專利名稱：高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液及制備方法
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、高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液及制備方法。
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、輸送電源以及分配時(shí)鐘信號進(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。目前，為了避免高集成電路因互連線而引起的時(shí)間延遲，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，雖然具有材料去除速率高的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在著對拋光表面產(chǎn)生較大損傷的缺點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)高去除率和低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光是業(yè)界的一大難點(diǎn)。

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、材料去除速率高且低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種高去除率且低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液及
制備方法，其特征在于由磨料、絡(luò)合劑、成膜劑、分散劑、氧化劑及純水混合
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-
磨料 0.1%~20%絡(luò)合劑 0.1%~2%成膜劑 0.01% 2%分散劑 0.1%~3%氧化劑 0.01%~10%
純水 小于或等于90%。所述的磨料為Si02、 Ab03或表面覆蓋鋁Si02水溶膠顆粒中的至少一種。所述磨料的粒徑為20 150nm。
所述絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸、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。
所述成膜劑為陰離子表面活性劑與苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物組成的混合物，陰離子表面活性劑與苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物的重量比值為0.1~10。
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。
所述分散劑為脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非離子表面活性劑、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯酸及其鹽、聚乙二醇、聚乙烯亞胺或季銨鹽型陽離子表面活性劑中的至少一種。
所述氧化劑為過氧化氫、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。
一種高去除率且低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備方法，其特征在于將磨料加入攪拌器中，在攪拌下按質(zhì)量百分比加入純水及其它組分并攪拌均勻，
用KOH或HN03調(diào)節(jié)pH值為1.0 7.0， pH值更優(yōu)為2.0 5.0，繼續(xù)攪拌至均勻，靜止30min即可。
本發(fā)明采用陰離子表面活性劑和苯并三氮唑或其衍生物的混合物作為成膜劑，與其他組分合理配伍，既可保證銅化學(xué)機(jī)械拋光過程中的高去除速率(拋光速率可達(dá)到600 800nm)，又降低了表面損傷(局部和整體腐蝕、蝶形缺陷及刮傷)，提高了產(chǎn)品優(yōu)良率，有利于實(shí)現(xiàn)銅的全局平坦化(表面粗糙度可達(dá)到20 40nrn)且拋光后清洗簡單、方便。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:
一種高去除率且低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，是由磨料、絡(luò)合劑、成膜劑、分散劑、氧化劑及純水組成，各原料的質(zhì)量百分比為磨料0.1%~20%、絡(luò)合劑0.1% 2%、成膜劑0.01%~2%、分散齊1」0.1%~3%、氧化劑0.01% 10%及純水小于或等于90%。
各原料在其質(zhì)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)量百分比加入純水及其它 組分并攪拌均勻，用KOH或HN03調(diào)節(jié)pH值為1.0-7.0， pH值更優(yōu)為2.0 5.0，繼 續(xù)攪拌至均勻，靜止30min即可。
所述的磨料為Si02、八1203或表面覆蓋鋁Si02水溶膠顆粒中的至少一種， 磨料的粒徑為20 150nm，最佳粒徑是30 130nm。
所述絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、 次氮基三乙酸及其各自銨鹽或鈉鹽中的至少一種。
所述成膜劑為陰離子表面活性劑與苯并三氮唑(BTA)或苯并三氮唑衍生 物組成的混合物，陰離子表面活性劑與苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物的重量 比值為0.1~10。
所述陰離子表面活性劑為垸基硫酸銨鹽、垸基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽 中的至少一種。
所述分散劑為脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非離子表面活性劑、聚 乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯酸及其鹽(PAA)、聚乙二醇(PEG)、 聚乙烯亞胺(PEA)或季銨鹽型陽離子表面活性劑中的至少一種。
所述氧化劑為過氧化氫(H202)、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至 少一種。
所述的純水是經(jīng)過離子交換樹脂過濾的水，其電阻至少是18MD。
拋光實(shí)驗(yàn)采用美國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測試其表面粗糙度(RMS)。
拋光后材料去除速率為R-600 800nm，表面粗糙度R^20 40nm。
實(shí)施例2:
原料及重量百分比如下
磨料為粒徑60nm的Si02水溶膠顆粒2M;
絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸0.99%;
成膜劑為十二垸基硫酸銨鹽與苯并三氮唑(BTA)的混合物0.01%，十二 垸基硫酸銨鹽與苯并三氮唑(BTA)的重量比為l: 1 (重量比值為l);
6分散劑為脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非離子表面活性劑2% (型 號F38、 BASF Co. Ltd.生產(chǎn))
氧化劑為過氧化氫(H202) 5%;
純水余量(％%)。
按照實(shí)施例l的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為
R=780nm，表面粗糙度R^32nm。 實(shí)施例3:
原料及重量百分比如下 磨料為粒徑30nm的Al2O3水溶膠顆粒5%;
絡(luò)合劑為二亞乙基三胺五乙酸0.5%;
成膜劑為十二烷基苯磺酸銨與苯并三氮唑衍生物的混合物0.01%,十二烷
基苯磺酸銨與苯并三氮唑衍生物的重量比為l: 10 (重量比值為0.1);
分散劑為聚乙二醇(PEG) 2%;
氧化劑為過硫酸銨5%;
純水余量(87.49%)。
按照實(shí)施例l的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為 R=620nm，表面粗糙度R^22nm。
實(shí)施例4:
磨料為粒徑30nm的SiO2水溶膠顆粒10M; 絡(luò)合劑為三亞乙基四胺六乙酸銨1%;
成膜劑為十二烷基苯磺酸銨與苯并三氮唑(BTA)的混合物0.05%;十二 烷基苯磺酸銨與苯并三氮唑(BTA)的重量比為10: 1 (重量比值為10); 分散劑為聚乙烯亞胺(PEA) 1%;
氧化劑為過硫酸銨5%;
純水余量(82.95%)。
按照實(shí)施例l的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為 R=720nm，表面粗糙度R^23nm。 實(shí)施例5:
磨料為粒徑130nm的表面覆蓋鋁SiO2水溶膠顆粒20/。； 絡(luò)合劑為二亞乙基三胺五乙酸1%;
成膜劑為十二烷基苯磺酸銨與苯并三氮唑(BTA)的混合物0.03%;十二
7烷基苯磺酸銨與苯并三氮唑(BTA)的重量比為10: 5 (重量比值為2); 分散劑為聚丙烯酸及其鹽(PAA) 2%; 氧化劑為過氧化氫(H202) 5% 純水余量(89.97%)。
按照實(shí)施例l的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為 R=780nm，表面粗糙度R^36nm。
權(quán)利要求
1.一種高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光用拋光液，其特征在于由磨料、絡(luò)合劑、成膜劑、分散劑、氧化劑及純水混合后再用KOH或HNO3調(diào)節(jié)pH值至1.0～7.0，各原料的質(zhì)量百分比為磨料0.1％～20％絡(luò)合劑 0.1％～2％成膜劑 0.01％～2％分散劑 0.1％～3％氧化劑 0.01％～10％純水小于或等于90％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的磨料為Si02、 Al203或表面覆蓋鋁Si02的水溶膠顆粒中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液， 其特征在于所述磨料的粒徑為20 150nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，其特 征在于所述絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸、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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述成膜劑為陰離子表面活性劑與苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物組成的混合物，陰離子表面活性劑與苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物的重量比值為0.1~10。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征 在于所述陰離子表面活性劑為烷基硫酸銨鹽、烷基磺酸銨鹽或垸基苯磺酸銨鹽中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征 在于所述分散劑為脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非離子表面活性劑、 聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯酸及其鹽、聚乙二醇、聚乙烯亞胺或 季銨鹽型陽離子表面活性劑中的至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述氧化劑為過氧化氫、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至 少一種。
9. 一種如權(quán)利要求l所述高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液的制備方法，其特征在于將磨料加入攪拌器中，在攪拌下按質(zhì)量百分比加入純水及其它組分并攪拌均勻，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。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高去除率、低損傷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液，由磨料、絡(luò)合劑、成膜劑、分散劑、氧化劑及純水組成，各原料的質(zhì)量百分比為磨料0.1％～20％、絡(luò)合劑0.1％～2％、成膜劑0.01％～2％、分散劑0.1％～3％、氧化劑0.01％～10％、純水小于或等于90％。本發(fā)明提供的拋光液具有高去除速率(拋光速率可達(dá)到600～800nm)和低表面損傷(局部和整體腐蝕、蝶形缺陷及刮傷)的特點(diǎn)，提高了產(chǎn)品優(yōu)良率，有利于實(shí)現(xiàn)銅的全局平坦化，且拋光后清洗簡單、方便。
文檔編號C23F3/04GK101671527SQ200910187630
公開日2010年3月17日 申請日期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, 程寶君 申請人:大連三達(dá)奧克化學(xué)股份有限公司