专利名称：Ulsi铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光液的制备方法，特别是涉及一种ULSI铜表面高精密加工过 程中化学机械抛光液的制备方法。
背景技术：
集成电路密度的增加和器件尺寸的减小使线间电容及金属连线的电阻增大，由 此引起的RC延迟也增大。金属铜具有低的电阻率、优越的抗电迁移特性和低的热敏感 性，产生较小的RC延迟并能提高电路的可靠性，铜线取代传统的铝线成为互连线的理想 材料。铜CMP成为ULSI制备中倍受世界各国关注的核心技术之一，世界各国都在加 紧对其进行封闭研究，以期优先占领国际市场。但因其涉及的学科多、技术难度大，相 关机理还待进一步研究。目前，在铜CMP抛光剂方面处于国际领先地位的有美国Cabot 公司、Rodel公司，日本的住友化学工业和Fujimi公司。但是，他们采用的磨料均为 Al2O3，该类磨料硬度高、分散度大、粘度大、难清洗、易引起表面划伤且损伤层深，而 在氧化剂选择上均采用含有金属离子的或属于强电解质的KMn04、K2Cr04、K3Fe(CN)6 和NH4NO3等作为氧化剂，抛光后容易造成严重的金属离子的沾污。传统抛光液的复配技术因反应器、管道材质易引入金属离子，同时，搅拌不均 引起局部pH过高或过低还导致硅溶胶溶解或凝聚。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，为解决公知的ULSI铜抛光液在制备过程 中存在的有机物、金属离子、大颗粒等有害污染等技术问题，提供一种简便易行、无污 染ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方法。为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下
一种ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方法，其特征在于实施步 骤如下
(1)将以下成分按重量％计
纳米SiO2磨料2-80， 去离子水10-95， 活性剂0.1-3，络合剂0.1-3，
胺碱0.1-5 ；
(2)采用18ΜΩ以上超纯水清洗反应器3次，去除反应器内部杂质，再用负压将 pH值9-13、粒径为15-40nm SiO2溶胶吸入反应器；
(3)在负压作用下，实现反应液的剧烈涡流搅拌，使反应器内部无滞留层与死角， 可避免外界灰尘等大颗粒杂质引入抛光液中；利用负压吸入经18ΜΩ超纯水稀释后的碱 性pH调节剂调节pH值为9-13 ；在涡流状态下加入所述量的活性剂、络合剂与碱性pH
3调节剂胺碱，搅拌均勻。所述步骤(2)的磨料是粒径15-40nm、分散度<0.0001的SiO2溶胶，浓度 4-50wt%。所述步骤(3)中加入的活性剂为市售FA/0活性剂。所述步骤(3)中加入的络合剂为市售FA/0络合剂。所述步骤(3)中加入的胺碱任意选择三乙醇胺、四乙基氢氧化胺、乙二胺、羟 乙基乙二胺或多乙烯多胺中的一种以上。所述步骤(2)反应器原材料选用无污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂 之一；避免了传统金属反应器、金属管道、金属搅拌杆等金属离子引入到抛光液中。在负压下形成剧烈涡流搅拌，可避免层流区纳米硅溶胶凝聚而造成无法使用； 且18ΜΩ超纯水溶解后的碱性调节剂在负压下引入，可避免因局部反应液pH过高而导致 纳米硅溶胶的凝聚或溶解而无法使用。本发明中采用方法的作用为抛光液制备反应器采用负压搅拌的方法可避免有 机物、金属离子、大颗粒等有害污染物的引入；可使纳米硅溶胶在负压下呈涡流状态， 防止层流区硅溶胶的凝聚或溶解而无法使用；可避免18M Ω超纯水溶解后的碱性pH调节 剂由于局部pH过高而导致凝聚，无法使用。本发明的有益效果是
选用碱性抛光液，可对设备无腐蚀，硅溶胶稳定性好，解决了酸性抛光液污染重、 易凝胶等诸多难题；利用基片材料的两面性，pH值9以上时，易生成可溶性的化合物， 从而易脱离表面。选用纳米SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15-40nm)、浓度高 (4-50wt%)、硬度小(对基片损伤度小)、分散度好，能够达到高速率高平整低损伤抛
光、污染小，解决了现有Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多难题。特别采用粒径 为20nm左右、分散度<0.0001的SiO2的水溶胶代替Al2O3作为磨料使用，不但可以有效 解决ΑΓ污染问题，还可以解决由于磨料硬度、分散度和粘度造成的抛光镜面表面缺陷 和难清洗问题。负压搅拌的抛光液制备方法可避免有机物、金属离子、大颗粒等有害污染物的 引入；可使纳米硅溶胶在负压下呈涡流状态，防止层流区硅溶胶的凝聚或溶解而无法使 用；可避免18ΜΩ超纯水溶解后的碱性pH调节剂由于局部pH过高而导致凝聚无法使用 的现象。本发明反应器原材料选用无污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂等材质 中的一种，避免了采用传统金属反应器、金属管道、金属搅拌杆等将金属离子引入到抛 光液中的弊端。制备过程中采用负压搅拌，不仅搅拌均勻，有效解决因反应液局部碱性过高导 致的SiO2胶体凝聚、溶解等生产问题，而且避免了传统的复配、机械搅拌等制备方法带 来的有机物、大颗粒、金属离子等的污染，可以达到超净的要求。该方法同时可实现纳 米SiO2磨料高浓度、高pH值条件下不凝聚、不溶解。利用该抛光液的配制方法，在相 应的抛光工艺条件下进行抛光，可实现ULSI铜表面的高精密加工。并能满足工业上对 ULSI铜表面CMP精密加工的要求。
同时，本发明还具有成本低、高效率、不污染环境及腐蚀设备等优点。
具体实施例方式以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式
详述如下 实施例1 配制4000g 4wt%ULSI铜抛光液
首先，采用18ΜΩ以上超纯水清洗反应器3次，去除反应器内部杂质；在负压搅拌 下将pH值9-13、粒径为15-25nm、分散度<0.0001的纳米SiO2溶胶260g (浓度50wt%) 吸入反应器，边搅拌边吸入3710g去离子水；在负压作用下，实现反应液的剧烈涡流搅 拌，使反应器内部无滞留层与死角，可避免外界灰尘等大颗粒杂质引入抛光液中；再利 用负压吸入经18ΜΩ超纯水稀释后的碱性pH调节剂20g胺碱调节pH值为9-13 ；在负压 搅拌下加入5gFA/0活性剂和5gFA/0络合剂，最终调节抛光液的pH值9_13 ；搅拌均勻 后得4000g浓度为4wt%的ULSI铜抛光液，即可灌装。所述胺碱任意选择三乙醇胺、四乙基氢氧化胺、乙二胺、羟乙基乙二胺或多乙 烯多胺中的一种以上。所述FA/0活性剂、FA/0络合剂、胺碱均为天津晶岭微电子材料有限公司市售
女口
广 PFt ο所述反应器原材料选用无污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂之一。在负压下形成剧烈涡流搅拌，可避免层流区纳米硅溶胶凝聚而造成无法使用； 负压下形成剧烈涡流搅拌状态，18ΜΩ超纯水溶解后的碱性调节剂在负压下引入，可避 免因局部反应液pH过高而导致纳米硅溶胶的凝聚或溶解而无法使用。实施例2 配制4000g 50wt%ULSI铜抛光液
在负压搅拌下取粒径15-25nm纳米SiO2溶胶3600g (50wt%)边搅拌边放入200g 去离子水，分别取160g胺碱，20gFA/0活性剂和20gFA/0络合剂在负压下边搅拌边加入 上述液体，调节抛光液的pH值9-13 ；搅拌均勻后得4000g 50wt%ULSI铜料抛光液，待 搅拌均勻后即可灌装。其它同实施例1。实施例3 配制4000g 30wt% ULSI铜抛光液
在负压搅拌下取粒径15-25nm纳米SiO2溶胶2200g (30wt%)边搅拌边放入1660g 去离子水，分别取90g胺碱，25gFA/0活性剂和25gFA/0络合剂在负压下边搅拌边加入 上述液体，调节抛光液的pH值9-13 ；搅拌均勻后得4000g 50wt%ULSI铜料抛光液，待 搅拌均勻后即可灌装。其它同实施例1。上述参照实施例对ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方法进 行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例， 因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方法，其特征在于实施 步骤如下(1)将以下成分按重量％计纳米SiO2磨料2-80， 去离子水10-95，活性剂0.1-3，络合剂0.1-3，胺碱0.1-5 ；(2)采用18ΜΩ以上超纯水清洗反应器3次，去除反应器内部杂质，再用负压将 pH值9-13、粒径为15-40nm SiO2溶胶吸入反应器；(3)在负压作用下，实现反应液的剧烈涡流搅拌，使反应器内部无滞留层与死角； 利用负压吸入经18ΜΩ超纯水稀释后的碱性pH调节剂调节pH值为9-13 ；在涡流状态下 加入所述量的活性剂、络合剂与碱性pH调节剂胺碱，搅拌均勻。
2.根据权利要求1所述的ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方 法，其特征在于所述步骤(2)的磨料是粒径15-40nm、分散度<0.0001的SiO2溶胶， 浓度 4-50wt%。
3.根据权利要求1所述的ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方 法，其特征在于所述步骤(3)中加入的活性剂为市售FA/0活性剂。
4.根据权利要求1所述的ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方 法，其特征在于所述步骤(3)中加入的络合剂为市售FA/0络合剂。
5.根据权利要求1所述的ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方 法，其特征在于所述步骤(3)中加入的胺碱选择三乙醇胺、四乙基氢氧化胺、乙二 胺、羟乙基乙二胺或多乙烯多胺中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方 法，其特征在于所述步骤(2)反应器原材料选用无污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基 丙烯酸甲脂之一。
全文摘要
本发明涉及一种ULSI铜表面高精密加工过程中化学机械抛光液的制备方法，该方法根据ULSI铜能在氧化剂作用下和碱发生化学反应，抛光液选用碱性介质。该抛光液选用纳米SiO2磨料，磨料的浓度为4-50wt%，粒径15-40nm，以利于材料的去除及表面平整化。抛光液的pH值9-13，既能满足有效去除，也能保证硅溶胶的稳定性。制备过程中采用负压搅拌，不仅搅拌均匀，有效解决因反应液局部碱性过高导致的SiO2胶体凝聚、溶解等生产问题，而且避免了传统的复配、机械搅拌等制备方法带来的有机物、大颗粒、金属离子等的污染，可达到超净的要求。该方法同时可实现纳米SiO2磨料高浓度、高pH值条件下不凝聚、不溶解。利用该方法配制的抛光液进行抛光，可实现ULSI铜表面的高精密加工。
文档编号C09G1/02GK102010661SQ20101023155
公开日2011年4月13日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者何彦刚, 刘玉岭, 刘钠 申请人:天津晶岭微电子材料有限公司