专利名称：用于抛光低介电材料的抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光液，尤其涉及一种用于抛光低介电材料的抛光液。
背景技术：
在集成电路制造中，互连技术的标准在提高， 一层上面又沉积一层，使 得在衬底表面形成了不规则的形貌。现有技术中使用的一种平坦化方法就是
化学机械抛光(CMP)， CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫 去抛光一集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转 抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台 旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛 光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开 始进行抛光过程。
CMP抛光液主要包括磨料、化学试剂和溶剂等。磨料主要为各种无机 或有机颗粒，如二氧化硅、氧化铝、二氧化锆、氧化铈、氧化铁、聚合物颗 粒和/或它们的混合物等。CMP抛光液的溶剂主要为水或醇类。而化学试剂 是用来控制抛光速率和抛光选择比、改善抛光表面性能以及提高抛光液的稳 定性，包括氧化剂、络合剂、缓蚀剂和/或表面活性剂等。
在一些公开专利中，铵盐和季铵类物质被用来调节一些非金属物质的抛 光速率，如在CN 1498931A中，在二氧化硅为磨料的抛光液中，水溶性季
铵盐被用来提高多晶硅的抛光速率和改善抛光液的稳定性，其多晶硅膜抛光
速率与氮化物膜抛光速率的比率达到50。如USP 6,046,112，该抛光液包括 Zr02磨料、表面活性剂、TMAH或TBAH、和水，其对SOG具有较高的抛 光速率和较高的抛光选择性，抛光速率在达到4000A/min，抛光选择性高达 8，但是其使用Zr02磨料，价格昂贵。在USP7018560中，含有2 15个碳 链长度的有机季胺盐用于增加TEOS的抛光速率，同时降低SiC、SiCN、Si3N4 和SiCO等材料的抛光速率。然而以上专利中，铵盐和季铵类物质并没有用 于提高低介电材料CDO的抛光速率。
随着集成电路复杂程度的增加和器件尺寸的减小， 一些含有Si、 C、 O 的低介电材料逐渐被应用于集成电路，以提高未来集成电路的开合能力。低 介电材料包括掺碳二氧化硅(CDO)、碳氧化硅(SiOC)和有机硅玻璃(OSG) 等，而掺碳二氧化硅(CDO)是目前应用较广的一种低介电材料。这些低介电 材料在未来将取代二氧化硅(如TEOS、 FSG、 SOG等)，构成集成电路中 的绝缘层。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于抛光低介电材料的抛光液，该抛光液用于 提高低介电材料的抛光速率，本发明的抛光液包括掺铝二氧化硅磨料和水， 其特征在于还包括含铵根离子或季铵类的小分子活性物质。由于这类小分 子活性物质用于本发明的抛光液中能够形成铵根离子或季铵离子，从而可以 提高低介电材料的抛光速率，但对钽、铜的抛光速率无明显的影响，从而可 以提高抛光选择性。
在本发明中，术语"小分子活性物质"是指分子量Mw<500的含铵根离
子的活性物质或季铵类的活性物质。
在本发明中，所述的活性物质可以为氨水、各种铵盐、各种季铵盐、各 种季铵碱，较佳地为氨水、氨基酸、五硼酸铵、酒石酸铵、四甲基氢氧化铵
(TMAH)、四丁基氢氧化铵(TBAH)和/或四丁基四氟硼酸铵，以及具有 类似结构的铵盐或季铵类等物质，优选四丁基氢氧化铵和四丁基四氟硼酸铵。
所述的活性物质的用量较佳地为0.001 0.5%，更佳地为0.001 0.2%。
所述的掺铝二氧化硅磨料的浓度可以为现有技术中抛光集成电路衬底的抛 光液中给出的各种浓度，较佳地为1 20%，更佳地为2 15%，水为余量。 以上浓度均指占整个抛光液的重量百分比。
所述的掺铝二氧化硅磨料为溶胶型惨铝二氧化硅分散液，这种溶胶型磨 料分散液可以大大降低衬底表面的刮痕、腐蚀、点蚀等衬底表面缺陷问题。
所述的溶胶型掺铝二氧化硅分散液的pH值较佳地为2 7。
在本发明中，所述的掺铝二氧化硅磨料的粒径较佳地是5 500nm，更 佳地是5 100nm，最优选20 80nm。
本发明的抛光液的pH值较佳地为2 7。
本发明的抛光液还可以包括现有技术中的各种添加剂，如阻蚀剂、氧化 剂、速率增助剂、表面活性剂和/或其他助剂等等。
所述的阻蚀剂可以是抛光剂领域中使用的各种阻蚀剂，较佳地为苯并三 唑(BTA);所述的氧化剂可以是抛光剂领域中使用的各种氧化剂，较佳地 为过氧化氢；所述的表面活性剂可以是抛光剂领域中使用的各种表面活性 剂，较佳地为聚乙烯乙二醇(PEG)和/或聚丙烯酸类(PAA)。
本发明的抛光液较佳地抛光下列材料，如掺碳二氧化硅(CDO);本
发明的抛光液也可以用于抛光二氧化硅(TEOS)、 SiON、 Tta或Cu等材料。 在本发明中，术语"低介电材料"是指介电常数低于3.0的材料。
本发明的积极进步效果在于本发明的抛光液对CDO、 TEOS、 SiON 等材料的抛光具有促进作用，但对钽、铜的抛光速率无明显的影响，因此可 以大大提供衬底的抛光选择性。并且本发明的抛光液可以大大降低衬底表面 的刮痕、腐蚀、点蚀等衬底表面缺陷问题。
图1为含有不同活性物质的抛光液抛光低介电材料的抛光速率图； 图2为含有各种添加剂的抛光液对低介电材料抛光速率的影响图； 图3为活性物质的浓度对低介电材料抛光速率的影响图； 图4为不同的磨料浓度对低介电材料抛光速率的影响图； 图5为本发明的抛光液对不同低介电材料的抛光速率影响图； 图6为本发明的抛光液的pH对低介电材料的抛光速率影响图； 图7为不同磨料对低介电材料的抛光速率影响图；及 图8为磨料的粒径对低介电材料的抛光速率影响图。
具体实施方式
实施例1
对比抛光液1'掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=3;
抛光液1 掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、氨水(NH4OH) 0.1%、水余量、pH=3;
抛光液2掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5°/。、五硼酸铵0.1%、水余量、pH=3;
抛光液3 掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、酒石酸铵0.1%、水余量、pH=3;
抛光液4掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四丁基四氟硼酸铵0.02%、水余量、pH=3;
抛光液5 掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵(TMAH) 0.025%、水余量、pH=3;
抛光液6掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四丁基氢氧化铵(TBAH) 0.01%、水余量、pH=3。
抛光材料BD材料；抛光条件lpsi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex, 抛光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图1所示本发明的含有活性物质的抛光液可以显著地提高低介 电材料BD的抛光速率，尤其是四丁基氢氧化铵和四丁基四氟硼酸铵，其抛 光速率达到600A/min以上。
实施例2
对比抛光液7'掺铝二氧化硅磨料(45nm) 6%、水余量、pH=3; 抛光液7掺铝二氧化硅磨料(45nm)6。/。、五硼酸铵0.1%、水余量、pH-3; 对比抛光液8'掺铝二氧化硅磨料(45nm) 6%、酒石酸0.2%、水余量、
pH=3;
抛光液8掺铝二氧化硅磨料(45nm) 6%、酒石酸0.2%、五硼酸铵0.1%、 水余量、pH=3;
对比抛光液9，掺铝二氧化硅磨料(45nm) 6%、酒石酸0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=3;
抛光液9掺铝二氧化硅磨料(45nm)6。/。、酒石酸0.2%、BTA0.2%、H2O2 0.5%、五硼酸铵0.1%、水余量、pH=3;
对比抛光液IO，掺铝二氧化硅磨料(45nm)6。/。、酒石酸0.2%、BTA0.2%、
H2O20.5%、 PEG200 0.2%、水余量、pH=3;
抛光液IO掺铝二氧化硅磨料(45nm)6。/。、酒石酸0.2°/。、BTA0.2%、H2O2 0.5%、 PEG200 0.2%、五硼酸铵0.1%、水余量、pH=3。
抛光材料BD材料；抛光条件lpsi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex， 抛光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图2所示本发明的含有活性物质的抛光液可以显著地提高低介 电材料BD的抛光速率，在含有各种添加剂下可以更好地提高抛光速率。
实施例3
对比抛光液11，掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=3;
抛光液11(1)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.0125%、水余量、pH=3;
抛光液11(2)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0,1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH=3;
抛光液11(3)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.05%、水余量、pH=3;
抛光液11(4)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.125%、水余量、pH=3;
抛光液11(5)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.2%、水余量、pH=3。
抛光材料BD材料和TEOS材料；抛光条件lpsi，抛光盘转速70rpm， 抛光垫Politex ，抛光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图3所示本发明的抛光液中添加活性物质后，不仅能够提高对 低介电材料BD的抛光速率，而且同时对TEOS的抛光有加速作甩。髓着活 性物质用量的增加，本发明的抛光液对低介电材料BD和TEOS材料抛光的
促进作用先逐渐增强，达到特定值后逐渐减弱。说明只有当活性物质的用量 为一特定值时，才能对低介电材料BD的抛光速率有促进作用。否则，过量
的活性物质反而会抑制BD和TEOS的抛光。 实施例4
对比抛光液12，(1)掺铝二氧化硅磨料(45nm)0.5。/。、水余量、pH=3; 对比抛光液12'(2)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 2%、水余量、pH=3; 对比抛光液12，(3)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 5%、水余量、pH=3; 对比抛光液12，(4)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 10%、水余量、pH=3; 对比抛光液12，(5)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 15%、水余量、pH=3; 对比抛光液12，(6)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 20%、水余量、pH=3。 抛光液12(1)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 0.5%、四丁基氢氧化铵0.007%、 水余量、pH=3;
抛光液12(2)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 2%、四丁基氢氧化铵0.007%、 水余量、pH=3;
抛光液12(3)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 5%、四丁基氢氧化铵0.007%、 水余量、pH=3;
抛光液12(4)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 10%、四丁基氢氧化铵0.007%、 水余量、pH=3;
抛光液12(5)掺铝二氧化硅磨料(45nm)15。/。、四丁基氢氧化铵0.007%、 水余量、pH=3;
抛光液12(6)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 20%、四丁基氢氧化铵0.007%、 水余量、pH=3。
抛光材料:BD材料；抛光条件lpsi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex， 抛光液流速腦ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图4所示当掺铝二氧化硅的浓度为0.5% 20%之间时，相对于
不含有活性物质的抛光液，本发明的含有活性物质的抛光液可以显著增加低 介电材料BD的抛光速率。
实施例5
对比抛光液13，掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=3;
抛光液13掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH=3。
抛光材料BD材料、TEOS材料、SiON材料、Ta材料和Cu材料；抛 光条件lpsi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex，抛光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图5所示相对于不含有活性物质的抛光液，本发明的含有活性
物质的抛光液可以改善各种非金属材料的抛光速率，如BD材料、TEOS材 料以及SiON材料，但是对金属如Ta和Cu的抛光速率没有太大的影响，因 此本发明的抛光液可以提高衬底的抛光选择性。 实施例6
对比抛光液14，(1)掺铝二氧化硅磨料(45nm)7。/。、酒石酸0.1%、PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=2;
对比抛光液14，(2)掺铝二氧化硅磨料(45nm)7。/。、酒石酸0.1%、PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=3;
对比抛光液14，(3)掺铝二氧化硅磨料(45nm)7。/。、酒石酸0.1%、PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=5;
对比抛光液14，(4)掺铝二氧化硅磨料(45nm)7。/。、酒石酸0.1%、PEG200 0.2°/。、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=7;
抛光液14(1)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1°/。、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH-2;
抛光液14(2)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH=3;
抛光液14(3)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH=5;
抛光液14(4)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH=7。
抛光条件lpsi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex，抛光液流速 100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图6所示当抛光液的pH值为2 7时，相对于不含有活性物质 的抛光液，本发明的含有活性物质的抛光液可以显著增加低介电材料BD的 抛光速率。
实施例7
对比抛光液15'(1') 二氧化硅磨料(70nm， PL-3， Fuso Company) 7%、酒石 酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H202 0.5%、水余量、pH=3;
对比抛光液15，(1) 二氧化硅磨料(70nm， PL-3， Fuso Company) 7%、酒石 酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H202 0.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、 水余量、pH=3;
对比抛光液15，(2，) A1203包覆的二氧化硅磨料(Al203-coated silica)(35nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H202 0.5%、水余量、pH=3;
对比抛光液15，(2) A1203包覆的二氧化硅磨料(Ab03-coated silica)(35nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧4七铵 0.025%、水余量、pH=3;
对比抛光液15，(3，) Zr02包覆的二氧化硅磨料(Zr(Vcoated silica)(20nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0:2%、 BTA0.2%、 H202 0.5%、水余量、pH=3;
对比抛光液15，(3) Zr02包覆的二氧化硅磨料(Zr02-coated silica)(20nm)7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵 0.025°/。、水余量、pH=3;
对比抛光液15'(4')气相氧化铝磨料(Fumed silica)(初始粒径15nm)7%、 酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H202 0.5%、水余量、pH=3;
对比抛光液15，(4)气相氧化铝磨料(Fumed silica)(初始粒径15nm) 7%、 酒石酸0.1%、PEG200 0.2%、BTA0.2%、H2O2 0.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、 水余量、pH=3;
对比抛光液15(5')掺铝氧化铝磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、水余量、pH=3;
抛光液15(5)掺铝二氧化硅磨料(45nm) 7%、酒石酸0.1%、 PEG200 0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.5%、四甲基氢氧化铵0.025%、水余量、pH=3。
抛光材料BD材料;抛光条件lpsi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex， 抛光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图7所示在以掺铝二氧化硅为磨料的抛光液中加入活性物质后，
低介电材料BD的抛光速率得到明显的提高。而在其它一些磨料的抛光液中 加入活性物质后，低介电材料BD的抛光速率反而会有所下降。 实施例8
对比抛光液16，掺铝二氧化硅磨料(20nm) 10%、草酸0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.3%、水余量、pH=3;
抛光液16掺铝二氧化硅磨料(20nm) 10%、草酸0.2%、 BTA0.2%、 H202 0.3%、四丁基氢氧化铵0.01%、水余量、pH=3;
对比抛光液17，掺铝二氧化硅磨料(50nm) 10%、草酸0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.3%、水余量、pH=3;
抛光液17掺铝二氧化硅磨料(50nm) 10%、草酸0.2%、;BTA0.2%、 H2G2 0.3%、四丁基氢氧化铵0.01%、水余量、pH=3;
对比抛光液18'掺铝二氧化硅磨料(80nm) 10%、草酸0.2%、 BTA0.2%、 H2O20.3%、水余量、pH=3;
抛光液18掺铝二氧化硅磨料(80nm) 10%、草酸0.2%、 BTA0.2%、 H202 0.3%、四丁基氢氧化铵0.01%、水余量、pH=3。
抛光材料BD材料；抛光条件lpsi，抛光盘旋转速率70ipm，抛光
垫Politex，抛光液》H速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
结果如图8所示20 80nm的掺铝二氧化硅磨料都适合于本发明，而
且随着磨料粒径的增大，抛光速率上升，因此大于80nm的掺铝二氧化硅磨
料也适合于本发明。
本发明所使用的原料和试剂均为市售产品，而且掺铝二氧化硅磨料均指
溶胶型掺铝二氧化硅磨料分散液。
权利要求
1、一种用于抛光低介电材料的抛光液，该抛光液包括掺铝二氧化硅磨料和水，其特征在于其还包括含铵根离子或季铵类的小分子活性物质。
2、 如权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述的活性物质包括氨 水、五硼酸铵、酒石酸铵、四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵和/或四丁基四 氟硼酸铵。
3、 如权利要求2所述的抛光液，其特征在于所述的活性物质的甩量 为0.001 0.5%。
4、 如权利要求3所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅磨料的浓度为1 20%。
5、 如权利要求1 4任一项所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅磨料为溶胶型掺铝二氧化硅分散液。
6、 如权利要求5所述的抛光液，其特征在于所述的溶胶型掺铝二氧化硅分散液的pH值为2 7。
7、 如权利要求5所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅磨 料的粒径是5 500nm。
8、 如权利要求7所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅磨 料的粒径是5 100nm。
9、 如权利要求1 4任一项所述的抛光液，其特征在于该抛光液的pH 值为2 7。
10、 如权利要求1 4任一项所述的抛光液，其特征在于所述的抛光 液还包括阻蚀剂、氧化剂、速率增助剂和/或表面活性剂。1<1、 如权利要求1 4任一项所述的抛光液，其特征在于所述的低介 电材料是掺碳二氧化硅。
全文摘要
本发明公开了一种用于抛光低介电材料的抛光液，该抛光液包括掺铝二氧化硅磨料和水，其特征在于还包括含铵根离子或季铵类的小分子活性物质。本发明的抛光液对低介电材料CDO以及TEOS、SiON等材料的抛光具有促进作用，但对钽、铜的抛光速率无明显的影响，因此可以大大提供衬底的抛光选择性，并且本发明的抛光液可以大大降低衬底表面的刮痕、腐蚀、点蚀等衬底表面缺陷问题。
文档编号C09G1/00GK101108952SQ200610029268
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者宋伟红, 春 徐, 荆建芬, 陈国栋, 元 顾 申请人:安集微电子(上海)有限公司