專利名稱：銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料，尤其涉及一種銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，甚大規(guī)模集成電路芯片集成度已達(dá)幾十億個元器件，特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米級，這就要求微電子工藝中的幾百道工序，尤其是多層布線、襯底、介質(zhì)必須要經(jīng)過化學(xué)機(jī)械平坦化。甚大規(guī)模集成布線正由傳統(tǒng)的Al向Cu轉(zhuǎn)化。與Al相比，Cu布線具有電阻率低，抗電遷移能率高，RC延遲時間短，可使布層數(shù)減少一半，成本降低30％，加工時間縮短40％的優(yōu)點(diǎn)。Cu布線的優(yōu)勢已經(jīng)引起全世界廣泛的關(guān)注。
但是目前還沒有對銅材進(jìn)行有效地等離子蝕刻或濕法蝕刻，以使銅互連在集成電路中充分形成的公職技術(shù)，因此銅的化學(xué)機(jī)械拋光方法被認(rèn)為是最有效的替代方法。銅的化學(xué)機(jī)械拋光方法的工作原理一般是先用快且高效的去除速率除去襯底表面上大量的銅，當(dāng)快要接近阻擋層時即軟著陸，降低除去速率拋光剩余的金屬銅(見圖1)。目前，出現(xiàn)了一系列的適合于拋光Cu的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，如專利號為US 6,616,717公開了一種用于金屬CMP的組合物和方法；專利號為US 5,527,423公開了一種用于金屬層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料；專利號為US 6,821,897公開了一種使用聚合體絡(luò)合劑的銅CMP的方法；專利號為CN 02114147.9公開了一種銅化學(xué)-機(jī)械拋光工藝用拋光液；專利號為CN 01818940.7公開了銅的化學(xué)機(jī)械拋光所用的漿料；專利號為CN 98120987.4公開了一種用于銅的CMP漿液制造以及用于集成電路的制造方法。但是上述用于銅的拋光漿料使用后襯底表面存在著缺陷、劃傷、粘污和/或其它殘留，或者是對銅的快速除去不夠，即拋光選擇性不夠，或者是拋光過程中存在著局部或整體腐蝕等問題。因此有必要開發(fā)出新的用于銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，本發(fā)明的銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以快速地除去大量的金屬銅。
本發(fā)明的上述目的是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料包括研磨顆粒、有機(jī)膦酸、聚丙烯酸類和/或其鹽類和/或聚丙烯酸類共聚物、氧化劑和載體。本發(fā)明的含有有機(jī)膦酸、聚丙烯酸類和/或其鹽類和/或聚丙烯酸類共聚物的化學(xué)機(jī)械拋光漿料在拋光過程中對銅有很高的選擇性，而且其表面具有很好的粗糙度和較低的殘留物，同時在較低的研磨顆粒含量下，也可以確保較高的銅的去除速率。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該研磨顆粒的濃度為0.5～5％，優(yōu)選1～2％，該有機(jī)膦酸的濃度為0.01～1％，該聚丙烯酸類和/或其鹽類和/或聚丙烯酸類共聚物的濃度為0.01～0.5％，該氧化劑的濃度為0.001～5％，該載體為余量，以上％均指占整個銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的總重量百分比。
在本發(fā)明中，所述的有機(jī)膦酸可為各種有機(jī)膦酸，較佳地為羥基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)和/或2-羥基膦?；宜?HPAA)。
所述的聚丙烯酸類可為各種聚丙烯酸類，較佳地為聚丙烯酸和/或聚馬來酸，所述的鹽為鉀鹽、銨鹽、鈉鹽、鈣鹽和/或其它的堿金屬或堿土金屬鹽，優(yōu)選鉀鹽、銨鹽和/或鈉鹽，所述的聚丙烯酸類共聚物較佳地為聚丙烯酸-聚丙烯酸酯共聚物和/或聚丙烯酸-聚馬來酸共聚物。
所述的聚丙烯酸類的分子量較佳地為1,000～20,000，更佳地為2,000～5,000；所述的聚丙烯酸類共聚物的分子量較佳地為1,000～20,000，更佳地為2,000～5,000。
本發(fā)明的研磨顆?？蔀楦鞣N研磨顆粒，較佳地為氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒；該研磨顆粒的尺寸較佳地為20～200nm，更佳地為50～100nm。
所述的氧化劑可為各種氧化劑，較佳地為過氧化氫、過氧化氫脲、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、過硫酸鉀、過硫酸銨和/或硝酸銨，優(yōu)選過氧化氫。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該化學(xué)機(jī)械拋光漿料的pH值可為2.0～4.0，所用的pH調(diào)節(jié)劑可為氫氧化鉀、硝酸、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
在本發(fā)明中，所述的載體較佳地為水。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料還可以包括其他添加劑，如表面活性劑、絡(luò)合劑和/或抑制劑等等，這些添加劑均可參照現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料1)可以降低研磨顆粒的用量，使缺陷、劃傷、粘污和其它殘留明顯下降；2)對銅具有很高的拋光選擇性；3)可以防止金屬拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中銅拋光漿料的工作原理示意圖；圖2為拋光前空白銅晶片的表面顯微鏡圖；
圖3為拋光后空白銅晶片的表面顯微鏡圖；圖4為拋光后銅線表面的SEM圖；圖5為測試晶片銅表面的AFM圖(5×5微米的區(qū)域)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1～6表1

備注HEDP羥基乙叉二膦酸，ATMP氨基三甲叉膦酸，HPAA2-羥基膦?；宜幔籔AN聚丙烯酸銨，PAA聚丙烯酸，PAE聚丙烯酸-聚丙烯酸酯共聚物；上述化學(xué)機(jī)械拋光漿料的其余成分為水。
將各物料按下列順序研磨顆粒、一半用量的去離子水、有機(jī)膦酸、H2O2、聚丙烯酸類和/或其共聚物的順序依次加入反應(yīng)器中并攪拌均勻，補(bǔ)入其余去離子水，最后用pH調(diào)節(jié)劑(20％KOH或稀HNO3，根據(jù)pH值的需要進(jìn)行選擇)調(diào)節(jié)到所需pH值繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜止10分鐘即可得到化學(xué)機(jī)械拋光漿料。
效果實(shí)施例1
分別用上述實(shí)施例1～6的化學(xué)機(jī)械拋光漿料對空白Ta、Cu、SiO2晶片進(jìn)行拋光，拋光條件相同，拋光參數(shù)如下Logitech.拋光墊，向下壓力2psi，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/拋光頭轉(zhuǎn)速＝60/80rpm，拋光時間120s，化學(xué)機(jī)械拋光漿料流速100mL/min。拋光結(jié)果見表2。
表2

備注Surf.表示基底表面的污染物情況。
結(jié)果表明1)與Ta和SiO2相比，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料對銅具有很高的拋光選擇性；2)本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以降低研磨顆粒的用量，如實(shí)施例4的化學(xué)機(jī)械拋光漿料將研磨顆粒的含量降低至0.5％，也可以保持較高銅的去除速率；3)實(shí)施例1的化學(xué)機(jī)械拋光漿料拋光后的空白晶片表面無污染物或污染物少(如圖3所示)，與拋光前相比(見圖2)，拋光后的空白銅晶片表面的點(diǎn)蝕、腐蝕明顯減少，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
效果實(shí)施例2分別用實(shí)施例2、4的化學(xué)機(jī)械拋光漿料對濺射Ta阻擋層/電鍍銅的二氧化硅晶片進(jìn)行拋光銅，直拋光至鉭阻擋層時停止，2組實(shí)驗(yàn)拋光條件相同，拋光參數(shù)如下Logitech.拋光墊，向下壓力2psi，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/拋光頭轉(zhuǎn)速＝60/80rpm，拋光時間120s，化學(xué)機(jī)械拋光漿料流速100mL/min。拋光結(jié)果見表3。
表3

結(jié)果表明使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以明顯降低測試晶片表面的凹陷的大小，減少殘留物。實(shí)施例4的化學(xué)機(jī)械拋光漿料拋光后的銅線表面無明顯污染物(見圖4)，可防止拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，而且銅片表面的粗糙度小于0.3nm(見圖5)。
結(jié)論本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料1)可以降低研磨顆粒的用量，使缺陷、劃傷、粘污和其它殘留明顯下降；2)對銅具有很高的拋光選擇性；3)可以防止金屬拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。
上述實(shí)施例所涉及到的原料均為市售。
權(quán)利要求
1.一種銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其包括研磨顆粒、有機(jī)膦酸、聚丙烯酸類和/或其鹽類和/或聚丙烯酸類共聚物、氧化劑和載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒的濃度為0.5～5％，該有機(jī)膦酸的濃度為0.01～1％，該聚丙烯酸類和/或其鹽類和/或聚丙烯酸類共聚物的濃度為0.01～0.5％，該氧化劑的濃度為0.001～5％，該載體為余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的有機(jī)膦酸為羥基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸和/或2-羥基膦?；宜?。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的聚丙烯酸類為聚丙烯酸和/或聚馬來酸，所述的鹽為鉀鹽、銨鹽和/或鈉鹽，所述的聚丙烯酸類共聚物為聚丙烯酸-聚丙烯酸酯共聚物和/或聚丙烯酸-聚馬來酸共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的聚丙烯酸類的分子量為1,000～20,000；所述的聚丙烯酸類共聚物的分子量為1,000～20,000。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的聚丙烯酸類的分子量為2,000～5,000；所述的聚丙烯酸類共聚物的分子量為2,000～5,000。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒為氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒，該研磨顆粒的濃度為1～2％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒的尺寸為20～200nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒的尺寸為50～100nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的氧化劑為過氧化氫、過氧化氫脲、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、過硫酸鉀、過硫酸銨和/或硝酸銨。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該化學(xué)機(jī)械拋光漿料的pH值為2.0～5.0。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該化學(xué)機(jī)械拋光漿料還包括表面活性劑、絡(luò)合劑和/或抑制劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其包括研磨顆粒、有機(jī)膦酸、聚丙烯酸類和/或其共聚物、氧化劑和載體。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以防止金屬材料的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物，降低研磨顆粒的含量，提高鉭的去除速率和降低銅的去除速率，從而獲得不同基底的拋光選擇性。
文檔編號C08J5/14GK1955239SQ200510030870
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者荊建芬, 宋偉紅, 顧元, 徐春, 宋鷹 申請人:安集微電子(上海)有限公司