專利名稱：：一種化學機械拋光液的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種化學機械拋光液。
背景技術：
：化學機械平坦化(CMP)技術中拋光液的磨料顆粒是關鍵的組分之，不同的磨料顆粒具有不同的效果。在影響拋光性能的因素中，磨料顆粒往往具有決定的作用，它的性能包括多方面的指標，如磨料顆粒的粒徑分布、形狀、聚集態(tài)以及在拋光液中的固含量，它們對拋光后晶圓的表面粗糙度，表面污染物顆粒，以及各種材料的去除速率等都會有不同影響。傳統(tǒng)磨料二氧化硅溶膠顆粒是球形的顆粒，呈單分散狀(單聚，見附圖l)，對各種材料尤其是介質材料的去除速率有限，只有增大磨料粒子含量來加快去除，而粉狀二氧化硅磨料，由于顆粒發(fā)生團聚，形成大顆粒，形狀不規(guī)則，容易引起表面微劃傷等各種缺陷。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有的含有傳統(tǒng)的球形單分散硅溶膠顆?；蚍蹱钛趸枘チ系幕瘜W機械拋光液去除速率有限或容易引起晶圓原表面微劃傷的缺陷，提供了一種具有較高去除速率，并且用于拋光后晶原表面光潔度和平坦度都較好的化學機械拋光液。本發(fā)明所述的化學機械拋光液含有二聚啞鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒(附圖1)和水。其中，所述的二聚鵬鈴形或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的粒徑大小較佳的為10150nm，更佳的為20100nm，最佳的為30100nm;所述的二聚啞鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的含量為120%，百分比為質量百分比。根據需要，本發(fā)明的化學機械拋光液還可含有表面活性劑、氧化劑、成膜劑和螯合劑中的一種或多種。本發(fā)明的一較佳實例中，所述的化學機械拋光液含有二聚啞鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒、表面活性劑和水。該化學機械拋光液適用于拋光不同介電常數的材料，較佳的適用于氧化硅(PETEOS)和摻雜碳的氧化硅的絕緣膜等。本發(fā)明的另一較佳實例中，所述的化學機械拋光液含有二聚鵬鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒、氧化劑、成膜劑、螯合劑、表面活性劑和水。該化學機械拋光液較佳的適用于拋光銅或阻擋層材料。其中，所述的表面活性劑為本領域常規(guī)用的表面活性劑，其功能是調節(jié)不同材料之間的拋光選擇比，尤其是不同硅基材料之間的選擇比，例如二氧化硅、碳參雜的二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅等。所述的表面活性劑較佳的為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑和非離子型表面活性劑中的一種或多種。所述的陽離子表面活性劑較佳的為數均分子量為200050000的聚乙烯亞胺和/或季銨鹽類表面活性劑(如十六烷基三甲基氯化銨)；所述的陰離子型表面活性劑較佳的為數均分子量為100050000的聚丙烯酸類聚合物，可以是均聚物，也可以是共聚物；所述的兩性表面活性劑較佳的為甜菜堿類表面活性劑；所述的非離子型表面活性劑較佳的為數均分子量為20020000的聚乙二醇和/或親水疏水平衡值(HLB值)為515的聚氧乙烯醚。所述的表面活性劑的含量較佳的為0.0010.1%，更佳的為0.0050.05%，百分比為質量百分比。其中，所述的氧化劑為本領域常規(guī)使用的氧化劑，較佳的為過氧化物、過硫化物和硝酸銨中的一種或多種；更佳的為過氧化氫、過氧化氫脲、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、過硫酸鉀、過硫酸銨和硝酸銨中的一種或多種；氧化劑的含量為質量百分比0.110%。其中，所述的成膜劑為本領域常規(guī)使用的成膜劑，其功能是在金屬表面形成不溶性保護膜，以達到緩蝕和提高平坦化效率的目的。所述的成膜劑較佳的為唑類有機物；更佳的為苯并三氮唑及其衍生物，以及四唑及其衍生物中的一種或多種。所述的苯并三氮唑衍生物較佳的為羧基和/或酯基取代的苯并三唑衍生物；所述的四唑衍生物較佳的為苯基取代的四唑衍生物、巰基取代的四唑衍生物、氨基取代的四唑衍生物、苯基和巰基取代的四唑衍生物、苯基和氨基取代的四唑衍生物、巰基和氨基取代的四唑衍生物，以及苯基、巰基和氨基共同取代的四唑衍生物中的一種或多種；所述的酯基取代的三唑衍生物為烷氧基羰基取代的三唑衍生物和/或芳氧基羰基取代的三唑衍生物。所述的成膜劑最佳的為苯并三氮唑、苯并咪唑、吲哚、甲基苯并三氮唑、吲唑、N-甲基苯三唑、4-羧基苯并三唑甲酯、5-羧基苯并三唑甲酯、4-羧基苯并三唑丁酯、5-羧基苯并三唑丁酯、4-羥基苯并三氮唑、5-羥基苯并三氮唑、1-H四氮唑、5_氨基四氮唑、5_甲基-四氮唑和1-苯基-5巰基四氮唑中的一種或多種。所述的成膜劑的含量較佳的為0.0011%，更佳的為0.050.5%，最佳的為0.10.4%，百分比為質量百分比。所述的螯合劑為本領域常規(guī)使用的螯合劑，選自有機膦、含氮雜環(huán)類、有機胺類和水溶性羧酸類聚合物中的一種或多種。其中，所述的有機膦較佳的為有機磷酸類化合物和/或有機磷酸酯類化合物的螯合劑，更佳的為羥基亞乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)、乙二胺四亞甲基膦酸(EDTMP)、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸(DTPMP)、2-膦酸丁烷-l，2，4三羧酸(PBTCA)、2-羥基膦?；宜?HPAA)、聚氨基聚醚基亞甲基膦酸和多元醇磷酸酯(PAPEMP)中的一種或多種。其中，所述含氮雜環(huán)類較佳的為含有兩個氮原子的六元雜環(huán)、三個氮原子的六元雜環(huán)和含有兩個氮原子的五元雜環(huán)的一種或多種，更佳的為嘧啶、吡啶、哌啶、哌嗪、噠嗪、嗎啉、氨基取代的三唑類化合物和羧基取代的三唑類化合物中的一種或多種。其中，所述的有機胺類化合物較佳的為伯胺、仲胺、叔胺和季銨類化合物中的一種或多種，更佳的為二胺、多烯多胺和環(huán)胺中的一種或多種，如己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和環(huán)己胺等。其中，所述的水溶性羧酸類聚合物包括均聚物和共聚物，也包括聚羧酸類化合物的鹽，較佳的為鈉鹽或銨鹽，優(yōu)選聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸鈉鹽、聚丙烯酸銨鹽、聚馬來酸、聚環(huán)氧琥珀酸和聚天冬氨酸等均聚物、丙烯酸_丙烯酸酯共聚物、丙烯酸_馬來酸共聚物和丙烯酸_有機磷酸_磺酸鹽共聚物中的一種或多種。所述的水溶性羧酸類聚合物的數均分子量較佳的為2005000。所述的有機螯合劑的含量較佳地為質量百分比0.0015%，更佳的為質量百分比0.12%，最佳的為質量百分比0.21.5%。本發(fā)明中，所述的水較佳的為去離子水，水的用量為補足質量百分比100%。本發(fā)明的化學機械拋光液中還可含有本領域其他常規(guī)添加劑，如粘度調節(jié)劑、穩(wěn)5定劑、防霉劑和殺菌劑等。本發(fā)明中的化學機械拋光液的酸堿度會影響其拋光性能，酸性條件下對氧化硅的材料拋光效果較好，堿性條件下對摻雜碳的氧化硅拋光效果較好，較佳的化學機械拋光液的pH為24或912。本發(fā)明的拋光液由上述成分簡單均勻混合，之后采用pH調節(jié)劑調節(jié)至合適pH值即可制得。pH調節(jié)劑可選用本領域常規(guī)pH調節(jié)劑，如氫氧化鉀、氨水和硝酸等。本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明的含有二聚啞鈴形或多聚鏈形的二氧化硅溶膠顆粒磨料的化學機械拋光液，較之采用傳統(tǒng)球形單分散的硅溶膠顆粒作為磨料的拋光液，對介質材料的拋光效果具有更高的去除速率，同時磨料顆粒形狀規(guī)則，拋光后的晶圓表面光潔度和平坦度較好，能夠滿足各種工藝條件下對介質材料表面的要求，解決了含有傳統(tǒng)二氧化硅溶膠顆粒的化學機械拋光液拋光的去除速率有限和微劃傷問題。圖1為二氧化硅顆粒聚集態(tài)和形狀的關系圖。具體實施例方式下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。實施例111表1給出了本發(fā)明的化學機械拋光液實施例111的配方，按表1中所列組分及其含量，百分比均為質量百分比簡單混合均勻，用去離子水補足拋光液含量至質量百分比100%，再用pH調節(jié)劑調節(jié)拋光液pH至所列值，即制得各化學機械拋光液。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>1%效果實施例同等條件下，不同形狀和粒徑的二氧化硅溶膠顆粒對拋光效果的影響表2中的拋光液均為磨料顆粒加上pH調節(jié)劑和去離子水而沒有其它組分，拋光條件拋光機臺為Logitech(英國)PM50型，politex拋光墊，研磨壓力2psi，研磨臺轉速70轉/分鐘，研磨頭自轉轉速90轉/分鐘，滴加速度100ml/min。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>CDO:碳參雜的二氧化硅，是一種低介電材料。從表2可以看出本發(fā)明使用的鵬鈴形或鏈形的溶膠顆粒具有較高的介電材料去除速率。實施例15和16與參比2相比，酸性下采用二聚啞鈴形顆粒和多聚鏈形顆粒，PETEOS的去除速率明顯提高，尤其是二聚鵬鈴形顆粒提高的幅度接近三倍，碳參雜的低介電材料去除速率增加了近30%;而在堿性條件下，尤其是高pH下，CDO的去除速率提高幅度很大，最大可接近四倍，PETEOS的有兩倍的提升。同時，考察晶片中心和邊沿區(qū)域的去除速率分布情況不同區(qū)域中的最大去除速率和最小去除速率得之差占平均去除速率的百分比，即拋光的均一性，經對比發(fā)現，本發(fā)明的拋光液使用的二聚啞鈴形和/或多聚鏈形的溶膠顆粒對拋光后的介電材料表面具有較好拋光均一性，也沒有輕微劃傷，能夠滿足各種工藝條件下對介電質表面的要求。權利要求一種化學機械拋光液，其含有二聚啞鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒和水。2.如權利要求l所述的化學機械拋光液，其特征在于:所述的二聚啞鈴形或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的粒徑大小為10150nm。3.如權利要求2所述的化學機械拋光液，其特征在于:所述的二聚啞鈴形或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的粒徑大小為20100nm。4.如權利要求3所述的化學機械拋光液，其特征在于:所述的二聚啞鈴形或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的粒徑大小為30100nm。5.如權利要求l所述的化學機械拋光液，其特征在于:所述的二聚啞鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的含量為120%，百分比為質量百分比。6.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的化學機械拋光液還含有表面活性劑、氧化劑、成膜劑和螯合劑中的一種或多種。7.如權利要求6所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的化學機械拋光液還含有表面活性劑，或還含有表面活性劑、氧化劑、成膜劑和螯合劑。8.如權利要求6或7所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑和非離子型表面活性劑中的一種或多種；所述的氧化劑為過氧化物、過硫化物和硝酸銨中的一種或多種；所述的成膜劑為唑類有機物；所述的螯合劑為有機膦、含氮雜環(huán)類、有機胺類和水溶性羧酸類聚合物中的一種或多種。9.如權利要求8所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的唑類有機物為苯并三氮唑及其衍生物，以及四唑及其衍生物中的一種或多種；所述的有機膦為有機磷酸類化合物和/或有機磷酸酯類化合物的螯合劑；所述的含氮雜環(huán)類為含有兩個氮原子的六元雜環(huán)、含有三個氮原子的六元雜環(huán)和含有兩個氮原子的的五元雜環(huán)中的一種或多種；所述的有機胺類為伯胺、仲胺、叔胺和季銨類化合物中的一種或多種；所述的水溶性羧酸類聚合物為水溶性羧酸類均聚物、水溶性羧酸類共聚物和聚羧酸類化合物的鹽中的一種或多種。10.如權利要求9所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的苯并三氮唑衍生物為羧基和/或酯基取代的苯并三唑衍生物；所述的四唑衍生物為苯基取代的四唑衍生物、巰基取代的四唑衍生物、氨基取代的四唑衍生物、苯基和巰基取代的四唑衍生物、苯基和氨基取代的四唑衍生物、巰基和氨基取代的四唑衍生物，以及苯基、巰基和氨基共同取代的四唑衍生物中的一種或多種。11.如權利要求8所述的化學機械拋光液，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、過硫酸銨和硝酸銨中的一種或多種；所述的陽離子表面活性劑為數均分子量為200050000的聚乙烯亞胺和/或十六烷基三甲基氯化銨；所述的陰離子型表面活性劑為數均分子量為100050000的聚丙烯酸類聚合物；所述的兩性表面活性劑為甜菜堿類表面活性劑；所述的非離子型表面活性劑為數均分子量為200-20000的聚乙二醇和/或親水疏水平衡值為515的聚氧乙烯醚；所述的成膜劑為苯并三氮唑、4_羧基苯并三氮唑甲酯、5_羧基苯并三氮唑甲酯、4_羧基苯并三氮唑丁酯、5-羧基苯并三氮唑丁酯、4-羥基苯并三氮唑、5-羥基苯并三氮唑、苯并咪唑、噴哚、甲基苯并三氮唑、吲唑^-甲基苯三唑、1-H四氮唑、5-氨基四氮唑、5-甲基-四氮唑和1-苯基-5巰基四氮唑中的一種或多種；所述的螯合劑為羥基亞乙基二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、乙二胺四亞甲基膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸、2-膦酸丁烷-l，2，4三羧酸、2-羥基膦?；宜?、聚氨基聚醚基亞甲基膦酸、多元醇磷酸酯、嘧啶、吡啶、哌啶、哌嗪、噠嗪、嗎啉、氨基取代的三唑類化合物、羧基取代的三唑類化合物、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、環(huán)己胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸鈉鹽、聚丙烯酸銨鹽、聚馬來酸均聚物、聚環(huán)氧琥珀酸均聚物、聚天冬氨酸均聚物、丙烯酸_丙烯酸酯共聚物、丙烯酸_馬來酸共聚物和丙烯酸_有機磷酸_磺酸鹽共聚物中的一種或多種。12.如權利要求8所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的水溶性羧酸類聚合物的數均分子量為2005000。13.如權利要求6或7所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的表面活性劑的含量為質量比0.0010.1%;所述的氧化劑的含量為0.110%;所述的成膜劑的含量為0.0011%;所述的螯合劑的含量為0.0015%;百分比為質量百分比。14.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于所述的化學機械拋光液的PH為24或912。全文摘要本發(fā)明公開了一種化學機械拋光液，對介質材料的拋光效果具有較高的去除速率，同時含有的二聚啞鈴形和/或多聚鏈形二氧化硅溶膠研磨顆粒的顆粒形狀規(guī)則，拋光后的晶圓表面光潔度和平坦度較好，能夠滿足各種工藝條件下對介質材料表面的要求。文檔編號C09G1/02GK101747841SQ20081020410公開日2010年6月23日申請日期2008年12月5日優(yōu)先權日2008年12月5日發(fā)明者姚穎,宋偉紅申請人:安集微電子(上海)有限公司