一種化學(xué)機(jī)械拋光液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其包括納米氧化鈰磨料拋光液、氧化劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑及化學(xué)添加劑。本發(fā)明公開的拋光液在氧化鈰、氧化劑、絡(luò)合劑及腐蝕抑制劑的協(xié)同作用下，可達(dá)到一定的銅拋光去除速率，同時(shí)避免或降低拋光后銅表面拋光缺陷的發(fā)生。
【專利說明】一種化學(xué)機(jī)械拋光液
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路向著高集成方向的發(fā)展，銅逐漸取代了鋁作為互聯(lián)材料，這主要是由于銅具有相對低的電阻率、高的抗電遷移能率和短的RC延遲時(shí)間，可有效提高芯片的成品率，降低布線的層數(shù)，縮短加工時(shí)間。
[0003]銅在用于制造集成電路的互連線時(shí)，其表面需要進(jìn)行精密的拋光加工，以達(dá)到全局平坦化，實(shí)現(xiàn)多層互連。目前，有關(guān)銅拋光的拋光液已有較多報(bào)道，但所報(bào)道文獻(xiàn)、專利主要以氧化硅或氧化鋁為研磨劑，研究內(nèi)容主要關(guān)注于化學(xué)試劑如氧化劑、絡(luò)合劑或腐蝕抑制劑的選取和使用，如Li Ying等人(Thin Solid Films，2006v497，p321)研究比較了不同研磨劑如氧化硅、氧化鋁對銅的拋光效果及機(jī)理。專利號為US6616717、US6821897及CN100491072C則更多關(guān)注于化學(xué)試劑的選取及使用，而忽略了研磨顆粒中有關(guān)氧化鈰研磨顆粒的研究。
[0004]氧化鈰是近年來廣受關(guān)注的一種化學(xué)機(jī)械拋光磨料，這主要是由于其對二氧化硅的高選擇性拋光性能力，并且在較低的固含量下即可達(dá)到高的拋光效果。因此，以氧化鈰為磨料的化學(xué)機(jī)械拋光液在性能和成本尚相比于傳統(tǒng)的氧化硅或氧化鋁材料具有更大的應(yīng)用前景和市場優(yōu)勢。但由于氧化鈰晶體顆粒密度較大，在水溶液中容易引起團(tuán)聚和沉降，加之氧化鈰顆粒表面往往帶有尖銳棱角，容易導(dǎo)致拋光過程中在被拋光介質(zhì)表面產(chǎn)生各種缺陷，特別是在相對更軟的金屬銅表面非常容易導(dǎo)致劃傷的出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以氧化鈰為磨料的化學(xué)機(jī)械拋光液，通過選擇添加合適的化學(xué)添加劑，在氧化劑、絡(luò)合劑和腐蝕抑制劑的協(xié)同作用下，可實(shí)現(xiàn)對銅具有較高的拋光去除速率，同時(shí)降低或避免拋光后銅表面缺陷的出現(xiàn)，拋光液具有良好的穩(wěn)定性。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有化學(xué)添加劑、研磨粒子、氧化劑、絡(luò)合劑和腐蝕抑制劑。
[0007]其中，化學(xué)添加劑為聚羧酸類化合物、有機(jī)膦酸類化合物或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)類化合物中一種或多種，濃度為0.1-1.5wt% (質(zhì)量百分比)。
[0008]其中，聚羧酸類化合物可以包括聚羧酸及其鹽類化合物，如聚環(huán)氧琥珀酸納(PESA)，聚丙烯酸(PAA)，馬來酸-丙烯酸共聚物(MA-AA)，聚丙烯酸鈉(PAAS)，水解聚馬來酸酐(HPMA)等；有機(jī)膦酸類化合物包括有機(jī)膦酸及其鹽類化合物，如氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPA)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMPA)、乙二胺四甲叉膦酸鈉(EDTMPS) 2-羥基膦?；宜?HPAA)等；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)類化合物可以是相對分子量為1000-10000000范圍內(nèi)的一種或多種聚合物，如PVP-Kl5, PVP-Kl7, PVP-K25、PVP-K30、PVP-K90等。其中，PVP按其平均分子量大小分為四級，習(xí)慣上常以K值表示，不同的K值分別代表相應(yīng)的PVP平均分子量范圍。K值實(shí)際上是與PVP水溶液的相對粘度有關(guān)的特征值，而粘度又是與高聚物分子量有關(guān)的物理量，因此可以用K值來表征PVP的平均分子量。通常K值越大，其粘度越大，粘接性越強(qiáng)。
[0009]其中，研磨粒子為氧化鈰，氧化鈰研磨粒子的平均粒徑為80-300納米，優(yōu)選120-280 納米。
[0010]其中，氧化鈰研磨劑的濃度為0.25-2.5wt%，優(yōu)選0.5-1.5wt% ；
[0011]其中，氧化劑無特殊要求，可以為各種市售氧化劑，較佳的為過氧化氫、碘酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鉀或硝酸銨，優(yōu)選過硫酸銨或碘酸鉀，該氧化劑的濃度無特殊要求，一般為
0.01-0.5wt%，優(yōu)選濃度為 0.05-0.1wt % O
[0012]其中，絡(luò)合劑可以是L-精氨酸、氨基乙酸、檸檬酸、乙二胺、醋酸中的一種或多種，優(yōu)選醋酸、乙二胺和/或氨基乙酸，絡(luò)合劑的濃度無特殊要求，一般為0.01-lwt%，優(yōu)選范圍為 0.1-0.25wt%o
[0013]其中，腐蝕抑制劑優(yōu)選苯并三氮唑類化合物，優(yōu)選為苯并三氮唑和/或3-氨基-1、2、4-三氮唑， 腐蝕抑制劑的濃度無特殊要求，一般為0.01-0.1wt %，優(yōu)選范圍為
0.05-0.1wt % ο
[0014]其中，本發(fā)明所公開的拋光液的pH值無特殊限制，優(yōu)選pH值范圍為6.0-11.0，本發(fā)明所公開的拋光液中，可以加入PH值調(diào)節(jié)劑，所述pH調(diào)節(jié)劑可以是KOH或H2SO4 ；
[0015]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明的拋光液選用氧化鈰作為研磨顆粒，結(jié)合氧化劑、絡(luò)合劑和腐蝕抑制劑的協(xié)同作用，具有相對較好的銅拋光速率和拋光表面特征。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于下述實(shí)施例。
[0017]按照表1中各實(shí)施例以及對比實(shí)施例的成分及其比例配制拋光液，混合均勻。另外需要說明的是，拋光液中使用的氧化鈰顆粒為原始濃度1(^%至20wt%的水分散液，顆粒的粒徑為平均折合直徑,其平均粒徑由Malvern公司的Nano_ZS90激光粒度分析儀測定；拋光液中使用的氧化鈰顆粒的晶粒度通過XRD-6100島津X射線衍射儀測試。
[0018]表1中拋光液的具體調(diào)配方式為:將除研磨顆粒外的組分按照表中所列的含量，在去離子水中混合均勻，用KOH調(diào)節(jié)到所需pH值，然后加入研磨顆粒分散液，若pH下降則用KOH調(diào)節(jié)到所需的pH值，并用去離子水補(bǔ)足百分含量至IOOwt %，即可制得化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0019]表1本發(fā)明實(shí)施例及對比例的配方
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，包括化學(xué)添加劑、研磨粒子、氧化劑、絡(luò)合劑和腐蝕抑制劑。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所選化學(xué)添加劑選自聚羧酸類化合物、有機(jī)膦酸類化合物或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)類化合物中一種或多種。
3.如權(quán)利要求2所述的拋光液，其特征在于，所述聚羧酸類化合物為聚羧酸及其鹽類化合物。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光液，其特征在于，所述聚羧酸類化合物選自聚環(huán)氧琥珀酸納(PESA)，聚丙烯酸(PAA)，馬來酸-丙烯酸共聚物(MA-AA)，聚丙烯酸鈉(PAAS)，水解聚馬來酸酐(HPMA)中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求2所述的拋光液，其特征在于，所述有機(jī)膦酸類化合物為有機(jī)膦酸及其鹽類化合物。
6.如權(quán)利要求5所述的拋光液，其特征在于，所述有機(jī)膦酸類化合物選自氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPA)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMPA)、乙二胺四甲叉膦酸鈉(EDTMPS) 2-羥基膦?；宜?HPAA)中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求2所述的拋光液，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)類化合物為相對分子量為1000-10000000范圍內(nèi)的一種或多種聚合物。
8.如權(quán)利要求7所述的拋光液，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)類化合物的K值為 15、17、25、30 和 / 或 90。
9.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的研磨粒子為氧化鈰研磨顆粒。
10.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述研磨粒子的平均粒徑為80-300納`米。
11.如權(quán)利要求10所述的拋光液，其特征在于，所述研磨粒子的平均粒徑為120-280納米。
12.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述研磨粒子的濃度為0.25-2.5wt%。
13.如權(quán)利要求12所述的拋光液，其特征在于，所述研磨粒子的濃度為0.5-1.5wt%。
14.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的氧化劑選自過氧化氫、碘酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鉀或硝酸銨中的一種或多種。
15.如權(quán)利要求14所述的拋光液，其特征在于，所述的氧化劑選自過硫酸銨或碘酸鉀。
16.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的氧化劑濃度為0.01-0.5wt%。
17.如權(quán)利要求16所述的拋光液，其特征在于，所述的氧化劑濃度為0.05-0.lwt%。
18.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述絡(luò)合劑選自L-精氨酸、氨基乙酸、檸檬酸、乙二胺、醋酸中的一種或多種。
19.如權(quán)利要求18所述的拋光液，其特征在于，所述絡(luò)合劑選自醋酸、乙二胺和/或氨基乙酸。
20.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述絡(luò)合劑的濃度為0.01-lwt%。
21.如權(quán)利要求20所述的拋光液，其特征在于，所述絡(luò)合劑的濃度為0.1-0.25wt%。
22.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述腐蝕抑制劑選自苯并三氮唑類化合物。
23.如權(quán)利要求22所述的拋光液，其特征在于，所述腐蝕抑制劑為苯并三氮唑和/或3-氨基-1、2、4-三氮唑。
24.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述腐蝕抑制劑的濃度為0.01-0.lwt%。
25.如權(quán)利要求24所述的拋光液，其特征在于，所述腐蝕抑制劑的濃度為0.05-0.lwt%0
26.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述化學(xué)添加劑的濃度為0.1-1.5wt%。
27.如權(quán)利要求1-26任一項(xiàng)所述的拋光液,其特征在于,所述拋光液的pH值范圍為6.0-11.0。
28.如權(quán)利要求1-26任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于，所述拋光液進(jìn)一步包括pH值調(diào)節(jié)劑。
29.—種如權(quán)利要求1-26任一項(xiàng)所述的拋光液在包括銅在內(nèi)的多種介質(zhì)表面拋光中的應(yīng)用。`
【文檔編號】C23F3/04GK103865402SQ201210546342
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】尹先升, 王雨春 申請人:安集微電子（上海）有限公司