CN101775256A

CN101775256A - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN101775256A
Application number: CN200910045269A
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: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、有机酸类化合物、核酸类化合物、氧化剂和载体。本发明的抛光液可在较低的研磨颗粒的用量下，保证抛光速率的同时，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；具有较高的铜的去除速率，以及较高的的铜/钽的去除速率选择比，可满足铜制程的抛光要求；可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。本发明的抛光液中含有可生物降解的核酸类化合物，使本发明的抛光液对环境更友好。

Description

一种化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液。

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。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US 6,616,717公开了一种用于金属CMP的组合物和方法；专利US5,527,423公开了一种用于金属层的化学机械抛光浆料；专利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CN 02114147.9公开了一种铜化学-机械抛光工艺用抛光液；专利CN 01818940.7公开了铜的化学机械抛光所用的浆料；专利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。但上述抛光液用于铜制程的使用后，衬底表面存在着缺陷、划伤、粘污和/或其它残留，或者是对铜的抛光选择性不够，或者是抛光过程中存在着局部或整体腐蚀等问题。因此有必要开发出新的适用于铜制程的化学机械抛光浆料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的用于铜制程的化学机械抛光液易造成晶圆表面缺陷、污染残留和腐蚀，以及不能满足铜制程对抛光速率及选择比的要求的缺陷，而提供一种可解决上述问题的化学机械抛光液。

本发明的化学机械抛光液包括：有机酸类化合物、核酸类化合物、研磨颗粒、氧化剂和载体。

其中，所述的有机酸类化合物较佳的选自氨基酸、有机膦酸、多元羧酸和有机磺酸中的一种或多种。其中，所述的氨基酸较佳的为甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸，谷氨酸、天门冬氨酸、赖氨酸和精氨酸中的一种或多种。其中，所述的有机膦酸较佳的为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)、多氨基多醚基四亚甲基膦酸(PAPEMP)、乙二胺四甲基膦酸(EDTMP)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)和多元醇膦酸酯(PAPE)中的一种或多种。其中，所述的多元羧酸较佳的为柠檬酸、草酸、酒石酸、琥珀酸、马来酸以及上述化合物的水溶性盐中的一种或多种。其中，所述的有机磺酸为甲基磺酸、乙基磺酸、二甲基磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丁基磺酸内酯以及上述化合物的水溶性盐中的一种或多种。所述的水溶性盐较常见的为钾盐，钠盐或铵盐。所述的有机酸类化合物的含量较佳的为质量百分比0.01～2％。

其中，所述的核酸类化合物较佳的为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶中的一种或多种。所述的核酸类化合物的含量较佳的为质量百分比0.01～1％。

其中，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、氧化铈和聚合物颗粒(如聚乙烯或聚四氟乙烯)中的一种或多种，更优选氧化硅。所述的研磨颗粒的粒径较佳的为20～200nm，更佳地为30～100nm。所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比0.05～15％。

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、过氧化氢脲、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或多种，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0.01～10％。

本发明中，所述的载体可为本领域化学机械抛光液中的各种常用载体，较佳的为水。所述的载体的用量为补足化学机械抛光液质量百分比100％。

本发明的化学机械抛光液的pH值较佳的为2.0～11.0，更佳的为3.0～7.0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、杀菌剂，以及含氮唑类化合物等，如苯并氮唑、5-氨基-四氮唑、5-甲基-四氮唑、5-苯基-1-氢-四氮唑和/或1-氢-四氮唑等，以进一步提高抛光液的抛光性能。

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：本发明的化学机械抛光液在金属抛光过程中基本不产生局部和整体腐蚀，基本无衬底表面缺陷、划伤、粘污和其它残留污染物，使得产品良率高；具有较高的铜的去除速率，以及较高的的铜/钽的去除速率选择比，可满足铜制程的抛光要求；在较低的研磨颗粒的用量下，仍可获得上述效果。本发明的抛光液中含有可生物降解的核酸类化合物，使本发明的抛光液对环境更友好。

附图说明

图1为效果实施例中抛光液1抛光有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)后的表面SEM图。

图2为效果实施例中抛光液2抛光有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)后的表面SEM图。

图3为效果实施例中抛光液3抛光有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)后的表面SEM图。

图4为效果实施例中抛光液4抛光有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)后的表面SEM图。

图5为效果实施例中对比抛光液抛光有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)后的表面SEM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1～34

表1给出了本发明的抛光液1～34，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水补足抛光液质量100％。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分钟即可得到各化学机械抛光液。

表1本发明的抛光液1～34配方

多氨基多醚基四亚甲基膦酸(PAPEMP)和多元醇膦酸酯(PAPE)购自常州东纳化工有限公司。

效果实施例

表2给出了本发明的抛光液1～6和对比抛光液，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水补足质量百分比100％，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分钟即可得到各化学机械抛光液。

表2本发明的抛光液1～6和对比抛光液配方

将表2中本发明的抛光液1～6和对比抛光液分别对不同材料(包括Ta衬底、Cu衬底，有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)，只抛光铜和在钽阻挡层停止)进行抛光。抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力2-5psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光液流速100mL/min。抛光结果见表3。

表3本发明的抛光液1～6和对比抛光液的抛光效果

图1～5给出了抛光液1～4及对比抛光液抛光有图案的硅片(溅射Ta阻挡层和电镀铜的硅衬底)后的表面SEM图。

由以上数据和附图表明，本发明的化学机械抛光液具有以下优点：

1)本发明的化学机械抛光液在金属抛光过程中基本不产生局部和整体腐蚀，基本无衬底表面缺陷、划伤、粘污和其它残留污染物

2)具有较高的铜的去除速率，以及较高的的铜/钽的去除速率选择比，可满足铜制程的抛光要求；

3)在较低用量的研磨颗粒的情况下，如抛光液3的化学机械抛光浆料将研磨颗粒的含量降低至0.5％，也可以保持较高铜的去除速率，从而使得缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降。

Claims

1.一种化学机械抛光液，其特征在于：其含有有机酸类化合物、核酸类化合物、研磨颗粒、氧化剂和载体。

2.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选自氨基酸、有机膦酸、多元羧酸和有机磺酸中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：

所述的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸，谷氨酸、天门冬氨酸、赖氨酸和精氨酸中的一种或多种；

所述的有机膦酸为羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、2-羟基膦酰基乙酸、多氨基多醚基四亚甲基膦酸、乙二胺四甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、有机膦磺酸和多元醇膦酸酯中的一种或多种；

所述的多元羧酸为柠檬酸、草酸、酒石酸、琥珀酸、马来酸以及上述化合物的水溶性盐中的一种或多种；

所述的有机磺酸为甲基磺酸、乙基磺酸、二甲基磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丁基磺酸内酯以及上述化合物的水溶性盐中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机酸的含量为质量百分比0.01～5％。

5.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的核酸类化合物为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的核酸类化合物的含量为质量百分比0.01～5％。

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、氧化铈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0.05～15％。

11.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、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或多种。

12.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0.01～10％。

13.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的载体为水。

14.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值较佳的为2.0～11.0，更佳的为3.0～7.0或9.0～11.0。

15.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、杀菌剂以及含氮唑类化合物中的一种或多种。