本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液，尤其涉及一種酸性化學(xué)機(jī)械拋光液。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路的器件尺寸不斷縮小，集成電路的布線層數(shù)越來越多，進(jìn)而對(duì)布線金屬的性能提出了更高的需求，金屬銅因具有比鋁更低的電阻率且對(duì)電遷移具有高阻抗，被廣泛用于互連線路。但銅會(huì)溶于介電材料，所以在集成電路的布線工藝中，為了防止銅溶于介電材料，需要在銅和介電材料之間需要覆蓋一層擴(kuò)散阻擋層，常規(guī)的阻擋層材料包括鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦等。

半導(dǎo)體制造工藝中，通常需要進(jìn)過拋光工藝，實(shí)現(xiàn)器件表面的平坦化。但是，由于布線層數(shù)的增多，對(duì)每一層集成電路的平坦化技術(shù)提出了更高的要求。由ibm公司在二十世紀(jì)80年代首創(chuàng)的化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)技術(shù)被認(rèn)為是目前全局平坦化的最有效的方法?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(cmp)是一種由化學(xué)作用、機(jī)械作用以及這兩種作用相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)平坦化的技術(shù)。銅的cmp工藝一般分為兩步，第一步用一種拋光液快速去除阻擋層上面覆蓋的銅金屬，該拋光液通常具有很高的銅的拋光速率和低的阻擋層的拋光速率，以便快速去除阻擋層表面多余的銅，然后停止在阻擋層上；第二步用一種阻擋層拋光液去除阻擋層和少量的介電層。通過去除阻擋層、介電層和銅之間不同的選擇比，實(shí)現(xiàn)集成電路的平坦化。

在半導(dǎo)體的cmp領(lǐng)域，常用的化學(xué)機(jī)械拋光液主要分酸性和堿性兩種。涉及酸性拋光液的專利有很多，比如cn1312845a專利，該專利中公開了一種酸性阻擋層拋光液，其含有金屬磨料和大量大分子的表面活性劑，但該拋光液存在拋光表面損傷，且為對(duì)設(shè)備腐蝕污染嚴(yán)重的酸性物質(zhì)；堿性的阻擋層拋光液，比如：專利cn101302405a，其公開了一種堿性阻擋層拋光液，其含有聚乙烯基吡咯烷酮和亞胺，碳酸鹽、抑制劑、絡(luò)合劑；但其在拋光過程中會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，使拋光液在拋光墊和拋光表面的分布不均衡，而且影響拋光液的穩(wěn)定性；又如專利cn1400266，該專利公開了一種含有胺和非離子表面活性劑的化學(xué)機(jī)械拋光 液。但該拋光液在拋光時(shí)對(duì)阻擋層的表面損失比較嚴(yán)重。綜上可見，堿性漿料的穩(wěn)定性比較好，但存在沒有合適的氧化劑，以及在拋光過程中易造成表面濁點(diǎn)和輕微劃傷的問題。酸性漿料在這方面表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)。其可以在研磨顆粒濃度較低的情形下達(dá)到較高的拋光速率。但是酸性漿料中磨料顆粒的尺寸會(huì)隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，漿料中化學(xué)組分的作用而逐漸長(zhǎng)大，當(dāng)粒徑大于120納米以后，會(huì)出現(xiàn)沉降分層等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響拋光質(zhì)量，造成產(chǎn)品失效。所以控制磨料粒子的長(zhǎng)大，延長(zhǎng)使用壽命是酸性漿料急于解決的問題。

化學(xué)機(jī)械拋光液均含有研磨顆粒，大部分采用納米二氧化硅溶膠作為磨料顆粒。在拋光液中，還常常需要加入一些聚合物來調(diào)節(jié)拋光液的粘度和拋光過程中的摩擦力，但酸性拋光液中加入這類聚合物會(huì)導(dǎo)致研磨顆粒、尤其是帶負(fù)電的研磨顆粒的聚結(jié)。關(guān)于二氧化硅溶膠的穩(wěn)定性有很多文獻(xiàn)報(bào)道。但在cmp領(lǐng)域關(guān)于抑制磨料顆粒粒徑增長(zhǎng)，延長(zhǎng)化學(xué)機(jī)械拋光液穩(wěn)定性的文獻(xiàn)還未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種滿足阻擋層拋光階段需求的化學(xué)機(jī)械拋光液，其具有高的阻擋層(ta/tan)去除速率，可適應(yīng)不同拋光過程中封蓋材料(teos)、金屬cu的去除速率和選擇比要求，且能夠快速矯正半導(dǎo)體器件表面所存在的缺陷，拋光后污染物殘留少，自身穩(wěn)定性高。同時(shí)，該發(fā)明也可用于tsv阻擋層的拋光。

本發(fā)明公開了一種酸性化學(xué)機(jī)械拋光液，該拋光液包含研磨顆粒、含硅有機(jī)化合物、唑類化合物、有機(jī)/無機(jī)酸、聚乙烯吡咯烷酮及其鹽、氧化劑和水。

其中，所述的研磨顆粒選自sio2、al2o3、zro2、sic、ceo2、tio2和si3n4中的一種或多種，優(yōu)選sio2；所述研磨顆粒的含量較佳的為1～15wt％，更佳的為1～10wt％；所述的研磨顆粒的粒徑為20～100nm。

其中，所述的含硅有機(jī)化合物可以用下述通式表示：

通式：

此處，r為不能水解的取代基，通常為烷基，含有1-50個(gè)碳原子，以1-10個(gè)碳原子為佳，3-7個(gè)碳原子最佳；該長(zhǎng)碳鏈上的碳原子還可以繼續(xù)被氧、氮、 硫、膦、鹵素、硅等其他原子繼續(xù)取代；a，b為相同的或不同的可水解的取代基或羥基；c可以是可水解基團(tuán)或羥基，也可以是不可水解的烷基取代基；d是連接在r上的有機(jī)官能團(tuán)；a，b和c通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基、羥基等，這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅醇(si(oh)3)，而與無機(jī)物質(zhì)結(jié)合,形成硅氧烷。d是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、丙稀酸基、丙烯酰氧基、巰基或脲基等，這些反應(yīng)基可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)而與其結(jié)合。所述含硅的有機(jī)化合物較佳的選自3-氨基丙基三乙氧基硅烷(商品名kh-550)、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(商品名kh-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(商品名kh-570)、γ-巰丙基三乙氧基硅烷(商品名kh-580)、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(商品名kh-602)、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(商品名kh-792)、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(商品名kh-902)中的一種或多種。所述的含硅有機(jī)化合物的含量較佳的為0.01～1wt％，更佳的為0.01～0.5wt％。

其中，所述的唑類化合物較佳的選自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、5-苯基四氮唑、巰基苯基四氮唑、苯并咪唑、萘并三唑、5-氨基四氮唑、1,2,4-三氮唑、3-氨基-1,2,4三氮唑、4-氨基-1,2,4三氮唑、3,5-二氨基-1,2,4三氮唑、2-巰基-苯并噻唑。所述的唑類化合物的含量較佳的為0.001～1wt％，更佳的為0.01～0.5wt％。

其中，所述的有機(jī)/無機(jī)酸較佳的選自乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、己二酸、酒石酸、磷酸、硼酸中的一種或多種。所述的有機(jī)/無機(jī)酸的含量較佳的為0.001～2wt％，更佳的為0.001～0.5wt％。

其中，所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量較佳的為1000～1000000，更佳的為1000～500000。所述的聚乙烯吡咯烷酮的含量較佳的為0.005～0.5wt％。

其中，所述的氧化劑較佳的選自過氧化氫、過氧乙酸，過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種或多種。所述的氧化劑的含量較佳的為0.01～5wt％，更佳的為0.1～1wt％。

其中，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液的ph值為3.0-6.0，更佳的為4.0-6.0。

其中，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液還可以包含ph調(diào)節(jié)劑和殺菌劑等其他本領(lǐng)域常用添加劑。

本發(fā)明的積極技術(shù)效果在于：

1)通過加入含硅有機(jī)化合物可使得拋光液具有優(yōu)良的二氧化硅等介電層去除速率以及鉭等阻擋層的去除速率；

2)本發(fā)明的拋光液同時(shí)可降低超低介電材料ulk的去除速率；

3)提供了一種酸性條件下穩(wěn)定的拋光液配方，其可以在研磨顆粒固含量較低(2～10wt％)的情形下，達(dá)到堿性拋光液研磨顆粒含量在30-50wt％之間才能達(dá)到的研磨速率。

4)本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液可以制備成濃縮產(chǎn)品，便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不以此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液可按下述方法制備：將除氧化劑以外的其他組分按比例混合均勻，用ph調(diào)節(jié)劑(如koh或hno3)調(diào)節(jié)到所需要的ph值，使用前加氧化劑，并用水補(bǔ)充總量至100％，混合均勻即可。

本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。

表1對(duì)比拋光液1和本發(fā)明的拋光液1～15的配方

應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明中所選用的含硅有機(jī)物并不僅限于該表格中所使用的幾種，還包括烷基碳原子數(shù)為1、2、8、9、10的相應(yīng)含硅有機(jī)化合物。

效果實(shí)施例1

采用對(duì)比拋光液和本發(fā)明的拋光液1～15按照下述條件對(duì)銅(cu)、鉭(ta)、二氧化硅(teos)進(jìn)行拋光。拋光條件：拋光機(jī)臺(tái)為8”mirra機(jī)臺(tái)，拋光墊為fujibopad，下壓力為1.5psi，轉(zhuǎn)速為拋光盤/拋光頭＝93/87rpm，拋光液流速為150ml/min，拋光時(shí)間為1min。

表2對(duì)比拋光液1和本發(fā)明拋光液1～15對(duì)銅(cu)、鉭(ta)、二氧化硅(teos)的去除速率及矯正能力的比對(duì)結(jié)果

由表2可見，與對(duì)比拋光液1相比，本發(fā)明的拋光液可以獲得較高的阻擋層ta和二氧化硅(teos)的去除速率。實(shí)施例1-15表明通過調(diào)整研磨劑、含硅有機(jī)物、唑類化合物、有機(jī)/無機(jī)酸、聚乙烯吡咯烷酮和氧化劑的使用量，可以調(diào)節(jié)合適的拋光選擇比。與對(duì)比拋光液2相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N酸性條件下穩(wěn)定的拋光液配方，其可以在研磨顆粒固含量較低的情形下(1％～10％)，達(dá)到堿性拋光液研磨顆粒含量在30％-50％間才能達(dá)到的研磨速率。

另外，通過實(shí)施例1-15和對(duì)比例1對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的拋光液對(duì)寬線區(qū)和細(xì)線區(qū)的缺陷矯正明顯提高，能在短時(shí)間矯正半導(dǎo)體器件的缺陷表面，從而實(shí)現(xiàn)平坦化。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明所述wt％均指的是質(zhì)量百分含量。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。