CN105273636A

CN105273636A - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN105273636A
Application number: CN201410351205.4A
Authority: CN
Inventors: 荆建芬; 张建; 陈宝明; 宋凯; 邱腾飞; 张乐平
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒，腐蚀抑制剂，氧化剂，水和两种络合剂。本发明的化学机械抛光液可在使用抛光垫清洗液后也能保持较高的铜去除速率。

Description

一种化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液。

背景技术

随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化。甚大规模集成布线正由传统的Al向Cu转化。与Al相比，Cu布线具有电阻率低，抗电迁移能率高，RC延迟时间短，Cu布线的优势已使其替代Al成为半导体制作中的互联金属。

但是目前还没有对铜材进行有效地等离子蚀刻或湿法蚀刻，以使铜互连在集成电路中充分形成的公知技术，因此铜的化学机械抛光方法被认为是最有效的工艺方法。铜的化学机械抛光方法的工作原理一般是先用快且高效的去除速率除去衬底表面上大量的铜，当快要接近阻挡层时即软着陆，降低去除速率抛光剩余的金属铜并停在阻挡层。目前，出现了一系列的适合于抛光Cu的化学机械抛光浆料，如：专利号为US6,616,717公开了一种用于金属CMP的组合物和方法；专利号为US5,527,423公开了一种用于金属层的化学机械抛光浆料；专利号为US6,821,897公开了一种使用聚合体络合剂的铜CMP的方法；专利号为CN02114147.9公开了一种铜化学－机械抛光工艺用抛光液；专利号为CN01818940.7公开了铜的化学机械抛光所用的浆料；专利号为CN98120987.4公开了一种用于铜的CMP浆液制造以及用于集成电路的制造方法。但是使用铜的抛光过程中由于铜的去除较多，常常会残留在抛光垫上，影响抛光性能，因此需要在抛光后使用酸性的抛光垫清洗液来去除铜的残留。但抛光浆料，特别是pH值较高的抛光浆料往往与抛光垫清洗液不相容，导致使用清洗液后铜的去除速率降低。因此有必要开发出新的用于铜的化学机械抛光浆料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是用于抛光铜的化学机械抛光液与抛光垫清洗液不相容，导致铜的去除速率降低，从而提供一种在使用抛光垫清洗液后也能保持较高的铜去除速率的化学机械抛光液。

本发明的化学机械抛光液，含有研磨颗粒，腐蚀抑制剂，氧化剂，水和以下两种络合剂的组合：

第一络合剂,含氨基的化合物及其盐；

第二络合剂,有机酸及其盐，所述的盐选自钾盐、钠盐和/或铵盐中的一种或多种。

本发明中，所述的含氨基的化合物为氨基酸和/或多胺。

本发明中，所述的氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺和/或谷氨酰胺中的一种或多种。

本发明中，所述的多胺选自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和/或多乙烯多胺中的一种或多种。

本发明中，所述的有机酸为有机羧酸和/或有机膦酸。

本发明中，所述的有机羧酸选自醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、马来酸、没食子酸和/或磺基水杨酸中的一种或多种。

本发明中，所述的有机膦酸选自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羟基膦酸基乙酸和/或多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种。

本发明中，所述的含氨基的化合物及其盐的质量百分含量为0.01～10％。

本发明中，所述的有机酸及其盐的质量百分含量为0.01～3％。

本发明中，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和/或硝酸铁中的一种或多种。所述的氧化剂的质量百分含量为0.01～10％。

本发明中，所述的研磨颗粒选自二氧化硅、三氧化二铝、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛和/或高分子研磨颗粒中的一种或多种。所述的研磨颗粒的质量百分含量为0.1～5％。所述的研磨颗粒的粒径为20～150nm。

本发明中，所述的腐蚀抑制剂选自氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和/或嘧啶类化合物中的一种或多种。

本发明中，所述的氮唑类化合物选自苯并三氮唑、5-甲基-1，2，3-苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羟基－苯并三氮唑、1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4-三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巯基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和/或1-苯基-5-巯基-四氮唑中的一种或多种。

本发明中，所述的咪唑类化合物为苯并咪唑和/或2-巯基苯并咪唑。

本发明中，所述的噻唑类化合物选自2-巯基-苯并噻唑、2-巯基噻二唑和/或5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑中的一种或多种。

本发明中，所述的吡啶选自2，3-二氨基吡啶、2-氨基吡啶和/或2-吡啶甲酸中的一种或多种。

本发明中，所述的嘧啶为2-氨基嘧啶。

本发明中，所述的腐蚀抑制的质量百分含量为0.001～5％。

发明的抛光液，pH为4～11，较佳地为5～8。

本发明的抛光液中，还可以含有本领域其他常规添加剂，如pH调节剂、粘度调节剂、消泡剂和/或杀菌剂中的一种或多种。

本发明的抛光液可根据需要浓缩制备，使用前用去离子水稀释并加入氧化剂混合均匀。本发明所用试剂及原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：可在使用抛光垫清洗液后仍保持较高的抛光速率。

具体实施方式

制备实施例1

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

表1给出了本发明的化学机械抛光液的实施例1～24，按表中所给配方，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，用水补足质量百分比至100％。用KOH或HNO₃调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，混合均匀即可。

表1本发明的化学机械抛光液实施例1～24

制备实施例2

表2给出了对比抛光液1～2和本发明的抛光液25～28的制备实施例，按表2中所给配方，用水补足质量百分比至100％，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，用KOH或HNO₃调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，混合均匀即可。

表2本发明的化学机械抛光液实施例25～28以及对比例1～2

效果实施例

采用对比例1～2的抛光液和本发明实施例25～28的抛光液对空片铜(Cu)晶片进行抛光，去除速率见表3。

抛光材料：空片铜晶片；抛光条件：下压力3Psi，抛光盘及抛光头转速70/80rpm，抛光垫PPGMX710，抛光液流速100ml/min，抛光机台为LogitechPM5Polisher。；

抛光垫清洗：25毫升抛光垫清洗液(1％柠檬酸)清洗后，再用1升去离子水清洗抛光垫。

表3对比例1～2和实施例25～28抛光液对金属铜的去除速率

由表3可见，与未添加第二络合剂的对比例1～2相比，在使用抛光垫清洗液后，铜的去除速率大幅度降低。而本发明的实施例25～28的抛光液中添加了不同浓度的第二络合剂后，铜的去除速率基本不变，而且在使用抛光垫清洗液后也能保持铜的去除速率不变。

Claims

1.一种化学机械抛光液，含有研磨颗粒，腐蚀抑制剂，氧化剂，水和以下两种络合剂的组合：

第一络合剂,含氨基的化合物及其盐；

第二络合剂,有机酸及其盐。

2.根据权利要求1所述的抛光液，所述的含氨基的化合物为氨基酸和/或多胺。

3.根据权利要求2所述的抛光液，所述的氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺和/或谷氨酰胺中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的抛光液，所述的多胺选自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和/或多乙烯多胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的抛光液，所述的有机酸为有机羧酸和/或有机膦酸。

6.根据权利要求5所述的抛光液，所述的有机羧酸选自醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、马来酸、没食子酸和/或磺基水杨酸中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的抛光液，所述的有机膦酸选自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羟基膦酸基乙酸和/或多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的抛光液，所述的盐选自钾盐、钠盐和/或铵盐中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的抛光液，所述的含氨基的化合物及其盐的质量百分含量为0.01～10％。

10.根据权利要求1所述的抛光液，所述的有机酸及其盐的质量百分含量为0.01～3％。

11.根据权利要求1所述的抛光液，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和/或硝酸铁中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的抛光液，所述的氧化剂的质量百分含量为0.01～10％。

13.根据权利要求1所述的抛光液，所述的研磨颗粒选自二氧化硅、三氧化二铝、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛和/或高分子研磨颗粒中的一种或多种。

14.根据权利要求1所述的抛光液，所述的研磨颗粒的质量百分含量为0.1～5％。

15.根据权利要求1所述的抛光液，所述的研磨颗粒的粒径为20～150nm。

16.根据权利要求1所述的抛光液，所述的腐蚀抑制的质量百分含量为0.001～5％。

17.根据权利要求1所述的抛光液，pH为4～11。

18.根据权利要求1所述的抛光液，含有pH调节剂、粘度调节剂、消泡剂和/或杀菌剂中的一种或多种。