一種化學(xué)機(jī)械平坦化漿料及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械平坦化漿料及其應(yīng)用，包括研磨顆粒、氧化劑，拋光速率提升劑，腐蝕抑制劑，拋光表面改善劑和載體。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械平坦化漿料可以在通過拋光體系的作用同時(shí)控制硅和銅金屬拋光速率，同時(shí)控制硅和金屬的材料的局部和整體缺陷，減少襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。
【專利說明】一種化學(xué)機(jī)械平坦化漿料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械平坦化漿料，更具體地說，涉及一種用于拋光硅和銅的化學(xué)機(jī)械平坦化漿料。
【背景技術(shù)】
[0002]IC制造工藝中平坦化技術(shù)已成為與光刻和刻蝕同等重要且相互依賴的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。而化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝便是目前最有效、最成熟的平坦化技術(shù)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)是集清洗、干燥、在線檢測(cè)、終點(diǎn)檢測(cè)等技術(shù)與一體的化學(xué)機(jī)械平坦化技術(shù)，是集成電路(IC)向微細(xì)化、多層化、平坦化、薄型化發(fā)展的產(chǎn)物，是集成電路提高生產(chǎn)效率、降低成本、晶圓全局平坦化必備技術(shù)。CMP在IC制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，拋光對(duì)象包括襯底、介質(zhì)及互連材料等。其中金屬CMP是90納米以下芯片制造中器件和互連制造的關(guān)鍵工藝之一，是亞90納米時(shí)代的研究熱點(diǎn)。金屬銅，鋁，鎢正在越來越多地應(yīng)用于集成電路器件上的互連，必須通過化學(xué)機(jī)械拋光實(shí)現(xiàn)多層互連，因而開發(fā)出新一代的金屬化學(xué)機(jī)械拋光液一直讓業(yè)界關(guān)注。
[0003]目前，出現(xiàn)了一系列適合于拋光硅的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，如:專利US2002151252A1公開了一種用于硅CMP的組合物和方法，該專利存在的問題是銅拋光速率不足；專利US 200610014390A1公開了一種用于硅和金屬的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，該專利存在的問題是拋光后有明顯缺陷；專利US 5860848公開了一種使用聚合體電解質(zhì)的硅CMP的方法；專利CN 02114147.9公開了一種銅化學(xué)一機(jī)械拋光工藝用拋光液，該專利存在的問題是硅的拋光速率不足；專利CN 01818940.7公開了銅的化學(xué)機(jī)械拋光所用的漿料；專利CN 98120987.4公開了一種用于銅的CMP漿液制造以及用于集成電路的制造方法。但是隨著3D封裝技術(shù)不斷成熟，硅通孔技術(shù)不斷得到更多應(yīng)用，同時(shí)拋光硅和銅的應(yīng)用也越來越引起人們的重視。傳統(tǒng)的銅拋光液使用過氧化氫為氧化劑，但是這種氧化劑會(huì)抑制硅的拋光。上述用于銅拋光的拋光液還存在去除速率不族的情況，或者襯底表面存在著缺陷、劃傷、粘污和/或其它殘留，或者是對(duì)銅的拋光選擇性不夠，或者是拋光過程中存在著局部或整體腐蝕等問題。因此有必要開發(fā)出新的適用于制程的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。本發(fā)明公開了一種通過新的拋光體系同時(shí)拋光硅和銅的，并且控制金屬材料的局部和整體腐蝕，減少襯底表面污染物，與以上專利有本質(zhì)不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械平坦化漿料可以在通過拋光體系的作用同時(shí)控制硅和銅金屬拋光速率，同時(shí)控制硅和金屬的材料的局部和整體缺陷，減少襯底表面污染物，提高產(chǎn)品良率。
[0005]本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械平坦化漿料包括研磨顆粒、氧化劑，拋光速率提升劑，腐蝕抑制劑，拋光表面改善劑和載體。
[0006]在本發(fā)明中，該研磨顆粒的濃度為2-50%，該氧化劑的濃度為0.1-10%，拋光速率提升劑的濃度為0.1-10%，腐蝕抑制劑的濃度為0.01-2%，拋光表面改善劑的濃度為
0.01-2%，載體為余量，以上百分比均指占整個(gè)化學(xué)機(jī)械拋光漿料的總重量百分比。
[0007]本發(fā)明的研磨顆?？梢詤⒄宅F(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯，更優(yōu)選氧化硅。
[0008]在本發(fā)明中，該研磨顆粒的尺寸較佳地為20-200nm，更佳地為30-lOOnm。
[0009]在本發(fā)明中，所述的氧化劑包括強(qiáng)氧化劑，優(yōu)選地為無機(jī)過氧化物、過硫化物和單過硫化物、有機(jī)過氧化物、或除氟外的正價(jià)鹵素氧化物形成的酸或所述酸的可溶鹽中的一種或幾種。優(yōu)選地，鹵素高價(jià)氧化物(除去氟)形成的酸或可溶鹽中的一種或幾種；包括高碘酸，高溴酸，高氯酸，碘酸鉀，溴酸鉀，氯酸鉀，次碘酸鉀，次溴酸鉀，次氯酸鉀等等，以及上述酸的銨鹽中的一種或幾種。
[0010]在本發(fā)明中，所述的拋光速率提升劑可為能夠與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶化合物的有機(jī)酸，有機(jī)堿，氨基酸，氨類化合物，有機(jī)瞵酸，有機(jī)磺酸中的一種或幾種，優(yōu)選地為檸檬酸、乙二胺、乙基磺酸、氨基三亞甲基膦酸和/或甘氨酸。拋光速率提升劑還可以進(jìn)一步包含含-NH結(jié)構(gòu)的氨類化合物，例如唑類，胍類等等。
[0011 ] 在本發(fā)明中，腐蝕抑制劑包括氮唑、咪唑、噻唑、吡啶或嘧啶類化合物。氮唑類化合物選自苯并三氮唑、5-甲基-1，2，3-苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羥基一苯并三氮唑、1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4_三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-氨基-`1H-四氮唑和1-苯基-5-巰基-四氮唑中的一種或多種；所述的咪唑類化合物為苯并咪唑和/或2-巰基苯并咪唑；所述的噻唑類化合物2-巰基-苯并噻唑、2-巰基噻二唑和/或5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑；所述的吡啶選自2，3- 二氨基吡啶、2-氨基吡啶和/或2-吡啶甲酸。
[0012]在本發(fā)明中，表面改善劑包括各種陰離子，非離子表面活性劑，優(yōu)選地為聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙二醇和/或脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0013]本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械平坦化漿料pH值為8.0-12.0，較佳地9.0-11.0。pH調(diào)節(jié)劑可為各種堿，以將PH調(diào)節(jié)至所需值即可，較佳地氫氧化鉀，四甲基氫氧化胺，四乙基氫氧化胺，四丙基氫氧化胺，氨水，乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
[0014]本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械平坦化漿料可用于硅和銅的拋光。
[0015]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0016]I)控制娃和銅金屬拋光速率，同時(shí)控制娃和金屬的材料的局部和整體缺陷；
[0017]2)減少襯底表面污染物，提聞廣品良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1a和圖1b為對(duì)比例拋光后SEM圖；
[0019]圖2為實(shí)施例1拋光后SEM圖；
[0020]圖3為實(shí)施例2拋光后SEM圖；
[0021 ] 圖4為實(shí)施例3拋光后SEM圖；
[0022]圖5為實(shí)施例4拋光后SEM圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于下述實(shí)施例。
[0024]表I給出了本發(fā)明的平坦化漿料f 16，將表中配方，將各成分混合均勻，去離子水補(bǔ)足平坦化漿料質(zhì)量100wt%。最后用pH調(diào)節(jié)劑(20% KOH或稀HN03，根據(jù)pH值的需要進(jìn)行選擇)調(diào)節(jié)到所需PH值，繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜置30分鐘即可得到各化學(xué)機(jī)械平坦化漿料。
[0025]表I本發(fā)明的平坦化漿料f 16配方
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)機(jī)械平坦化漿料，其包含:研磨顆粒、氧化劑，拋光速率提升劑，腐蝕抑制劑，拋光表面改善劑和載體。
2.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述研磨顆粒的濃度為2-50wt%，所述氧化劑的濃度為0.1-10wt%，所述拋光速率提升劑的濃度為0.05-10wt%，所述腐蝕抑制劑的濃度為0.001-lwt%，所述拋光表面改善劑的濃度為0.001-lwt%，所述載體為余量。
3.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述研磨顆粒為氧化硅、氧化鋁、氧化鋪和/或聚合物顆粒。
4.如權(quán)利要求3所述的平坦化漿料，其特征在于:聚合物顆粒為聚乙烯或聚四氟乙烯。
5.如權(quán)利要求1或3所述的平坦化漿料，其特征在于:所述研磨顆粒的尺寸為20-200nmo
6.如權(quán)利要求5所述的平坦化漿料，其特征在于:所述研磨顆粒的尺寸為30-lOOnm。
7.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述氧化劑為強(qiáng)氧化劑。
8.如權(quán)利要求7所述的平坦化漿料，其特征在于:所述強(qiáng)氧化劑選自無機(jī)過氧化物、過硫化物，單過硫化物、有機(jī)過氧化物、和除氟外的正價(jià)鹵素氧化物形成的酸或可溶鹽中的一種或幾種。
9.如權(quán)利要求8所述的平坦化漿料，其特征在于:所述除氟外的正價(jià)鹵素氧化物形成的酸或可溶鹽選自高碘酸，高溴酸，高氯酸，碘酸鉀，溴酸鉀，氯酸鉀，次碘酸鉀，次溴酸鉀，次氯酸鉀及所述酸的銨鹽中的一種或幾種。
10.如權(quán)利要求1所述的平坦 化漿料，其特征在于:所述拋光速率提升劑選自能夠與硅以及銅表面反應(yīng)形成易溶化合物的有機(jī)酸，有機(jī)堿，氨基酸，氨類化合物，有機(jī)瞵酸和有機(jī)磺酸中的一種或幾種。
11.如權(quán)利要求10所述的平坦化漿料，其特征在于:所述拋光速率提升劑為檸檬酸、乙二胺、乙基磺酸、氨基三亞甲基膦酸和/或甘氨酸。
12.如權(quán)利要求10所述的平坦化漿料，其特征在于:拋光速率提升劑進(jìn)一步包含含-NH結(jié)構(gòu)的氨類化合物。
13.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述腐蝕抑制劑包括氮唑、咪唑、噻唑、吡啶或嘧啶類化合物。
14.如權(quán)利要求13所述的平坦化漿料，其特征在于:所述氮唑類化合物選自苯并三氮唑、5-甲基-1，2，3-苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羥基一苯并三氮唑、1，2，4_三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5- 二氨基_1，2，4_三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巰基-四氮唑中的一種或多種；所述咪唑類化合物為苯并咪唑和/或2-巰基苯并咪唑；所述的噻唑類化合物2-巰基-苯并噻唑、2-巰基噻二唑和/或5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑；所述的吡啶為2，3- 二氨基吡啶、2-氨基吡啶和/或2-吡啶甲酸。
15.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述拋光表面改善劑包括陰離子和/或非離子表面活性劑。
16.如權(quán)利要求15所述的平坦化漿料，其特征在于:所述拋光表面改善劑為聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙二醇和/或脂肪醇聚氧乙烯醚。
17.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述平坦化漿料的PH值為8.0-12.0。
18.如權(quán)利要求17所述的平坦化漿料，其特征在于:所述平坦化漿料的pH值為9.0-11.0。
19.如權(quán)利要求18所述的平坦化漿料，其特征在于:所述平坦化漿料還包含pH調(diào)節(jié)劑。
20.如權(quán)利要求19所述的平坦化漿料，其特征在于:所述pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀，四甲基氫氧化胺，四乙基氫氧化胺，四丙基氫氧化胺，氨水，乙醇胺和/或三乙醇胺。
21.如權(quán)利要求1所述的平坦化漿料，其特征在于:所述平坦化漿料還包括穩(wěn)定劑，抑制劑和殺菌劑。
22.如權(quán)利要求1-21所述的平坦化漿料，其特征在于:所述平坦化漿料在拋光硅和銅中的應(yīng)用。`
【文檔編號(hào)】C09G1/02GK103450810SQ201210172583
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】徐春 申請(qǐng)人:安集微電子（上海）有限公司