一种化学机械抛光液的制作方法

专利名称：：一种化学机械抛光液的制作方法
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A1向Cu转化。与A1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。但是上述用于铜的抛光浆料使用后衬底表面存在着缺陷、划伤、粘污或铜的残留，或者是抛光后铜块的凹陷过大，或者是抛光过程中存在着局部或整体腐蚀等问题。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克服了现有的用于抛光铜的化学机械抛光液中，易导致衬底表面划伤、沾污和铜块过量去除而产生凹陷的缺陷，而提供一种在保持较高的铜去除速率的情况下，减少抛光后铜块的凹陷，防止金属铜的局部和整体腐蚀的化学机械抛光液。本发明的化学机械抛光液含有一种或多种嵌段聚醚类表面活性剂、研磨颗粒、络合剂、氧化剂和水。所述的嵌段聚醚类表面活性剂指由不同聚醚组成的嵌段聚合物。所述的嵌段聚醚类表面活性剂较佳的为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚醚。该聚醚可用下式I表示(CH2CH20)x-(CH(CH3)CH20)y-(CH2CH20)Z_0H，记为(E0)x(P0)y(E0)z其中，10《x，y，z《150。所述的嵌段聚醚的含量较佳的为质量百分比O.OOl3%，更佳的为质量百分比0.0011%。所述的研磨颗粒可为本领域常规使用的研磨颗粒，较佳地选自二氧化硅、氧化铝、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛和高分子研磨颗粒如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。研磨颗粒的粒径较佳的为20150nm，更佳的为30120nm。所述的研磨颗粒的含量较佳的为质量百分比0.15%，更佳的为质量百分比0.13%。所述的氧化剂可为本领域常规使用的氧化剂，较佳地选自过氧化氢、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、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种；所述的盐较佳的为钾盐、钠盐或铵盐。所述的氧化剂的含量较佳的为质量百分比0.0510%，更佳的为质量百分比0.55%。所述的络合剂可为本领域常规使用的络合剂，较佳的选自氨羧化合物及其盐，有机羧酸及其盐，多胺和有机膦酸及其盐中的一种或多种；所述的氨羧化合物为同时含氨基和羧基的化合物，较佳的为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、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、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己烷四乙酸、二乙烯三胺五乙酸、三乙烯四胺六乙酸和乙二胺二琥珀酸中的一种或多种；所述的有机羧酸较佳的为醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、没食子酸和磺基水杨酸中的一种或多种；所述的多胺较佳的为二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和多乙烯多胺中的一种或多种；所述的有机膦酸较佳的为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、多元醇膦酸酯、2-羟基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种。所述的盐较佳的为钾盐、钠盐或铵盐。所述的络合剂的含量较佳的为质量百分比0.0110%，更佳的为0.055%。本发明的抛光液中还可以含有本领域常规使用的腐蚀抑制剂，其较佳的为氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶类化合物中的一种或多种；所述的氮唑类化合物较佳地选自下列中的一种或多种苯并三氮唑、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、l，2，4-三氮唑、3-氨基-l，2，4-三氮唑、4-氨基-l，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-l，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-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巯基-四氮唑；所述的咪唑类化合物较佳地为苯并咪唑和/或2-巯基苯并咪唑；所述的噻唑类化合物较佳地选自下列中的一种或多种2-巯基-苯并噻唑、2-巯基噻二唑和5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑；所述的吡啶类化合物较佳地为下列中的一种或多种2，3-二氨基吡啶、2-氨基吡啶和2_吡啶甲酸；所述的嘧啶类化合物较佳地为2-氨基嘧啶。所述的腐蚀抑制剂的含量较佳的为质量百分比0.0055%，更佳的为质量百分比0.0051%。所述的水较佳的为去离子水，用水补足含量至质量百分比100%。本发明所述的抛光液的pH较佳的为211，更佳的为37。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、消泡剂和杀菌剂等。本发明的抛光液可按下述方法制备将除氧化剂以外的其他组分按比例混合均匀，用本领域常规pH调节剂(如K0H、氨水或H冊3等)调节到所需要的pH值，使用前加氧化剂，混合均匀即可。本发明所用试剂及原料均市售可得。5本发明的积极进步效果在于本发明的抛光液可在保持铜较高的抛光速率的条件下，显著改善抛光后铜块的凹陷程度，且抛光后的芯片表面无腐蚀。图1为用实施例54抛光液，对有图案的铜晶片进行抛光后并浸泡后用SEM观察到的表面腐蚀情况图。图2为用对比实施例4对有图案的铜晶片进行抛光后并浸泡后用SEM观察到的表面腐蚀情况图。具体实施例方式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。实施例150表1给出了本发明的化学机械抛光液150，按表中所给配方，用水补足质量百分比至100X，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，用K0H或HN03调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，混合均匀即可。表1抛光液1506<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>效果实施例1表2给出了对比抛光液13和本发明的抛光液5153，按表中所给配方，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，水补足质量百分比至100%，用KOH或HN03调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，混合均匀即可。表2对比抛光液1和抛光液5153<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用对比抛光液13和本发明的抛光液5153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。表3对比抛光液13和抛光液5153对金属铜去除速率<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表可见，与嵌段聚醚的对比实施例13相比，抛光液5153中添加了不同浓度的嵌段聚醚，该嵌段聚醚能有效抑制铜的去除速率。效果实施例2表4给出了对比抛光液4和本发明的抛光液54，按表中所给配方，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，水补足质量百分比至100%，用K0H或HN03调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，混合均匀即可。表4对比抛光液4和本发明的抛光液54<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>采用对比抛光液4和抛光液54，对空片铜(Cu)、钽(Ta)、二氧化硅(Teos)晶片及有图案的铜晶片进行抛光，见表5。空片抛光条件铜晶片下压力3Psi/lpsi;钽(Ta)和二氧化硅(Teos)晶片下压力lpsi，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。有图案的铜晶片抛光工艺条件下压力3psi，抛光有图案的铜晶片至残留铜约2000A,然后再在lpsi下将残留的铜清除并过抛30秒。用XE-300P原子力显微镜测量有图案的铜晶片上80um*80um的铜块的凹陷值。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。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表5见，与未嵌段聚醚的对比实施例4相比，实施例54中添加了嵌段聚醚，该嵌段聚醚能较多的抑制铜在低下压力下的去除速率，有利于降低在有图案的铜晶片上的凹陷，而在高压力下能保持较高的铜去除速率，从而不影响生产能力。效果实施例3采用对比实施例4和实施例54的抛光液，对有图案的铜晶片进行抛光并浸泡。抛光工艺条件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。下压力3psi，抛光有图案的铜晶片至残留铜约2000A，然后再lpsi下将残留的铜清除并过抛30秒。将抛光后的铜晶片浸泡在抛光液中30分钟后，取出清洗后用扫描电子显微镜(SEM)来观察晶片表面的腐蚀情况。由图l表明，用本发明所述的抛光液的抛光并浸泡后的有图案的铜晶片上，铜线表面及边缘无腐蚀。而用对比实施例4抛光后的铜晶片(见图2)中，铜线表面及边缘有明显腐蚀现象。权利要求一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、络合剂、氧化剂和水，其特征在于所述的化学机械抛光液还含有一种或多种嵌段聚醚类表面活性剂。2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的嵌段聚醚类表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚醚，其用式I表示，(CH2CH20)x_(CH(CH3)CH20)y-(CH2CH20)Z-0H，记为(E0)x(P0)y(E0)z式I其中，10《x，y，z《150。3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的嵌段聚醚类表面活性剂的含量为质量百分比0.0013%。4.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的嵌段聚醚类表面活性剂的含量为质量百分比0.0011%。5.如权利要求l所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的氧化剂为过氧化氢、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、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的氧化剂的含量为质量百分比0.0510%。7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的络合剂为下述化合物中的一种或多种氨羧化合物及其盐、有机羧酸及其盐、多胺和有机膦酸及其盐。8.如权利要求7所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的氨羧化合物为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、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、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一种或多种；所述的有机羧酸为醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、没食子酸和磺基水杨酸中的一种或多种；所述的多胺为二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和多乙烯多胺中的一种或多种；所述的有机膦酸为2-膦酸丁烷-l，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、多元醇膦酸酯、2-羟基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种；所述的盐为钾盐、钠盐或铵^!.o9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的络合剂的含量为质量百分比0.0110%。10.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的研磨颗粒为二氧化硅、氧化铝、掺杂铝的二氧化硅、覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛和高分子研磨颗粒中的一种或多种。11.如权利要求l所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的研磨颗粒的含量为质量百分比0.15%。12.如权利要求l所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的研磨颗粒的粒径为20150nm。13.如权利要求l所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的化学机械抛光液还含有腐蚀抑制剂。14.如权利要求13所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的腐蚀抑制剂为氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶类化合物中的一种或多种。15.如权利要求14所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的氮唑类化合物选自下列中的一种或多种苯并三氮唑、5-甲基-l，2，3-苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、l-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-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巯基-四氮唑；所述的咪唑类化合物为苯并咪唑和/或2-巯基苯并咪唑；所述的噻唑类化合物选自下列中的一种或多种2-巯基-苯并噻唑、2-巯基噻二唑和5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑；所述的吡啶类化合物选自下列中的一种或多种2，3-二氨基吡啶、2_氨基吡啶和2_吡啶甲酸；所述的嘧啶类化合物为2-氨基嘧啶。16.如权利要求13所述的化学机械抛光，其特征在于所述的腐蚀抑制剂的含量为质量百分比0.0055%。17.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的抛光液的pH为211。全文摘要本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、络合剂、氧化剂和水，其特征在于所述的化学机械抛光液还含有一种或多种嵌段聚醚类表面活性剂。本发明的化学机械抛光液可以在保持较高的铜去除速率的情况下，减少抛光后铜块的凹陷，防止金属铜的局部和整体腐蚀。文档编号C23F3/00GK101747843SQ20081020747公开日2010年6月23日申请日期2008年12月19日优先权日2008年12月19日发明者姚颖,杨春晓,荆建芬,蔡鑫元申请人:安集微电子(上海)有限公司