CN101665665A - 降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水混合后再用KOH或HNO3调节pH值至1.0～7.0，各原料的质量百分比为：研磨颗粒0.1％～30％、含氮聚合物0.1％～10％、螯合剂0.1％～3％、表面活性剂0.1％～10％、腐蚀抑制剂0.001％～2％、氧化剂0.1％～20％、去离子水小于或等于90％。对铜化学机械抛光损伤小，明显降低抛光后铜表面粗糙度(8～18nm)、提高表面平整度；抛光后清洗方便。
Description
技术领域：
本发明涉及一种铜化学机械抛光液，尤其是抛光后清洗方便，可降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液。
背景技术：
随着超大规模集成电路(ULSI)的发展，芯片集成度的不断提高，电路元件也越来越密集，芯片互连逐渐成为影响芯片制造的关键因素。芯片互连在芯片内的操作运行中起着重要作用，如传送逻辑信号、输送电源以及分配时钟信号进行时序控制和同步操作等。芯片的高集成度导致互连线增加及其截面积减少，若仍沿用ULSI传统的铝互连线方法，就会导致电阻增大及因线间距减少而产生寄生电容，从而大幅度提高了互连线的时间常数RC，集成电路的运行速度则由逻辑门延迟转变为由互连线引起的时间延迟。为了避免高集成电路因互连线而引起的时间延迟，加之铜具有低电阻率、抗电迁移率高、RC延迟时间短等优点，目前铜已替代铝而成为深亚微米集成电路互连线技术进一步发展的首选材料，它可使局域互连的传输速度改善10％，使整体互连的传输速度改善50％，既保证电路高集成度的同时又能改善运行速度。
化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)被认为是目前铜互连线最有效和最实用的加工方法。现有铜CMP用抛光液基本上都是由磨料、氧化剂、钝化剂、腐蚀剂及活性剂等原料组成，存在着抛光效率低、后序清洗困难、易产生环境污染等缺点，尤其是会对抛光表面产生较大损伤。
发明内容：
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种抛光后清洗方便，可降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液。
本发明的技术解决方案是：一种降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水混合后再用KOH或HNO3调节pH值至1.0～7.0，各原料的质量百分比为：
研磨颗粒 0.1％～30％
含氮聚合物 0.1％～10％
螯合剂 0.1％～3％
表面活性剂 0.1％～10％
腐蚀抑制剂 0.001％～2％
氧化剂 0.1％～20％
去离子水 小于或等于90％。
所述研磨颗粒为SiO2、Al2O3或CeO2的水溶胶颗粒。
所述研磨颗粒的粒径为20～150nm。
所述含氮聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一种。
所述聚乙烯亚胺的分子量为800-1000000；聚丙烯酰胺的分子量为10000-3000000；聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000-500000；乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量为1000-200000。
所述螯合剂为含氮羧酸或有机膦酸，所述含氮羧酸为乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其铵盐或钠盐中的至少一种；所述有机膦酸为乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸及其盐中的至少一种。
所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子聚醚表面活性剂。
所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸铵盐、烷基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐中的至少一种；所述非离子聚醚表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
所述腐蚀抑制剂为三氮唑与噻唑类衍生物中的至少一种，所述三氮唑与噻唑类衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巯基苯并噻唑或5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑。
所述氧化剂为过氧化氢、重铬酸钾、碘酸钾、硼酸钾、次氯酸钾、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1.对铜化学机械抛光损伤小，明显降低抛光后铜表面粗糙度(8～18nm)、提高表面平整度；
2.抛光后清洗方便。
具体实施方式：
实施例1：
由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水组成，各原料的质量百分比为：研磨颗粒0.1％～30％、含氮聚合物0.1％～10％、螯合剂0.1％～3％、表面活性剂0.1％～10％、腐蚀抑制剂0.001％～2％、氧化剂0.1％～20％、去离子水小于或等于90％。
各原料在其重量范围内选择，总重量为100％。
制备方法是将磨料加入搅拌器中，在搅拌下按质量百分比加入去离子水及其它原料并搅拌均匀，用KOH或HNO3调节pH值为1.0～7.0，继续搅拌至均匀，静止30min即可。
所述研磨颗粒为SiO2、Al2O3或CeO2的水溶胶颗粒；所述研磨颗粒的粒径为20～150nm，最佳粒径为30-130nm。
所述含氮聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一种。
所述聚乙烯亚胺的分子量为800-1000000；聚丙烯酰胺的分子量为10000-3000000；聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000-500000；乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量为1000-200000。
所述螯合剂为含氮羧酸或有机膦酸，所述含氮羧酸为乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其铵盐或钠盐中的至少一种；所述有机膦酸为乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸及其盐中的至少一种。
所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子聚醚表面活性剂。
所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸铵盐、烷基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐中的至少一种；所述非离子聚醚表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
所述腐蚀抑制剂为三氮唑与噻唑类衍生物中的至少一种，所述三氮唑与噻唑类衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巯基苯并噻唑或5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑。
所述氧化剂为过氧化氢、重铬酸钾、碘酸钾、硼酸钾、次氯酸钾、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。
所述去离子水是经过离子交换树脂过滤的水，其电阻至少是18MΩ。
抛光实验：采用美国CETR公司的CP-4抛光机，抛光垫为IC1000/Suba IV抛光垫，抛光压力3Psi，下盘转速100rpm，抛光液流量200ml/min，抛光后表面通过AFM测试其表面粗糙度(RMS)Ra＝8～18nm。
实施例2：
原料及重量百分比如下：
研磨颗料为粒径60nm的SiO2水溶胶颗粒2％；
含氮聚合物为分子量为800-1000000的聚乙烯亚胺2％；
螯合剂为乙二胺四乙酸0.5％；
表面活性剂为十二烷基硫酸铵3％；
腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA)0.01％；
氧化剂为过氧化氢(H2O2)2.49％；
去离子水90％。
按照实施例1制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度Ra＝14nm。
实施例3：
原料及重量百分比如下：
研磨颗料为粒径30nm的Al2O3水溶胶颗粒5％；
含氮聚合物为分子量为800-1000000的聚乙烯亚胺2％；
螯合剂为二亚乙基三胺五乙酸0.5％；
表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic)2％；
腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA)0.01％；
氧化剂为过硫酸铵5％；
去离子水85.49％。
按照实施例1制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度Ra＝8nm。
实施例4：
原料及重量百分比如下：
研磨颗料为粒径30nm的CeO2的水溶胶颗粒2％；
含氮聚合物为分子量为10000-3000000的聚丙烯酰胺2％；
螯合剂为三亚乙基四胺六乙酸铵1％；
表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic)3％；
腐蚀抑制剂为甲基苯并三氮唑0.02％；
氧化剂为过硫酸铵5％；
去离子水86.98％。
按照实施例1制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度Ra＝10nm。
实施例5：
研磨颗料为粒径60nm的SiO2水溶胶颗粒4％；
含氮聚合物为分子量为1000-500000的聚乙烯吡咯烷酮1％；
螯合剂为乙二胺四亚甲基膦酸1％、；
表面活性剂为十二烷基苯磺酸铵0.03％；
腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA)0.02％；
氧化剂为过氧化氢(H2O2)5％；
去离子水88.95％。
按照实施例1制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度Ra＝16nm。
Claims (10)
1.一种降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水混合后再用KOH或HNO3调节pH值至1.0～7.0，各原料的质量百分比为：
研磨颗粒 0.1％～30％
含氮聚合物 0.1％～10％
螯合剂 0.1％～3％
表面活性剂 0.1％～10％
腐蚀抑制剂 0.001％～2％
氧化剂 0.1％～20％
去离子水 小于或等于90％。
2.根据权利要求1所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒为SiO2、Al2O3或CeO2的水溶胶颗粒。
3.根据权利要求2所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒的粒径为20～150nm。
4.根据权利要求1或2或3所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述含氮聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述聚乙烯亚胺的分子量为800-1000000；聚丙烯酰胺的分子量为10000-3000000；聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000-500000；乙烯吡咯烷酮/Z烯咪唑共聚物的分子量为1000-200000。
6.根据权利要求5所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述螯合剂为含氮羧酸或有机膦酸，所述含氮羧酸为乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其铵盐或钠盐中的至少一种；所述有机膦酸为乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸及其盐中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子聚醚表面活性剂。
8.根据权利要求7所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸铵盐、烷基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐中的至少一种；所述非离子聚醚表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述腐蚀抑制剂为三氮唑与噻唑类衍生物中的至少一种，所述三氮唑与噻唑类衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巯基苯并噻唑或5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑。
10.根据权利要求9所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于：所述氧化剂为过氧化氢、重铬酸钾、碘酸钾、硼酸钾、次氯酸钾、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100310 |