專利名稱：超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于超大規(guī)模集成電路鋁布線的拋光液。
背景技術(shù)：
在ULSI多層鋁布線的化學(xué)機(jī)械拋光中，全局和局部平整度十分重要。隨著襯底尺寸由Φ200mm向Φ300mm發(fā)展，拋光后的表面平整度、粗糙度對(duì)拋光后鋁線表面狀態(tài)的的影響越來越大。表面平整度、粗糙度直接影響到鋁的下一層布線，影響電路的擊穿特性、界面態(tài)和少子壽命，直接關(guān)系到IC器件的性能質(zhì)量和成品率。
特征尺寸在0.13μm以上集成電路，鋁CMP工藝是多層布線工藝中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，必須對(duì)介層洞外殘留的鋁進(jìn)行CMP，達(dá)到全局平面化要求，這樣才能繼續(xù)在上面布線，如果鋁CMP的技術(shù)不能達(dá)到要求的話，就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂。
鋁拋光液依成分、pH值等條件的不同各有優(yōu)缺點(diǎn)。由于酸性漿料可溶性較好、酸性范圍內(nèi)氧化劑較多、拋光速率快，最先發(fā)展的是酸性漿料，如氧化劑Fe(NO3)3，H2O2和KIO3。pH值一般低于4，由于拋光設(shè)備都是金屬材料制成，所以酸性拋光液對(duì)拋光設(shè)備腐蝕很嚴(yán)重，降低了使用壽命，而且會(huì)引起金屬離子沾污，影響器件的性能；此外，酸性拋光液通常使用的是Al2O3磨料，它的粘度大，拋光后產(chǎn)物會(huì)粘在器件表面，導(dǎo)致后清洗困難，而且Al2O3硬度大，易產(chǎn)生劃傷，拋光后表面狀態(tài)不理想。
目前，由于酸性漿料可溶性好、酸性范圍內(nèi)氧化劑多、拋光速率快，國(guó)際上的漿料絕大部分為酸性，例如，國(guó)外飛利浦研究室Prof.Holstlaaan教授在2000年提出了pH值在9-13范圍內(nèi)，鋁表面會(huì)被鈍化，而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的劃痕；在pH值5-9下鋁的表面會(huì)被拋光成一個(gè)準(zhǔn)平鏡面，但是仍有很高密度的劃痕；但在pH值小于5的時(shí)候，鋁表面光潔度非常高，且劃痕的密度會(huì)大大降低，同時(shí)，伴隨著pH值的下降，鋁的去除率增加了。
但是，酸性拋光液存在著很多問題第一，酸性漿料腐蝕性大，對(duì)拋光設(shè)備要求高；第二，雖其腐蝕速率很大但選擇性不高。國(guó)際上解決此問題是在漿料中加入抗蝕劑BTA來提高選擇性，但又不能同時(shí)保證高速率；第三，BTA的加入降低了漿料的穩(wěn)定性，需再加入穩(wěn)定劑或分散劑。這樣大大加大了漿料的復(fù)雜性，造成了生產(chǎn)的不便和成本的提高；第四，氧化劑主要選HNO3、K3Fe(CN)6，其它還有H2SO4、AgNO3等。助氧化劑為HOCl、H2O2、KOCl、KMnO4中的一種或兩種。這樣就引入了離子沾污，如K+、Fe2+、Fe3+等；且一些氧化劑帶顏色，如KMnO4、Fe3+，這也不利于拋光后清洗；第四，酸性漿料化學(xué)腐蝕作用強(qiáng)，邊沿效應(yīng)突出，塌邊嚴(yán)重；最后最重要的是，酸性漿料會(huì)有金屬離子存在，造成金屬離子沾污。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有鋁布線化學(xué)機(jī)械拋光過程中存在的酸性漿料腐蝕性大，選擇性低，低速率，成本高，金屬離子沾污，難清洗等問題而公開一種化學(xué)作用強(qiáng)、去除速率快、無污染、無劃傷、易清洗且成本低的超大規(guī)模集成電路多層鋁布線堿性拋光液。
要實(shí)現(xiàn)高速率、低成本、低粗糙度，除設(shè)備、拋光布和工藝的硬件外，最關(guān)鍵的是拋光液。本發(fā)明采用的機(jī)理為堿性條件下強(qiáng)絡(luò)合、強(qiáng)化學(xué)作用的方法，在壓力一致的情況下，表面各處化學(xué)反應(yīng)和研磨速率一致性好，同時(shí)選用高濃度小粒徑(15-40nm)SiO2溶膠作為拋光液磨料，解決了Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多弊端，加入醚醇類活性劑，加速鋁線表面反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量傳遞，現(xiàn)了高速率，低粗糙，低成本。
本發(fā)明超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，拋光液成分和重量％比組成如下pH值調(diào)節(jié)劑1-10； 硅溶膠 10-90；表面活性劑0.5-5；氧化劑 0.5-5；去離子水 余量。
本發(fā)明所述拋光液的較佳配比的成分和重量％比組成如下
pH值調(diào)節(jié)劑4-8.5；硅溶膠50-85；表面活性劑1.5-4.5； 氧化劑1.5-4；去離子水 余量。
本發(fā)明所述硅溶膠是粒徑15～40nm的SiO2溶膠，其濃度1％～50％。
本發(fā)明所述的堿性調(diào)節(jié)劑為胺堿；所述的胺堿是多羥多胺類有機(jī)堿，為乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)。
本發(fā)明所述表面活性劑是非離子活性劑，為FA/O表面活性劑、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、0-20 (C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)，OS15的一種。
本發(fā)明所述氧化劑為堿性介質(zhì)下可溶的過氧化物，為過氧化氫或過氧酵磷酸鈉。
因?yàn)樗嵝話伖庖捍嬖谥鲜鰡栴}，堿性漿料成為研究的重點(diǎn)。堿性漿料中一般包含絡(luò)合劑、氧化劑、活性劑、pH調(diào)制劑及磨料。對(duì)于鋁的CMP，使用堿性漿料有兩大優(yōu)點(diǎn)，一是鋁是兩性金屬，經(jīng)試驗(yàn)表明，在CMP條件下它可和有機(jī)胺堿快速反應(yīng)，而有機(jī)堿是呈堿性的，可生成可溶性大分子偏鋁酸胺，從而大大增加了鋁離子在漿料中的溶解度，降低了被研磨掉物質(zhì)的再沉積，提高了機(jī)械作用對(duì)CMP的有效作用。另外，反應(yīng)生成大分子可溶性物質(zhì)與主體作用力小，極容易被漿料帶走，從而不產(chǎn)生金屬離子沾污；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是選擇納米級(jí)的磨料硅溶膠在堿性條件不易凝膠，可很方便的實(shí)現(xiàn)高平整、低損傷層、事后易清洗等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明具有如下有益效果和優(yōu)點(diǎn)1.選用乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)有機(jī)堿作為拋光液pH調(diào)節(jié)劑，可起到緩沖劑的作用，磨料穩(wěn)定劑的作用，又可使鋁生成大分子產(chǎn)物且溶于水，使反應(yīng)產(chǎn)物在小的機(jī)械作用下即可脫離加工表面，同時(shí)還能起到絡(luò)合及螯合作用，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)劑一劑多用，降低成本。
2.選用表面活性劑，增加了高低選擇比，大大降低了表面張力、減小了損傷層，增強(qiáng)納米SiO2溶膠在強(qiáng)堿下的穩(wěn)定性，提高質(zhì)量傳輸速率，增強(qiáng)輸運(yùn)過程，達(dá)到高平整高光潔易清洗表面。
3.本發(fā)明的堿性拋光液，可對(duì)設(shè)備無腐蝕，起到鈍化作用，硅溶膠穩(wěn)定性好，解決了酸性拋光液污染重、易凝膠等諸多弊端；利用基片材料的兩性性，pH值9以上時(shí)，易生成可溶性的化合物，從而易脫離表面。
4.選用納米SiO2溶膠作為拋光液磨料，其粒徑小(15～40nm)、濃度高(40％～50％)、硬度6～7(對(duì)基片損傷度小)、分散度好(易清洗)，可提高表面一致性，同時(shí)起到小攪拌器作用，能夠達(dá)到高速率高平整低損傷拋光、污染小，解決了Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多弊端。
5.在拋光過程中，本發(fā)明可以降低金屬離子污染。
6.本發(fā)明配方制造成本價(jià)格較低，使用效果可以取代進(jìn)口產(chǎn)品。
本發(fā)明中各組分的作用分別為pH調(diào)節(jié)劑，在本發(fā)明堿性拋光液中，堿的選擇很重要。文獻(xiàn)報(bào)道的拋光液中常使用NaOH、KOH等強(qiáng)堿作為pH值調(diào)制劑。但是，這有一個(gè)很大的問題，堿金屬離子在拋光過程中會(huì)進(jìn)入襯底或介質(zhì)層中，從而引起器件的局部穿通效應(yīng)、漏電流增大等效應(yīng)，使芯片工作的可靠性降低、器件壽命減??；并且，假如使用硅溶膠作為磨料，強(qiáng)電解質(zhì)鋁離子會(huì)使硅溶膠凝膠，從而使拋光液報(bào)廢。選擇不含金屬離子的有機(jī)堿就解決了這些問題。胺堿作為拋光液pH調(diào)節(jié)劑，可起到緩沖劑的作用，既可實(shí)現(xiàn)高pH值(pH＞13)磨料穩(wěn)定存在，又可生成大分子產(chǎn)物且溶于水，使反應(yīng)產(chǎn)物在小的機(jī)械作用下即可脫離加工表面，同時(shí)還能起到絡(luò)合及螯合作用，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)劑一劑多用，降低成本。
本發(fā)明選用的納米SiO2溶膠作為拋光液磨料，其粒徑小(15～40nm)、濃度高(40％～50％)、硬度6～7(對(duì)基片損傷度小)、分散度好，能夠達(dá)到高速率高平整低損傷拋光、污染小，解決了Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多弊端；且流動(dòng)性好、拋光后產(chǎn)物粘度小，后續(xù)清洗簡(jiǎn)單。
表面活性劑影響著拋光液的分散性、顆粒吸附后清洗難易程度以及金屬離子沾污等問題。本發(fā)明選用的表面活性劑不僅可以提高質(zhì)量傳遞速率，以提高平整度；而且能降低表面張力，提高凹凸選擇比，降低粗糙度，減少損傷霧，還可以優(yōu)先吸附，形成長(zhǎng)期易清洗的物理吸附表面，以改善表面狀態(tài)。又能起到滲透和潤(rùn)滑作用，從而有效的提高了交換速率，增強(qiáng)了輸運(yùn)過程，達(dá)到高平整高光潔表面。
氧化劑，拋光過程中可以將基板表面氧化成較軟的氧化層，這樣，在磨料的磨除作用下，能較容易的剝離下來，這樣可以提高拋光速率?；鍜伖庖撼Ｓ醚趸瘎┯蠯3[Fe(CN)6]、Fe(NO3)3、KIO3和雙氧水等。K3Fe(CN)6、Fe(NO3)3會(huì)引入Fe3+，KIO3會(huì)引入K+，形成離子沾污，影響器件性能，而且K3Fe(CN)6還有劇毒，這對(duì)應(yīng)用于生產(chǎn)是非常不利的，并且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而本發(fā)明所用的氧化劑，它不含金屬離子，不會(huì)引起金屬離子沾污；而且反應(yīng)產(chǎn)物無污染，易于清洗。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
本發(fā)明拋光液實(shí)施例1～實(shí)施例5的成分和重量％比組成如下


以實(shí)施例2來描述本發(fā)明的制備過程取粒徑15～25nmSiO2溶膠2000g(濃度10％)，邊攪拌邊放入1600g去離子水，146gFA/O活性劑邊攪拌邊倒入上述液體。然后取154g乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)，攪拌均勻后得4000g超大規(guī)模集成電路多層鋁布線拋光液。
權(quán)利要求
1.一種超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述拋光液成分和重量％比組成如下pH值調(diào)節(jié)劑 1-10； 硅溶膠 10-90；表面活性劑 0.5-5； 氧化劑 0.5-5；去離子水余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述拋光液成分和重量％比組成如下pH值調(diào)節(jié)劑 4-8.5；硅溶膠 50-85；表面活性劑 1.5-4.5； 氧化劑 1.5-4；去離子水余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述硅溶膠是粒徑15～40nm的SiO2溶膠，其濃度1％～50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述的堿性調(diào)節(jié)劑為胺堿；所述的胺堿是多羥多胺類有機(jī)堿，為乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述表面活性劑是非離子活性劑，為FA/O表面活性劑、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)，OS15的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大規(guī)模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述氧化劑為堿性介質(zhì)下可溶的過氧化物，為過氧化氫或過氧酵磷酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)作用強(qiáng)、去除速率快、無污染、無劃傷、易清洗且成本低的超大規(guī)模集成電路多層鋁布線堿性拋光液。拋光液成分和重量％比組成如下pH值調(diào)節(jié)劑1－10、硅溶膠10－90、表面活性劑0.5－5、氧化劑0.5－5、去離子水為余量。本發(fā)明為堿性條件下強(qiáng)絡(luò)合、強(qiáng)化學(xué)作用的方法，在壓力一致的情況下，表面各處化學(xué)反應(yīng)和研磨速率一致性好，同時(shí)選用高濃度小粒徑SiO
文檔編號(hào)H01L21/70GK1861726SQ20061001432
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者劉玉嶺, 牛新環(huán) 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)