CN102443351A - 一种化学机械平坦化浆料 - Google Patents

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    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Abstract

本发明公开了一种化学机械平坦化浆料，其用于高速抛光多晶硅和铜。其中包括研磨颗粒、氧化剂、抛光速率提升剂和载体。本发明的化学机械平坦化浆料可以在通过抛光体系的作用同时提高多晶硅和铜金属抛光速率，同时控制金属的材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，提高产品良率。

Description

一种化学机械平坦化浆料
技术领域
本发明涉及半导体工艺中一种化学机械平坦化浆料，更具体地说，本发明涉及一种用于高速抛光多晶硅和铜化学机械平坦化浆料。
背景技术
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、终点检测等技术与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。
目前，出现了一系列适合于抛光多晶硅的化学机械抛光浆料，如：专利US2002151252A1公开了一种用于多晶硅CMP的组合物和方法；专利US200610014390A1公开了一种用于多晶硅和金属的化学机械抛光浆料；专利US5860848公开了一种使用聚合体电解质的多晶硅CMP的方法；专利CN02114147.9公开了一种铜化学-机械抛光工艺用抛光液；专利CN01818940.7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。但是随着3D封装技术不断成熟，硅通孔技术不断得到更多应用，同时高速抛光多晶硅和铜的应用也越来越引起人们的重视。传统的铜抛光液使用过氧化氢为氧化剂，但是这种氧化剂会抑制多晶硅的抛光。上述用于高速铜抛光的抛光液还存在去除速率不足的情况，或者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高速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现有技术中用于高速铜抛光的抛光液存在去除速率不足，或者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，从而提供一种能控制材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物的抛光浆料。
本发明的技术方案如下：本发明的金属化学机械平坦化浆料包括研磨颗粒，氧化剂，抛光速率提升剂，和载体。
在本发明的抛光浆料实施例中，按重量百分比该组合物由以下组分组成：
研磨颗粒              0.05～10％
氧化剂                0.05～15％
抛光速率提升剂        0.1～20％
载体                  余量
本发明的研磨颗粒可以参照现有技术，优选氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯，更优选氧化硅。
在本发明中，该研磨颗粒的尺寸较佳地为20～200nm，更佳地为30～100nm。
在本发明中，所述的氧化剂较佳地为选自卤素高价氧化物(除去氟)形成的酸或可溶盐中的一种或几种；包括高碘酸，高溴酸，高氯酸，碘酸钾，溴酸钾，氯酸钾，次碘酸钾，次溴酸钾，次氯酸钾等等，以及上述酸的铵盐中的一种或几种。
在本发明中，所述的抛光速率提升剂可为能够与多晶硅以及铜表面反应形成易溶化合物的有机酸，有机碱，氨基酸，氨类化合物，有机瞵酸，有机磺酸中的一种或几种。抛光速率提升剂还可以进一步包含含-NH结构的氨类化合物，例如唑类，胍类等等。
本发明的化学机械平坦化浆料pH值为8.0～12.0，较佳地9.0～11.0。pH调节剂可为各种碱，以将pH调节至所需值即可，较佳地四甲基氢氧化胺，四乙基氢氧化胺，四丙基氢氧化胺，氨水，氢氧化钾，乙胺，乙二胺，乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
本发明的化学机械平坦化浆料还可以包括表面活性剂、稳定剂，抑制剂和杀菌剂，以进一步提高表面的抛光性能。
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：
1)通过抛光体系的作用提高金属抛光速率同时提高多晶硅和铜金属抛光速率；
2)同时控制金属的材料的局部和整体腐蚀，减少机台和衬底表面污染物，提高产品良率。
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。实施例中各成分百分比均为质量百分比。
实施例1～30
表1给出了本发明的抛光液1～30，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(20wt％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平坦化浆料。
表1本发明的抛光液1～30配方
Figure BSA00000302308200041
Figure BSA00000302308200051
效果实施例
表2给出了本发明的抛光液31～36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平坦化浆料。
表2本发明的抛光液31～36和对比抛光液配方
Figure BSA00000302308200052
Figure BSA00000302308200061
将表2中本发明的抛光液31～36和对比抛光液分别对不同材料(包括多晶硅衬底、Cu衬底，进行抛光。抛光条件相同，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，化学机械平坦化浆料流速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
Figure BSA00000302308200062
由以上数据和附图表明，本发明的化学机械平坦化浆料具有以下优点：
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)同时具有较高的多晶硅和铜的去除速率，可满足TSV高速抛光要求，提高产量。

Claims (20)

1.一种化学机械平坦化浆料，其包含：
(a)研磨颗粒，
(b)氧化剂，
(c)抛光速率提升剂，
(d)载体。
2.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述研磨颗粒的浓度为0.05～10wt％。
3.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述氧化剂的浓度为0.05～15wt％。
4.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述抛光速率提升剂的浓度为0.1～20wt％。
5.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述的载体含量为余量。
6.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述研磨颗粒为氧化物和/或聚合物颗粒。
7.如权利要求6所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述氧化物为氧化硅，氧化铝和/或氧化铈。
8.如权利要求6所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述聚合物颗粒为聚乙烯和/或聚四氟乙烯。
9.如权利要求1，6-8任一项所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述研磨颗粒的尺寸为20～200nm。
10.如权利要求9所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述研磨颗粒的尺寸为30～100nm。
11.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述氧化剂选自氯、溴和/或碘的高价氧化物形成的酸或可溶盐的一种或几种。
12.如权利要求11所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述的酸或可溶盐包括高碘酸，高溴酸，高氯酸，碘酸钾，溴酸钾，氯酸钾，次碘酸钾，次溴酸钾，次氯酸钾及其铵盐中的一种或几种。
13.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述抛光速率提升剂包括有机酸，有机碱，氨基酸，氨类化合物，有机瞵酸，有机磺酸，含-NH结构的胺类化合物中的一种或几种。
14.如权利要求13所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述胺类化合物为唑类和/或胍类。
15.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述化学机械平坦化浆料pH值为8.0～12.0。
16.如权利要求15所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述化学机械平坦化浆料pH值为9.0～11.0。
17.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，还包含pH调节剂。
18.如权利要求17所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述pH调节剂为各种碱。
19.如权利要求18所述的化学机械平坦化浆料，其特征在于：所述碱选自四甲基氢氧化胺，四乙基氢氧化胺，四丙基氢氧化胺，氨水，氢氧化钾，乙胺，乙二胺，乙醇胺，三乙醇胺的一种或几种。
20.如权利要求1所述的化学机械平坦化浆料，还包含表面活性剂、稳定剂，抑制剂，杀菌剂中的一种或几种。
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