專利名稱：一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料，尤其涉及一種用于銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。
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(dá)幾十億個(gè)元器件，特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米級(jí)，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)過化學(xué)機(jī)械平坦化。甚大規(guī)模集成布線正由傳統(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(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，已使其替代Al成為半導(dǎo)體制作中的互聯(lián)金屬。但是目前卻沒有對(duì)銅材進(jìn)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術(shù)，銅的化學(xué)機(jī)械拋光方法是目前最有效的工藝方法。銅的化學(xué)機(jī)械拋光過程一般分為3個(gè)步驟，第1步是先用較高的下壓力，以快且高效的去除速率除去襯底表面上大量的銅，第2步是在快要接近阻擋層時(shí)降低下壓力，降低去除速率拋光剩余的金屬銅并停在阻擋層，第3步再用阻擋層拋光液去除阻擋層及部分介電層和金屬銅，實(shí)現(xiàn)平坦化。其中第1步和第2步中均使用到化學(xué)機(jī)械拋光液。銅拋光一方面要盡快去除阻擋層上多余的銅，另一方面要盡量減小拋光后銅線的蝶形凹陷。在銅拋光前，銅線帶有部分凹陷。拋光時(shí)，介質(zhì)材料上的銅在主體壓力下(較高) 易于被去除，而凹陷處的銅所受的拋光壓力比主體壓力低，銅去除速率小。因此，在銅拋光液中，如何控制拋光液在高下壓力和低下壓力下的拋光速率是非常關(guān)鍵的。隨著拋光的進(jìn)行，銅的高度差會(huì)逐漸減小，如果在高、低壓下的速率差太小，則容易導(dǎo)致蝶形凹陷增大。目前，出現(xiàn)了一系列的適合于拋光Cu的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，如美國(guó)專利 US6616717B2公開了一種用于金屬CMP的組合物，包括水介質(zhì)、氧化劑和有機(jī)高分子，還可以包括分散劑，該組合物能夠調(diào)節(jié)氧化層的去處速率；美國(guó)專利US6821897B2公開了一種使用聚合體絡(luò)合劑的銅CMP的方法，所用漿料包括帶負(fù)有電荷的聚合物或共聚物，通過極性的改變來調(diào)節(jié)去除速率；中國(guó)專利CN1459480A公開了一種銅化學(xué)一機(jī)械拋光工藝用拋光液，包括成膜劑、成膜助劑和磨料，成膜劑為強(qiáng)堿與醋酸組成的緩沖液，腐蝕性小，改善了拋光效果；中國(guó)專利CN1256765C公開的銅的化學(xué)機(jī)械拋光所用的漿料，包括檸檬酸(鉀) 等螯合有機(jī)酸緩沖體系，或加入氧化劑、腐蝕劑等，能夠?qū)~移除速率提高到大于3000埃每分鐘；中國(guó)專利CN1195896C公開了一種用于銅的CMP漿液制造以及用于集成電路的制造方法，所用拋光漿料包括氧化劑、羧酸鹽以及三唑或三唑衍生物，該漿料具有良好的氧化物選擇性。但是上述專利技術(shù)中用于銅的拋光漿料存在諸多問題，如拋光速度不夠快，使用后襯底表面存在缺陷、劃傷、粘污和銅的殘留，或者是拋光后銅塊的凹陷過大等。因此有必要開發(fā)出新的用于銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種在高下壓力下具有較高的銅的去除速率，而在低下壓力下銅的去除速率較低，且可以改善拋光后銅線的蝶形凹陷的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。本發(fā)明提供的拋光漿料至少含有5-苯基四氮唑，該漿料還含有研磨顆粒、絡(luò)合劑、氧化劑。使用本發(fā)明的漿料的可以保持較高的銅的去除速率，改善拋光后的蝶形凹陷。本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光漿料包括研磨顆粒、絡(luò)合劑、氧化劑，還包括5-苯基四氮唑。其中，所述的5-苯基四氮唑的含量?jī)?yōu)選為0.001 wt%^l wt%,并進(jìn)一步優(yōu)選為 0.005 wt% 0. 1 wt%0其中，wt%為質(zhì)量百分含量。本發(fā)明中所述的研磨顆?？梢允嵌趸?、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的二氧化硅、 二氧化鈰、二氧化鈦、高分子研磨顆粒中的一種或幾種的混合，并優(yōu)選為二氧化硅。其中，所述的研磨顆粒的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為0. 1 wt9T20w % ；更佳為0. 1 wt%^10 wt%。所述的研磨顆粒的粒徑優(yōu)選為2(Tl50nm。本發(fā)明中所述的絡(luò)合劑可以是氨羧絡(luò)合物及其鹽、有機(jī)羧酸及其鹽、有機(jī)膦酸及其鹽。所述的氨羧絡(luò)合物為甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸為醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、乳酸、沒食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸為2-膦酸丁烷_1，2， 4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、 2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的鹽可以是銨鹽、鉀鹽和鈉鹽。其中，所述的絡(luò)合劑的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為0. 01 wt9Tl0wt%。本發(fā)明中所述的氧化劑可以是過氧化氫、過氧化脲、過氧甲酸、過氧乙酸、過硫酸鹽、過碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。其中，所述的氧化劑的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為0. 1 Wt0^lO wt%。其中，所述的拋光液的pH優(yōu)選為3 11，進(jìn)一步優(yōu)選為為4、。本發(fā)明的拋光液中，還可以含有本領(lǐng)域其他常規(guī)添加劑，如pH調(diào)節(jié)劑、粘度調(diào)節(jié)齊U、消泡劑和殺菌劑等。本發(fā)明的拋光液可制備濃縮樣品，在使用前用去離子水稀釋并加入氧化劑。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的拋光液在高下壓力下具有較高的去除速率，而在低壓力下去除速率較低，拋光后蝶形凹陷小。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光漿料，包括了研磨顆粒、氧化劑、絡(luò)合劑和5-苯基四氮唑。其中， 所述漿料PH值優(yōu)選為3 11 ；5-苯基四氮唑的含量?jī)?yōu)選為0. 00Γ1 wt%0所述研磨顆粒可以選自二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁、覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、 二氧化鈦、高分子研磨顆粒中的一種或幾種的混合。其平均直徑優(yōu)選為2(Tl50nm，用量在 0. 1 wt% 20wt%范圍內(nèi)。所述絡(luò)合劑可以選自氨羧絡(luò)合物及其鹽、有機(jī)羧酸及其鹽、有機(jī)膦酸及其鹽，其用量在0.01 wt9Tl0wt%范圍內(nèi)。所述的氨羧絡(luò)合物如甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、 天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸如醋酸、草酸、檸檬酸、 酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、乳酸、沒食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸如2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的鹽可以是銨鹽、鉀鹽和鈉鹽。所述氧化劑可以選自過氧化氫、過氧化脲、過氧甲酸、過氧乙酸、過硫酸鹽、過碳酸
鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。其用量在0.1 Wt0^lOWt % 范圍內(nèi)。下面用實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不受其限制。效果對(duì)比1
表1給出了對(duì)比拋光漿料廣2和本發(fā)明的拋光漿料實(shí)施例廣3組分及銅去除速率對(duì)比，按表中所給配方，將除氧化劑以外的其他組分混合均勻，用水補(bǔ)足質(zhì)量百分比至100%， 用KOH或HNO3調(diào)節(jié)到所需要的pH值。使用前加氧化劑，混合均勻即可。采用對(duì)比拋光液廣2和本發(fā)明的拋光液 3，對(duì)空片銅(Cu)進(jìn)行拋光。拋光速率見表1。拋光條件銅晶片，下壓力3psi/lpsi，拋光盤及拋光頭轉(zhuǎn)速70/80rpm，拋光墊PPG MX710，拋光液流速 100ml/min，拋光機(jī)臺(tái)為 Logitech PM5 Polisher。由表1可見，與未添加腐蝕抑制劑的對(duì)比例1相比，實(shí)施例廣3中添加了 5-苯基四氮唑?yàn)楦g抑制劑后，能較好的抑制銅在低下壓力下的去除速率，有利于降低在有圖案的銅晶片上的凹陷，而在高壓力下能保持較高的銅去除速率，能保持較高的產(chǎn)能。而添加腐蝕抑制劑苯并三氮唑的對(duì)比例2雖然在低壓下具有較低的去除速率，但高壓力下的去除速率也很低，生產(chǎn)能力大大降低。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，至少含有5-苯基四氮唑、研磨顆粒、絡(luò)合劑和氧化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的5-苯基四氮唑的質(zhì)量百分含量為0. ΟΟΓ wt%根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的5-苯基四氮唑的質(zhì)量百分含量為0. 005 0. 1 wt%0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒為二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、高分子研磨顆粒中的一種或幾種的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒的質(zhì)量百分含量為0. Γ20 %。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒的質(zhì)量百分含量為0.廣10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的研磨顆粒的平均粒徑為20 150nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的絡(luò)合劑為氨羧絡(luò)合物、有機(jī)羧酸、有機(jī)膦酸、及上述化合物的鹽中的一種或幾種的混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的氨羧絡(luò)合物選自甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、 絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸選自醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、乳酸、沒食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸選自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種。
9.所述的鹽為銨鹽、鉀鹽及鈉鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的絡(luò)合劑的質(zhì)量百分含量為0. 0廣10%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的氧化劑選自過氧化氫、過氧化脲、過氧甲酸、過氧乙酸、過硫酸鹽、過碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述的氧化劑的質(zhì)量百分含量為0.廣10%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述漿料PH值為3 11。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于，所述漿料PH值為Γ8。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于銅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，在研磨顆粒、絡(luò)合劑和氧化劑的基礎(chǔ)上，添加有5-苯基四氮唑。使用本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光漿料的可以保持較高的銅去除速率，并能有效改善拋光后的蝶形凹陷。
文檔編號(hào)C23F3/04GK102477259SQ20101056415
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者荊建芬, 蔡鑫元 申請(qǐng)人:安集微電子(上海)有限公司