一种化学机械抛光液及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、含卤素的氧化剂、抛光速率促进剂和水。其中，所述二氧化硅研磨颗粒表面接枝了一种分子末端带磺酸基的有机物。本发明专利技术还提供了一种上述化学机械抛光液在铜和硅抛光中的应用。本发明专利技术的优点在于：1)本发明专利技术的抛光液使用了含卤素的氧化剂，对铜和硅都有很高的抛光速率；2)本发明专利技术的抛光液采用表面接枝了分子末端带磺酸基的二氧化硅研磨颗粒，大幅提高了抛光液胶体的稳定性；3)在抛光过程中减少晶圆表面研磨颗粒的残留，提高了抛光品质，降低了抛光缺陷，从而提升了产品的良率。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液及其应用
本专利技术涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其在铜和硅抛光中的应用。
技术介绍
TSV技术(Through-Silicon-Via)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV的优势在于能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，缩短了互连，从而提高芯片速度，降低功耗。TSV技术中的晶背减薄技术需要进行化学机械抛光，此时，要求所用的抛光液对硅和铜两种材料同时具有非常高的抛光速度。通常，在碱性条件下，可以获得较高的硅抛光速度，例如：美国专利US2002032987公开了一种用醇胺作为添加剂的抛光液，以提高多晶硅的去除速率，其中添加剂优选2-(二甲氨基)-2-甲基-1-丙醇。美国专利US2002151252公开了一种含具有多个羧酸结构的络合剂的抛光液，用于提高多晶硅去除速率，其中优选的络合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙基三胺五乙酸)。欧洲专利EP1072662公开了一种含孤对电子和双键产生离域结构的有机物的抛光液，以提高多晶硅的去除速率，优选化合物是胍类的化合物及其盐。美国专利US2006014390公开了一种用于提高多晶硅的去除速率的抛光液，其包含重量百分比为4.25％～18.5％研磨剂和重量百分比为0.05％～1.5％的添加剂。其中添加剂主要选自季铵盐、季胺碱和乙醇胺等有机碱。此外，该抛光液还包含非离子型表面活性剂，例如乙二醇或丙二醇的均聚或共聚产物。中国专利CN101497765A通过利用双胍和唑类物质的协同作用，显著提高了硅的抛光速度。一般地，在酸性条件下使用氧化剂，利用氧化剂(双氧水)在酸性条件下的高氧化电势，以及铜在酸性条件下易配位并溶解的性质，可以实现高的铜抛光速度，例如：中国专利CN1705725A公开一种抛光铜金属表面的抛光液，该抛光液处在2.5至4.0之间，在氧化剂(双氧水等)、螯合剂和钝化剂的作用下，去除铜金属的表面。中国专利CN1787895A公开了一种CMP组合物，其包含流体剂以及氧化剂、鳌合剂、抑制剂、研磨剂和溶剂。在酸性条件下，这种CMP组合物有利地增加在CMP方法中的材料选择性，可用于抛光半导体衬底上铜元件的表面，而不会在抛光的铜内产生凹陷或其他不利的平坦化缺陷。中国专利CN01818940A公开了一种铜抛光浆料可通过进一步与氧化剂如过氧化氢，和/或腐蚀抑制剂如苯并三唑相组合而形成,提高了铜的移除速率。在获得这较高的抛光速率的同时维持了局部PH的稳定性，并显著减少了整体和局部腐蚀。此外，对铜的抛光有时也会在碱性条件下进行，例如：中国专利CN1644640A公开一种在碱性条件下用于抛光铜的水性组合物，该组合物包含重量百分比为0.001％至6％的非铁金属抑制剂，重量百分比为0.05％至10％该金属的配位剂，重量百分比为0.01％至25％用于加速铜的去除的铜去除剂，重量百分比为0.5％至40％的研磨剂等，通过铜去除剂咪唑和BTA的相互作用，提高了铜的去除速率。中国专利CN1398938A中公开一种超大规模集成电路多层铜布线用化学机械全局平面化抛光液，用于提高铜的去除速率，抛光液的组成成分如下：磨料的重量百分比18％至50％，螯合剂的重量百分比0.1％至10％，络合剂的重量百分比0.005％至25％，活性剂的重量百分比0.1％至10％，氧化剂的重量百分比1％至20％，和去离子水。然而，上述专利中并没有公开一种同时具有较高的铜和硅抛光速率的抛光液。事实上，同时实现较高的铜和硅的抛光速率十分困难。这是因为，在酸性条件下抛光，虽然可以获得很高的铜抛光速度，但是对硅的抛光速度通常较低。原因是在酸性条件下，氧化剂将单质硅的表面氧化成二氧化硅，与硅相比，二氧化硅更难去除。在碱性条件下抛光，如果不加氧化剂，虽然可以获得很高的硅抛光速度，但是对铜的抛光速度通常较低。原因是铜需要氧化后才易被去除。但是，如果加了氧化剂，比如双氧水，双氧水会将单质硅的表面氧化成二氧化硅，更难去除。除此之外，在碱性条件下，双氧水等氧化剂很不稳定，会迅速分解失效。另外，上述专利中的抛光液，还存在一个问题：在高离子强度下，例如加入大量钾离子(>0.1mol/Kg)，研磨颗粒的平均粒径会逐渐增加，导致抛光液不稳定，很容易沉降、分层。所以必须在生产后极短时间内使用，从而为生产和使用环节带来了极大的不便。目前，化学机械抛光液(CMP)所用的研磨颗粒通常采用二氧化硅，包括硅溶胶(colloidalsilica)和气相二氧化硅(fumedsilica)。它们本身是固体，但是在水溶液中可以均匀分散，不沉降，甚至可以保持1至3年的长期稳定性。研磨颗粒在水相中的稳定性(不沉降)可以用双电层理论解释－由于每一个颗粒表面带有相同的电荷，它们相互排斥，不会产生凝聚。按照Stern模型，胶体离子在运动时，在切动面上会产生Zeta电势。Zeta电势是胶体稳定性的一个重要指标，因为胶体的稳定是与粒子间的静电排斥力密切相关的。Zeta电势的降低会使静电排斥力减小，致使粒子间的范德华吸引力占优，从而引起胶体的聚集和沉降。离子强度的高低是影响Zeta电势的重要因素。胶体的稳定性除了受zeta电势的影响，还受其他许多因素的影响，例如温度、pH、表面活性剂种类、添加剂的分子量等。温度方面，在较高温度下，颗粒无规则热运动加剧，相互碰撞的几率增加，会加速凝聚；pH值方面，在强碱性、强酸性条件下比中性稳定，其中碱性最稳定，PH值4-7区间最不稳定；表面活性剂种类方面，有些表面活性可以起到分散剂的作用，提高胶体的稳定性，而有些表面活性剂会降低纳米颗粒表面电荷，减小静电排斥，破坏胶体稳定性，加速沉降，在表面活性剂中，通常阴离子型表面活性剂有利于纳米颗粒的稳定性，而阳离子型表面活性剂容易降低稳定性；添加剂的分子量方面，太长的聚合物长链有时会缠绕纳米颗粒，增加分散液的粘度，破坏胶体的稳定性，加速颗粒凝聚。有鉴于此，可以通过对二氧化硅的表面进行修饰，接枝有机分子，来提高胶体稳定性。目前，这种接枝方法通常是通过硅烷偶联剂和二氧化硅表面的氢氧键进行缩合，形成特定的结构。其中硅烷偶联剂通常为表面带氨基的、呈正电荷的分散颗粒，或者为带环氧的分散颗粒。但是，这种带正电的二氧化硅研磨颗粒，容易与带负电的硅晶圆表面结合，容易残留于硅晶圆的表面，从而导致抛光效果变差，清洗难度加大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种化学机械抛光液，通过在抛光液中使用含卤素的氧化剂，并在研磨颗粒表面接枝了一种分子末端带磺酸基的有机物，从而得到的抛光液在具有较高的硅和铜的抛光速率的同时，还具有较高的稳定性。具体地，本专利技术的一方面，在于提供一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、含卤素的氧化剂、抛光速率促进剂和水。其中，所述二氧化硅研磨颗粒表面接枝了一种分子末端带磺酸基的有机物。优选地，所述研磨颗粒的质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、含卤素的氧化剂、抛光速率促进剂和水。其中，所述二氧化硅研磨颗粒带负电荷，表面接枝了一种分子末端带磺酸基的有机物。/n

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、含卤素的氧化剂、抛光速率促进剂和水。其中，所述二氧化硅研磨颗粒带负电荷，表面接枝了一种分子末端带磺酸基的有机物。


2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为5％-30％。


3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的表面电荷形成-30毫伏至-70毫伏的电压。


4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述含卤素的氧化剂包括溴酸钾、碘酸钾、氯酸钾、高碘酸铵中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述含卤素的氧化剂为溴酸钾。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，何华锋，李星，
申请(专利权)人：安集微电子科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31