專利名稱：降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅化學(xué)機(jī)械拋光液，尤其是拋光后清洗方便，可降低銅化 學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)的發(fā)展，芯片集成度的不斷提高，電路元 件也越來越密集，芯片互連逐漸成為影響芯片制造的關(guān)鍵因素。芯片互連在芯 片內(nèi)的操作運(yùn)行中起著重要作用，如傳送邏輯信號(hào)、輸送電源以及分配時(shí)鐘信 號(hào)進(jìn)行時(shí)序控制和同步操作等。芯片的高集成度導(dǎo)致互連線增加及其截面積減
少，若仍沿用ULSI傳統(tǒng)的鋁互連線方法，就會(huì)導(dǎo)致電阻增大及因線間距減少 而產(chǎn)生寄生電容，從而大幅度提高了互連線的時(shí)間常數(shù)RC，集成電路的運(yùn)行 速度則由邏輯門延遲轉(zhuǎn)變?yōu)橛苫ミB線引起的時(shí)間延遲。為了避免高集成電路因 互連線而引起的時(shí)間延遲，加之銅具有低電阻率、抗電遷移率高、RC延遲時(shí) 間短等優(yōu)點(diǎn)，目前銅已替代鋁而成為深亞微米集成電路互連線技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展 的首選材料，它可使局域互連的傳輸速度改善10%，使整體互連的傳輸速度改 善50%，既保證電路高集成度的同時(shí)又能改善運(yùn)行速度。
化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polishing, CMP)被認(rèn)為是目前銅互連 線最有效和最實(shí)用的加工方法?，F(xiàn)有銅CMP用拋光液基本上都是由磨料、氧 化劑、鈍化劑、腐蝕劑及活性劑等原料組成，存在著拋光效率低、后序清洗困 難、易產(chǎn)生環(huán)境污染等缺點(diǎn)，尤其是會(huì)對(duì)拋光表面產(chǎn)生較大損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種拋光后清洗 方便，可降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其 特征在于由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧 化劑及去離子水混合后再用KOH或HN03調(diào)節(jié)pH值至1.0 7.0，各原料的質(zhì)量百
分比為
研磨顆粒 0.1%~30%含氮聚合物螯合劑
0.1%~腦
0.1%~3o/o
表面活性劑腐蝕抑制劑氧化劑
0.1% 20%
0.1%~10%
0細(xì)％~2%
去離子水
小于或等于90%。
所述研磨顆粒為Si02、 Al203或Ce02的水溶膠顆粒。所述研磨顆粒的粒徑為20 150nm。
所述含氮聚合物為聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯垸酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一種。
所述聚乙烯亞胺的分子量為800-1000000;聚丙烯酰胺的分子量為10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量為1000-200000。
所述螯合劑為含氮羧酸或有機(jī)膦酸，所述含氮羧酸為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其銨鹽或鈉鹽中的至少一種；所述有機(jī)膦酸為乙二胺四亞甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞乙基二膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸及其鹽中的至少一種。
所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子聚醚表面活性劑。
所述陰離子表面活性劑為烷基硫酸銨鹽、烷基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽中的至少一種；所述非離子聚醚表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
所述腐蝕抑制劑為三氮唑與噻唑類衍生物中的至少一種，所述三氮唑與噻唑類衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巰基苯并噻唑或5-氨基-2-巰基-l,3，4-噻二唑。
所述氧化劑為過氧化氫、重鉻酸鉀、碘酸鉀、硼酸鉀、次氯酸鉀、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 對(duì)銅化學(xué)機(jī)械拋光損傷小，明顯降低拋光后銅表面粗糙度(8 18nm)、提高表面平整度；
2. 拋光后清洗方便。
具體實(shí)施方式
-實(shí)施例l:
由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧化劑及去離子水組成，各原料的質(zhì)量百分比為研磨顆粒0.1%~30%、含氮聚合物0.1%~10%、螯合劑0,1% 3%、表面活性劑0.1% 10%、腐蝕抑制齊1」0.001% 2%、氧化劑0.1%~20°/。、去離子水小于或等于90%。
各原料在其重量范圍內(nèi)選擇，總重量為100%。
制備方法是將磨料加入攪拌器中，在攪拌下按質(zhì)量百分比加入去離子水及其它原料并攪拌均勻，用KOH或HN03調(diào)節(jié)pH值為1.0 7.0，繼續(xù)攪拌至均勻，靜止30min即可。
所述研磨顆粒為Si02、 Al203或Ce02的水溶膠顆粒；所述研磨顆粒的粒徑為20 150nm，最佳粒徑為30-130nm。
所述含氮聚合物為聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一種。
所述聚乙烯亞胺的分子量為800-1000000;聚丙烯酰胺的分子量為10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量為1000-200000。
所述螯合劑為含氮羧酸或有機(jī)膦酸，所述含氮羧酸為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其銨鹽或鈉鹽中的至少一種；所述有機(jī)膦酸為乙二胺四亞甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞乙基二膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸及其鹽中的至少一種。
所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子聚醚表面活性劑。
所述陰離子表面活性劑為烷基硫酸銨鹽、垸基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽中的至少一種；所述非離子聚醚表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
所述腐蝕抑制劑為三氮唑與噻唑類衍生物中的至少一種，所述三氮唑與噻唑類衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巰基苯并噻唑或5-氨基-2-巰基-l,3，4-噻二唑。
所述氧化劑為過氧化氫、重鉻酸鉀、碘酸鉀、硼酸鉀、次氯酸鉀、過氧化
脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。所述去離子水是經(jīng)過離子交換樹脂過濾的水，其電阻至少是18 MO。拋光實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)CETR公司的CP-4拋光機(jī)，拋光墊為IC1000/SubalV拋
光墊，拋光壓力3Psi，下盤轉(zhuǎn)速100rpm，拋光液流量200ml/min，拋光后表面通
過AFM測(cè)試其表面粗糙度(RMS) Ra=8~18nm。實(shí)施例2:
原料及重量百分比如下研磨顆料為粒徑60nm的SiO2水溶膠顆粒2y。；含氮聚合物為分子量為800-1000000的聚乙烯亞胺2%;螯合劑為乙二胺四乙酸0.5%;表面活性劑為十二烷基硫酸銨3%;腐蝕抑制劑為苯并三氮唑(BTA) 0.01%;氧化劑為過氧化氫(H202 ) 2.49%;去離子水90%。
按照實(shí)施例l制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，表面粗糙度R^14 nm。實(shí)施例3:
原料及重量百分比如下-研磨顆料為粒徑30nm的Al203水溶膠顆粒5%;含氮聚合物為分子量為800-1000000的聚乙烯亞胺2%;螯合劑為二亞乙基三胺五乙酸0.5%;
表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic) 2%;腐蝕抑制劑為苯并三氮唑(BTA) 0.01%;氧化劑為過硫酸銨5%;去離子水85.49%。
按照實(shí)施例l制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，表面粗糙度R^8 nm。實(shí)施例4:
原料及重量百分比如下
研磨顆料為粒徑30nm的CeO2的水溶膠顆粒2y。；含氮聚合物為分子量為10000-3000000的聚丙烯酰胺2%;螯合劑為三亞乙基四胺六乙酸銨1%;
表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic) 3%;腐蝕抑制劑為甲基苯并三氮唑0.02%;氧化劑為過硫酸銨5%;
去離子水86.98%。
按照實(shí)施例l制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，表面粗糙度Ra-lO nm。實(shí)施例5:
研磨顆料為粒徑60nm的SiO2水溶膠顆粒4Q/。；
含氮聚合物為分子量為1000-500000的聚乙烯吡咯烷酮1%;
螯合劑為乙二胺四亞甲基膦酸1%、；表面活性劑為十二烷基苯磺酸銨0.03%;
腐蝕抑制劑為苯并三氮唑(BTA) 0.02%;氧化劑為過氧化氫(H202 ) 5%;去離子水88.95%。
按照實(shí)施例l制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，表面粗糙度R^16 mn。
權(quán)利要求
1.一種降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征在于由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧化劑及去離子水混合后再用KOH或HNO3調(diào)節(jié)pH值至1.0～7.0，各原料的質(zhì)量百分比為研磨顆粒0.1％～30％含氮聚合物 0.1％～10％螯合劑 0.1％～3％表面活性劑 0.1％～10％腐蝕抑制劑 0.001％～2％氧化劑 0.1％～20％去離子水小于或等于90％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征 在于所述研磨顆粒為Si02、 Al203或Ce02的水溶膠顆粒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征 在于所述研磨顆粒的粒徑為20 150nrn。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液， 其特征在于所述含氮聚合物為聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或 乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征 在于所述聚乙烯亞胺的分子量為800-1000000;聚丙烯酰胺的分子量為 10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯 咪唑共聚物的分子量為1000-200000。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征在于所述螯合劑為含氮羧酸或有機(jī)膦酸，所述含氮羧酸為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其銨鹽或鈉鹽中的至少一種；所述有機(jī)膦酸為乙二胺四亞甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞 乙基二膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸及其鹽中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征 在于所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子聚醚表面活性劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征在于所述陰離子表面活性劑為垸基硫酸銨鹽、烷基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽中的至少一種;所述非離子聚醚表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征在于所述腐蝕抑制劑為三氮唑與噻唑類衍生物中的至少一種，所述三氮唑與噻 唑類衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巰基苯并噻唑或5-氨基-2-巰基-l，3，4-噻二唑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，其特征在于所述氧化劑為過氧化氫、重鉻酸鉀、碘酸鉀、硼酸鉀、次氯酸鉀、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種降低銅化學(xué)機(jī)械拋光粗糙度的拋光液，由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧化劑及去離子水混合后再用KOH或HNO₃調(diào)節(jié)pH值至1.0～7.0，各原料的質(zhì)量百分比為研磨顆粒0.1％～30％、含氮聚合物0.1％～10％、螯合劑0.1％～3％、表面活性劑0.1％～10％、腐蝕抑制劑0.001％～2％、氧化劑0.1％～20％、去離子水小于或等于90％。對(duì)銅化學(xué)機(jī)械拋光損傷小，明顯降低拋光后銅表面粗糙度(8～18nm)、提高表面平整度；拋光后清洗方便。
文檔編號(hào)C09G1/00GK101665665SQ20091018763
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者軍 侯, 冬 呂, 聰 吳, 王曉風(fēng), 程寶君 申請(qǐng)人:大連三達(dá)奧克化學(xué)股份有限公司