降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液的製作方法
2023-04-22 21:12:01 1
專利名稱：降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種銅化學機械拋光液，尤其是拋光後清洗方便，可降低銅化 學機械拋光粗糙度的拋光液。
背景技術：
隨著超大規模集成電路(ULSI)的發展，晶片集成度的不斷提高，電路元 件也越來越密集，晶片互連逐漸成為影響晶片製造的關鍵因素。晶片互連在芯 片內的操作運行中起著重要作用，如傳送邏輯信號、輸送電源以及分配時鐘信 號進行時序控制和同步操作等。晶片的高集成度導致互連線增加及其截面積減
少，若仍沿用ULSI傳統的鋁互連線方法，就會導致電阻增大及因線間距減少 而產生寄生電容，從而大幅度提高了互連線的時間常數RC，集成電路的運行 速度則由邏輯門延遲轉變為由互連線引起的時間延遲。為了避免高集成電路因 互連線而引起的時間延遲，加之銅具有低電阻率、抗電遷移率高、RC延遲時 間短等優點，目前銅已替代鋁而成為深亞微米集成電路互連線技術進一步發展 的首選材料，它可使局域互連的傳輸速度改善10%，使整體互連的傳輸速度改 善50%，既保證電路高集成度的同時又能改善運行速度。
化學機械拋光(chemical mechanical polishing, CMP)被認為是目前銅互連 線最有效和最實用的加工方法。現有銅CMP用拋光液基本上都是由磨料、氧 化劑、鈍化劑、腐蝕劑及活性劑等原料組成，存在著拋光效率低、後序清洗困 難、易產生環境汙染等缺點，尤其是會對拋光表面產生較大損傷。
發明內容
本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種拋光後清洗 方便，可降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液。
本發明的技術解決方案是 一種降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其 特徵在於由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧 化劑及去離子水混合後再用KOH或HN03調節pH值至1.0 7.0，各原料的質量百
分比為
研磨顆粒 0.1%~30%含氮聚合物螯合劑
0.1%~腦
0.1%~3o/o
表面活性劑腐蝕抑制劑氧化劑
0.1% 20%
0.1%~10%
0細％~2%
去離子水
小於或等於90%。
所述研磨顆粒為Si02、 Al203或Ce02的水溶膠顆粒。所述研磨顆粒的粒徑為20 150nm。
所述含氮聚合物為聚乙烯亞胺、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯垸酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一種。
所述聚乙烯亞胺的分子量為800-1000000;聚丙烯醯胺的分子量為10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量為1000-200000。
所述螯合劑為含氮羧酸或有機膦酸，所述含氮羧酸為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其銨鹽或鈉鹽中的至少一種；所述有機膦酸為乙二胺四亞甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞乙基二膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸及其鹽中的至少一種。
所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子聚醚表面活性劑。
所述陰離子表面活性劑為烷基硫酸銨鹽、烷基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽中的至少一種；所述非離子聚醚表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
所述腐蝕抑制劑為三氮唑與噻唑類衍生物中的至少一種，所述三氮唑與噻唑類衍生物是苯並三氮唑、苯並咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巰基苯並噻唑或5-氨基-2-巰基-l,3，4-噻二唑。
所述氧化劑為過氧化氫、重鉻酸鉀、碘酸鉀、硼酸鉀、次氯酸鉀、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。
本發明同現有技術相比，具有如下優點
1. 對銅化學機械拋光損傷小，明顯降低拋光後銅表面粗糙度(8 18nm)、提高表面平整度；
2. 拋光後清洗方便。
具體實施方式
-實施例l:
由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧化劑及去離子水組成，各原料的質量百分比為研磨顆粒0.1%~30%、含氮聚合物0.1%~10%、螯合劑0,1% 3%、表面活性劑0.1% 10%、腐蝕抑制齊1」0.001% 2%、氧化劑0.1%~20°/。、去離子水小於或等於90%。
各原料在其重量範圍內選擇，總重量為100%。
製備方法是將磨料加入攪拌器中，在攪拌下按質量百分比加入去離子水及其它原料並攪拌均勻，用KOH或HN03調節pH值為1.0 7.0，繼續攪拌至均勻，靜止30min即可。
所述研磨顆粒為Si02、 Al203或Ce02的水溶膠顆粒；所述研磨顆粒的粒徑為20 150nm，最佳粒徑為30-130nm。
所述含氮聚合物為聚乙烯亞胺、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一種。
所述聚乙烯亞胺的分子量為800-1000000;聚丙烯醯胺的分子量為10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量為1000-200000。
所述螯合劑為含氮羧酸或有機膦酸，所述含氮羧酸為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其銨鹽或鈉鹽中的至少一種；所述有機膦酸為乙二胺四亞甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞乙基二膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸及其鹽中的至少一種。
所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子聚醚表面活性劑。
所述陰離子表面活性劑為烷基硫酸銨鹽、垸基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽中的至少一種；所述非離子聚醚表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
所述腐蝕抑制劑為三氮唑與噻唑類衍生物中的至少一種，所述三氮唑與噻唑類衍生物是苯並三氮唑、苯並咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巰基苯並噻唑或5-氨基-2-巰基-l,3，4-噻二唑。
所述氧化劑為過氧化氫、重鉻酸鉀、碘酸鉀、硼酸鉀、次氯酸鉀、過氧化
脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。所述去離子水是經過離子交換樹脂過濾的水，其電阻至少是18 MO。拋光實驗採用美國CETR公司的CP-4拋光機，拋光墊為IC1000/SubalV拋
光墊，拋光壓力3Psi，下盤轉速100rpm，拋光液流量200ml/min，拋光後表面通
過AFM測試其表面粗糙度(RMS) Ra=8~18nm。實施例2:
原料及重量百分比如下研磨顆料為粒徑60nm的SiO2水溶膠顆粒2y。；含氮聚合物為分子量為800-1000000的聚乙烯亞胺2%;螯合劑為乙二胺四乙酸0.5%;表面活性劑為十二烷基硫酸銨3%;腐蝕抑制劑為苯並三氮唑(BTA) 0.01%;氧化劑為過氧化氫(H202 ) 2.49%;去離子水90%。
按照實施例l製備拋光液及進行拋光實驗，表面粗糙度R^14 nm。實施例3:
原料及重量百分比如下-研磨顆料為粒徑30nm的Al203水溶膠顆粒5%;含氮聚合物為分子量為800-1000000的聚乙烯亞胺2%;螯合劑為二亞乙基三胺五乙酸0.5%;
表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic) 2%;腐蝕抑制劑為苯並三氮唑(BTA) 0.01%;氧化劑為過硫酸銨5%;去離子水85.49%。
按照實施例l製備拋光液及進行拋光實驗，表面粗糙度R^8 nm。實施例4:
原料及重量百分比如下
研磨顆料為粒徑30nm的CeO2的水溶膠顆粒2y。；含氮聚合物為分子量為10000-3000000的聚丙烯醯胺2%;螯合劑為三亞乙基四胺六乙酸銨1%;
表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic) 3%;腐蝕抑制劑為甲基苯並三氮唑0.02%;氧化劑為過硫酸銨5%;
去離子水86.98%。
按照實施例l製備拋光液及進行拋光實驗，表面粗糙度Ra-lO nm。實施例5:
研磨顆料為粒徑60nm的SiO2水溶膠顆粒4Q/。；
含氮聚合物為分子量為1000-500000的聚乙烯吡咯烷酮1%;
螯合劑為乙二胺四亞甲基膦酸1%、；表面活性劑為十二烷基苯磺酸銨0.03%;
腐蝕抑制劑為苯並三氮唑(BTA) 0.02%;氧化劑為過氧化氫(H202 ) 5%;去離子水88.95%。
按照實施例l製備拋光液及進行拋光實驗，表面粗糙度R^16 mn。
權利要求
1.一種降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵在於由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧化劑及去離子水混合後再用KOH或HNO3調節pH值至1.0～7.0，各原料的質量百分比為研磨顆粒0.1％～30％含氮聚合物 0.1％～10％螯合劑 0.1％～3％表面活性劑 0.1％～10％腐蝕抑制劑 0.001％～2％氧化劑 0.1％～20％去離子水小於或等於90％。
2. 根據權利要求1所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵 在於所述研磨顆粒為Si02、 Al203或Ce02的水溶膠顆粒。
3. 根據權利要求2所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵 在於所述研磨顆粒的粒徑為20 150nrn。
4. 根據權利要求1或2或3所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液， 其特徵在於所述含氮聚合物為聚乙烯亞胺、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯烷酮或 乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一種。
5. 根據權利要求4所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵 在於所述聚乙烯亞胺的分子量為800-1000000;聚丙烯醯胺的分子量為 10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯 咪唑共聚物的分子量為1000-200000。
6. 根據權利要求5所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵在於所述螯合劑為含氮羧酸或有機膦酸，所述含氮羧酸為乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其銨鹽或鈉鹽中的至少一種；所述有機膦酸為乙二胺四亞甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞 乙基二膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸及其鹽中的至少一種。
7. 根據權利要求6所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵 在於所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子聚醚表面活性劑。
8. 根據權利要求7所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵在於所述陰離子表面活性劑為垸基硫酸銨鹽、烷基磺酸銨鹽或烷基苯磺酸銨鹽中的至少一種;所述非離子聚醚表面活性劑為聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇與聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
9. 根據權利要求8所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵在於所述腐蝕抑制劑為三氮唑與噻唑類衍生物中的至少一種，所述三氮唑與噻 唑類衍生物是苯並三氮唑、苯並咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巰基苯並噻唑或5-氨基-2-巰基-l，3，4-噻二唑。
10. 根據權利要求9所述的降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，其特徵在於所述氧化劑為過氧化氫、重鉻酸鉀、碘酸鉀、硼酸鉀、次氯酸鉀、過氧化脲、過氧乙酸或過硫酸銨中的至少一種。
全文摘要
本發明公開一種降低銅化學機械拋光粗糙度的拋光液，由研磨顆粒、含氮聚合物、螯合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、氧化劑及去離子水混合後再用KOH或HNO3調節pH值至1.0～7.0，各原料的質量百分比為研磨顆粒0.1％～30％、含氮聚合物0.1％～10％、螯合劑0.1％～3％、表面活性劑0.1％～10％、腐蝕抑制劑0.001％～2％、氧化劑0.1％～20％、去離子水小於或等於90％。對銅化學機械拋光損傷小，明顯降低拋光後銅表面粗糙度(8～18nm)、提高表面平整度；拋光後清洗方便。
文檔編號C09G1/00GK101665665SQ20091018763
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月27日 優先權日2009年9月27日
發明者軍 侯, 冬 呂, 聰 吳, 王曉風, 程寶君 申請人:大連三達奧克化學股份有限公司