一种新型抛光液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种新型抛光液及其制备方法和应用，涉及抛光液技术领域。一种新型抛光液，按质量份数计，包括：硅溶胶3

【技术实现步骤摘要】
一种新型抛光液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及抛光液
，具体而言，涉及一种新型抛光液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]大多数先进技术节点集成电路采用多层金属互连结构，并使用化学机械抛光(chemical mechanical Polishing，CMP)进行平坦化。而多层布线CMP后密线条处铜沟槽剩余厚度(ETHK)关系着集成电路的电性能，而对ETHK厚度的控制主要是通过调节介质与铜的速率选择比。
[0003]目前国际上普遍采用的含BTA等唑类抑制剂的抛光液存在诸多问题。虽然BTA等唑类抑制剂可以通过在铜表面形成钝化膜而有效抑制铜去除速率，但其钝化膜很难去除，需要通过强机械力来去除，而强机械力又容易对晶圆表面造成划伤，这种损伤是不可逆的，它不能像沾污缺陷一样被清洗掉，通常会对晶圆的良率和稳定性造成较大损失。且BTA等唑类抑制剂本身毒性较大，会对人体产生较大的伤害。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种新型抛光液，该抛光液不含缓蚀剂，对人体无伤害，通过自钝化作用即可在铜表面形成致密的钝化膜，同时也不会对晶圆表面造成损伤，更加安全环保。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种新型抛光液的制备方法，该制备方法简单快捷，便于操作，适合快速生产。
[0006]本专利技术的另一目的还在于提供一种新型抛光液在集成电路中的应用，通过该抛光液在铜表面形成致密的自钝化保护膜，从而有效控制密线条处铜去除速率，进而有效控制ETHK厚度，使电路的电性能增强。
[0007]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0008]本专利技术提出一种新型抛光液，按质量份数计，包括以下的组分：硅溶胶3
‑
10％，络合剂0.02
‑
2％，杀菌剂0.03
‑
2％，表面活性剂0.0001
‑
3％和去离子水余量。
[0009]本专利技术提出一种新型抛光液的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将杀菌剂和表面活性剂混合，得到综合活性剂；向硅溶胶中加入去离子水稀释得到硅溶胶液体，向硅溶胶液体中加入综合活性剂，搅拌5
‑
10min，然后再加入络合剂搅拌30
‑
40min，得到抛光液。
[0011]本专利技术实施例的新型抛光液、新型抛光液的制备方法至少具有以下有益效果：
[0012]本专利技术在大规模集成电路中的应用，具体机理是：通过河北工业大学研制的FA/O多功能大分子螯合剂的“自钝化理论”控制密线条处铜速率，依靠机械作用强弱控制密线条处介质速率，从而控制ETHK厚度。
[0013]自钝化理论是指在抛光过程中不添加腐蚀抑制剂，而通过河北工业大学研制的
FA/O多功能大分子螯合剂就能够实现凹处的钝化作用，其是实现碱性条件下多层铜布线平坦化的新理论。氧化剂将铜氧化为不溶于水的铜的氧化物和氢氧化物，形成致密的薄膜附着在铜表面。在铜CMP过程中，凸处会在一定的动能条件下，打破多羟多胺大分子螯合剂原有的反应势能，使其和Cu(OH)2微弱电离出来的Cu
2+
发生强络合，使得反应迅速进行；而凹处压力小，动能低，达不到络合反应发生的条件，因而生成的铜的氧化物和氢氧化物会在铜表面形成自钝化保护膜。因此通过调节抛光工艺及螯合剂的量可以有效的控制铜去除速率，然后在不加入缓蚀剂的情况下通过控制配方和工艺，控制铜和介质的去除速率，进而控制ETHK厚度。
[0014]本专利技术中，硅溶胶和络合剂搭配使用，可以让该抛光液在抛光过程中与铜表面的金属离子发生络合反应，在铜表面形成保护膜，进而对抛光过程中的铜进行保护，降低铜去除速率，从而对电器元件进行保护。硅溶胶、杀菌剂和表面活性剂搭配使用，通过杀菌剂的杀菌防腐功能延长抛光液的保存时间，通过表面活性剂降低抛光液的表面张力和表面自由能，使抛光液更好的作用于铜表面，增强抛光效果；同时还可以利用表面活性剂的润滑性、乳化性，进一步增强抛光液中各组分的混合效果，让抛光液抛光性能更好。几者搭配使用，通过增强与铜的络合反应、降低抛光液的表面张力和表面自由能、增强各组分的混合程度来显著提升抛光液的抛光性能，进而让该抛光液可以更好地控制铜去除速率，进而更好地控制ETHK厚度，提升集成电路的电性能。各组分在上述配比下，混合程度最好，相互之间的作用最强，抛光液的抛光性能最好。
[0015]本专利技术中，通过对不同组分进行预处理，然后进行混合，即可得到新型抛光液。该制备方法简单快捷，适合快速生产。且对不同组分进行预处理，可以增强各组分的作用，在混合后，进一步增强相互之间的反应，从而让抛光液的性能显著提升，从而让抛光液更好地控制铜去除速率，进而更好地控制ETHK厚度，进一步提升集成电路的电性能。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例中自钝化的原理示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例中不同质量分数的FA/O2型螯合剂对铜和二氧化硅介质(正硅酸乙酯)速率的影响的示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例中不同转速对铜和二氧化硅速率的影响的示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例中铜去除速率对ETHK厚度的影响的示意图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本专利技术。
[0022]一种新型抛光液，按质量份数计，包括以下的组分：硅溶胶3
‑
10％，络合剂0.02
‑
2％，杀菌剂0.03
‑
2％，表面活性剂0.0001
‑
3％和去离子水余量。
[0023]硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，具有高固含量、悬浮分散性极佳、化学性能稳定等优点。硅溶胶可以通过不同化学反应机制从材料表面进行移除，还具有较高的抛光效率，可在短时间内使工件达到镜面效果，颗粒硬度适中，抛光效果好。
[0024]络合剂能与金属离子形成络合离子的化合物。络合物的络合稳定常数是络合与离解可逆反应平衡的常数。稳定常数越低，络合物解离的金属离子越多，稳定常数越高，络合物解离的金属离子越少，甚至不解离，而且络合物不会在氧化还原反应中变价。络合容量(络合能力)是指每克络合剂可络合多少金属离子的量，络合容量越高，其络合能力越强。络合剂在不同pH值的稳定性，即不同pH值时稳定常数的变化，是络合剂的另一重要性能。有些络合剂的络合能力在不同pH值变化很大，有的甚至会水解、分解或发生反应而失去络合力。如EDTA适宜于酸性与中性介质而不适合于碱性介质，六偏磷酸钠则在酸性介质中有较好的络合力。可见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型抛光液，其特征在于，按质量份数计，包括以下的组分：硅溶胶3
‑
10％，络合剂0.02
‑
2％，杀菌剂0.03
‑
2％，表面活性剂0.0001
‑
3％和去离子水余量。2.根据权利要求1所述的新型抛光液，其特征在于，所述络合剂包括FA/O1型螯合剂、FA/O2型螯合剂、FA/O3型螯合剂、FA/O4型螯合剂和FA/O5型螯合剂中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的新型抛光液，其特征在于，所述杀菌剂包括甲基异噻唑啉酮，卡松，山梨酸钾，苯甲酸，5
‑
氯
‑2‑
甲基
‑4‑
异噻唑啉
‑3‑
酮和1
‑
2苯并异噻唑啉
‑3‑
酮中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的新型抛光液，其特征在于，所述表面活性剂包括FA/O表面活性剂，十二烷基二甲基氧化胺，十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸，异构脂肪醇聚氧乙烯醚，十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：康劲，刘玉岭，贾会静，罗翀，刘启旭，张月，王强，
申请(专利权)人：康劲，
类型：发明
国别省市：