專利名稱：一種金屬化學(xué)機(jī)械拋光的漿料及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬化學(xué)機(jī)械拋光的漿料及其使用方法。
背景技術(shù)：
IC制造工藝中拋光技術(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(jī)械拋光(CMP)工藝便是目前最有效、最成熟的拋光技術(shù)?；瘜W(xué)機(jī) 械拋光系統(tǒng)是集清洗、干燥、在線檢測、終點檢測等技術(shù)于一體的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)，是集 成電路(IC)向微細(xì)化、多層化、拋光、薄型化發(fā)展的產(chǎn)物，是集成電路提高生產(chǎn)效率、降低 成本、晶圓全局拋光必備技術(shù)。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。其中金屬CMP是90納米以下芯片制造中器件和互連制造的關(guān)鍵工藝之一，是亞 90納米時代的研究熱點。金屬銅、鋁、鎢正越來越多地應(yīng)用于集成電路器件上的互連，必須 通過化學(xué)機(jī)械拋光實現(xiàn)多層互連，因而開發(fā)出新一代的金屬化學(xué)機(jī)械拋光液一直讓業(yè)界關(guān) 注。US4789648和US4944836公開了以硝酸鐵為氧化劑的組合物用于金屬鎢拋光，但 是該組合物極不穩(wěn)定，對拋光墊、拋光機(jī)臺有強(qiáng)腐蝕和污染，同時對運(yùn)輸管道也有污染，盡 管有US 6284151專利對其進(jìn)行改進(jìn)，還是難以克服該不穩(wěn)定性，對拋光墊，拋光機(jī)臺有強(qiáng) 腐蝕和污染的重要缺陷。US5958288公開了一種含氧化劑和多氧化態(tài)催化劑的組合物用于 金屬鎢拋光；US 5980775和US6068787公開了一種同時含有氧化劑和多氧化態(tài)催化劑以及 穩(wěn)定劑的組合物能夠?qū)崿F(xiàn)金屬鎢拋光。CN 200580019842.0公開了一種含有氧化劑和多氧 化態(tài)催化劑，穩(wěn)定劑和腐蝕抑制劑的組合物；以上專利均需用到雙氧水做為氧化劑。雙氧水 是金屬鎢的一種刻蝕劑，特別是在高溫下，對金屬鎢的腐蝕十分明顯。因此有必要尋找一種 新的拋光體系，可以控制金屬的絕對去除速率和對介電質(zhì)的相對去除速率比，同時控制金 屬材料的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的拋光缺陷，提供一種可以提高拋光液穩(wěn)定 時間和產(chǎn)品良率，減少對拋光墊、拋光機(jī)臺的污染，同時控制金屬的材料的局部和整體腐 蝕，減少襯底表面污染物的化學(xué)機(jī)械拋光漿料及其使用方法。本發(fā)明的金屬化學(xué)機(jī)械拋光漿料包括有研磨顆粒，氧化劑，拋光穩(wěn)定劑和載體。在本發(fā)明的實施例中，該研磨顆粒的濃度為0. 1 10%，該氧化劑的濃度為0. 1 2%，拋光穩(wěn)定劑的濃度為0. 01 2%，載體為余量，以上百分比均指占整個化學(xué)機(jī)械拋光 漿料的總重量百分比。本發(fā)明的研磨顆?？梢詤⒄宅F(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物 顆粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯，更優(yōu)選氧化硅。在本發(fā)明中，該研磨顆粒的尺寸較佳地為20 200nm，更佳地為30 lOOnm。在本發(fā)明中，所述的氧化劑可為現(xiàn)有技術(shù)中的各種金屬氧化劑，較佳地為選自Ag，Co，Cr，Cu，F(xiàn)e，Mo，Mn，Nb, Ni，Os，Pd，Ru，Sn，Ti，Ce 和 V 的具有氧化性的鹽類中的一種或多種。在本發(fā)明中，所述的拋光穩(wěn)定劑可作為能與相應(yīng)金屬氧化劑形成無色/淺色的絡(luò) 合物的絡(luò)合劑，能夠有效消除金屬氧化劑對拋光墊的污染，同時穩(wěn)定拋光性能。例如各種有 機(jī)酸，無機(jī)酸，金屬絡(luò)合劑等等。本發(fā)明的介電層用化學(xué)機(jī)械拋光漿料pH值為2. 0 12. 0，較佳地2. 0-5. 0以及 9. 0-12. 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，較佳地硫酸，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)械拋光漿料還可包括常見的氧化劑，例如硝酸或硝酸鹽，有機(jī)過 氧化物，其它有機(jī)氧化劑等。以及表面活性劑、PH穩(wěn)定劑，抑制劑和殺菌劑，以進(jìn)一步提高 表面的拋光性能。本發(fā)明還包括上述拋光漿料的使用方法，具體在配制好拋光漿料后，以下壓力 l-5psi，頭轉(zhuǎn)速為70-110rpm，拋光盤轉(zhuǎn)速70-1 lOrpm，拋光漿料流速50_120ml/min進(jìn)行化 學(xué)機(jī)械拋光。本發(fā)明可適用于金屬鎢，鈦/氮化鈦，銅，鉭/氮化鉭，等的化學(xué)機(jī)械拋光。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于1)通過拋光體系的作用提高拋光液穩(wěn)定時間，減少對拋光墊，拋光機(jī)臺的污染；2)同時控制金屬材料的局部和整體腐蝕，減少機(jī)臺和襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。


圖1為沒有穩(wěn)定劑情況下的拋光液的室溫儲存有效期，很容易產(chǎn)生拋光墊污染， 樣品在爐內(nèi)過夜后會變色，且W移除速率下降十分明顯對比例1 ；圖2為有穩(wěn)定劑情況下的拋光液的室溫儲存有效期，拋光墊的污染得到了極大改 善，在爐內(nèi)15天后也會不變色，并可以在3周內(nèi)維持W移除速率穩(wěn)定實施例1 ；圖3為實施例2的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；圖4為對比例2的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容。按照表1配制各拋光漿料，將各物料按研磨顆粒、水、氧化劑、穩(wěn)定劑的順序依次 加入反應(yīng)器中并攪拌均勻，加入去離子水稀釋至所需體積，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 即可得到化學(xué)機(jī)械拋光漿料。表1、實施例1 18以及對比例1 2
4 效果實施例分別用上述實施例1、2的化學(xué)機(jī)械拋光漿料對包括W襯底以及對于有圖案的W硅 片拋光，拋光條件相同，拋光參數(shù)如下=Logitech拋光墊，向下壓力3_5psi，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/拋光 頭轉(zhuǎn)速=60/80rpm，拋光時間120s，化學(xué)機(jī)械拋光漿料流速lOOml/min。拋光結(jié)果見表2。
表2、實施例2與對比例2拋光漿料對比的結(jié)果 圖1與圖2分別為對比例1與實施例1的比較，從圖中可以明顯看到對比例的拋 光穩(wěn)定時間低，同時對拋光墊污染也比較大。而圖3與圖4分別為實施例2與對比例2的 比較，從圖中可以明顯看到用對比例2拋光后產(chǎn)生了明顯的腐蝕孔，并且對介電質(zhì)侵蝕也 較為嚴(yán)重，具體見表2。通過表2數(shù)據(jù)可以看到，無論在室溫或是在高溫條件下，對比例的金屬鎢腐蝕速 率都大于實施例，同時介電質(zhì)侵蝕也大于實施例，對比例金屬表面也出現(xiàn)明顯的腐蝕孔，充 分說明實施例在腐蝕控制方面優(yōu)于對比例。因此使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以提高拋光液穩(wěn)定時間，減少對拋光墊， 拋光機(jī)臺的污染；同時控制金屬的材料的局部和整體腐蝕，減少機(jī)臺和襯底表面污染物，提
高產(chǎn)品良率。
權(quán)利要求
一種金屬化學(xué)機(jī)械拋光漿料，包含研磨顆粒，氧化劑，拋光穩(wěn)定劑和載體。
2.如權(quán)利要求1所述拋光漿料，其特征在于，所述研磨顆粒的質(zhì)量百分比濃度為0.1 10%，所述氧化劑的質(zhì)量百分比濃度為0. 1 2%，所述拋光穩(wěn)定劑的質(zhì)量百分比濃度為 0. 01 2%。
3.如權(quán)利要求1所述拋光漿料，其特征在于，所述研磨顆粒選自氧化硅、氧化鋁、氧化 鈰和聚合物顆粒中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求3所述拋光漿料，其特征在于，所述聚合物顆粒為聚乙烯或聚四氟乙烯。
5.如權(quán)利要求1所述拋光漿料，其特征在于，所述研磨顆粒的尺寸為20 200nm。
6.如權(quán)利要求6所述拋光漿料，其特征在于，所述研磨顆粒的尺寸為30 lOOnm。
7.如權(quán)利要求1所述拋光漿料，其特征在于，所述氧化劑選自Ag，Co,Cr, Cu，F(xiàn)e, Mo, Mn，Nb，Ni，Os，Pd，Ru，Sn，Ti，Ce和V的鹽類中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求1所述拋光漿料，其特征在于，所述穩(wěn)定劑選自有機(jī)酸，無機(jī)酸和金屬絡(luò) 合劑中的一種或多種。
9.如權(quán)利要求1所述拋光漿料，其特征在于，所述拋光漿料還可包含選自硝酸、硝酸 鹽，有機(jī)過氧化物、其它有機(jī)氧化劑、表面活性劑、PH穩(wěn)定劑，抑制劑和殺菌劑中的一種或多 種。
10.如權(quán)利要求1 9所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的使用方法，其特征在于，以下壓力 l-5psi，頭轉(zhuǎn)速為70-110rpm，拋光盤轉(zhuǎn)速70_110rpm，所述拋光漿料流速50-120ml/min進(jìn) 行化學(xué)機(jī)械拋光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于金屬化學(xué)機(jī)械拋光的漿料及其使用方法，所述漿料包括研磨顆粒、氧化劑，拋光穩(wěn)定劑和載體。使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料能夠提高拋光液穩(wěn)定性，減少對拋光墊、拋光機(jī)臺的污染，同時控制金屬材料的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。
文檔編號C09G1/02GK101906269SQ200910052658
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者徐春 申請人:安集微電子科技(上海)有限公司