一种化学机械抛光液及其应用的制作方法

一种化学机械抛光液及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种化学机械抛光液，其包括研磨颗粒、氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂和载体。该抛光液可达到较高的铜表面抛光去除速率，同时避免或降低抛光后铜表面抛光缺陷的发生。
【专利说明】一种化学机械抛光液及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种化学机械抛光液。
【背景技术】
[0002]随着集成电路向着高集成方向的发展，铜逐渐取代了铝作为互联材料，这主要是由于铜具有相对低的电阻率、高的抗电迁移能率和短的RC延迟时间，可有效提高芯片的成品率，降低布线的层数，缩短加工时间。
[0003]铜在用于制造集成电路的互连线时，其表面需要进行精密的抛光加工，以达到全局平坦化，实现多层互连。目前，有关铜抛光的抛光液已有较多报道，如专利号为US6616717公开了一种用于金属化学机械抛光的抛光液和方法；专利号为US6821897公开了一种涉及到聚合体络合剂的铜CMP抛光浆料；专利号为CN100491072C公开了一种ULSI多层铜布线化学机械抛光中蝶形坑的控制方法。但上述报道专利更多关注于化学试剂如氧化剂、络合剂或腐蚀抑制剂的选取和使用，而针对合适研磨颗粒的筛选和应用研究报道并不多见。
[0004]目前，应用于铜的化学机械抛光的磨料主要有氧化硅和氧化铝，但由于氧化硅和氧化铝具有较高的硬度，容易导致抛光过程中在铜表面产生划伤。氧化铈是近年来广受关注的一种化学机械抛光磨料，这主要是由于其对二氧化硅的高选择性抛光性能力，同时自身硬度也低于氧化硅和氧化铝，因此，以氧化铈为磨料的化学机械抛光液在相对较软材料(如铜)表面抛光的过程中，有望进一步降低或避免抛光过程中各种缺陷的产生。
[0005]目前，将含有氧化铈磨料的化学机械抛光液用于铜的抛光加工尚少有报道，鉴于氧化铈相对更低的颗粒硬度和表面化学特性，本发明公开了一种以氧化铈为磨料的化学机械抛光液，通过选择特定颗粒粒度和结晶度的氧化铈，同时含有氧化剂、络合剂和腐蚀抑制剂，可实现对铜的高的抛光去除速率，同时降低或避免抛光后铜表面缺陷的出现。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于解决上述现有技术中铜抛光液存在的不足，提供一种用于铜抛光的化学机械抛光液，本发明的铜的化学机械抛光液对铜具有较快的抛光去除速率，并对铜表面不产生划伤、腐蚀等缺陷。
[0007]本发明的化学机械抛光浆料包括研磨颗粒、氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂和载体。其可应用于铜的表面抛光。本发明中所含的氧化铈研磨剂具有特定的颗粒粒径分布和晶粒度，在氧化剂、络合剂和腐蚀抑制剂的协同作用下，抛光浆料具有较好的悬浮稳定性，对铜的抛光去除速率较高，抛光后铜表面不产生划伤、腐蚀等缺陷。
[0008]本发明中，以特定颗粒尺寸和晶粒度的氧化铈为磨料，所述氧化铈主要为立方相晶体结构，氧化铈研磨颗粒的平均粒径为80-250纳米，优选120-200纳米，平均晶粒尺寸为20-80纳米，优选25-60纳米，氧化铈研磨剂的浓度为0.25-2.5wt%，优选0.5-1.5wt%。
[0009]本发明中，所述氧化剂无特殊要求，可以为各种市售氧化剂，较佳的为过氧化氢、碘酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾或硝酸铵，优选过氧化氢或碘酸钾，所述氧化剂的浓度为0.01-0.5wt%，优选浓度为 0.05-0.25wt%o
[0010]本发明中，所述络合剂可以是L-精氨酸、氨基乙酸、柠檬酸、醋酸中的一种或多种，优选醋酸和/或氨基乙酸，所述络合剂的浓度为0.01-1wt %，优选范围为
0.05-0.25wt% ο
[0011]在本发明中，所述腐蚀抑制剂优选苯并三氮唑类化合物，优选为苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑，本发明所述腐蚀抑制剂的浓度为0.01-0.1wt %，优选范围为
0.05—0.1 ο
[0012]本发明中所述抛光液的pH值无特殊限制，优选pH值范围为3.5-6.0或9.0-11.0 ;
[0013]本发明所述抛光液中，可以加入pH值调节剂，所述pH调节剂可以是KOH或H2S04。
[0014]上述抛光液，可在应用在铜抛光中减少铜的表面刮痕。
[0015]上述氧化铈颗粒在铜抛光中的应用，并可减少铜的表面刮痕。
[0016]本发明所述的载体为去离子水。
[0017]本发明所用试剂及原料均市售可得。
[0018]上述试剂在浆料中的浓度均为质量百分数。
[0019]本发明的积极进步效果在于:本发明的抛光液具有较好的铜抛光去除速率的同时，可降低或避免防止铜表面在抛光过程中产生划伤及局部或整体腐蚀`，提高产品良率。
【具体实施方式】
[0020]本发明所用试剂及原料均市售可得。本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合即可制得。
[0021]下面通过具体实施例对本发明的化学机械抛光液进行详细描述，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。实施例中各成分百分比均为质量百分比。
[0022]制备实施例
[0023]表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例配方。以下所述百分含量均为质量百分比含量。配方中所用化学试剂均为市面采购。抛光液中使用的氧化铈颗粒为原始浓度10wt%至20wt%的水分散液,颗粒的粒径为平均折合直径,其平均粒径由Malvern公司的Nano-ZS90激光粒度分析仪测定；抛光液中使用的氧化铈颗粒的晶粒度通过日本岛津LabXXRD-6100型X射线衍射仪测定。将除研磨颗粒外的组分按照表中所列的含量，在去离子水中混合均匀，用KOH调节到所需pH值，然后加入研磨颗粒分散液，若pH下降则用KOH调节到所需的PH值，并用去离子水补足百分含量至100wt%，即可制得化学机械抛光液。
[0024]表1本发明的化学机械抛光液实施例配方及对比例
[0025]
【权利要求】
1.一种化学机械抛光液，其包括研磨颗粒、氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂和载体。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的研磨颗粒为氧化铈。
3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于:所述的研磨颗粒为立方相晶体结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抛光液，其特征在于:所述氧化铈的平均粒径为80-300纳米，所述氧化铈的平均晶粒尺寸为20-80纳米。
5.根据权利要求4所述的抛光液，其特征在于:所述氧化铈的平均粒径为120-200纳米，所述平均晶粒尺寸为25-60纳米。
6.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的浓度为0.25-2.5wt%。
7.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的浓度为0.5-1.5wt%。
8.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述氧化剂选自过氧化氢、碘酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾和硝酸铵中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述氧化剂为过氧化氢和/或碘酸钾。
10.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述氧化剂的浓度为0.01-0.5wt%。
11.如权利要求10所述的抛光液，其特征在于:所述氧化剂的浓度为0.05-0.25wt%。
12.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述络合剂选自L-精氨酸、氨基乙酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种。`
13.根据权利要求12所述的抛光液，其特征在于:所述络合剂为醋酸和/或氨基乙酸。
14.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述络合剂的浓度为0.01-lwt%。
15.根据权利要求14所述的抛光液，其特征在于:所述络合剂的浓度为0.05-0.25wt % ο
16.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述腐蚀抑制剂为苯并三氮唑类化合物。
17.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述苯并三氮唑类化合物为苯并三氮唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑。
18.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述腐蚀抑制剂的浓度为0.01-0.lwt%。
19.根据权利要求18所述的抛光液，其特征在于:所述腐蚀抑制剂的浓度为优选范围为 0.05-0.1wt % ο
20.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述抛光液还包含PH值调节剂，其中，所述PH调节剂为KOH或H2S04。
21.根据权利要求20所述的抛光液，其特征在于:所述抛光液的pH值为3.5-6.0或9.0-11.0。
22.根据权利要求21所述的抛光液，其特征在于:所述载体为去离子水。
23.一种研磨颗粒在铜抛光中的应用，其特征在于:所述研磨颗粒的平均粒径为80-300纳米，所述研磨颗粒的平均晶粒尺寸为20-80纳米。
24.如权利要求23所述的应用，其特征在于:所述研磨颗粒的平均粒径为120-200纳米，所述研磨颗粒的平均晶粒尺寸为25-60纳米。
25.如权利要求23或24所述的应用，其特征在于:所述研磨颗粒为氧化铈。
26.—种如权利要求1-22任一项所述的化学机械抛光液,在铜抛光中减少铜的表面刮痕中的应用。
【文档编号】C23F3/06GK103866327SQ201210540804
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】尹先升, 王雨春 申请人:安集微电子（上海）有限公司