娃氧烷、聚氧化烯醚及其共聚物的表面活性劑。US6821897B2提供了一種采用含有聚合物絡合劑的拋光劑的銅化學機械拋光方法，其采用含負電荷的聚合物，其中包括硫磺酸及其鹽、硫酸鹽、磷酸、磷酸鹽、磷酸酯等。而US5527423金屬化學機械拋光衆(zhòng)料,包括一種表面活性劑:芳綸硅氧烷、聚硅氧烷、聚氧化烯醚及其共聚物。上述專利中的技術，都力求在銅的拋光過程中，減少銅層局部的點蝕和腐蝕、控制靜態(tài)蝕刻速率，從而可以更好地清除銅層，提高銅的拋光速率、并獲得良好的銅互連平面性。上述專利在一定程度上克服了上述銅在拋光過程中所遇到的問題，但效果并不明顯，使用后在銅表面存有缺陷，平整度低，而且在拋光后銅線出現(xiàn)碟形凹陷大和過拋窗口窄；或者拋光速率不夠高，不能應用于對去除速率要求較高的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種金屬化學機械拋光漿料，所述拋光漿料中加入了以磷酸酯為主要成分的表面活性劑，從而減低銅的靜態(tài)腐蝕，在保持較高的銅的拋光速率的同時，改善銅的拋光表面的平整性，加強拋光效果。本發(fā)明金屬化學機械拋光漿料通過以下技術方案實現(xiàn)其目的:一種金屬化學機械拋光漿料，包括研磨顆粒、絡合劑、腐蝕抑制劑、氧化劑，其中，還至少含有一種磷酸酯類表面活性劑；所述的磷酸酯類表面活性劑含有至少一種以下結構:

權利要求
1.一種金屬化學機械拋光漿料，包括研磨顆粒、絡合劑、腐蝕抑制劑、氧化劑，其特征在于，還至少含有一種磷酸酯類表面活性劑。
2.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的磷酸酯類表面活性劑至少含有一種如下結構式:
3.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的磷酸酯類表面活性劑的含量為重量百分比0.0005 1%。
4.如權利要求3所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述磷酸酯類表面活性劑的含量為重量百分比0.001 0.5%。
5.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒為二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦和高分子研磨顆粒中的一種或多種。
6.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒的粒徑為 20 200nm。
7.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒的含量為重量百分比0.1 20%。
8.如權利要求7所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒的含量為重量百分比0.1 10%。
9.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的絡合劑為氨羧化合物及其鹽、有機羧酸及其鹽、有機膦酸及其鹽和有機胺中的一種或多種。
10.如權利要求9所述的金屬化學拋光漿液，其特征在于，所述的氨羧化合物選自甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機羧酸為醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、乳酸、沒食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機膦酸為2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的有機胺為乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；所述的鹽為鉀鹽、鈉鹽和/或銨鹽。
11.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的絡合劑的含量為重量百分比0.05 10%。
12.如權利要求11所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的絡合劑的含量較佳為重量百分比0.1 5%。
13.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的氧化劑為過氧化氫、過氧化脲、過氧甲酸、過氧乙酸、過硫酸鹽、過碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。
14.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的氧化劑的含量為重量百分比0.05 10%。
15.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的腐蝕抑制劑為氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶類化合物中的一種或多種。
16.如權利要求15所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的氮唑類化合物選自苯并三氮唑、5-甲基-1，2，3-苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羥基-苯并三氮唑、1,2,4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4-三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巰基-四氮唑。所述的的咪唑類化合物包括苯并咪唑和2-巰基苯并咪唑。所述的噻唑類化合物包括2-巰基-苯并噻唑、2-巰基噻二唑和5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑；所述的吡啶選自下列中的一種或多種:2,3- 二氨基吡啶、2-氨基吡啶和2-吡啶甲酸。所述的嘧啶為2-氨基嘧啶。
17.如權利要求1所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的腐蝕抑制劑的含量為重量百分比0.001 2%。
18.如權利要求17所述的金屬化學機械拋光漿料，其特征在于，所述的腐蝕抑制劑的含量為重量百分比0.005 I %。
19.一種如權利要求1 18中任一項所述的拋光漿料在含有銅的基材的化學機械拋光中的應 用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于銅的化學機械拋光漿料及其應用，該漿料包括研磨顆粒、絡合劑、氧化劑，腐蝕抑制劑，和至少一種磷酸酯類表面活性劑。使用本發(fā)明的漿料的可以保持較高的銅的去除速率，改善拋光后銅線的碟形凹陷和過拋窗口，拋光后的銅表面污染物少，無腐蝕等缺陷。
文檔編號C23F3/04GK103160207SQ20111042489
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2011年12月16日
發(fā)明者荊建芬, 張建, 蔡鑫元 申請人:安集微電子(上海)有限公司