專利名稱：一種拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種化學(xué)機械平坦化漿料，尤其涉及一種用于拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料。
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幾十億個元器件，特征尺寸已經(jīng)進入納米級，這就要求集成電路(IC)制造エ藝中的幾百道エ序，尤其是多層布線、襯底、介質(zhì)必須要經(jīng)過化學(xué)機械平坦化。IC制造エ藝中平坦化技術(shù)已成為與光刻和刻蝕同等重要、且相互依賴的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。而化學(xué)機械拋光(CMP)エ藝便是目前最有效、最成熟的平坦化技術(shù)?；瘜W(xué)機械拋光系統(tǒng)是集清洗、干燥、在線檢測、終點檢測等技術(shù)與一體的化學(xué)機械平坦化技術(shù)，是集成電路向微細化、多層化、平坦化、薄型化發(fā)展的產(chǎn)物， 和集成電路提高生產(chǎn)效率、降低成本、晶圓全局平坦化必備技木。在IC制造領(lǐng)域中，甚大規(guī)模集成布線的材料正由傳統(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。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技木，因此銅的化學(xué)機械拋光方法被認為是最有效的替代方法。CMP在IC制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，拋光對象包括襯底、介質(zhì)及互連材料等，在IC制造中，由于多層布線，使得硅片表面形成了不規(guī)則的形貌，除去對布線需要進行平坦化處理外，對硅也需要進行平坦化處理，而化學(xué)機械拋光則可以用拋光墊同時對多層布線、襯底、 介質(zhì)進行平坦化處理。CMP對于3D封裝TSV (TSV, Through -Silicon-Via硅通孔)技術(shù)也至關(guān)重要。3D封裝TSV是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通，實現(xiàn)芯片之間互連的最新技木。與以往IC封裝鍵合和使用凸點的疊加技術(shù)不同，TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。它也被稱為繼鍵合(Wire Bonding)、TAB和倒裝芯片(FC)之后的第四代封裝技木。3D封裝的主要優(yōu)勢為具有最小的尺寸和重量，將不同種類的技術(shù)集成到單個封裝中，用短的垂直互連代替長的2D互連，降低寄生效應(yīng)和功耗等。目前，出現(xiàn)了一系列適合于拋光硅和銅的化學(xué)機械拋光漿料，如專利 US2002/0151252A1公開了ー種用于硅CMP的組合物和方法，能對硅表面的金屬及硅進行選擇性拋光；專利US2006/0014390A1公開了ー種用于硅和金屬的化學(xué)機械拋光漿料，該化學(xué)機械拋光漿料具有選擇性拋光的特點；專利US 5860848公開了ー種使用聚合體電解質(zhì)的硅CMP的方法；公開號為CN1459480A的專利公開了ー種銅化學(xué)一機械拋光エ藝用拋光液， 利用緩沖溶液組成的成膜劑以及成膜助劑及磨料實現(xiàn)化學(xué)機械拋光エ藝；授權(quán)公告號為 CN1195896C的專利公開了ー種用于銅的CMP漿液制造以及用于集成電路的制造方法，使銅層的點蝕、腐蝕減少并獲得良好的銅互連平面性。授權(quán)公告號為CN1256765C的專利還公開了ー種銅的化學(xué)機械拋光所用的漿料，利用螯合有機酸緩沖體系及研磨劑組合成銅拋光漿料，并且減少了整體和局部腐蝕。傳統(tǒng)的銅拋光液使用過氧化氫為氧化劑，但是這種氧化劑會抑制硅的拋光，而且上述專利中提到的用于高速銅拋光的拋光液還存在去除速率不足的情況，或者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，不適于現(xiàn)在的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造エ藝流程的需要，因此有必要開發(fā)出新的適用于高速制程的化學(xué)機械拋光漿料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，所述化學(xué)機械平坦化漿料實現(xiàn)同時高速拋光硅和銅，并且控制金屬材料的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物。本發(fā)明拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，包括研磨顆粒、氧化劑、載體、能夠與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶于載體的化合物的堿性拋光速率調(diào)節(jié)劑。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，還包括所述堿性拋光速率調(diào)節(jié)劑為有機堿、氨類化合物中的ー種或幾種的混合。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述拋光速率調(diào)節(jié)劑優(yōu)選為含-NH-結(jié)構(gòu)的氨類化合物。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述拋光速率調(diào)節(jié)劑在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0. 05 10%。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述研磨顆粒為氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、聚合物顆粒中的ー種或幾種的混合。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述研磨顆粒在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0. 05 10%。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述研磨顆粒的平均粒徑為 2(T200nm，優(yōu)選的平均粒徑為3(Tl00nm。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述氧化劑為鹵素含氧酸或所述含氧酸的可溶鹽中的ー種或幾種的混合，如高碘酸，高溴酸，高氯酸，碘酸鉀，溴酸鉀，氯酸鉀，次碘酸鉀，次溴酸鉀，次氯酸鉀、溴酸銨等。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述氧化劑在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0.廣10%。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述化學(xué)機械平坦化漿料還包括PH值調(diào)節(jié)劑。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述pH值調(diào)節(jié)劑為堿性物質(zhì)或硝酸，所述堿性物質(zhì)如四甲基氫氧化胺、四乙基氫氧化胺、四丙基氫氧化胺、氨水、氫氧化鉀、乙醇胺、三乙醇胺等。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述化學(xué)機械平坦化漿料PH值為 8. (Γ12. 0，優(yōu)選的 pH 值為 9. (Til. 0。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述化學(xué)機械平坦化漿料還包括表面活性剤、穩(wěn)定劑、腐蝕抑制劑和殺菌劑。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述化學(xué)機械平坦化漿料還包括酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑，所述酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑為能夠與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶于載體的化合物的酸，如有機酸、氨基酸、有機瞵酸、有機磺酸中的ー種或多種。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0. 05 10%。上述的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其中，所述載體為去離子水。采用本發(fā)明硅和銅化學(xué)機械平坦化漿料其優(yōu)點在于
1.本發(fā)明拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料通過拋光體系的作用同時高速拋光硅和銅。2.本發(fā)明拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料同時控制金屬的材料的局部和整體腐蝕，減少機臺和襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。3.本發(fā)明拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料可以調(diào)節(jié)銅/硅選擇比，滿足不同制程對TSV拋光要求。
具體實施例方式本發(fā)明所公開的拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，含有ー種或多種拋光速率調(diào)節(jié)劑。該化學(xué)機械平坦化漿料的具體組分為
研磨顆粒
氧化劑
堿性拋光速率調(diào)節(jié)劑
腐蝕抑制劑
PH值調(diào)節(jié)劑
表面活性劑
穩(wěn)定劑
殺菌劑
載體
質(zhì)量百分含量0. 05 10% ； 質(zhì)量百分含量0.廣10%; 質(zhì)量百分含量0. 05 10% ；
ι 里；
適里； 適量適量適量余量。所述研磨顆粒為平均粒徑是2(T200nm的氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、聚合物顆粒(如聚乙烯、聚四氟乙烯)等。所述氧化劑以鹵素含氧酸或所述含氧酸的可溶鹽作為氧化劑，其包括高碘酸，高溴酸，高氯酸，碘酸鉀，溴酸鉀，氯酸鉀，次碘酸鉀，次溴酸鉀，次氯酸鉀、溴酸銨等。所述拋光速率調(diào)節(jié)劑可以為與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶化合物的有機堿、氨類化合物，尤其優(yōu)選為含-NH-結(jié)構(gòu)的氨類化合物；也可以包括與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶化合物的有機酸、氨基酸、有機瞵酸、有機磺酸等。所述pH值調(diào)節(jié)劑為堿性物質(zhì)如四甲基氫氧化胺、四乙基氫氧化胺、四丙基氫氧化胺、氨水、氫氧化鉀、乙醇胺、三乙醇胺等，也可以是硝酸。上述成分組成的硅和銅化學(xué)機械平坦化漿料可提高金屬拋光速率同時提高硅和銅金屬拋光速率；控制金屬的材料的局部和整體腐蝕，減少機臺和襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率；可以調(diào)節(jié)銅/硅選擇比，滿足不同制程對TSV拋光要求。使用前，將上述成份按特定的比例混合，各種成份間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在拋光過程中升高拋光液溫度，從而大幅提高拋光液效率。下面通過實施例的方式進ー步說明本發(fā)明，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1
本發(fā)明拋光硅和銅的化學(xué)平坦化漿料主要組分包括0. 8wt%氧化鋁研磨顆粒(平均粒徑100歷)，5襯％溴酸鉀氧化劑，速率調(diào)節(jié)劑選擇乙ニ胺四乙酸(0. 5wt%)和1，2，4-四氮唑 (0. lwt%)，將pH值調(diào)節(jié)至10。實施例2
選用氧化鈰(平均粒徑200nm)作為研磨顆粒，其質(zhì)量百分含量為0. 1% ；速率調(diào)節(jié)劑選擇檸檬酸ニ胺(5wt%)和丙ニ胺(lwt%) ；2wt%溴酸鉀作氧化劑；pH值調(diào)節(jié)至10. 5。實施例3
選用氧化硅(平均粒徑70nm)作為研磨顆粒，其質(zhì)量百分含量為0. 5t% ；速率調(diào)節(jié)劑選擇檸檬酸三胺(5wt%)和精胺(lwt%) ；2wt%溴酸鉀作氧化劑；pH值調(diào)節(jié)至10. 6。實施例Γ17，參照實施例廣3，選用不同的研磨顆粒、速率調(diào)節(jié)劑、和氧化劑，主要成分物質(zhì)名稱和用量見表1。表1給出了本發(fā)明拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料實施例廣17和對比拋光液主要組分及質(zhì)量百分含量，將各成分混合均勻，去離子水補足質(zhì)量百分比100%，最后用PH 值調(diào)節(jié)劑(20%K0H或稀硝酸，根據(jù)pH值的需要進行選擇)調(diào)節(jié)到所需pH值，繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜置30分鐘即可得到各化學(xué)機械平坦化漿料。
權(quán)利要求
1.一種拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，包括研磨顆粒、氧化劑、載體、 和堿性拋光速率調(diào)節(jié)劑，所述堿性拋光速率調(diào)節(jié)劑為能夠與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶于載體的化合物的堿性物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述堿性拋光速率調(diào)節(jié)劑為有機堿、氨類化合物中的ー種或幾種的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述氨類化合物為含有-NH-結(jié)構(gòu)的化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述拋光速率調(diào)節(jié)劑在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0. 05 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述研磨顆粒為氧化硅、 氧化鋁、氧化鈰、聚合物顆粒中的ー種或幾種的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述研磨顆粒在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0. 05 10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述研磨顆粒的平均粒徑為20 200nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述研磨顆粒的平均粒徑為30 100nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述氧化劑為鹵素含氧酸或所述含氧酸的可溶鹽中的ー種或幾種的混合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述氧化劑在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0.廣10%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述化學(xué)機械平坦化漿料還包括PH值調(diào)節(jié)劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述PH值調(diào)節(jié)劑為堿性物質(zhì)或硝酸。
13.據(jù)權(quán)利要求12所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述化學(xué)機械平坦化漿料 PH 值為 8. (Γ12. 0。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述化學(xué)機械平坦化漿料PH值為9. 0 11.0。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述化學(xué)機械平坦化漿料還包括表面活性剤、穩(wěn)定劑、腐蝕抑制劑和殺菌劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述化學(xué)機械平坦化漿料還包括酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑，所述酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑為能夠與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶于載體的化合物的酸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑為有機酸、氨基酸、有機瞵酸、有機磺酸中的ー種或多種的混合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的硅和銅化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述酸性拋光速率調(diào)節(jié)劑在所述化學(xué)機械平坦化漿料中的質(zhì)量百分含量為0. 05 10%。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅和銅化學(xué)機械平坦化漿料，其特征在干，所述載體為去離子水。
全文摘要
本發(fā)明提供一種拋光硅和銅的化學(xué)機械平坦化漿料，包括研磨顆粒、氧化劑、堿類拋光速率調(diào)節(jié)劑，還可以包括pH值調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、腐蝕抑制劑、殺菌劑等以及拋光速率調(diào)節(jié)劑。本發(fā)明化學(xué)機械平坦化漿料可同時獲得較高的硅、銅的去除速率，調(diào)節(jié)化學(xué)機械拋光時對銅及硅的拋光選擇比并控制金屬材料的局部或整體腐蝕效果，基本無襯底表面缺陷、劃傷、粘污和其他殘留污染物。
文檔編號C09G1/02GK102559060SQ201010609130
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者徐春 申請人:安集微電子(上海)有限公司