CN101608098A

CN101608098A - 一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料及其用途

Info

Publication number: CN101608098A
Application number: CN 200810039298
Authority: CN
Inventors: 徐春
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd; Anji Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: CN101608098B

Abstract

本发明公开了一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料及其用途，该抛光浆料含有氧化剂、研磨颗粒和载体，其中，所述的氧化剂选自高锰酸、锰酸、及其可溶性盐中的一种或多种，优选的还包括一种或多种氧化还原电位高于二价锰离子的水溶性氧化剂，过氧化物除外。本发明的抛光浆料通过高锰酸、锰酸、或其可溶性盐的作用，优选的通过高锰酸、锰酸、或其可溶性盐中与另一种氧化剂产生协同作用，增加了金属的绝对去除速率，降低了抛光颗粒的使用，从而降低成本和降低介电层的绝对去除速率，使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降；并且其在平坦化过程中具有较小的对介电质的相对去除速率选择比，可以防止金属平坦化过程中产生的介电质侵蚀，提高产品良率。

Description

一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料及其用途

技术领域

本发明涉及一种抛光浆料，具体的涉及一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料及其用途。

背景技术

集成电路(IC)制造工艺中平坦化技术已成为与光刻和刻蚀同等重要且相互依赖的不可缺少的关键技术之一。而化学机械抛光(CMP)工艺便是目前最有效、最成熟的平坦化技术。化学机械抛光系统是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术于一体的化学机械平坦化技术，是集成电路IC向微细化、多层化、平坦化、薄型化发展的产物，是集成电路提高生产效率、降低成本、晶圆全局平坦化的必备技术。CMP在IC制造领域应用广泛，抛光对象包括衬底、介质及互连材料等。其中金属CMP是90纳米以下芯片制造中器件和互连制造的关键工艺之一，是亚90纳米时代的研究热点。金属铜，铝，钨正在越来越多地应用于集成电路器件上的互连，必须通过化学机械抛光实现多层互连，因而开发出新一代的金属化学机械抛光液一直让业界关注。

US5958288公开了一种含氧化剂和多氧化态催化剂的组合物用于金属钨抛光。US 5980775和6068787公开了一种同时含有氧化剂和多氧化态催化剂以及稳定剂的组合物能够实现金属钨抛光。CN 200580019842.0公开了一种含有氧化剂、多氧化态催化剂、稳定剂和腐蚀抑制剂的组合物。以上这些专利均用到铁的化合物(硝酸铁)做为催化剂。它们的抛光对象的衬底表面污染物较高，介电质侵蚀也较高，产品良率低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题就是针对现有的用于金属化学机械抛光的抛光液存在的不足，提供一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料及其用途，该抛光浆料抛光对象的衬底表面污染物较低，介电质侵蚀较低，产品良率较高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料，含有氧化剂、研磨颗粒和载体，其中，所述的氧化剂包括选自高锰酸、锰酸、及其可溶性盐中的一种或多种。

根据本发明，所述的高锰酸、锰酸的可溶性盐较佳的包括常见的高锰酸钠、高锰酸钾、高锰酸铵、锰酸钠、锰酸钾和锰酸铵等。高锰酸、锰酸、或其可溶性盐的浓度较佳的为重量百分比0.02～5％，

根据本发明，本发明的抛光浆料中，所述的氧化剂还包括一种或多种氧化还原电位高于二价锰离子的水溶性氧化剂，过氧化物除外。该水溶性氧化剂能够在金属氧化中与高锰酸或其可溶性盐发生协同作用，增加金属的绝对去除速率，减少对介电质的相对去除速率。较佳的，所述的水溶性氧化剂选自过硫酸，高氯酸，氯酸，次氯酸，溴酸，高碘酸，碘酸，硝酸以及所述各酸的可溶性盐中的一种或多种。所述各酸的可溶性盐较佳的为常见的钾，钠或铵盐，优选铵盐。本发明的抛光浆料中，所述的水溶性氧化剂的浓度浓度较佳的也为重量百分比0.02～5％。更佳地，本发明的抛光浆料中含有的氧化剂为高锰酸钾和过硫酸铵、高锰酸钾和高氯酸铵、高锰酸钾和过硫酸钾、高锰酸钾和硝酸铵、锰酸钾和硝酸铵、或锰酸钾和硝酸钾。

本发明所述的研磨颗粒可以是现有的本领域常规的研磨颗粒，较佳的选自氧化硅、氧化铝、氧化铈和聚合物颗粒，更优选氧化硅。所述的聚合物如聚乙烯和聚四氟乙烯。本发明所述的研磨颗粒也可以是金属胶体研磨颗粒，该金属胶体研磨颗粒可与氧化剂发生复合作用，而普通的研磨颗粒不能。所述的金属胶体研磨颗粒可以通过市售得到，较佳的可选自氢氧化铁胶体，氧化银胶体，氧化铜胶体，氧化锰胶体，氧化钒胶体，氧化铬胶体，氧化钼胶体，氧化钴胶体，氧化镍胶体，氧化钛胶体和氧化锡胶体。本发明所述的研磨颗粒的粒径较佳的为11～500nm，更佳地为30～200nm。研磨颗粒的浓度较佳的为重量百分比0.1～10％。本发明可以同时包含本领域常规的研磨颗粒和金属胶体研磨颗粒。

本发明的一较佳实施例为，所述的抛光浆料组分如下：研磨颗粒的浓度为0.1～10％，两类氧化剂的浓度分别为0.02～5％，载体为余量，以上百分比均指占抛光浆料的总重量百分比。

本发明的抛光浆料的pH值较佳的可为2.0～12.0，更佳的为3.0～10.0。可以采用pH调节剂调节pH值，pH调节剂较佳的可选自各种酸和/或碱，以将pH调节至所需值即可。较佳的，所述的酸可选自硫酸、硝酸和磷酸，所述的碱可选自氨水、氢氧化钾、乙醇胺和三乙醇胺。

本发明的抛光浆料还可以包含任一种或几种其它的本领域的常规添加剂，如表面活性剂、稳定剂、腐蚀抑制剂和杀菌剂等，以进一步提高表面的抛光性能。

本发明所述的“载体”为本领域的常规载体，较佳的如水或醇等。

本发明的抛光浆料的制备方法，可以为本领域常规的将各组分混合的方法。较佳的包括下列步骤：将各物料研磨颗粒、氧化剂加入反应器中并搅拌均匀，加入载体稀释，最后用pH调节剂调节pH值，继续搅拌至形成均匀流体，然后静置30分钟以上即得。

本发明的用于金属化学机械抛光的抛光浆料适用的抛光对象可为常见的半导体制程使用的金属，包括钨、铜、铝、钽或氮化钽；最适合的抛光对象是包括钨或铜。因此，本发明还提供所述的抛光浆料在化学机械抛光半导体制程中使用的包括钨、铜、铝、钽或氮化钽的金属中的用途。

本发明除特别说明之外，所用各原料或试剂均市售可得。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：本发明的用于金属化学机械抛光的抛光浆料1)通过高锰酸、锰酸、或其可溶性盐的作用，优选的通过高锰酸、锰酸、或其可溶性盐与另一种氧化剂的产生协同作用，增加了金属的绝对去除速率，降低了抛光颗粒的使用，从而降低成本和降低介电层的绝对去除速率，使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降，从而降低衬底表面污染物；2)平坦化过程中具有较小的的对介电质的相对去除速率，可以防止金属平坦化过程中产生的介电质侵蚀，提高产品良率。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

对比实施例1～2和实施例1～25

将各物料按下列顺序：研磨颗粒、氧化剂、其他添加剂依次加入反应器中并搅拌均匀，加入载体稀释至所需体积，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，静置30分钟即得到抛光浆料。“其他添加剂”是表面活性剂、稳定剂、腐蚀抑制剂、或杀菌剂。其中，十二烷基二甲基苄基氯化铵作为表面活性剂，异丙醇作为稳定剂，丁二酸作为腐蚀抑制剂，异噻唑啉酮作为杀菌剂。具体见表1。

表1 本发明的抛光浆料实施例1～25

下面通过试验例来进一步说明本发明的有益效果。

效果实施例1

分别用上述对比实施例1～2和实施例1～2、5～6、10和18的抛光浆料对不同材料进行抛光，抛光条件相同。对于有图案的硅片为溅射Ta阻挡层和化学气相沉积钨(W)的硅衬底，抛光钨和在介电层(TEOS)停止。

抛光材料：钨，介电层。

抛光机台：Logitech PM5。

抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力3-5psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光浆料流速100mL/min。

抛光结果见表2。

表2.对比抛光浆料在不同晶片上的抛光速率及抛光效果

Claims

1、一种用于金属化学机械抛光的抛光浆料，含有氧化剂、研磨颗粒和载体，其特征在于，所述的氧化剂包括选自高锰酸、锰酸、及其可溶性盐中的一种或多种。

2、根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于，所述的高锰酸的可溶性盐选自高锰酸钠、高锰酸钾和高锰酸铵，所述的锰酸的可溶性盐选自锰酸钠、锰酸钾和锰酸铵。

3、根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于，所述的高锰酸、锰酸、或其可溶性盐的浓度为重量百分比0.02～5％。

4、根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于，所述的氧化剂还包括一种或多种氧化还原电位高于二价锰离子的水溶性氧化剂，过氧化物除外。

5.根据权利要求4所述的抛光浆料，其特征在于，所述的水溶性氧化剂选自过硫酸，高氯酸，氯酸，次氯酸，溴酸，高碘酸，碘酸，硝酸以及所述各酸的可溶性盐。

6.根据权利要求5所述的抛光浆料，其特征在于，所述各酸的可溶性盐包括钾，钠或铵盐。

7、根据权利要求4所述的抛光浆料，其特征在于，所述的水溶性氧化剂的浓度为重量百分比0.02～5％。

8、根据权利要求4所述的抛光浆料，其特征在于，所述的抛光浆料中含有的氧化剂为高锰酸钾和过硫酸铵、高锰酸钾和高氯酸铵、高锰酸钾和过硫酸钾、高锰酸钾和硝酸铵、高锰酸钾和硝酸钾、锰酸钾和过硫酸铵、锰酸钾和高氯酸铵、锰酸钾和过硫酸钾、锰酸钾和硝酸铵、或锰酸钾和硝酸钾。

9、根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于，所述的研磨颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化铈、聚合物颗粒和金属胶体研磨颗粒。

10、根据权利要求9所述的抛光浆料，其特征在于，所述的金属胶体研磨颗粒选自氢氧化铁胶体、氧化银胶体、氧化铜胶体、氧化锰胶体、氧化钒胶体、氧化铬胶体、氧化钼胶体、氧化钴胶体、氧化镍胶体、氧化钛胶体和氧化锡胶体。

11、根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于，所述的研磨颗粒的粒径为11～500nm。

12、根据权利要求11所述的抛光浆料，其特征在于，所述的研磨颗粒的粒径为30～200nm。

13、根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于，所述的研磨颗粒的浓度为重量百分比0.1～10％。

14、根据权利要求1～13任一项所述的抛光浆料，其特征在于，该抛光浆料的pH值为2.0～12.0。

15、根据权利要求1～13任一项所述的抛光浆料，其特征在于，还包含pH调节剂，表面活性剂、稳定剂、腐蚀抑制剂和/或杀菌剂。

16、根据权利要求1～13任一项所述的抛光浆料，其特征在于，所述的载体为水或醇。

17、一种权利要求1所述的抛光浆料在化学机械抛光半导体制程中使用的包括钨、铜、铝、钽或氮化钽的金属中的用途。