CN101457123A - 一种用于铜制程的化学机械抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于铜制程的化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、有机酸类化合物、氧化剂和载体，其还含有含氮唑类化合物，所述的含氮唑类化合物至少包括苯并三氮唑和1，2，4－三氮唑。本发明的抛光液具有合适的铜/钽的去除速率选择比，满足铜制程的抛光要求；并且可在保证抛光速率的同时，使缺陷(局部和整体腐蚀、划伤、粘污和其它残留)明显减少，提高产品良率。

Description

一种用于铜制程的化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液，具体的涉及一种用于铜制程的化学机械抛光液。
背景技术
随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化。甚大规模集成布线的材料正由传统的Al向Cu转化。与Al相比，Cu布线具有电阻率低，抗电迁移能率高，RC延迟时间短，可使布层数减少一半，成本降低30％，加工时间缩短40％的优点。Cu布线的优势已经引起全世界广泛的关注。
但是目前还没有对铜材进行有效地等离子蚀刻或湿法蚀刻，以使铜互连在集成电路中充分形成的技术，因此铜的化学机械抛光方法被认为是最有效的替代方法。对于化学机械抛光原理，Kaufman在1991年提出了钨的化学机械抛光原理，其中氧化-机械去除机理一直被沿用到其他金属的化学机械抛光中。铜的化学机械抛光的最终性能效果与铜的保护膜形成有极大的关系。目前，出现了一系列适合于抛光Cu的化学机械抛光浆料，如：专利号为US 6,616,717公开了一种用于金属CMP的组合物和方法；专利号为US 5,527,423公开了一种用于金属层的化学机械抛光浆料；专利号为US 6,821,897公开了一种使用聚合体络合剂的铜CMP的方法；专利号为CN 02114147.9公开了一种铜化学—机械抛光工艺用抛光液；专利号为CN 01818940.7公开了铜的化学机械抛光所用的浆料；专利号为CN 98120987.4公开了一种用于铜的CMP浆液制造以及用于集成电路的制造方法；其中较多地应用苯并三氮唑作为防腐蚀抑制剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可在保证抛光速率要求的同时，使缺陷(局部和整体腐蚀、划伤、粘污和其它残留)明显减少的用于铜制程的化学机械抛光液。
本发明的化学机械抛光液含有研磨颗粒、有机酸类化合物、氧化剂和载体，还同时含有含氮唑类化合物，所述的含氮唑类化合物至少包括苯并三氮唑和1，2，4三氮唑。
其中，所述的含氮唑类化合物中单个组分含量较佳的为质量百分比0.0001～1％；所述的含氮唑类化合物的总量较佳的为质量百分比0.1～1％。本发明的抛光液中同时含有的苯并三氮唑和1，2，4三氮唑可在铜的防腐蚀保护膜的形成中产生协同作用。其中，苯并三氮唑的用量较佳的为1ppm～2000ppm，更佳的为10ppm～2000ppm，最佳的为10ppm～200ppm；1，2，4三氮唑的用量较佳的为10ppm～9800ppm，更佳的为100ppm～4900ppm，最佳的为1000ppm～4900ppm。以上含量均为质量比。
本发明中，所述的研磨颗粒可选自本领域常用研磨颗粒，优选二氧化硅、氧化铝和聚合物颗粒(如聚苯乙烯或聚乙烯)中的一种或多种，更优选二氧化硅。所述的研磨颗粒的粒径较佳的为20～200nm，更佳的为30～100nm。所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比0.1～10％。
本发明中，所述的有机酸类化合物较佳的为氨基酸、有机羧酸、有机磺酸、有机膦酸中的一种或多种，具体优选甘氨酸、草酸、甲基磺酸和羟基亚乙基二膦酸中的一种或多种。所述的有机酸类化合物的含量较佳的为质量百分比0.05～5％。
本发明中，所述的氧化剂可为现有技术中的各种氧化剂，较佳的为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧乙酸和过氧化氢脲中的一种或多种，更佳的为过氧化氢。所述的氧化剂的含量较佳的为质量百分比0.05～10％。
本发明中，所述的载体较佳的为水。所述的载体的含量为余量。
本发明的用于铜制程的化学机械抛光液的pH值较佳的为2.0～11.0，更佳的2.0～5.0或9.0～11.0。pH调节剂可为各种酸和/或碱，以将pH调节至所需值即可，较佳的为硫酸、硝酸、磷酸、氨水、氢氧化钾、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
本发明的化学机械抛光液还可以含有本领域其他常规添加剂，如表面活性剂、稳定剂和杀菌剂，以进一步提高表面的抛光性能。
将上述成分简单均匀混合，采用pH调节剂调至合适pH值，混合均匀静置即可制得本发明的抛光液。本发明所用试剂及原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液具有合适的铜/钽的去除速率选择比，满足铜制程的抛光要求。本发明的抛光液中同时含有的苯并三氮唑和1，2，4三氮唑可在铜的防腐蚀保护膜的形成中产生协同作用，更好地保护铜表面，可在保证抛光速率的同时，使缺陷(局部和整体腐蚀、划伤、粘污和其它残留)明显减少，提高产品良率。
附图说明
图1为效果实施例中对比1～3抛光液以及本发明的抛光液1～4在铜表面保护作用的电化学图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1～7
表1给出了本发明的抛光液1～7，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水为余量，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO3，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静止30分钟即可得到各化学机械抛光液。
表1 本发明的抛光液1～7配方
Figure A200710172362D00071
Figure A200710172362D00081
效果实施例
表2给出了对比抛光液1～3和本发明的抛光液1～4，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水为余量，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO3，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静止30分钟即可得到各化学机械抛光液。
表2 本发明的抛光液1～7配方
Figure A200710172362D00091
将对比抛光液1～3和本发明的抛光液1～4分别进行电化学试验，测定其在铜腐蚀保护中的作用。采用三电极系统，铜电极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。采用CHI660B电化学工作站，记录工作电极表面电势与测试抛光液接触后，表面电势随时间的变化曲线。结果如图1所示。曲线斜率为正时，表示保护层逐渐形成，其数值的大小表示形成保护层的速率；曲线斜率为负时，表示保护层逐渐去除，其数值的大小代表表面的腐蚀的速度，也即保护层的去除速率。
由图1可见，由于仅用苯并三氮唑或者1，2，4三氮唑的对比抛光液1～3在铜表面形成的保护膜都不够充分，随抛光液和铜表面接触时间延长，曲线斜率为负。而本发明的同时含有苯并三氮唑和1，2，4三氮唑的抛光液1～4在铜表面形成的保护膜可充分保护铜表面，随抛光液和铜表面接触时间延长，曲线斜率为正(由于在实际的抛光过程中，抛光液和晶片表面接触的时间一般不会超过180秒，所以斜率以前180秒的为准)。由此证明，苯并三氮唑和1，2，4三氮唑在铜表面的保护膜形成中存在协同作用，可在抛光过程中更好地保护铜表面。
从实施效果的结果来看，本发明的抛光液可以实现在抛光过程中更好地保护铜表面，不产生明显的缺陷(划伤，腐蚀，表面颗粒等等)。本发明的抛光液有望在铜互连工艺中实现广泛应用。

Claims (18)

1.一种用于铜制程的化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、有机酸类化合物、氧化剂和载体，其特征在于：其还含有含氮唑类化合物，所述的含氮唑类化合物至少包括苯并三氮唑和1，2，4-三氮唑。
2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的含氮唑类化合物中单个组分的含量为质量百分比0.0001～0.9999％。
3.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的含氮唑类化合物的总量为质量百分比0.1～1％。
4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的苯并三氮唑的含量为1ppm～2000ppm；所述的1，2，4-三氮唑的含量为10ppm～9999ppm；上述含量为质量比。
5.如权利要求4所述的抛光液，其特征在于：所述的苯并三氮唑的含量为10ppm～2000ppm；所述的1，2，4-三氮唑的含量为100ppm～4900ppm；上述含量为质量比。
6.如权利要求5所述的抛光液，其特征在于：所述的苯并三氮唑的含量为10ppm～200ppm；所述的1，2，4-三氮唑的含量为1000ppm～4900ppm；上述含量为质量比。
7.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒为二氧化硅、氧化铝和聚合物颗粒中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为20～200nm。
9.如权利要求8所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为30～100nm。
10.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为质量百分比0.1～10％。
11.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机酸类化合物为有机羧酸、氨基酸、有机磺酸和有机膦酸中的一种或多种。
12.如权利要求11所述的抛光液，其特征在于：所述的有机酸类化合物为甘氨酸、草酸、甲基磺酸和羟基亚乙基二膦酸中的一种或多种。
13.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机酸类化合物的含量为质量百分比0.05～5％。
14.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂为过氧化氢、过氧化氢脲、过氧乙酸、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或多种。
15.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂的含量为质量百分比0.05～10％。
16.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的载体为水。
17.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH值为2.0～5.0或9.0～11.0。
18.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液还含有表面活性剂、稳定剂和杀菌剂中的一种或多种。
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