专利名称：一种含有混合磨料的低介电材料抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光液，尤其涉及一种含有混合磨料的低介电材料抛光液。
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。在绝大多数CMP抛光液中，往往采用各种无机或有机颗粒作为磨料，例如二氧化 硅、氧化铝、二氧化锆、氧化铈、氧化铁、聚合物颗粒和/或他们的混合物等。由于这些无机 或有机颗粒具有不同的粒径、硬度、表面化学基团等特性，对各种抛光基材往往表现出不同 的抛光性能，尤其在对基材的抛光速率和选择比上会有很大的差异。因此，在一些CMP抛光液中会采用两种或两种以上的磨料，以改善各种基材的抛 光速率和调节他们的选择比。比如US6，896，590公开的抛光液主要为两种不同粒径的粒子 的混合磨料体系，用以调整和控制金属、阻挡层和二氧化硅的抛光速率与选择比第一种粒 子的粒径为5-50nm ；另一种粒子的粒径为50_100nm。US6，896，591公开的含有三种磨料体 系，主要用于抛光磷化镍基材(1)高硬度的α-氧化铝颗粒；( 气相氧化铝颗粒和(3) 二氧化硅颗粒。而US6，924，227公开的采用两种不同粒径的二氧化硅磨料体系，来抛光Cu 和阻挡层Ta或TaN，并改善抛光过程中的腐蚀和刮伤等缺陷。这两种不同粒径的二氧化硅 磨料体系为(1)第一种二氧化硅的粒径为5-30nm;(2)第二种二氧化硅的初始粒径小于 5nm。在上述抛光液的体系基础上，还可以加入第三种颗粒以形成新的阻挡层抛光液，该第 三种颗粒为氧化铝颗粒。
发明内容
本发明的目的提供一种含有混合磨料的低介电材料抛光液，并应用于同时含有金 属、⑶0和TEOS结构的集成电路中。本发明的上述目的通过下列技术方案来实现本发明的抛光液包括两种或两种以 上的抛光磨料、速率增助剂、表面活性剂和PH调节剂，其中一种磨料为掺铝二氧化硅，第二 种磨料包括二氧化硅、氧化铝、铝包裹二氧化硅和/或锆包裹二氧化硅。发明中所述的第二种磨料为二氧化硅。所述的掺铝二氧化硅磨料的质量百分比浓度较佳地为0. 5 15%。所述的掺铝二氧化硅溶胶磨料的粒径较佳地是5 500nm ；更佳地是10 lOOnm。发明中所述的第二种磨料的质量百分比浓度较佳地为0. 5 15%。
所述的第二种磨料的粒径较佳地是10 lOOnm。所述的抛光液的pH值较佳地为2 12。本发明所述的抛光液还包括阻蚀剂和/或氧化剂。其中所述的阻蚀剂较佳地是苯并三唑。所述的氧化剂较佳地是过氧化氢。所述的速率增助剂较佳地是有机羧酸、有机羧酸盐、氨基酸或有机磷酸中的一种 或多种；所述的速率增助剂更佳地是草酸、酒石酸、丁二酸、正丁胺、酒石酸铵、五硼酸铵、甘 氨酸或乙二胺四甲叉磷酸中的一种或多种。所述的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性 和两性离子表面活性剂；较佳地是聚丙烯酰胺、右旋糖苷、聚丙烯酸、聚乙二醇、十二烷基苯 磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵或四丁基氢氧化铵中的一种或多种。本发明所述的抛光液用于抛光包含金属、阻挡层、二氧化硅和低介电材料结构的 集成电路。pH调节剂可选自稀硝酸、NaOH, K0H、氨和有机碱中的一种或多种。本发明的积极进步效果在于本发明的抛光液可以较好地调整低介电材料氧化硅 (BD)与TEOS的抛光速率的同时，防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良 率。而且能应用在同时含有金属、掺碳二氧化硅(CDO)和二氧化硅(TEOS)结构的集成电路中。
图1为掺铝二氧化硅及其混合磨料体系的抛光速率图；图2为掺铝二氧化硅的粒径对低介电材料的抛光速率影响图；图3为混合磨料的粒径对低介电材料的抛光速率影响图；图4为不同用量的混合磨料的抛光速率图；图5为不同用量的混合磨料的抛光速率图；图6为不同用量的混合磨料的抛光速率图；图7为本发明的抛光液的pH值对低介电材料的抛光速率影响图；图8为本发明的抛光液的混合磨料与速率增助剂的组合性能影响图；图9为本发明的抛光液的混合磨料与表面活性剂的组合性能影响图。图10为本发明抛光液的抛光材料结构示意图
具体实施例方式实施例1抛光液1 掺铝二氧化硅G5nm)5%，氧化铝包裹二氧化硅O0nm)5%，酒石酸 0. 2%，聚丙烯酰胺 0. 2%, H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液2:掺铝二氧化硅G5nm)5%，氧化锆包裹二氧化硅O0nm)5%，酒石酸 0. 2%，右旋糖苷 0. 2%, H2O2O. 18%，稀硝酸 0. 12%, pH = 2 ；抛光液3 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，聚丙烯酸 0. 2%,H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；
抛光液4 掺铝二氧化硅05歷)5%，气相氧化铝(初始粒径15歷)5%，酒石酸 0. 2%，聚乙二醇 0. 2%, H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1%，pH = 3。抛光材料BD材料；抛光条件1. 5psi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex，抛光 itiJrti 100ml/min, Logitech PM5Polisher。结果如图1所示本发明采用掺铝二氧化硅与不同的辅助磨料组成混合磨料体系 后，其抛光液可以较好地调节和控制低介电材料的抛光速率以及选择比。实施例2抛光液5 (1)掺铝二氧化硅QOnm) 5 %，二氧化硅(70nm) 5 %，酒石酸0 烷基苯磺酸钠0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液5 (2)掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅(70nm) 5 %，酒石酸0 烷基苯磺酸钠0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液5 (3)掺铝二氧化硅(80nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0 烷基苯磺酸钠0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3。抛光液6 (1)掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅QOnm) 5 %，酒石酸0 烷基三甲基溴化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液6 (2)掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅(70nm) 5 %，酒石酸0 烷基三甲基溴化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液6C3)掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(120nm)5%，酒石酸0 烷基三甲基溴化铵0.2%,H2O2O. 2%，稀硝酸0. 1%，ρΗ= 3。抛光材料BD材料；抛光条件1. 5psi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex，抛光 itiJrti 100ml/min, Logitech PM5Polisher。结果如图2、图3所示20 80nm的掺铝二氧化硅磨料和20 140nm的二氧化 硅磨料都适合于本发明，而且随着掺铝二氧化硅磨料粒径的增大，抛光速率上升，因此大于 SOnm的掺铝二氧化硅磨料也适合于本发明。但是随着二氧化硅磨料粒径的增大，TEOS反而 下降，因此大于120nm的二氧化硅磨料粒径不适合本发明。实施例3抛光液7(1)掺铝二氧化硅G5nm) 0.5%，二氧化硅(IOOnm) 7%，酒石酸0.2%，四 丁基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸 0. 1 %，pH = 3 ；抛光液7(2)掺铝二氧化硅G5nm) 7%，二氧化硅(IOOnm) 7%，酒石酸0.2%，四丁 基氢氧化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液7 (3)掺铝二氧化硅(80nm)15%，二氧化硅(IOOnm) 7%，酒石酸0. 2%，四 丁基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸 0. 1 %，pH = 3。抛光液8(1)掺铝二氧化硅G5nm)7%，二氧化硅(70nm) 0. 5%，酒石酸0. 2%，四 丁基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸 0. 1 %，pH = 3 ；抛光液8(2)掺铝二氧化硅G5nm) 7%，二氧化硅(IOOnm) 7%，酒石酸0.2%，四丁 基氢氧化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液8 (3)掺铝二氧化硅(80nm)7%，二氧化硅(IOOnm) 15%，酒石酸0. 2%，四 丁基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸 0. 1 %，pH = 3。抛光液8(4)掺铝二氧化硅G5nm)l%，二氧化硅(100nm)9%，酒石酸0. 2%，四丁
2%，十
2%，十
2%，十
2%，十
2%，十
2%，十基氢氧化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液8(5)掺铝二氧化硅G5nm) 5%，二氧化硅(IOOnm) 5%，酒石酸0.2%，四丁 基氢氧化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液8(6)掺铝二氧化硅(80nm)9%，二氧化硅(IOOnm) 1%，酒石酸0.2%，四丁 基氢氧化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3。抛光材料BD材料；抛光条件1. 5psi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex，抛光 itiJrti 100ml/min, Logitech PM5Polisher。结果如图4、图5、图6所示当掺铝二氧化硅的浓度为0.5% 15%之间或二氧化 硅的浓度为0. 5% 15%之间时，本发明的抛光液可以显著增加低介电材料BD和二氧化硅 TEOS的抛光速率。同时在上述浓度范围内，通过改变掺铝二氧化硅和二氧化硅之间的浓度 比，本发明的抛光液也可以调节和控制低介电材料BD与二氧化硅TEOS的抛光速率和选择 比。实施例4抛光液9(1)抛光液9( 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm)5%，酒石 酸 0.2%，四丁基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 18%，稀硝酸 0. 12%, pH = 2 ；抛光液9 (2)掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，四丁 基氢氧化铵0.2%，H2O2O. 2 %，稀硝酸0. 1 %，pH = 3 ；抛光液9 (3)掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，四丁 基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 2 %，NaOHO. 1 %, pH = 7 ；抛光液9 (4)掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅(70nm) 5 %，酒石酸0. 2 %，四丁 基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 1 %，Κ0Η0. 2%, pH = 10 ；抛光液9 (5)掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，四丁 基氢氧化铵 0.2%，H2O2O. 08 %，氨 0. 22 %，pH = 12。抛光材料BD材料；抛光条件1. 5psi，抛光盘转速70rpm，抛光垫Politex，抛光 itiJrti 100ml/min, Logitech PM5Polisher。结果如图7所示当抛光液的pH值为2 7时，通过改变本发明的抛光液的pH值 可以较好地调节和控制低介电材料的抛光速率。实施例5抛光液10 掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅 0. 2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液11 掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅 苷 0. 2%, H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液12 掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅 苷 0.2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液13 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅 糖苷 0.2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液14 掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅 糖苷 0.2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液15 掺铝二氧化硅G5nm) 5 %，二氧化硅
(70nm) 5 %，草酸0. 2 %，右旋糖苷 (70nm) 5 %，丁二酸 0.2%，右旋糖 (70nm) 5 %，正丁胺0.2%，右旋糖 (70nm) 5 %，酒石酸铵0.2%，右旋 (70nm) 5 %，五硼酸铵0.2%，右旋 (70nm) 5 %，甘氨酸0.2%，右旋糖苷 0. 2%, H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %, pH = 3 ；抛光液16 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm)5%，乙二胺四甲叉磷酸 0. 2%，右旋糖苷 0. 2%, H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1%，pH = 3。抛光液17 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，右旋糖 苷 0. 2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1 %，聚乙二醇(PEG)(分子量为 200)0. 2%,pH = 3 ；抛光液18 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，右旋糖 苷 0. 2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0.1%，右旋糖苷(分子量为 20，000)0. 2%,pH = 3 ；抛光液19 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，右旋糖 苷 0. 2%, H2O2O. 1 %, BYK 1540. 2%，稀硝酸 0. 2%，pH = 3 ；抛光液20 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，右旋糖 苷 0. 2 %，H2O2O. 2 %，聚丙烯酰胺(分子量 Mw = 3，000，000) 0.2%，稀硝酸 0. 1 %，pH = 3 ；抛光液21 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，，右旋糖 苷 0.2%，H2O2O. 2%，稀硝酸 0. 1%，四丁基氢氧化铵 0. 07%, pH = 3 ；抛光液22 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，右旋糖 苷0.2%，H2O2O. 2%，稀硝酸0. 1%，十二烷基三甲基溴化铵0. 1%,ρΗ = 3 ；抛光液23 掺铝二氧化硅G5nm)5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0. 2%，右旋糖 苷0. 2 %，H2O2O. 2 %，稀硝酸0.1%，十二烷基苯磺酸钠0. 1 %，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 PM5PoIisher0结果如图8、图9所示通过改变本发明的抛光液中速率增助剂和/或表面活性剂 可以进一步较好地调节和控制低介电材料的抛光速率。本发明所使用的原料和试剂均为市售产品。
权利要求
1.一种含有混合磨料的低介电材料抛光液，该抛光液包括两种或两种以上的抛光磨 料、速率增助剂、表面活性剂和PH调节剂，其中一种磨料为掺铝二氧化硅，第二种磨料包括 二氧化硅、氧化铝、铝包裹二氧化硅和锆包裹二氧化硅中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述的第二种磨料为二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅磨料的质量百分 比浓度为0. 5 15%。
4.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅溶胶磨料的粒径 是 5 500nm。
5.根据权利要求4所述的抛光液，其特征在于所述的掺铝二氧化硅溶胶磨料的粒径 是 10 lOOnm。
6.根据权利要求2所述的抛光液中，其特征是所述的第二种磨料的质量百分比浓度为 0. 5 15%。
7.根据权利要求2所述的抛光液中，其特征是所述的第二种磨料的粒径是10 IOOnm0
8.根据权利要求1至7任一项所述的抛光液，其特征在于所述的抛光液的PH值为 2 12。
9.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述的速率增助剂是有机羧酸、有机羧 酸盐、氨基酸和有机磷酸中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的抛光液，其特征在于所述的速率增助剂是草酸、酒石酸、丁 二酸、正丁胺、酒石酸铵、五硼酸铵、甘氨酸和乙二胺四甲叉磷酸中的一种或多种。
11.根据如权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述的表面活性剂包括阴离子表面 活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性和两性离子表面活性剂。
12.根据如权利要求11所述的抛光液，其特征在于所述的表面活性剂是聚丙烯酰胺、 右旋糖苷、聚丙烯酸、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵和四丁基氢氧 化铵中一种或多种。
13.根据如权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述的抛光液用于抛光包含金属、 阻挡层、二氧化硅和低介电材料结构的集成电路。
14.根据如权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述的PH调节剂可选自稀硝酸、 NaOH, Κ0Η、氨和有机碱中的一种或多种。
全文摘要
本发明公开了一种含有混合磨料的低介电材料抛光液，该抛光液包括两种或两种以上的抛光磨料、速率增助剂、表面活性剂和pH调节剂，其中一种磨料为掺铝二氧化硅，第二种磨料包括二氧化硅、氧化铝、氧化铝包裹二氧化硅或氧化锆包裹二氧化硅中的一种或多种。本发明的抛光液可以较好地调整低介电材料掺碳氧化硅(CDO)与二氧化硅(TEOS)的抛光速率的同时，防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。而且能应用在同时含有金属、金属阻挡层、掺碳二氧化硅和二氧化硅结构的集成电路中。
文档编号C09G1/02GK102115635SQ20091024766
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者俞昌, 王淑敏, 肖正龙 申请人:安集微电子(上海)有限公司