一種適用于低下壓力的弱酸性銅拋光液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于低下壓力的弱酸性銅拋光液，屬于微電子輔助材料及超精密加工工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。該拋光液包含磨粒、氧化劑、去離子水、抑制劑、絡(luò)合劑和硅溶膠穩(wěn)定劑；該拋光液的pH值為5～7。本發(fā)明能夠在低下壓力(1psi以下)條件下實現(xiàn)銅拋光的高去除速率及高的表面精度，拋光后表面顆粒殘留和離子污染少。
【專利說明】-種適用于低下壓力的弱酸性銅拋光液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子輔助材料及超精密加工工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種去除速率 高、顆粒殘留少、無離子污染的銅弱酸性拋光液。

【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)機械拋光（CMP)是目前公認(rèn)的實現(xiàn)材料局部和全局平坦化的最有效方法，廣 泛應(yīng)用于1C制程的表面平坦化處理。銅已經(jīng)作為1C集成電路的中間層引線，而且銅的CMP 作為微型器件的主要加工工藝，各國均在加緊攻關(guān)研究。影響銅CMP全局平坦化的關(guān)鍵因 素是拋光液，它決定整個拋光工藝和拋光結(jié)果是否理想。國際上，銅CMP的拋光液按pH值 主要分為兩類：酸性（pH小于7)拋光液和堿性（pH大于7)拋光液。酸性拋光液的研制與 開發(fā)主要有美國的Cabot、Motorola、Rodel等公司。由于銅在酸性溶液中腐蝕速率高，酸性 范圍內(nèi)氧化劑多，拋光選擇高，所以目前國際上開發(fā)的銅CMP拋光液以酸性拋光液為主流。 其主要成分有氧化劑、抗蝕劑、pH調(diào)制劑和磨料。但是酸性拋光液腐蝕性大，對設(shè)備要求高。 為了降低CMP對設(shè)備的腐蝕，一些研究單位對堿性拋光液就行了研究和開發(fā)。堿性拋光液 的主要成分有氧化劑、絡(luò)合劑、pH值調(diào)制劑和磨料等。但是在強堿性的環(huán)境中找到氧化勢高 的組分比較難，可用的氧化劑有Fe(N03) 3、K3Fe(CN) 3、NH40H、NaC103、NH4N03、NaCr04 等， 這同時帶來一些問題，即金屬離子的污染和毒性，不利于后道工序和操作。因此，開發(fā)一種 去除速率高、顆粒殘留少、無離子污染，對設(shè)備腐蝕性小的銅弱酸性拋光液的任務(wù)既緊迫又 很有必要。
[0003] 另外，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路向高集成化、特征尺寸微細(xì)化方向發(fā) 展。為了盡可能降低由于特征尺寸不斷減小而產(chǎn)生的嚴(yán)重互連延遲，在集成電路制造工藝 中，已逐漸傾向于應(yīng)用更低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料和具有更低電阻率、更優(yōu)抗電子遷移性 能的銅互連線代替鋁互聯(lián)線。然而，擁有更低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料，在傳統(tǒng)的化學(xué)機械拋 光條件下很容易因為應(yīng)力過大而造成對銅互連線嚴(yán)重?fù)p傷，使集成電路失效。因此，開發(fā)適 用于低下壓力的銅拋光液成為應(yīng)用低介電常數(shù)電介質(zhì)材料和銅互連線的集成電路制造工 藝中的關(guān)鍵技術(shù)。一般，減小下壓力會對包括拋光速率在內(nèi)的CMP總體性能產(chǎn)生不利影響。 例如，采用成熟的商用銅拋光組合物進行銅拋光，壓力為5.Opsi時拋光速率為333. 3nm/ min,而當(dāng)壓力減小到約0. 5psi時，拋光速率減小至101. 9nm/min，相差3倍左右。因此，減 小壓力拋光會嚴(yán)重的影響生產(chǎn)能力。
[0004] 美國羅門哈斯公司提出了 一種用于銅的低下壓力拋光組合物和方法 (CN1644644A)，適用于在至少小于3.Opsi的下壓力下拋光半導(dǎo)體晶片上的銅，其中添加 的含磷化合物可增加銅的去除，實施例中1.Opsi壓力下，添加磷酸銨前后拋光去除速率 分別為150.Onm/min和266. 3nm/min。US6, 620, 037采用不添加緩蝕劑（如BTA)的拋光 組合物進行銅拋光以期提升拋光速率，然而該組合物仍需要3.Opsi或更大的下壓力以便 有效的去除銅（3.0?8丨時拋光速率為234.611111/111111)。0吧01110065350.2提供了適用于 在1.Opsi(6. 89kPa)以下的壓力下拋光半導(dǎo)體晶片上銅的水性組合物，含有適用于低下壓 力弱機械作用情況下的含硫腐蝕平衡劑，拋光液為堿性拋光液，去除速率可達(dá)1457. 7nm/min(lPSI)，但表面粗糙度在lnm左右。上述專利主要考慮的是在低下壓力條件下如何提高 銅材料去除速率，對低下壓力條件下如何實現(xiàn)兼顧去除速率高、顆粒殘留少、無離子污染， 對設(shè)備腐蝕性小的銅拋光液還有待進一步研究。
[0005] 本發(fā)明中，我們采用新型抑制劑、絡(luò)合劑及硅溶膠穩(wěn)定劑，在低下壓力（lpsi以 下）條件下，實現(xiàn)了一種高去除速率、顆粒殘留少、無離子污染、對設(shè)備腐蝕性小的弱酸性 銅拋光液。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)在技術(shù)存在著的缺陷，提出了一種適用于低下壓力（lpsi以下）的 銅拋光液。本發(fā)明能夠在低下壓力（lpsi以下）條件下實現(xiàn)銅拋光的高去除速率、顆粒殘 留少和無離子污染。
[0007] -種適用于低下壓力的弱酸性銅拋光液，其特征在于，該拋光液包含磨粒、氧化 齊U、去離子水、抑制劑、絡(luò)合劑和硅溶膠穩(wěn)定劑；該拋光液的PH值為5?7,低下壓力為小于 等于lpsi的拋光壓力；
[0008] 該拋光液的各組分配比為：

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于低下壓力的弱酸性銅拋光液，其特征在于，該拋光液包含磨粒、氧化劑、 去離子水、抑制劑、絡(luò)合劑和硅溶膠穩(wěn)定劑；該拋光液的PH值為5?7,低下壓力為小于等 于Ipsi的拋光壓力； 該拋光液的各組分配比為： 磨粒 0.5 ~ 8wt%; 氧化劑 0.5~10wt%; 抑制劑 0.05~0.5wt%; 絡(luò)合劑 I ~ 5wt%; 硅溶膠穩(wěn)定劑 0.001 ~0.1 wt%; 去離子水 余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述磨粒為酸性氧化硅磨粒， 粒徑在1?IOOnm范圍內(nèi)，pH小于4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述氧化劑為過氧化氫（HPO) 及其衍生物、過氧化脲（UHPO)、過氧甲酸（FPOA)、過氧乙酸（EPOA)、過碳酸鈉（SPC)、過硫酸 (PSA)及其鹽、高碘酸（PIA)及其鹽、高氯酸（PCA)及其鹽、氯酸（CA)及其鹽、次氯酸（HCA) 及其鹽、鑰酸（M)及其鹽、硝酸（NA)及其鹽中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述抑制劑為唑類化合物與 N-?；惢衔锏幕旌衔铩?br> 5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述唑類化合物為含氮唑類 化合物，有一氮唑、二氮唑或三氮唑，一氮唑、1，3-苯駢二氮唑、1，3-二氮唑、1，2-二氮唑、 苯駢三氮唑、咪唑、1-羥基苯并三氮唑、2-巰基苯并咪唑、1，2, 4-三氮唑、5-甲基苯駢三氮 唑、1，2, 3-三氮唑、3-氨基三氮唑-5-羧酸、3-氨基-1，2, 4-三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、 5- 甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基四氮唑、1-苯基-5-巰基四氮唑中的一種或幾種；所 述N-?；惢衔餅镹-酰基氨基酸化合物，具體為N- i^一烯?；劝彼?、N- i^一烯酰基 甘氨酸、癸酰基谷氨酸、癸酰基甘氨酸、月桂酰基谷氨酸、月桂?；“彼帷⒐秕；“彼嶂?的一種或幾種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述絡(luò)合劑為芳基磺酸與氨 基酸的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述芳基磺酸為苯磺酸、 4, 7-二苯基-UlO-菲咯啉二磺酸、2-甲酰苯磺酸、3-氨基-4-羥基苯磺酸、4-羥基苯磺酸、 6- 氨基甲苯-3-磺酸、聯(lián)苯胺-3-磺酸、二苯基胺-4-磺酸、對二甲苯-2-磺酸中的一種或 幾種； 所述的氨基酸為甘氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、組氨 酸、精氨酸中的一種或多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述硅溶膠穩(wěn)定劑為氨基硅 燒偶聯(lián)劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述氨基硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨 丙基二甲氧基娃燒（Α-1110)，Ν-β (氣乙基氣丙基二甲氧基娃燒（Α-1120)，Ν-β (氣 乙基）_Υ_氣丙基甲基-甲氧基娃燒（ΚΒΜ-602)，N-β (氣乙基）-γ -氣丙基二乙氧基娃 烷，Ν-β (氨乙基）-Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，苯氨基甲基三乙氧基硅烷，苯氨基甲基 二甲氧基娃燒，氨乙基丙基二甲氧基娃燒（Α-1130)中的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 一 9任一項所述的弱酸性銅拋光液，其特征在于，所述拋光液的各 組分配比為，磨粒2wt%、氧化劑2. 5wt%、抑制劑0. 13wt%、絡(luò)合劑2. 2wt%、娃溶膠穩(wěn)定劑 0. Olwt%、去離子水余量，pH值為5. 4,磨粒粒徑為50。
【文檔編號】C09G1/02GK104263248SQ201410505704
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】顧忠華, 潘國順, 龔樺, 鄒春莉, 羅桂海, 王鑫, 陳高攀 申請人:深圳市力合材料有限公司, 清華大學(xué), 深圳清華大學(xué)研究院