专利名称：抛光浆料及其用途和使用方法
技术领域：
本发明属于抛光剂领域，尤其涉及一种抛光浆料及其用途和使用方法。
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高达几十亿个元器件，特征尺寸已进入纳米级，这就要求微电子工艺中的近百道工艺，尤其是多层布线、衬底、介质必须进行全局平整化，而化学机械抛光(CMP)已被实践证明是最有效的全局平整化方法之一。
在典型的化学机械抛光方法中，将基底抛光表面直接与旋转抛光垫接触，同时在基底背面施加压力。在抛光期间，抛光垫随操作台旋转，同时在基底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液组成的液体(通常称为抛光浆料，也称抛光液)涂布于抛光垫片上，该抛光浆料与正在抛光的薄膜发生化学反应和机械作用开始进行抛光过程。抛光浆料在CMP中是一种重要的因素，而可根据制程的需要来选取抛光浆料中的氧化剂来调节抛光浆料的抛光性能。
其中，美国专利6620037、6569350和6063306报道了抛光浆料中的氧化剂为过氧化氢和尿素合过氧化氢(urea hydrogen peroxide)；美国专利5954997报道的氧化剂为过硫酸铵；美国专利6805812和6068787报道的氧化剂为有机或无机过氧化物，过化合物；美国专利5993686报道的氧化剂为铁盐、钾盐、铵盐、季铵盐、膦盐、过氧化物、氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐、高锰酸盐或过硫酸盐及其混合物、硝酸铁等；美国专利5980775指出氧化剂为过氧化氢、有机过氧化物、无机过氧化物及其混合物等。在目前的抛光浆料中所使用的各种氧化剂存在氧化能力不够强、氧化速度不够快或氧化剂不够稳定等问题。因此有必要找到一种合适的氧化剂以实现研磨均匀、研磨速率高、缺陷率低、平整度高的抛光要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种抛光浆料，其包括至少一种研磨颗粒、一种氧化剂和一种载体；该氧化剂是结合在金属有机大分子上的。以金属有机大分子作为研磨液中氧化剂的载体未见任何先例及文献报导，乃本发明重要创新之处。
其中，该氧化剂为臭氧、氧气、含氧化合物、含硫化合物、过氧化合物和/或过硫化合物。
该研磨颗粒的含量为1-30重量％；该氧化剂的含量为0.01-10重量％；其余为载体和/或其它添加化合物。
该金属有机大分子为由至少一种金属单质或金属离子与水溶性的大分子或高分子构成；该大分子或高分子为由氨基酸形成的肽链和/或氨基酸衍生物形成的聚合物。金属单质或金属离子可被大分子或高分子缠绕而处在大分子或高分子的中心，或部分地或全部地暴露于大分子或高分子的表面。
该水溶性的大分子或高分子含有氨基、羧基和/或羟基官能团，和/或由它们化合而成的官能团。
该金属有机大分子为血红蛋白、肌红蛋白和/或它们的衍生物。在抛光浆料中加入金属有机大分子如血红蛋白、肌红蛋白或它们的衍生物，可以加大氧化剂如臭氧或氧气等氧化剂的溶解度和稳定性。在抛光时，并使得形成氧化层的速度加快，形成的氧化层均匀。
该血红蛋白、肌红蛋白或它们的衍生物在该抛光浆料中的质量浓度为0.1-50％。
该金属可为过渡金属或稀土金属，该过渡金属为Fe、W、Co、Ta、Ni、Zr、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和/或Hg；该稀土金属为镧系金属和/或锕系金属。
该氨基酸为组氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、脯氨酸、缬氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、酪氨酸、色氨酸、甲硫氨酸和/或谷氨酸。
结合在该金属有机大分子上的氧化剂可存在抛光垫中或其表面上。
该抛光浆料的温度在0℃-50℃之间，优选25℃。
该抛光浆料的pH值为3-12，优选6-8。
该研磨颗粒选自二氧化硅、聚合物、金属氧化物和金属颗粒中的一种或几种；其中该金属氧化物颗粒为氧化铝、二氧化铈、氧化镧、氧化钐、氧化铜或Cu2O颗粒；该金属颗粒为Cu、W、Al、Fe、Ni、Ag、Pt或Au颗粒。
该研磨颗粒的比表面积在20-20000m2/g之间。
该研磨颗粒的尺寸在5-500nm之间。
该研磨颗粒可以是被选自二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、氧化钨、氧化镧、氧化钐、氧化铜、Cu2O、有机或无机聚合物或金属中的一种或几种材料修饰过的或包封的。
该研磨颗粒可以是空心的。
该研磨颗粒可以是带电的、磁性的。
该载体为固态或液态，该液态载体优选为水或其它有机溶剂如乙醇。
该抛光浆料还可以包括成膜剂、分散剂、催化剂、络合剂和pH缓冲剂中的一种或几种。
本发明的另一目的是提供本发明抛光浆料在抛光金属衬底或非金属衬底中的用途。
该金属衬底为Cu、Ta、TaN、W、Al、Ag、Ti、TiN或Au衬底；该非金属衬底为聚合物材料、含硼磷硅玻璃、含氟硅玻璃、低介电常数的材料或氧化物材料衬底。
本发明的又一目的是提供本发明抛光浆料的使用方法，该方法为将一种该抛光浆料单独使用或将两种或两种以上的该抛光浆料经混合后使用。如将两种不同温度的抛光抛光浆料经混合后使用，又如将两种不同pH值的抛光抛光浆料经混合后使用。
本发明的积极进步效果在于本发明的抛光浆料在抛光时可以保持高的研磨速率、抛光后的衬底表面无腐蚀、缺陷率低、平整度高。
具体实施例方式
下面给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
实施例12wt％的平均粒径为100nm的气相二氧化硅颗粒、0.5wt％臭氧、10wt％血红蛋白、0.5wt％BTA、0.1wt％柠檬酸、2％KOH、其它为水，pH＝5，温度为25℃。下压力1psi、抛光盘的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。
实施例25wt％的平均粒径为80nm的胶质二氧化硅颗粒、1.0wt％臭氧、20wt％血红蛋白、0.1wt％BTA、0.1wt％草酸、2.5％KOH、其它为水，pH＝5.5，25℃。下压力2psi、抛光盘的转速150rpm、抛光头转速155rpm、抛光浆料流速300ml/min。
实施例33wt％的平均粒径为120nm的三氧化二铝颗粒、1.0wt％臭氧、10wt％肌红蛋白、0.1wt％BTA、0.1wt％酒石酸，2.8％NH4OH和其它为水，pH＝6。分两个容器装，先将一个容器里的抛光浆料加热到37℃；另一容器里的抛光浆料保持在室温25℃。抛光时，将其混合后使用。下压力1psi、抛光盘的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光浆料流速各自为100ml/min。
实施例47wt％的平均粒径为70nm的CuO颗粒、0.2wt％臭氧、5wt％血红蛋白、0.1wt％BTA、其它为水，25℃。分两个容器装，先在一个容器的抛光浆料中加入KOH，使抛光浆料的pH为5，此时KOH在抛光浆料中的浓度为2％；在另一容器的抛光浆料中加入KOH，使抛光浆料的pH为9，此时该抛光浆料中KOH的浓度为3％。抛光时，将其混合后使用。下压力1psi、抛光盘的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光浆料流速各自为100ml/min。
实施例5
1wt％的平均粒径为100nm的气相二氧化硅颗粒、0.01wt％氧气、0.1wt％肌红蛋白、0.5wt％BTA、0.1wt％柠檬酸、4％NH4OH、其它为水，pH＝12，0℃。下压力1psi、抛光盘的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。
实施例630wt％的平均粒径为100nm的胶质二氧化硅颗粒、10wt％臭氧、50wt％血红蛋白、0.5wt％BTA、0.1wt％柠檬酸、1％NH4OH和其它为水，pH＝3，50℃。下压力1psi、抛光盘的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。
权利要求
1.一种抛光浆料，其包括至少一种研磨颗粒、一种氧化剂和一种载体；其特征在于该氧化剂是结合在金属有机大分子上的。
2根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该氧化剂为臭氧、氧气、含氧化合物、含硫化合物、过氧化合物和/或过硫化合物。
3.根据权利要求1或2所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒的含量为0.1-30重量％；该氧化剂的含量为0.01-10重量％；其余为载体和/或其它添加化合物。
4.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该金属有机大分子为由至少一种金属单质或离子与水溶性的大分子或高分子构成；该大分子或高分子为由氨基酸形成的肽链和/或氨基酸衍生物形成的聚合物。
5.根据权利要求4所述的抛光浆料，其特征在于该水溶性的大分子或高分子含有氨基、羧基和/或羟基官能团、和/或由它们化合而成的官能团。
6.根据权利要求1、4或5所述的抛光浆料，其特征在于该金属有机大分子为血红蛋白、肌红蛋白和/或它们的衍生物。
7.根据权利要求6所述的抛光浆料，其特征在于该血红蛋白、肌红蛋白或它们的衍生物在该抛光浆料中的质量浓度为0.1-50％。
8.根据权利要求4所述的抛光浆料，其特征在于该金属为过渡金属或稀土金属，该过渡金属为Fe、W、Co、Ta、Ni、Zr、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和/或Hg；该稀土金属为镧系金属和/或锕系金属。
9.根据权利要求4所述的抛光浆料，其特征在于该氨基酸为组氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、脯氨酸、缬氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、酪氨酸、色氨酸、甲硫氨酸和/或谷氨酸。
10.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于结合在该金属有机大分子上的氧化剂存在于抛光垫中或其表面上。
11.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该抛光浆料的温度在0℃-50℃之间。
12.根据权利要求11所述的抛光浆料，其特征在于该抛光浆料的温度为25℃。
13.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该抛光浆料的pH值为3-12。
14.根据权利要求13所述的抛光浆料，其特征在于该抛光浆料的pH值为6-8。
15.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒选自二氧化硅、聚合物、金属氧化物和金属颗粒中的一种或几种；其中该金属氧化物颗粒为氧化铝、二氧化铈、氧化镧、氧化钐、氧化铜或Cu2O颗粒；该金属颗粒为Cu、W、Al、Fe、Ni、Ag、Pt或Au颗粒。
16.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒的比表面积在20-20000m2/g之间。
17.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒的尺寸在5-500nm之间。
18.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒是被选自二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、氧化钨、氧化镧、氧化钐、氧化铜、Cu2O、有机或无机聚合物或金属中的一种或几种材料修饰过的或包封的。
19.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒是空心的。
20.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒是带电的。
21.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该载体为固态或液态。
22.根据权利要求21所述的抛光浆料，其特征在于该液态载体为水或其它有机溶剂如乙醇。
23.根据权利要求1所述的抛光浆料，其特征在于该抛光浆料还包括成膜剂、分散剂、催化剂、络合剂和pH缓冲剂中的一种或几种。
24.权利要求1所述的抛光浆料在抛光金属衬底或非金属衬底中的用途。
25.根据权利要求24所述的用途，其特征在于该金属衬底为Cu、Ta、TaN、W、Al、Ag、Ti、TiN或Au衬底；该非金属衬底为聚合物材料、含硼磷硅玻璃、含氟硅玻璃、低介电常数材料或氧化物材料衬底。
26.一种权利要求1所述的抛光浆料的使用方法，其特征在于将一种该抛光浆料独立使用或将两种或两种以上的该抛光浆料混合后使用。
27.根据权利要求26所述的使用方法，其特征在于将两种不同温度的抛光浆料联合使用。
28.根据权利要求26所述的使用方法，其特征在于将两种不同pH值的抛光浆料联合使用。
全文摘要
本发明公开了一种抛光浆料，该抛光浆料包括至少一种研磨颗粒、一种氧化剂和一种载体；该氧化剂是结合在金属有机大分子上的；本发明还公开了该抛光浆料的用途和使用方法。本发明的抛光浆料抛光衬底时可以保持高的研磨速率，抛光后的衬底表面无腐蚀、缺陷率低、平整度高。
文档编号C09K3/14GK1854234SQ200510025298
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者俞昌, 杨春晓, 肖正龙 申请人:安集微电子(上海)有限公司