一種化學機械拋光液及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種化學機械拋光液，其包括研磨顆粒、氧化劑、絡合劑、腐蝕抑制劑和載體。該拋光液可達到較高的銅表面拋光去除速率，同時避免或降低拋光后銅表面拋光缺陷的發生。
【專利說明】一種化學機械拋光液及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種化學機械拋光液。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路向著高集成方向的發展，銅逐漸取代了鋁作為互聯材料，這主要是由于銅具有相對低的電阻率、高的抗電遷移能率和短的RC延遲時間，可有效提高芯片的成品率，降低布線的層數，縮短加工時間。
[0003]銅在用于制造集成電路的互連線時，其表面需要進行精密的拋光加工，以達到全局平坦化，實現多層互連。目前，有關銅拋光的拋光液已有較多報道，如專利號為US6616717公開了一種用于金屬化學機械拋光的拋光液和方法；專利號為US6821897公開了一種涉及到聚合體絡合劑的銅CMP拋光漿料；專利號為CN100491072C公開了一種ULSI多層銅布線化學機械拋光中蝶形坑的控制方法。但上述報道專利更多關注于化學試劑如氧化劑、絡合劑或腐蝕抑制劑的選取和使用，而針對合適研磨顆粒的篩選和應用研究報道并不多見。
[0004]目前，應用于銅的化學機械拋光的磨料主要有氧化硅和氧化鋁，但由于氧化硅和氧化鋁具有較高的硬度，容易導致拋光過程中在銅表面產生劃傷。氧化鈰是近年來廣受關注的一種化學機械拋光磨料，這主要是由于其對二氧化硅的高選擇性拋光性能力，同時自身硬度也低于氧化硅和氧化鋁，因此，以氧化鈰為磨料的化學機械拋光液在相對較軟材料(如銅)表面拋光的過程中，有望進一步降低或避免拋光過程中各種缺陷的產生。
[0005]目前，將含有氧化鈰磨料的化學機械拋光液用于銅的拋光加工尚少有報道，鑒于氧化鈰相對更低的顆粒硬度和表面化學特性，本發明公開了一種以氧化鈰為磨料的化學機械拋光液，通過選擇特定顆粒粒度和結晶度的氧化鈰，同時含有氧化劑、絡合劑和腐蝕抑制劑，可實現對銅的高的拋光去除速率，同時降低或避免拋光后銅表面缺陷的出現。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于解決上述現有技術中銅拋光液存在的不足，提供一種用于銅拋光的化學機械拋光液，本發明的銅的化學機械拋光液對銅具有較快的拋光去除速率，并對銅表面不產生劃傷、腐蝕等缺陷。
[0007]本發明的化學機械拋光漿料包括研磨顆粒、氧化劑、絡合劑、腐蝕抑制劑和載體。其可應用于銅的表面拋光。本發明中所含的氧化鈰研磨劑具有特定的顆粒粒徑分布和晶粒度，在氧化劑、絡合劑和腐蝕抑制劑的協同作用下，拋光漿料具有較好的懸浮穩定性，對銅的拋光去除速率較高，拋光后銅表面不產生劃傷、腐蝕等缺陷。
[0008]本發明中，以特定顆粒尺寸和晶粒度的氧化鈰為磨料，所述氧化鈰主要為立方相晶體結構，氧化鈰研磨顆粒的平均粒徑為80-250納米，優選120-200納米，平均晶粒尺寸為20-80納米，優選25-60納米，氧化鈰研磨劑的濃度為0.25-2.5wt%，優選0.5-1.5wt%。
[0009]本發明中，所述氧化劑無特殊要求，可以為各種市售氧化劑，較佳的為過氧化氫、碘酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鉀或硝酸銨，優選過氧化氫或碘酸鉀，所述氧化劑的濃度為0.01-0.5wt%，優選濃度為 0.05-0.25wt%o
[0010]本發明中，所述絡合劑可以是L-精氨酸、氨基乙酸、檸檬酸、醋酸中的一種或多種，優選醋酸和/或氨基乙酸，所述絡合劑的濃度為0.01-1wt %，優選范圍為
0.05-0.25wt% ο
[0011]在本發明中，所述腐蝕抑制劑優選苯并三氮唑類化合物，優選為苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑，本發明所述腐蝕抑制劑的濃度為0.01-0.1wt %，優選范圍為
0.05—0.1 ο
[0012]本發明中所述拋光液的pH值無特殊限制，優選pH值范圍為3.5-6.0或9.0-11.0 ;
[0013]本發明所述拋光液中，可以加入pH值調節劑，所述pH調節劑可以是KOH或H2S04。
[0014]上述拋光液，可在應用在銅拋光中減少銅的表面刮痕。
[0015]上述氧化鈰顆粒在銅拋光中的應用，并可減少銅的表面刮痕。
[0016]本發明所述的載體為去離子水。
[0017]本發明所用試劑及原料均市售可得。
[0018]上述試劑在漿料中的濃度均為質量百分數。
[0019]本發明的積極進步效果在于:本發明的拋光液具有較好的銅拋光去除速率的同時，可降低或避免防止銅表面在拋光過程中產生劃傷及局部或整體腐蝕`，提高產品良率。
【具體實施方式】
[0020]本發明所用試劑及原料均市售可得。本發明的拋光液由上述成分簡單均勻混合即可制得。
[0021]下面通過具體實施例對本發明的化學機械拋光液進行詳細描述，以使更好的理解本發明，但下述實施例并不限制本發明范圍。實施例中各成分百分比均為質量百分比。
[0022]制備實施例
[0023]表1給出了本發明的化學機械拋光液實施例配方。以下所述百分含量均為質量百分比含量。配方中所用化學試劑均為市面采購。拋光液中使用的氧化鈰顆粒為原始濃度10wt%至20wt%的水分散液,顆粒的粒徑為平均折合直徑,其平均粒徑由Malvern公司的Nano-ZS90激光粒度分析儀測定；拋光液中使用的氧化鈰顆粒的晶粒度通過日本島津LabXXRD-6100型X射線衍射儀測定。將除研磨顆粒外的組分按照表中所列的含量，在去離子水中混合均勻，用KOH調節到所需pH值，然后加入研磨顆粒分散液，若pH下降則用KOH調節到所需的PH值，并用去離子水補足百分含量至100wt%，即可制得化學機械拋光液。
[0024]表1本發明的化學機械拋光液實施例配方及對比例
[0025]
【權利要求】
1.一種化學機械拋光液，其包括研磨顆粒、氧化劑、絡合劑、腐蝕抑制劑和載體。
2.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述的研磨顆粒為氧化鈰。
3.根據權利要求2所述的拋光液，其特征在于:所述的研磨顆粒為立方相晶體結構。
4.根據權利要求1-3任一項所述的拋光液，其特征在于:所述氧化鈰的平均粒徑為80-300納米，所述氧化鈰的平均晶粒尺寸為20-80納米。
5.根據權利要求4所述的拋光液，其特征在于:所述氧化鈰的平均粒徑為120-200納米，所述平均晶粒尺寸為25-60納米。
6.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述研磨顆粒的濃度為0.25-2.5wt%。
7.根據權利要求6所述的拋光液，其特征在于:所述研磨顆粒的濃度為0.5-1.5wt%。
8.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述氧化劑選自過氧化氫、碘酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鉀和硝酸銨中的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述氧化劑為過氧化氫和/或碘酸鉀。
10.如權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述氧化劑的濃度為0.01-0.5wt%。
11.如權利要求10所述的拋光液，其特征在于:所述氧化劑的濃度為0.05-0.25wt%。
12.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述絡合劑選自L-精氨酸、氨基乙酸、檸檬酸和醋酸中的一種或多種。`
13.根據權利要求12所述的拋光液，其特征在于:所述絡合劑為醋酸和/或氨基乙酸。
14.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述絡合劑的濃度為0.01-lwt%。
15.根據權利要求14所述的拋光液，其特征在于:所述絡合劑的濃度為0.05-0.25wt % ο
16.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述腐蝕抑制劑為苯并三氮唑類化合物。
17.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述苯并三氮唑類化合物為苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑。
18.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述腐蝕抑制劑的濃度為0.01-0.lwt%。
19.根據權利要求18所述的拋光液，其特征在于:所述腐蝕抑制劑的濃度為優選范圍為 0.05-0.1wt % ο
20.根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于:所述拋光液還包含PH值調節劑，其中，所述PH調節劑為KOH或H2S04。
21.根據權利要求20所述的拋光液，其特征在于:所述拋光液的pH值為3.5-6.0或9.0-11.0。
22.根據權利要求21所述的拋光液，其特征在于:所述載體為去離子水。
23.一種研磨顆粒在銅拋光中的應用，其特征在于:所述研磨顆粒的平均粒徑為80-300納米，所述研磨顆粒的平均晶粒尺寸為20-80納米。
24.如權利要求23所述的應用，其特征在于:所述研磨顆粒的平均粒徑為120-200納米，所述研磨顆粒的平均晶粒尺寸為25-60納米。
25.如權利要求23或24所述的應用，其特征在于:所述研磨顆粒為氧化鈰。
26.—種如權利要求1-22任一項所述的化學機械拋光液,在銅拋光中減少銅的表面刮痕中的應用。
【文檔編號】C23F3/06GK103866327SQ201210540804
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月13日 優先權日:2012年12月13日
【發明者】尹先升, 王雨春 申請人:安集微電子（上海）有限公司