專利名稱：一種化學(xué)機(jī)械拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液。
背景技術(shù)：
銅互連的平坦化通常采用三步法，即銅的粗拋，軟著陸和阻擋層的拋光。而阻擋層的拋光是非常關(guān)鍵的步驟，因?yàn)樗哪康氖侨コg阻擋層，清理表面所有金屬殘留和有機(jī)物殘留等，并停止在工藝要求的厚度，形成銅互聯(lián)線，這一步?jīng)Q定著最終的表面形貌、可靠性和電學(xué)特性。隨著45nm技術(shù)的發(fā)展以及新材料尤其是低介電材料的應(yīng)用，對(duì)包括表面污染物顆粒，碟形凹陷，厚度分布，拋光均一性、表面潔凈度以及低介電材料的去除速率等等關(guān)鍵參數(shù)都有了更高的要求。特別是表面污染物控制、電性能和可靠性方面，其精度和范圍越來小，越來越苛刻，電阻值在不同線寬的分布，電遷移特性，擊穿電壓(VBD)分布以及時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿(TDDB)等等都更加依賴于阻擋層的拋光。再者，低介電材料的機(jī)械強(qiáng)度也要求CMP工藝更加溫和以保護(hù)介質(zhì)層的機(jī)械完整性，拋光耗材的成本控制也要求拋光液的低成本和拋光墊的長壽命，這些都對(duì)阻擋層的拋光提出了更大的挑戰(zhàn)，可以說沒有理想和高質(zhì)量的阻擋層拋光，技術(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步推進(jìn)將不可能實(shí)現(xiàn)。在阻擋層的拋光過程中會(huì)出現(xiàn)金屬腐蝕和介質(zhì)材料侵蝕，金屬物質(zhì)殘留，有機(jī)物質(zhì)殘留，拋光均一性等問題，因?yàn)楦鱾€(gè)芯片廠的制造工藝有不同的側(cè)重點(diǎn)，所以對(duì)阻擋層的平坦化也有不同的要求，現(xiàn)今的拋光液市場，還沒有一支拋光液能夠解決所有的問題，尤其是對(duì)45nm及以下制程中，阻擋層的厚度更薄，封蓋材料以及低介電材料的物性特點(diǎn)，都使得拋光液的配方對(duì)拋光性能的變化更加敏感，尤其是對(duì)表面缺陷的修正能力，拋光均一性和穩(wěn)定性等方面都有近乎苛刻的要求。本專利提供一種阻擋層拋光液，具有較高的二氧化硅去除速率和可調(diào)的低介電材料去除速率，表面污染物較低，拋光墊無金屬物質(zhì)殘留拋光液，并具有較強(qiáng)的表面缺陷修補(bǔ)能力。且成本低廉使用方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決銅的去除隨雙氧水變化敏感、拋光過程中拋光墊上金屬物質(zhì)殘留、提高低介電材料去除速率的問題。解決圖形晶圓上表面缺陷的校正能力的問題。本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包含以下組分一種磨料、一種金屬腐蝕抑制劑組合、一種螯合劑、一種氧化劑、一種有機(jī)溶劑。其中，磨料是二氧化硅溶膠，氣相法二氧化硅。粒徑為20-200nm，最優(yōu)的是 30-120nm。磨料含量為1_30%，較好的為5-20%金屬腐蝕抑制劑組合包括一種唑類化合物，一種水溶性聚合物，一種大分子有機(jī)膦或有機(jī)磷酸脂。其中，唑類化合物為苯并三氮唑(BTA)及其衍生物，水溶性聚合物為聚丙烯酸及其鹽或聚丙烯酸共聚物，所述的大分子有機(jī)膦為多氨基多醚基亞甲基膦酸 (PAPEMP)或有機(jī)磷酸脂例如多元醇磷酸酯(PAPE)。BTA的濃度范圍為0. 01-0. 5%，最好的是0. 1-0. 2%，水溶性聚合物的濃度為0. 01-1%,最好的是在0. 05-0. 2%，大分子有機(jī)膦或有機(jī)磷酸脂的含量在0. 01 % -1 %，最好的為0. 05-0. 5 %。螯合劑為一元羧酸或多元羧酸，或者有機(jī)膦。例如醋酸，草酸，丙二酸，檸檬酸，酒石酸，丁二酸，己二酸等，有機(jī)膦為，2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)，2-羥基膦?；宜?HPAA)，羥基亞乙基二膦酸(HEDP)，乙二胺四甲叉膦酸五鈉(EDTMP)，氨基三甲叉膦酸 (ATMP)，等，螯合劑的添加量為0. 01-1%,最佳的為0. 1-0. 5%。其中，有機(jī)溶劑為醇類或醚類有機(jī)溶劑，較好的為乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇；乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚，丙二醇乙醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚等。有機(jī)溶劑的添加量為0. 1_10%，最好的是1-5%。上述含量均為質(zhì)量百分比含量。其中，氧化劑為過氧化物或過硫化物，過氧化氫，過氧化鈉，過氧化鉀，過氧化苯甲酰，過硫酸鈉，過硫酸鉀，過硫酸銨等本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液進(jìn)一步包括殺菌防霉變劑，如聚季銨鹽等。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液pH值為2-5，較佳的為3-4。本發(fā)明中磨料的作用是去除反應(yīng)掉的表面金屬材料和非金屬材料。螯合劑的作用是徹底清楚拋光后表面的金屬物質(zhì)殘留。復(fù)合防腐劑的作用是保護(hù)金屬不被腐蝕，另外對(duì)氧化劑的合適的敏感程度，保護(hù)凹陷處的金屬不被快速去除，進(jìn)而對(duì)前程的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。有機(jī)溶劑的作用是改變拋光液在晶片和拋光墊上的吸附性能，溶解去除有機(jī)物殘留和金屬物質(zhì)殘留，延長拋光墊壽命，提高拋光穩(wěn)定性。并能一定程度的提高二氧化硅和 low-k材料的去除速率，并抑制銅的去除，改善拋光液在晶片和拋光墊上面的擴(kuò)散行為，改善管芯內(nèi)不同線寬結(jié)構(gòu)的拋光均一性。本發(fā)明的有益效果是采用金屬腐蝕抑制劑組合，有效保護(hù)金屬在拋光過程中免受腐蝕，并能校正前程的表面缺陷，達(dá)到平坦化的效果，采用有機(jī)溶劑來改變漿料與拋光墊和晶片之間的吸附行為，來降低拋光墊上金屬殘留物的水平，進(jìn)一步提高拋光墊壽命，提高產(chǎn)能，此外有機(jī)溶劑也能一定程度的調(diào)整對(duì)不同膜層的拋光選擇比，更利于得到工藝要求的厚度分布和表面性貌。


圖1為不同金屬腐蝕抑制劑組合下銅去除速率隨雙氧水濃度的變化情況；圖2為二氧化硅的去除速率隨有機(jī)溶劑濃度的變化情況。圖3為低介電材料的拋光速率隨有機(jī)溶劑添加量的變化情況。圖4為金屬去除速率隨有機(jī)溶劑添加量的變化。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)勢。拋光條件拋光墊Fujibopad拋光條件70/90rpm
拋光液流量100ml/min靜態(tài)腐蝕速率將新鮮拋光的銅片放入漿液中浸漬15min，測量前后的膜層厚度。蝶形凹陷釆用TEOS封蓋的BD 854圖形晶圓，測量SOum金屬塊的蝶形凹陷。切片內(nèi)的拋光均一性為一個(gè)管芯內(nèi)不同線寬的蝶形凹陷。表1、實(shí)施例1 1權(quán)利要求
1.一種用于阻擋層平坦化的化學(xué)機(jī)械拋光液，包含a)一種磨料。b)一種金屬腐蝕抑制劑組合。c)一種螯合劑。d)一種有機(jī)溶劑。e)一種氧化劑。
2.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述磨料是二氧化硅溶膠。
3.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述磨料粒徑為20-200nm。
4.如權(quán)利要求3所述拋光液，其特征在于，所述磨料粒徑為30-120nm。
5.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述磨料含量為l-30wt%。
6.如權(quán)利要求5所述拋光液，其特征在于，所述磨料含量為5-20wt%。
7.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述金屬腐蝕抑制劑組合包括一種唑類化合物，一種水溶性聚合物和一種大分子有機(jī)膦或有機(jī)磷酸酯。
8.如權(quán)利要求7所述拋光液，其特征在于，所述唑類化合物為BTA及其衍生物，所述水溶性聚合物為聚丙烯酸及其鹽或丙烯酸的共聚物，所述的大分子有機(jī)膦或有機(jī)磷酸酯為多氨基多醚基四亞甲基膦酸或多元醇磷酸酯。
9.如權(quán)利要求8所述拋光液，其特征在于，所述唑類化合物的濃度為0.01-0. 5wt%, 所述水溶性聚合物的濃度為0. Ol-Iwt %，所述大分子有機(jī)膦或有機(jī)磷酸酯的含量為 0. 01% -lwt%。
10.如權(quán)利要求9所述拋光液，其特征在于，所述唑類化合物的濃度為0.1-0. 2wt%, 所述水溶性聚合物的濃度為0. 05-0. 2wt%，所述大分子有機(jī)膦或有機(jī)磷酸酯的含量為 0. 05-0. 5wt%0
11.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述螯合劑為有機(jī)酸。
12.如權(quán)利要求11所述拋光液，其特征在于，所述有機(jī)酸為一元或多元羧酸或有機(jī)膦。
13.如權(quán)利要求11所述拋光液，其特征在于，所述一元或多元羧酸選自草酸、丙二酸、 檸檬酸、酒石酸、丁二酸中的一種或多種，所述有機(jī)膦選自PBTCA、HPAA、HEDP、EDTMP和ATMP 中的一種或多種。
14.如權(quán)利要求11所述拋光液，其特征在于，所述螯合劑的添加量為0.01-lwt%。
15.如權(quán)利要求14所述拋光液，其特征在于，所述螯合劑的添加量為0.1-0. 5wt%。
16.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為醇類或醚類有機(jī)溶劑。
17.如權(quán)利要求16所述拋光液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為選自乙醇、丙醇、乙二醇、 丙二醇、丙三醇、二乙二醇；乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚，丙二醇乙醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚和二丙二醇丙醚中的一種或多種。
18.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑的含量為0.l-10wt%。
19.如權(quán)利要求18所述拋光液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑的含量為l-5wt%。
20.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述氧化劑為過氧化物和/或過硫化物。
21.如權(quán)利要求20所述拋光液，其特征在于，所述氧化劑選自過氧化氫、過氧化鈉、過氧化鉀、過氧化苯甲酰、過硫酸鈉、過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或多種。
22.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述拋光液進(jìn)一步包含聚季銨鹽。
23.如權(quán)利要求1所述拋光液，其特征在于，所述拋光液pH值為2-5。
24.如權(quán)利要求23所述拋光液，其特征在于，所述拋光液pH值為3-4。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于阻擋層平坦化的化學(xué)機(jī)械拋光液，它至少包含一種磨料粒子，一種金屬螯合劑，一種金屬腐蝕抑制劑組合，一種有機(jī)溶劑以及一種氧化劑。該拋光液具有較高的介質(zhì)材料和低介電材料去除速率，具有較好的表面缺陷校正能力，并能有效的減少拋光過程中金屬化合物在拋光墊上的殘留。并具有較好的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C09G1/02GK102453439SQ20101051750
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者姚穎, 宋偉紅 申請人:安集微電子(上海)有限公司