適用於精細霧化cmp的銅拋光液的製作方法
2023-10-10 01:52:14
專利名稱：適用於精細霧化cmp的銅拋光液的製作方法
技術領域：
本發明涉及拋光液，尤其涉及銅拋光液。
背景技術：
化學機械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)是利用由微小磨粒和化學溶液混合而成的漿料與工件表面發生系列化學反應來改變工件表面的化學鍵，生成容易去除的低剪切強度產物，再通過高分子拋光墊的機械作用，從工件表面去除極薄的一層材料， 從而獲得高精度低粗糙度無損傷光滑表面。CMP技術可以有效地兼顧表面的全局和局部平整度。CMP技術己成為當前ULSI時代最廣泛使用的平坦化技術。以目前水平，使用化學機械拋光技術是保證基片整片平坦化的最佳方法，它不僅在ULSI晶片多層布線中是不可替代的層間平坦化方法，也是矽片加工最終獲得納米級超光滑無損傷表面的最有效方法[1_4]。 CMP技術的飛速發展不僅提供了 CMP拋光設備的整體市場需要，也提供了消耗性材料一拋光液(包括介電層拋光液和金屬拋光液)非常廣闊的市場te]。拋光液是CMP的關鍵要素之一，拋光漿料的性能直接影響拋光後表面的質量。拋光液主要由磨料、氧化劑、鈍化劑或絡合劑、PH調節劑、懸浮劑、表面活性劑和去離子水等組成。酸、鹼性不同的拋光液其拋光機理不同，拋光效率亦不同。酸性漿料在拋光過程中的副作用較大。鹼性漿料中一般包含絡合劑、氧化劑、分散劑、PH調製劑及磨科。漿料的化學作用在CMP中起主要作用，漿料的化學組成，磨粒的種類、粒度、形狀及固含量，粘度、pH值、流速、流動途徑對去除速率和拋光片的表面平整度都有重要的影響[6_1(1]
然而，自從CMP技術開始應用於IC製造以來，對這個技術的非議從來沒有停止過。公認的傳統CMP技術存在的問題其中之一就是CMP漿料、拋光墊、修正盤等耗材的成本佔CMP過程總成本的70%左右，拋光漿料的成本就佔耗材的60 80%，但拋光漿料的利用率卻只能達到20%左右；拋光漿料的管理和廢料漿的處理也相當麻煩，大量排放到自然造成環境汙染。從現階段看，降低生產成本成為提高IC產品競爭力的關鍵，IC製造成本居高不下最主要的原因之一就是拋光液的過量使用，SpeedFam-IPEC研究表明，CMP工藝中耗材的支出佔60 80%，而拋光液(slurry)的支出又佔耗材的60 80%。普通銅拋光液價格為$40/ gallon, 一般CMP拋光機每臺需要200毫升/min ；傳統CMP過程中大量拋光廢液的排放使一些有害的化學試劑進入自然，不利於IC產業向著綠色環保的方向發展。這些問題成了傳統CMP未來應用凾需解決的技術難題，克服傳統CMP這些缺點已成為平整化技術重要的實用研究方向。超聲精細霧化化學機械拋光技術就是把特種拋光液的組分進行控頻超聲精細霧化，形成索太爾直徑為5 25 μ m的均勻微米級液粒，通過特殊方式導入拋光/研拋界面， 經過強吸附、強活性和界面間的高性能均勻化學作用，在基片表面反應成剪切強度較低的均勻覆蓋膜，通過機械作用去除，形成光滑無損傷超精納米級表面。由於霧化拋光技術為申請人所在科研組首次提出，目前關於適用於霧化拋光的拋光液的研究處於空白。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，申請人提供了一種銅拋光液，適用於霧化拋光工藝。本發明針對上述為了解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案
本發明公開了一種適用於精細霧化CMP銅拋光液，包括白碳黑、雙氧水、苯並三氮唑、 氨基乙酸，其中白碳黑的質量百分比為19Γ3%，雙氧水的質量百分比為29Γ8%，苯並三氮唑的質量百分比為1%，氨基乙酸的質量百分比為0. 7%，剩餘組分為去離子水，所述銅拋光液的 PH 值為 9. 5-10. 5。進一步地，白碳黑的質量百分比為3%，雙氧水的質量百分比為5%，苯並三氮唑的質量百分比為1%，氨基乙酸的質量百分比為0. 7%。本發明的技術效果在於通過實驗研究，得到了適合霧化拋光工藝的銅拋光液組分。
具體實施例方式
拋光液既影響CMP化學作用過程，又影響到其機械作用過程。為了能夠快速的在銅拋光表面形成一層軟而脆的氧化膜，以便於機械去除，從而提高拋光去除率和降低銅表面平整度，所以申請人在鹼性拋光液中加入不含金屬離子的雙氧水作為氧化劑。選用白炭黑為磨料，以避免由於Al2O3顆粒硬度大造成的表面損傷和Al3+造成的汙染問題。鹼性條件下加入氨基乙酸作為絡合劑，形成銅胺絡離子，增強Cu的可溶性，提高了銅的去除率，並控制金屬離子的汙染，避免溶液產生凝膠現象。加入苯並三氮唑作為活性劑，在鹼性環境下，BTA能保證拋光液較好的分散性，以及減少銅表面的腐蝕坑的形成。另外使用硼砂作為拋光液的 PH調節劑，硼砂水溶液中易水解而顯鹼性，並可使ρΗ值穩定在9. 5-10. 5左右。本發明公開的銅拋光液的製作方法如下首先加入ρΗ值調節劑(硼砂)和活性劑(苯並三氮唑)，並加入一定量的去離子水調整溶液使PH值為9. 5-10. 5，白炭黑在此ρΗ範圍內分散性較好，在電磁攪拌下緩緩加入粒徑12nm的白碳黑，之後加入絡合劑(氨基乙酸)，再加入設計量的氧化劑(過氧化氫)。採用上述方法配製的拋光液具有良好的穩定性。前述電磁攪拌具體操作方法如下首先選用德國IKA生產的設備型號為C-MAG HS7的電磁攪拌器；接通電源插頭， 將開關置於」ON」檔，把攪拌子放入燒杯中，然後把燒杯放在電磁攪拌器上，加入ρΗ值調節劑、入活性劑、和去離子水，這時使用右邊的操作旋鈕設定機器的速度，使轉速為為3r/s。在上述銅拋光液的製造過程中，白碳黑的質量百分比為19Γ3%，雙氧水的質量百分比為29Γ8%，苯並三氮唑的質量百分比為1%，氨基乙酸的質量百分比為0. 7%，剩餘組分為去離子水，其中雙氧水為30%的過氧化氫溶液。本發明採用瀋陽科晶自動化設備有限公司生產的UNIP0L-1502型拋光實驗機進行拋光效果試驗。拋光碟轉速50 r/min，拋光壓力5psi，環境溫度室溫；傳統拋光時間 5min,霧化液流量共霧化液流量為800 ml ；霧化拋光時間9min，霧化液流量為30 ml。拋光結束後用去離子水拋aiiin;試件Φ25Χ1πιπι厚的電解銅棒線切割並經過拋光的薄片；材料去除率用電子天平(精度0.01 mg)測量，以拋光前後重複測量4次的試件質量差平均值計算去除率；拋光後表面粗糙度與形貌用原子力顯微鏡(本原納米儀器有限公司生產的CSPM5000掃描探針顯微鏡系統)測量。表1為申請人在前述範圍內選取的8組實施例，以及對應的拋光效果值。表權利要求
1.適用於精細霧化CMP的銅拋光液，其特徵在於包括白碳黑、雙氧水、苯並三氮唑、氨基乙酸，其中白碳黑的質量百分比為19Γ3%，雙氧水的質量百分比為29Γ8%，苯並三氮唑的質量百分比為1%，氨基乙酸的質量百分比為0. 7%，剩餘組分為去離子水，所述銅拋光液的 PH 值為 9. 5-10. 5。
2.根據權利要求1所述的適用於精細霧化CMP銅拋光液，其特徵在於白碳黑的質量百分比為3%，雙氧水的質量百分比為5%，苯並三氮唑的質量百分比為1%，氨基乙酸的質量百分比為0. 7%。
全文摘要
本發明公開了一種適用於精細霧化CMP的銅拋光液，其包括白碳黑、雙氧水、苯並三氮唑、氨基乙酸，其中白碳黑的質量百分比為1%~3%，雙氧水的質量百分比為2%~8%，苯並三氮唑的質量百分比為1%，氨基乙酸的質量百分比為0.7%，剩餘組分為去離子水，所述銅拋光液的pH值為9.5-10.5。本發明通過實驗研究，得到了適合霧化拋光工藝的銅拋光液組分。
文檔編號C09G1/02GK102199400SQ201110073508
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者張慧, 李慶忠 申請人:江南大學