专利名称：降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜化学机械抛光液，尤其是抛光后清洗方便，可降低铜化 学机械抛光粗糙度的抛光液。
背景技术：
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。为了避免高集成电路因 互连线而引起的时间延迟，加之铜具有低电阻率、抗电迁移率高、RC延迟时 间短等优点，目前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，存在着抛光效率低、后序清洗困 难、易产生环境污染等缺点，尤其是会对抛光表面产生较大损伤。
发明内容
本发明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，可降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液。
本发明的技术解决方案是 一种降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其 特征在于由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧 化剂及去离子水混合后再用KOH或HN03调节pH值至1.0 7.0，各原料的质量百
分比为
研磨颗粒 0.1%~30%含氮聚合物螯合剂
0.1%~腦
0.1%~3o/o
表面活性剂腐蚀抑制剂氧化剂
0.1% 20%
0.1%~10%
0細％~2%
去离子水
小于或等于90%。
所述研磨颗粒为Si02、 Al203或Ce02的水溶胶颗粒。所述研磨颗粒的粒径为20 150nm。
所述含氮聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯垸酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一种。
所述聚乙烯亚胺的分子量为800-1000000;聚丙烯酰胺的分子量为10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量为1000-200000。
所述螯合剂为含氮羧酸或有机膦酸，所述含氮羧酸为乙二胺四乙酸、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；所述有机膦酸为乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸及其盐中的至少一种。
所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子聚醚表面活性剂。
所述阴离子表面活性剂为烷基硫酸铵盐、烷基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐中的至少一种；所述非离子聚醚表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
所述腐蚀抑制剂为三氮唑与噻唑类衍生物中的至少一种，所述三氮唑与噻唑类衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巯基苯并噻唑或5-氨基-2-巯基-l,3，4-噻二唑。
所述氧化剂为过氧化氢、重铬酸钾、碘酸钾、硼酸钾、次氯酸钾、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。
本发明同现有技术相比，具有如下优点
1. 对铜化学机械抛光损伤小，明显降低抛光后铜表面粗糙度(8 18nm)、提高表面平整度；
2. 抛光后清洗方便。
具体实施方式
-实施例l:
由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水组成，各原料的质量百分比为研磨颗粒0.1%~30%、含氮聚合物0.1%~10%、螯合剂0,1% 3%、表面活性剂0.1% 10%、腐蚀抑制齐1」0.001% 2%、氧化剂0.1%~20°/。、去离子水小于或等于90%。
各原料在其重量范围内选择，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去离子水及其它原料并搅拌均匀，用KOH或HN03调节pH值为1.0 7.0，继续搅拌至均匀，静止30min即可。
所述研磨颗粒为Si02、 Al203或Ce02的水溶胶颗粒；所述研磨颗粒的粒径为20 150nm，最佳粒径为30-130nm。
所述含氮聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一种。
所述聚乙烯亚胺的分子量为800-1000000;聚丙烯酰胺的分子量为10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物的分子量为1000-200000。
所述螯合剂为含氮羧酸或有机膦酸，所述含氮羧酸为乙二胺四乙酸、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；所述有机膦酸为乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸及其盐中的至少一种。
所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子聚醚表面活性剂。
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；所述非离子聚醚表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
所述腐蚀抑制剂为三氮唑与噻唑类衍生物中的至少一种，所述三氮唑与噻唑类衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巯基苯并噻唑或5-氨基-2-巯基-l,3，4-噻二唑。
所述氧化剂为过氧化氢、重铬酸钾、碘酸钾、硼酸钾、次氯酸钾、过氧化
脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。所述去离子水是经过离子交换树脂过滤的水，其电阻至少是18 MO。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) Ra=8~18nm。实施例2:
原料及重量百分比如下研磨颗料为粒径60nm的SiO2水溶胶颗粒2y。；含氮聚合物为分子量为800-1000000的聚乙烯亚胺2%;螯合剂为乙二胺四乙酸0.5%;表面活性剂为十二烷基硫酸铵3%;腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA) 0.01%;氧化剂为过氧化氢(H202 ) 2.49%;去离子水90%。
按照实施例l制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度R^14 nm。实施例3:
原料及重量百分比如下-研磨颗料为粒径30nm的Al203水溶胶颗粒5%;含氮聚合物为分子量为800-1000000的聚乙烯亚胺2%;螯合剂为二亚乙基三胺五乙酸0.5%;
表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic) 2%;腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA) 0.01%;氧化剂为过硫酸铵5%;去离子水85.49%。
按照实施例l制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度R^8 nm。实施例4:
原料及重量百分比如下
研磨颗料为粒径30nm的CeO2的水溶胶颗粒2y。；含氮聚合物为分子量为10000-3000000的聚丙烯酰胺2%;螯合剂为三亚乙基四胺六乙酸铵1%;
表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚(pluronic) 3%;腐蚀抑制剂为甲基苯并三氮唑0.02%;氧化剂为过硫酸铵5%;
去离子水86.98%。
按照实施例l制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度Ra-lO nm。实施例5:
研磨颗料为粒径60nm的SiO2水溶胶颗粒4Q/。；
含氮聚合物为分子量为1000-500000的聚乙烯吡咯烷酮1%;
螯合剂为乙二胺四亚甲基膦酸1%、；表面活性剂为十二烷基苯磺酸铵0.03%;
腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA) 0.02%;氧化剂为过氧化氢(H202 ) 5%;去离子水88.95%。
按照实施例l制备抛光液及进行抛光实验，表面粗糙度R^16 mn。
权利要求
1.一种降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水混合后再用KOH或HNO3调节pH值至1.0～7.0，各原料的质量百分比为研磨颗粒0.1％～30％含氮聚合物 0.1％～10％螯合剂 0.1％～3％表面活性剂 0.1％～10％腐蚀抑制剂 0.001％～2％氧化剂 0.1％～20％去离子水小于或等于90％。
2. 根据权利要求1所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征 在于所述研磨颗粒为Si02、 Al203或Ce02的水溶胶颗粒。
3. 根据权利要求2所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征 在于所述研磨颗粒的粒径为20 150nrn。
4. 根据权利要求1或2或3所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液， 其特征在于所述含氮聚合物为聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或 乙烯吡咯烷酮/乙烯咪唑共聚物中的至少一种。
5. 根据权利要求4所述的降低铜化学机械拋光粗糙度的拋光液，其特征 在于所述聚乙烯亚胺的分子量为800-1000000;聚丙烯酰胺的分子量为 10000-3000000;聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000-500000;乙烯吡咯烷酮/乙烯 咪唑共聚物的分子量为1000-200000。
6. 根据权利要求5所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于所述螯合剂为含氮羧酸或有机膦酸，所述含氮羧酸为乙二胺四乙酸、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；所述有机膦酸为乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚 乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸及其盐中的至少一种。
7. 根据权利要求6所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征 在于所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子聚醚表面活性剂。
8. 根据权利要求7所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于所述阴离子表面活性剂为垸基硫酸铵盐、烷基磺酸铵盐或烷基苯磺酸铵盐中的至少一种;所述非离子聚醚表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段聚醚、聚氧丙烯聚氧乙烯醚嵌段聚醚、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
9. 根据权利要求8所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于所述腐蚀抑制剂为三氮唑与噻唑类衍生物中的至少一种，所述三氮唑与噻 唑类衍生物是苯并三氮唑、苯并咪唑、甲基苯三唑、吲哚、吲唑、2-巯基苯并噻唑或5-氨基-2-巯基-l，3，4-噻二唑。
10. 根据权利要求9所述的降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，其特征在于所述氧化剂为过氧化氢、重铬酸钾、碘酸钾、硼酸钾、次氯酸钾、过氧化脲、过氧乙酸或过硫酸铵中的至少一种。
全文摘要
本发明公开一种降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液，由研磨颗粒、含氮聚合物、螯合剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、氧化剂及去离子水混合后再用KOH或HNO<sub>3</sub>调节pH值至1.0～7.0，各原料的质量百分比为研磨颗粒0.1％～30％、含氮聚合物0.1％～10％、螯合剂0.1％～3％、表面活性剂0.1％～10％、腐蚀抑制剂0.001％～2％、氧化剂0.1％～20％、去离子水小于或等于90％。对铜化学机械抛光损伤小，明显降低抛光后铜表面粗糙度(8～18nm)、提高表面平整度；抛光后清洗方便。
文档编号C09G1/00GK101665665SQ20091018763
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者军 侯, 冬 吕, 聪 吴, 王晓风, 程宝君 申请人:大连三达奥克化学股份有限公司