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)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝中的一種化學(xué)機(jī)械拋光液。

背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片集成度已達(dá)幾十億個元器件，特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米級，這就要求微電子工藝中的幾百道工序，尤其是多層布線、襯底、介質(zhì)必須要經(jīng)過全局平坦化?；瘜W(xué)機(jī)械平坦化被認(rèn)為是最好的全局平坦化方法。而先進(jìn)制程中不斷引進(jìn)低介電材料對化學(xué)機(jī)械平坦化提出更高要求，低介電材料由于本身特性對摩擦力較為敏感。常用的化學(xué)機(jī)械平坦化在高下壓力下對低介電材料很容易造成各種各樣的損傷；同時，金屬(銅，鋁，鉭等)表面因高摩擦引起的晶界腐蝕以及表面粗糙度是造成腐蝕的另一重要原因，因而特別需要提供一種能夠有效控制表面摩擦的化學(xué)機(jī)械拋光方法以滿足先進(jìn)制程的需要。
化學(xué)機(jī)械拋光是一門與摩擦聯(lián)系十分緊密的交叉學(xué)科，目前，關(guān)于化學(xué)機(jī)械拋光中的摩擦得研究較多地集中在拋光墊的研究上和拋光過程溫度的變化上。Norm Gitis等用Padprobe來實(shí)時檢測拋光墊在拋光過程的損耗(Gitis N，Vinogradov M，Meyman A，Xiao J，“PadprobeTM for quantitative control of padsurface conditions and wear”，CMP User group Conference，2002；Kalenian B，Pautsch B，Sennett B，Gitis N，Vinogradov M，“CMP insitu pad condition monitorwith Padprobe TM”，CMP-MIC Conference，2003；)。以及進(jìn)行拋光墊恢復(fù)過程出現(xiàn)的拋光墊損耗；Lu等研究了拋光過程拋光墊溫度的變化與摩擦的關(guān)系(Lu J，Rogers C，Manno V，Philipossian A，Anjur S，Moinpur M.“Measurment of slurryfilm thickness and wafer drag during CMP”，J.Electrochem Soc.2004，151)。但是目前通過化學(xué)添加劑來有效控制表面摩擦系數(shù)的報道還不常見。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可降低表面磨擦系數(shù)，減少晶圓表面的缺陷(劃傷、腐蝕等)的化學(xué)機(jī)械拋光液。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液含有研磨顆粒、氧化劑和水，還含有下列表面摩擦調(diào)節(jié)劑中的一種或多種水溶性多聚脂肪鏈類聚合物、水溶性醇類、水溶性醚類和水溶性纖維素類。
其中，所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物較佳的為多聚羧酸及其水溶鹽、多聚脂肪醇(分子量較佳的為50～5000)、多聚羧酸酯和聚丙烯醛類化合物中的一種或多種，更佳的為聚丙烯酸類化合物及其鹽、聚乙烯醇類化合物、聚丙烯醇類化合物和聚丙烯酸酯類化合物中的一種或多種。其中，所述的聚丙烯酸類化合物及其鹽，以及聚丙烯酸酯類化合物較佳的為如式I所示的化合物；
式I 其中，R1、R2獨(dú)自地為氫原子或C1～C3的烷基，R3為H、K、Na、NH4或C1～C3的烷基。所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物優(yōu)選聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨鹽、聚甲基丙烯酸鉀鹽、聚馬來酸、聚丙烯酸、聚(p-苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸鉀鹽、聚丙烯酸銨鹽、聚丙烯酸酰胺、氨基聚丙烯酸酰胺、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚酰胺酸、聚酰胺酸銨鹽和聚酰胺酸鉀鹽中的一種或多種，最優(yōu)選聚甲基丙烯酸。所述的水溶性多聚羧酸類聚合物的分子量較佳的為1000～300,0000，更佳的為2000～100,0000，最佳的為4000～50,0000。所述的水溶性多聚羧酸類聚合物的含量較佳的為重量比10ppm～5000ppm。
其中，所述的水溶性醇類化合物較佳的為水溶性脂肪醇和/或其水溶鹽，更佳的為水溶性脂肪多元醇和/或其水溶鹽，最佳的為丙三醇、甘露醇、葡萄糖醇和山梨糖醇中的一種或多種。
其中，所述的水溶性醚類化合物較佳的為水溶性脂肪醚，更佳的為丙二醇甲醚和/或丙二醇乙醚。
其中，所述的水溶性纖維素類化合物較佳的為為締合水溶性纖維素醚，其在重量濃度1％的下測量的DP粘度為250-20,000mPa·s，更佳的為1000-15,000mPa·s，最佳的為2000-15,000mPa·s，優(yōu)選為羧甲基纖維素(CMC)、羥乙基纖維素(HEC)、甲基纖維素(MC)、羥甲基丙基纖維素(HPMC))、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素和羧乙基纖維素中的一種或多種。
上述表面摩擦調(diào)節(jié)劑可在較低的含量下，改變拋光液流變性和粘度從而改變表面摩擦性能，但同時不影響拋光液的穩(wěn)定性。
本發(fā)明中，所述的表面摩擦調(diào)節(jié)劑的含量較佳的為質(zhì)量百分比0.01～20％。
本發(fā)明中，所述的研磨顆粒可選自本領(lǐng)域常用研磨顆粒，優(yōu)選二氧化硅、氧化鋁和聚合物顆粒(如聚苯乙烯或聚乙烯，分子量較佳的為20,0000～40,0000)中的一種或多種，更優(yōu)選二氧化硅。所述的研磨顆粒的粒徑較佳的為20～200nm，更佳的為30～100nm。所述的研磨顆粒的含量較佳的為質(zhì)量百分比0.1～10％。
本發(fā)明中，所述的絡(luò)合劑可為現(xiàn)有技術(shù)中的各種絡(luò)合劑，較佳的為甘氨酸和/或2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸。所述的絡(luò)合劑的含量較佳的質(zhì)量百分比為0.1～4％。
本發(fā)明中，所述的氧化劑可為現(xiàn)有技術(shù)中的各種氧化劑，較佳的為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀、過氧乙酸、和過氧化氫脲中的一種或多種，更佳的為過氧化氫。所述的氧化劑的含量較佳的為質(zhì)量百分比0.5～10％。
本發(fā)明中，水為余量。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液的pH值較佳的為2.0～11.0，更佳的為2.0～5.0或9.0-11.0。pH調(diào)節(jié)劑可為各種酸和/或堿，以將pH調(diào)節(jié)至所需值即可，較佳的為硫酸、硝酸、磷酸、氨水、氫氧化鉀、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液還可以含有本領(lǐng)域其他常規(guī)添加劑，如表面活性劑、穩(wěn)定劑、緩蝕劑和殺菌劑中的一種或多種，以進(jìn)一步提高表面的拋光性能。
將上述成分簡單均勻混合，采用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)至合適pH值，混合均勻靜置即可制得本發(fā)明的拋光液。本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液可應(yīng)用于鋁、銅、鉭、氮化鉭、鈦、銀、鎢或它們的合金或氧化物，以及二氧化硅、低介電材料、超低介電材料等介電材料的拋光。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的拋光液可降低表面磨擦系數(shù)，減少拋光基底表面的缺陷(劃傷、腐蝕等)。

具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)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(shí)施例范圍之中。
實(shí)施例1～34 表1給出了本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液的實(shí)施例1～34，按表中配方，將各成分混合均勻，去離子水為余量，最后用pH調(diào)節(jié)劑(20％KOH或稀HNO3，根據(jù)pH值的需要進(jìn)行選擇)調(diào)節(jié)到所需pH值，繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜止30分鐘即可得到各化學(xué)機(jī)械拋光液。
表1本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液的實(shí)施例1～34 效果實(shí)施例 表2中給出了本發(fā)明的拋光液1～4和對比拋光液1～4，將表中配方，將各成分混合均勻，去離子水為余量，最后用pH調(diào)節(jié)劑(20％KOH或稀HNO3，根據(jù)pH值的需要進(jìn)行選擇)調(diào)節(jié)到所需pH值，繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜止30分鐘即可得到各化學(xué)機(jī)械拋光液。
表2本發(fā)明的拋光液1～4和對比拋光液1～4

將表2中本發(fā)明的拋光液1～4和對比拋光液1～4分別進(jìn)行表面摩擦系數(shù)的測定結(jié)果如表3。化學(xué)機(jī)械拋光方法，包括如下步驟將待拋光的晶圓固定于化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)的研磨頭上，正面朝向研磨墊，將化學(xué)機(jī)械拋光液滴流在拋光墊上，流速為65毫升/分鐘；使晶圓正面與拋光液，拋光墊相接觸，在研磨頭上施加一下壓力1-3磅/平方英寸，并使其旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘；使拋光墊與拋光液摩擦晶圓正面接觸，對晶圓正面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
表3本發(fā)明的拋光液1～4和對比拋光液1～4的拋光效果

從表3可見，與對比拋光液相比，本發(fā)明的拋光液能有效降低基底表面摩擦，從而減少表面明顯的缺陷(劃傷、腐蝕、表面顆粒等等)，以滿足先進(jìn)制程的拋光要求。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有研磨顆粒、氧化劑、絡(luò)合劑和水，其特征在于其還含有下列表面摩擦調(diào)節(jié)劑中的一種或多種水溶性多聚脂肪鏈類聚合物、水溶性醇類、水溶性醚類和水溶性纖維素類。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于所述的表面摩擦調(diào)節(jié)劑的含量為質(zhì)量百分比0.01～20％。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于
所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物選自多聚羧酸及其水溶鹽、多聚脂肪醇、多聚羧酸酯和聚丙烯醛類化合物中的一種或多種；
所述的水溶性醇類化合物為水溶性脂肪醇和/或其水溶鹽；
所述的水溶性醚類化合物為水溶性脂肪醚；
所述的水溶性纖維素類化合物為締合水溶性纖維素醚，其在重量濃度1％的下測量的DP粘度為250-20,000mPa·s。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光液，其特征在于
所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物為聚丙烯酸類化合物及其鹽、聚乙烯醇類化合物、聚丙烯醇類化合物和聚丙烯酸酯類化合物中的一種或多種；
所述的水溶性脂肪醇和/或其水溶鹽為水溶性脂肪多元醇和/或其水溶鹽；
所述的水溶性脂肪醚為丙二醇甲醚和/或丙二醇乙醚；
所述的締合水溶性纖維素醚為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥甲基丙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素和羧乙基 纖維素中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求4所述的拋光液，其特征在于
所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物為如式I所示的聚丙烯酸類化合物及其鹽，以及聚丙烯酸酯類化合物；
式I
其中，R1、R2獨(dú)自的為H或C1～C3的烷基，R3為H、K、Na、NH4或C1～C3的烷基；
所述的水溶性脂肪多元醇為丙三醇、甘露醇、葡萄糖醇和山梨糖醇中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求3所述的拋光液，其特征在于所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物選自聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨鹽、聚甲基丙烯酸鉀鹽、聚馬來酸、聚丙烯酸、聚(p-苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸鉀鹽、聚丙烯酸銨鹽、聚丙烯酸酰胺、氨基聚丙烯酸酰胺、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚酰胺酸、聚酰胺酸銨鹽和聚酰胺酸鉀鹽中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求1、3～6中任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物的平均分子量為1000～300,0000。
8.如權(quán)利要求8所述的拋光液，其特征在于所述的水溶性多聚脂肪鏈類聚合物的平均分子量為2000～100,0000。
9.如權(quán)利要求1、3～6中任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于所述的水溶性多聚羧酸類聚合物的含量為重量比10ppm～5000ppm。
10.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于所述的研磨顆粒為二氧化硅、氧化鋁和聚合物顆粒中的一種或多種；所述的研磨顆粒的粒徑為30～100nm；所述的研磨顆粒的含量為質(zhì)量百分比0.1～10％。
11.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于所述的絡(luò)合劑為甘氨酸和/或2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸；所述的絡(luò)合劑的含量為質(zhì)量百分比0.1～4％。
12.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于所述的氧化劑為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀、過氧乙酸和過氧化氫脲中的一種或多種；所述的氧化劑的含量為質(zhì)量百分比0.5～10％。
13.如權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于所述的拋光液的pH值為2.0～5.0或9.0～11.0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有研磨顆粒、氧化劑和水，其還含有下列表面摩擦調(diào)節(jié)劑中的一種或多種水溶性多聚脂肪鏈類聚合物、水溶性醇類、水溶性醚類和水溶性纖維素類。本發(fā)明的拋光液可降低表面磨擦系數(shù)，減少拋光基底表面的缺陷(劃傷、腐蝕和表面顆粒等)。
文檔編號C09K3/14GK101550319SQ20081003559
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者春 徐 申請人:安集微電子(上海)有限公司