高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液及制备方法技术

本发明专利技术公开一种高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液，由磨料、络合剂、成膜剂、分散剂、氧化剂及纯水组成，各原料的质量百分比为：磨料０．１％～２０％、络合剂０．１％～２％、成膜剂０．０１％～２％、分散剂０．１％～３％、氧化剂０．０１％～１０％、纯水小于或等于９０％。本发明专利技术提供的抛光液具有高去除速率（抛光速率可达到６００～８００ｎｍ）和低表面损伤（局部和整体腐蚀、蝶形缺陷及刮伤）的特点，提高了产品优良率，有利于实现铜的全局平坦化，且抛光后清洗简单、方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜化学机械抛光液，尤其是抛光后清洗方便、。
技术介绍
随着超大规模集成电路(ULSI)的发展，芯片集成度的不断提高，电路元件也越来越密集，芯片互连逐渐成为影响芯片制造的关键因素。芯片互连在芯片内的操作运行中起着重要作用，如传送逻辑信号、输送电源以及分配时钟信号进行时序控制和同步操作等。芯片的高集成度导致互连线增加及其截面积减少，若仍沿用ULSI传统的铝互连线方法，就会导致电阻增大及因线间距减少而产生寄生电容，从而大幅度提高了互连线的时间常数RC，集成电路的运行速度则由逻辑门延迟转变为由互连线引起的时间延迟。目前，为了避免高集成电路因互连线而引起的时间延迟，铜已替代铝而成为深亚微米集成电路互连线技术进一步发展的首选材料，它可使局域互连的传输速度改善10%，使整体互连的传输速度改善50%，既保证电路高集成度的同时又能改善运行速度。化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)被认为是目前铜互连线最有效和最实用的加工方法。现有铜CMP用抛光液基本上都是由磨料、氧化剂、钝化剂、腐蚀剂及活性剂等原料组成，虽然具有材料去除速率高的优点，但却存在着对抛光表面产生较大损伤的缺点，如何实现高去除率和低损伤的铜化学机械抛光是业界的一大难点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种抛光后清洗方便、材料去除速率高且低损伤的铜化学机械抛光液。本专利技术的技术解决方案是 一种高去除率且低损伤的铜化学机械抛光液及制备方法，其特征在于由磨料、络合剂、成膜剂、分散剂、氧化剂及纯水混合后再用KOH或HN03调节pH值至1.0 7.0，各原料的质量百分比为-磨料 0.1%~20%络合剂 0.1%~2%成膜剂 0.01% 2%分散剂 0.1%~3%氧化剂 0.01%~10%纯水 小于或等于90%。所述的磨料为Si02、 Ab03或表面覆盖铝Si02水溶胶颗粒中的至少一种。所述磨料的粒径为20 150nm。所述络合剂为乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸及其铵盐或钠盐中的至少一种。所述成膜剂为阴离子表面活性剂与苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物组成的混合物，阴离子表面活性剂与苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物的重量比值为0.1~10。所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸铵盐、垸基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐中的至少一种。所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非离子表面活性剂、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯酸及其盐、聚乙二醇、聚乙烯亚胺或季铵盐型阳离子表面活性剂中的至少一种。所述氧化剂为过氧化氢、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。一种高去除率且低损伤的铜化学机械抛光液的制备方法，其特征在于将磨料加入搅拌器中，在搅拌下按质量百分比加入纯水及其它组分并搅拌均匀，用KOH或HN03调节pH值为1.0 7.0， pH值更优为2.0 5.0，继续搅拌至均匀，静止30min即可。本专利技术采用阴离子表面活性剂和苯并三氮唑或其衍生物的混合物作为成膜剂，与其他组分合理配伍，既可保证铜化学机械抛光过程中的高去除速率(抛光速率可达到600 800nm)，又降低了表面损伤(局部和整体腐蚀、蝶形缺陷及刮伤)，提高了产品优良率，有利于实现铜的全局平坦化(表面粗糙度可达到20 40nrn)且抛光后清洗简单、方便。具体实施例方式实施例l:一种高去除率且低损伤的铜化学机械抛光液，是由磨料、络合剂、成膜剂、分散剂、氧化剂及纯水组成，各原料的质量百分比为磨料0.1%~20%、络合剂0.1% 2%、成膜剂0.01%~2%、分散齐1」0.1%~3%、氧化剂0.01% 10%及纯水小于或等于90%。各原料在其质量范围内选择，总重量为100%。制备方法是将磨料加入搅拌器中，在搅拌下按质量百分比加入纯水及其它 组分并搅拌均匀，用KOH或HN03调节pH值为1.0-7.0， pH值更优为2.0 5.0，继 续搅拌至均匀，静止30min即可。所述的磨料为Si02、八1203或表面覆盖铝Si02水溶胶颗粒中的至少一种， 磨料的粒径为20 150nm，最佳粒径是30 130nm。所述络合剂为乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、 次氮基三乙酸及其各自铵盐或钠盐中的至少一种。所述成膜剂为阴离子表面活性剂与苯并三氮唑(BTA)或苯并三氮唑衍生 物组成的混合物，阴离子表面活性剂与苯并三氮唑或苯并三氮唑衍生物的重量 比值为0.1~10。所述阴离子表面活性剂为垸基硫酸铵盐、垸基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐 中的至少一种。所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非离子表面活性剂、聚 乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯酸及其盐(PAA)、聚乙二醇(PEG)、 聚乙烯亚胺(PEA)或季铵盐型阳离子表面活性剂中的至少一种。所述氧化剂为过氧化氢(H202)、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至 少一种。所述的纯水是经过离子交换树脂过滤的水，其电阻至少是18MD。抛光实验采用美国CETR公司的CP-4抛光机，抛光垫为IC1000/SubalV抛 光垫，抛光压力3Psi，下盘转速100rpm，抛光液流量200ml/min，抛光后表面通 过AFM测试其表面粗糙度(RMS)。抛光后材料去除速率为R-600 800nm，表面粗糙度R^20 40nm。实施例2:原料及重量百分比如下磨料为粒径60nm的Si02水溶胶颗粒2M;络合剂为乙二胺四乙酸0.99%;成膜剂为十二垸基硫酸铵盐与苯并三氮唑(BTA)的混合物0.01%，十二 垸基硫酸铵盐与苯并三氮唑(BTA)的重量比为l: 1 (重量比值为l);6分散剂为脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚非离子表面活性剂2% (型 号F38、 BASF Co. Ltd.生产)氧化剂为过氧化氢(H202) 5%;纯水余量(％%)。按照实施例l的方法制备抛光液及进行抛光实验，抛光后材料去除速率为R=780nm，表面粗糙度R^32nm。 实施例3:原料及重量百分比如下 磨料为粒径30nm的Al2O3水溶胶颗粒5%;络合剂为二亚乙基三胺五乙酸0.5%;成膜剂为十二烷基苯磺酸铵与苯并三氮唑衍生物的混合物0.01%,十二烷基苯磺酸铵与苯并三氮唑衍生物的重量比为l: 10 (重量比值为0.1);分散剂为聚乙二醇(PEG) 2%;氧化剂为过硫酸铵5%;纯水余量(87.49%)。按照实施例l的方法制备抛光液及进行抛光实验，抛光后材料去除速率为 R=620nm，表面粗糙度R^22nm。实施例4:磨料为粒径30nm的SiO2水溶胶颗粒10M; 络合剂为三亚乙基四胺六乙酸铵1%;成膜剂为十二烷基苯磺酸铵与苯并三氮唑(BTA)的混合物0.05%;十二 烷基苯磺酸铵与苯并三氮唑(BTA)的重量比为10: 1 (重量比值为10); 分散剂为聚乙烯亚胺(PEA) 1%;氧化剂为过硫酸铵5%;纯水余量(82.95%)。按照实施例l的方法制备抛光液及进行抛光实验，抛光后材料去除速率为 R=720nm，表面粗糙度R^23nm。 实施例5:磨料为粒径130nm的表面覆盖铝SiO2水溶胶颗粒20/。； 络合剂为二亚乙基三胺五乙酸1%;成膜剂为十二烷基苯磺酸铵与苯并三氮唑(BTA)的混合物0.03%;十二7烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高去除率、低损伤的铜化学机械抛光用抛光液，其特征在于由磨料、络合剂、成膜剂、分散剂、氧化剂及纯水混合后再用ＫＯＨ或ＨＮＯ↓［３］调节ｐＨ值至１．０～７．０，各原料的质量百分比为：　　磨料　０．１％～２０％　　络合剂　０．１％～２％　　成膜剂　０．０１％～２％　　分散剂　０．１％～３％　　氧化剂　０．０１％～１０％　　纯水小于或等于９０％。

【技术特征摘要】
1.一种高去除率、低损伤的铜化学机械抛光用抛光液，其特征在于由磨料、络合剂、成膜剂、分散剂、氧化剂及纯水混合后再用KOH或HNO3调节pH值至1.0～7.0，各原料的质量百分比为磨料0.1％～20％络合剂 0.1％～2％成膜剂 0.01％～2％分散剂 0.1％～3％氧化剂 0.01％～10％纯水小于或等于90％。2. 根据权利要求1所述的高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液，其特征在于所述的磨料为Si02、 Al203或表面覆盖铝Si02的水溶胶颗粒中的至少一种。3. 根据权利要求1或2所述的高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液， 其特征在于所述磨料的粒径为20 150nm。4. 根据权利要求3所述的高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液，其特 征在于所述络合剂为乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、三亚乙基四胺六 乙酸、次氮基三乙酸及其铵盐或钠盐中的至少一种。5. 根据权利要求4所述的高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液，其特征在于所述成膜剂为阴离子表面活性剂与苯并三氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯军，吕冬，程宝君，吴聪，
申请(专利权)人：大连三达奥克化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]