TW201215656A - Chemical mechanical planarization slurry - Google Patents

Description

201215656 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及半㈣X藝中-種化學機解坦化祕，更具體地 說’本發·及-種驗高速拋衫晶外鋼化學機械平坦化 料。 【先前技術】 ic製造工藝中平坦化技術已成為與光刻和刻蝕同等重要且相 互依賴的科缺少_鍵技術之-。而化學機械拋光（CMp)工蔽 便是目前最有效、最成熟的平坦化技術M哮機械拋衫統是集^ 洗、乾燥、線上檢測、終點檢測等技術與一體的化學賊平坦化二 術，是積體電路（1C)向微細化、多層化、平坦化、薄型化發展的 產物’是麵電路提高生產鱗、降低成本、晶圓全域平坦化必備 技術。CMP在IC製造領域應用廣泛，拋光物件包括槪底、介質及 ^連材料4。其中金屬CMP是9G奈;或稱納米)以下晶片製造中 =件和互連製造的關鍵玉藝之―’是亞9G奈米(或稱納米)時代的研 九·、’、點。金屬銅’ ’鶴正在越來越多地應用於積體電路器件上的 互連，必須通過化學機麵光實現多層互連，_開發出新一代的 金屬化學機械拋光液一直讓業界關注。 目％ ’出現了一系列適合於拋光多晶石夕的化學機械拋光製料， 如·專利US2G()2151252A1公開了-翻於多晶# CMp的組合物 和方法；專利US20061001439(^公開了一種用於多晶石夕和金屬 201215656 的化學機械拋光漿料；專利US5860848公開了一種使用聚合體電 解質的多晶矽CMP的方法；專利¢^()2^4147.9公開了一種銅化 學一機械拋光工藝用拋光液；專利CN〇181894〇 7公開了銅的化學 機械拋光所用的漿料；專利CN 98120987.4公開了 一種用於銅的 CMP漿液製造以及用於積體電路的製造方法4巨是隨著3D封裝技 術不斷成熟’石夕通孔技術不斷得到更多應帛’同時高速拋光多晶石夕 和銅的應用也越來越引起人們的重視^傳統的銅拋光液使用過氧化 氫為氧化劑，但是這種氧化劑會抑制多晶妙的拋光。上述用於高速 銅拋光的拋光賴存在絲速率不足的情況，或者減表面存在著 缺、劃傷、枯汁和/或其它賴，或者是對銅的拋光選擇性不夠， 或者疋拋光過程巾存在著局部或整體腐解問題。因此有必要開發 出新的適用于高速製(制)程的化學機械拋光漿料。 【發明内容】 、本發明所要解決的技術問題是現有技術中用於高速峨光的 抛光液存在去除速料足，或者襯絲面存在著缺陷、贿、枯汙 ^或其它殘留’或者是對_拋光選擇財夠，或者是拋光過程 存在著局部或|體腐鮮問題，從而提供—種能控制材料的局部 和整體腐敍，減少_表面污雜的拋光漿料。 本㈣齡概賴辦触浆料包 ; 氧化劑，抛光速率提升劑，和載體。 201215656 在本發明的拋光漿料實施例中，按重量百分比該組合物由以下 組分組成： 0.05 〜10% 0.05 〜15% 0.1 〜20% 餘量 研磨顆粒 氧化劑 拋光速率提升劑 載體 本發明的研磨馳可以參照财技術，優選氧切、氧化紹、 氧化鈽和/絲合物顆粒，如聚乙稀或聚四氣乙烯，更優選氧化石夕。 在本發明中，該研磨顆粒的尺寸較佳地為20〜200mn，更佳地 為 30〜lOOjyjj 〇 在本發明中，所述的氧化劑較佳地為選自鹵素高價氧化物（除 去I)形成的酸或可溶鹽中的-種或幾種；包括高碟酸，高漠酸， 高氯酸，硪酸卸，漠酸鉀，氯酸卸，次__，次_鉀，次氣酸 鉀等等，以及上述酸的銨鹽中的一種或幾種。 在本發明中，所述的拋光速率提升劑可為能夠與多晶矽以及銅 表面反應戦綠化合物的有麟，有顧(南，氨級，氨類化 口 ^ ’有機膦(瞵赚’有機續酸中的—種或幾種。拋光速率提升劑 還了 乂進步包含含·ΝΉ結構的氨類化合物，例如β坐類，胍類等等。 本發明的化學機械平坦化漿料ρΗ值為8 〇〜12 〇，較佳地9 〇 〜U.0。pH調節劑可為各種驗(喊），以將ρΗ調節至所需值即可， 佳地四甲基氫氧化胺，四乙基氫氧化胺，四丙基氫氧化胺，氨水， 氫氧化鉀，乙胺，乙二胺，乙醇胺和/或三乙醇胺等等。 本發明的化學機械平坦化漿料還可以包括表面活性劑、穩定 201215656 劑，抑制劑和殺_，輯-步提高表面的拋光性能。 本發明所用試劑及原料均市售可得。 本發明的積極進步效果在於： 1) 通過拋光體系的作用提高金屬拋光速率同時提高多晶石夕和 銅金屬拋光速率； 2) 同時控制金屬㈣料的局部和整體雜，減少機台和概底 表面污染物，提高產品良率。 【實施方式】 下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發 明限制在所述的實施例範圍之中。實施例中各成分百分比均為質量 百分比。 實施例1〜30 表1給出了本發明的拋光液1〜30，將表中配方，將各成分混 合均勻’去離子水補足拋光液質量1〇〇%。最後用pH調節劑（2〇加 %KOH或稀HN〇3 ’根據pH值的需要進行選擇）調節到所需 值’繼續攪拌至均勻流體，靜置30分鐘即可得到各化學機械平士曰 化漿料。 —

S 表1 本發明的拋光液1〜30配方 實施例 研磨為 具體物質 頃粒 含量wt% 拋光速s 具體物 質 芦提升劍~ 含量Wt°/o 氧化劑 具體物質 含量wt% 1 Si02 (30nm) 2 乙基磺 酸 2 高碘酸 1 201215656 2 Al2〇3 (lOOnm) 1 氨基三 亞甲基 膦酸 0.5 高碘酸 2 8 3 Ce02 (200nm) 3 2-羥基膦 酿基乙 酸 0.05 高碘酸 5 9 4 聚乙烯 (Μη ： 20000) 5 乙二胺 四曱基 膦酸 0.1 高溴酸 8 9 5 聚四氟乙烯 (Μη ： 40000) 5 乙二胺 四甲基 膦酸 0.5 高溴酸 0.05 10 6 Si02 (50nm) 3 二亞乙 基三胺 五亞甲 基膦酸 1 高溴酸 0.08 10 7 Si02 1 曱基磺 酸 1.5 高溴酸 0.1 10.4 8 Si02 2 乙二胺 四乙酸 4 高溴酸 0.2 10.5 9 Si02 0.05 甘氨酸 2 高溴酸 0.5 10.6 10 Si02 2.5 甘氨酸 2.5 高溴酸 0.8 10.7 11 Si02 3.5 甘氨酸 3 高氣酸 1.2 10.8 12 Si02 4.5 甘氨酸 15 尚氣酸 1 10.9 13 Si02 4 甘氨酸 2 高氯酸 1.8 11 14 Si02 0.1 檸檬酸 0.1 高氣酸 2 11 15 Si02 0.2 檸檬酸 0.2 高氣酸 3 11 16 Si02 0.5 檸檬酸 0.5 1¾氣酸 4 11 17 Si02 0.8 檸檬酸 0.8 氣酸鉀 5 12 18 Si02 1.2 檸檬酸 二胺 1 氣酸鉀 6 12 19 Si02 2.2 檸檬酸 二胺 1 氣酸鉀 7 12 20 Si02 2 檸檬酸 二胺 1.5 氣酸鉀 8 12 21 Si02 2 檸檬酸 三胺 1.2 溴酸鉀 9 12 22 Si02 2 檸檬酸 三胺 1.8 溴酸鉀 15 12 23 Si02 2 檸檬酸 三胺 1 溴酸鉀 8 10.5 24 Si02 2 羥基亞 乙基二 膦酸 1 溴酸鉀 5 10.5 25 Si02 2 羥基亞 乙基二 膦酸 1 溴酸胺 3 10.5 26 Si02 2 羥基亞 乙基二 膦酸 1 溴酸胺 4 10.5 7 201215656 27 Si02 2 羥基亞 乙基二 膦酸 5 溴酸鉀 4 10.5 28 Si02 10 經基亞 乙基二 膦酸 1 破酸鉀 4 10.5 甲基磺 酸 8 29 Si02 2 檸檬酸 二胺 20 溴酸鉀 4 11 30 Si02 2 檸檬酸 二胺 4 溴酸鉀 2 10.5 甘氨酸 10 效果實施例 表2給出了本發明的拋光液31〜36和對比拋光液，將表中配 方’將各成分混合均勻，去離子水補足質量百分比100%，最後用 pH調節劑（2〇%KOH或稀HN〇3，根據pH值的需要進行選擇） 調節到所需pH值，繼續攪拌至均勻流體，靜置30分鐘即可得到 各化學機械平坦化漿料。

S 8 201215656 將表2中本發明的拋光液31〜36和對比拋光液分別對不同材 料（包括多晶矽襯底、Cu襯底）’進行拋光。拋光條件相同，拋光 參數如下：Logitech·拋光墊，向下壓力3-5psi，轉盤轉速/拋光頭轉 速=60/80rpm，拋光時間120s，化學機械平坦化漿料流速 100mL/min。拋光結果見表3。 表3本發明的拋光液1〜6和對比拋光液的拋光效果 拋光液 下壓力 (Psi) 不同壓力下的去除速率 (A/min) 銅去除 迷率 (A/min) 表面缺 陷 多晶矽 去除速 率 (A/min) 31 3 4796 無 5000 32 3 6243 8000 33 3 6185 6000 34 6 6500 無 8200 35 5 8000 少 5600 36 5 6800 益 10380 對比 3 8500 多 1000 以下彳資料和附圖表明’本發明的化學機械平坦化聚料具有 〇本發明的化學機械拋光液在金屬拋光過程中基本不產生局 W和整體賴’基本無襯絲面缺陷、觸、赌和其它殘留污染 物； 2)同時具有較高的多晶石夕和銅的去除速率，可滿足TSV高速 拋光要求，提高產量。 【圖式簡單說明】 201215656 (無） 【主要元件符號說明】 (無）

Claims (1)

1. 201215656 七、申請專利範圍： 1. 一種化學機械平坦化漿料，其包含： (a) 研磨顆粒， (b) 氧化劑， (c) 拋光速率提升劑， (d) 載體。 2. 如請求項1所述的化學機械平坦化聚料，其特徵在於：户斤述 研磨顆粒的濃度為〇.〇5〜lOv^o/。。 3. 如請求項1所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 氧化劑的濃度為0.05〜15wt%。 ' .如明求項1所述的化學機械平坦化装料，其特徵在於：戶斤述 拋光速率提升劑的濃度為〇.1〜2〇wt%。 5. 如請求項1所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 的載體含量為餘量。 6. 如請求項1所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 研磨顆粒為氧化物和/或聚合物顆粒。 7. 如請求項6所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 氧化物為氧化矽，氧化鋁和/或氧化铈。 8. 如請求項6所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 聚合物顆粒為聚乙烯和/或聚四氟乙烯。 9. 如研求項1，6,7或8中任—項所述的化學機械平坦化衆料， 其特徵在於：所述研磨顆粒的尺寸為20〜200nm。 201215656 10.如請求項9所述的化學機械平坦化祕，其特徵在於：所述 研磨顆粒的尺寸為30〜100nm。 於U.如請求項1所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 乳化劑選自氣、演和/或蛾的高價氧化物形成的酸或可溶一穆 或幾種。 1 、12·如請求項U所述的化學機械平坦化裂料，其特徵在於··所 述1酸或可溶鹽包括高械’高触，高賊，糊_，演酸评， 氣酉夂卸’次魏1f，次漠酸卸，次氣酸鉀及其銨鹽中的-種或幾禮。 如請求項1所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所述 拋光速率提升劑包括有繼，有紐⑽，氨級，氨類化合物， 有機鱗^ ’有機續酸’含视結翻胺類化合物中的-種或幾種。 ^4.如睛求項I3所述的化學機械平坦化衆料，其特徵在於：所 述胺類化合物為销和/或胍類。 15.如請求項1騎的化學機械平坦化紐，其·在於：所述 化學機械平坦化t料pH值為8.0〜12.0。 、16·如請求項I5所述的化學機械平坦化漿料，其特徵在於：所 述化學機械平坦化漿料pH值為9.0〜11.〇。 月求項1戶斤述的化學機械平坦化聚料，還包含pH調節劑。 、18.如請求項17所述的化學機械平坦化聚料，其特徵在於：所 述PH調節劑為各種鹼(碱）。 、19·如睛求項18所述的化學機械平坦化黎料，其特徵在於：所 ^驗(域)選自四曱基氫氧化胺，四乙基氫氧化胺’四丙基氫氧化胺， 乳水’氫氧化卸’乙胺，乙二胺’乙醇胺，三乙醇胺的—種或幾種。 12 5 201215656 20.如請求項1所述的化學機械平坦化漿料，還包含表面活性 劑、穩定劑，抑制劑，殺菌劑中的一種或幾種。 13