专利名称：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、介质必须进行化学机械全局平整化，而化学机械抛光(CMP)已被证明是最好的平整化方法。
在化学机械抛光方法中，将基底的被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(通常称为化学机械抛光液)涂布于抛光垫片上，该化学机械抛光液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。化学机械抛光液在CMP中是一种重要的因素，而可根据制程的需要来选取合适的化学机械抛光液的来改变抛光性能。
在典型的金属化学机械抛光中，缺陷水平通常较高，尤其是存在点蚀、边蚀、腐蚀等问题。而且，抛光速率也很高，对金属表面的损伤程度较大，易产生如划伤、表面粗糙等问题。如美国专利US5,209,816，US6,039,891，US6,1502,60，US5,980,775，US6,068,787，US5,958,288，US6,451,697和US6,6167,17等。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种化学机械抛光液。
本发明的目的是通过下列技术方案来实现的本发明的化学机械抛光液包括至少一种研磨颗粒、一种化学添加剂和一种载体；其中，该化学添加剂为聚羧酸类化合物和/或其盐。
本发明的化学机械抛光液可以抛光下列金属薄膜材料铝、铜、钽、氮化钽、钛、氧化钛、银、金、钌等等，主要用于抛光铝薄膜。与典型的金属材料化学机械抛光液相比，本发明使用特定的化学添加剂来明显地降低金属抛光缺陷水平，提高金属表面平坦化水平。典型的金属材料化学机械抛光液都具有较高的金属抛光速率，从而不利于金属表面的完好，而本发明的化学机械抛光液则可以显著地降低金属的抛光速率，并防止金属腐蚀，从而降低金属抛光缺陷水平及提高金属表面平坦化水平，以提高金属表面的质量，从而显著地提高晶圆产品的合格率。
本发明的化学机械抛光液不但可以抛光上述金属薄膜材料，而且还可以抛光有图案的晶片。在抛光有图案的晶片时，同时对晶片上的不同材料进行抛光，如由铝、铜或钽与二氧化硅组成的图案的晶片。
本发明的一个显著的特点是本发明的化学机械抛光液可以不含有氧化剂，而可以达到与典型的含有氧化剂的化学机械抛光液同样的抛光水平。在典型的用于抛光金属的化学机械抛光液中，氧化剂是一个不可缺少的组成成分，而氧化剂相对于化学机械抛光液中其它成分来说更不稳定，因此氧化剂的使用对化学机械抛光液的性能及寿命会造成一定的影响。当然，本发明的化学机械抛光液也还可以含有氧化剂，以进一步提高金属表面的抛光性能。
其中，所述的聚羧酸类化合物为聚丙烯酸类化合物和/或丙烯酸类化合物的共聚物，所述的盐为铵盐、钾盐或钠盐，其分子量在2,000～3,000,000之间。
所述的聚丙烯酸类化合物优选下列式I化合物，所述的丙烯酸类化合物的共聚物优选苯乙烯、顺丁烯二酸酐或丙烯酸酯与丙烯酸类化合物的共聚物 式I其中，R1、R2独立地为氢原子或碳原子数小于3的烷基。
该聚丙烯酸类化合物较佳地为聚丙烯酸，即上述式I中的R1、R2独立地为氢原子；该丙烯酸类化合物的共聚物较佳地为丙烯酸酯丙烯酸共聚物；它们的分子量优选在2,000～1,000,000之间，该聚丙烯酸的分子量更优选30,000。
该研磨颗粒可以为现有技术中的任何研磨颗粒，较佳地为二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、二氧化钛和/或高分子研磨颗粒。
该载体较佳地为无机载体，如水；也可以为无机载体和有机载体的混合物，如水和丙三醇的混合物。
在本发明的化学机械抛光液中，该研磨颗粒的浓度为1～20重量％、化学添加剂的浓度为0.001～10重量％、载体为余量。
本发明的化学机械抛光液还较佳地包括抑制剂。
所述的抑制剂的浓度较佳地为0.001～5重量％，所述的抑制剂为苯并三唑、咪唑和/或吡唑，优选苯并三唑。
本发明的含有抑制剂的化学机械抛光液，还可以包括一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐。
所述的一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐的浓度优选0.1～10重量％，更优选0.3～1.0重量％。
所述的一元羧酸较佳为乙酸，所述的二元羧酸较佳为草酸、丁二酸和/或酒石酸。所述的多元羧酸较佳为柠檬酸、环己二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸和/或丹宁酸，所述的盐较佳为铵盐、钾盐和/或钠盐。
本发明的不含有抑制剂的化学机械抛光液，也还可以包括一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐。
所述的一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐的浓度优选0.1～10重量％，更优选0.3～1.0重量％。
所述的一元羧酸较佳地为乙酸，所述的二元羧酸较佳地为草酸、丁二酸和/或酒石酸，所述的多元羧酸较佳地为柠檬酸、环己二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸和/或丹宁酸，所述的盐为铵盐、钾盐和/或钠盐。
本发明的化学机械抛光液较佳地还包括氧化剂。该氧化剂可为现有技术中的任何氧化剂，较佳地为过氧化氢、硝酸铁、有机过氧化物和/或无机过氧化物。
本发明的化学机械抛光液较佳地还包括表面活性剂和/或络合剂。
该表面活性剂较佳地为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、聚氧乙烯烷基胺和/或烷基醇酰胺。
该络合剂较佳地为含磷酸基、羟胺基、胺盐和/或胺基的化合物。
本发明的化学机械抛光液还可以包括分散剂、催化剂和pH调节剂中的一种或几种。
本发明的另一目的是提供本发明的化学机械抛光液在抛光金属中的用途，所述的金属为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛、银或金，优选抛光铝。
本发明的积极进步效果在于本发明的化学机械抛光液可以明显降低缺陷率，提高金属表面平坦化水平，显著地降低金属的抛光速率，优化了电介质的抛光速率，扩大工艺参数窗口。
图1A为不含PAA化学机械抛光液抛光后，晶片表面腐蚀的显微镜暗场图，其中，图中的黑底为金属铝，白色为腐蚀；图1B为本发明的含PAA的化学机械抛光液抛光后，晶片表面腐蚀的显微镜暗场图；
图2A为不含PAA化学机械抛光液抛光后，晶片表面残留颗粒的显微镜暗场图，图中的黑底为金属铝，白圆点为残留颗粒；图2B为本发明的含PAA的化学机械抛光液抛光后，晶片表面残留颗粒的显微镜暗场图；图3A为不含PAA化学机械抛光液抛光后，晶片表面点蚀的显微镜明场图，其中图中的黑点为点蚀；图3B为本发明的含有PAA的化学机械抛光液抛光后，晶片表面点蚀的显微镜明场图；图4A为使用本发明的含有PAA的化学机械抛光液抛光前，晶片表面粗糙度的原子力显微镜图；图4B为使用本发明的含PAA的化学机械抛光液抛光后，晶片表面粗糙度的原子力显微镜图。
具体实施例方式
实施例1化学机械抛光液120.0wt％二氧化硅颗粒、10.0wt％PAA(分子量为2000)和余量为水，pH为7.7。
实施例2化学机械抛光液220.0wt％二氧化硅颗粒、10.0wt％丙烯酸酯丙烯酸共聚物(分子量为2,000)和余量为水，pH为7.7。
实施例3化学机械抛光液320.0wt％的二氧化硅颗粒、10.0wt％PAA(分子量为2,000)、10.0wt％丁二酸和余量为水，pH为7.7。
实施例4化学机械抛光液420.0wt％的二氧化硅颗粒、10.0wt％PAA(分子量为2,000)、5.0wt％BTA和余量为水，pH为7.7。
实施例5
化学机械抛光液55.0wt％的二氧化硅颗粒、0.1wt％PAA(分子量为30,000)、0.1wt％BTA、0.5wt％丁二酸和余量为水，pH为4.25。
实施例6化学机械抛光液63wt％的二氧化硅颗粒、0.006wt％聚丙烯酸(简称为PAA)的铵盐(分子量为30,000)和余量为水，pH为3。
实施例7化学机械抛光液73wt％的二氧化硅颗粒、0.006wt％PAA铵盐(分子量为30,000)、0.1wt％BTA(苯并三唑)和余量为水，pH为3。
实施例8化学机械抛光液83wt％的二氧化硅颗粒、0.004wt％PAA铵盐(分子量为30,000)，0.1wt％BTA、0.5wt％二乙三胺五乙酸和余量为水，pH为3。
实施例9化学机械抛光液96wt％二氧化硅颗粒、0.12wt％PAA铵盐(分子量为30,000)、0.05wt％BTA和余量为水，pH为3。
实施例10化学机械抛光液106wt％二氧化硅颗粒、0.200wt％PAA铵盐(分子量为30,000)、0.001wt％BTA和余量为水，pH为3。
实施例11化学机械抛光液111wt％二氧化硅颗粒、0.001wt％PAA(分子量为3,000,000)和余量为水，pH为3。
实施例12化学机械抛光液121wt％二氧化硅颗粒、0.001wt％丙烯酸酯丙烯酸共聚物(分子量为3,000,000)和余量为水，pH为3。
实施例13化学机械抛光液131wt％二氧化硅颗粒、0.001wt％PAA(分子量为3,000,000)、0.1wt％丁二酸和余量为水，pH为3。
实施例14
化学机械抛光液141wt％二氧化硅颗粒、0.001wt％PAA(分子量为3,000,000)、0.1wt％BTA和余量为水，pH为3。
实施例15化学机械抛光液155.0wt％二氧化硅颗粒、0.1wt％PAA(分子量为30,000)、0.1wt.％BTA、0.5wt％丁二酸、0.5wt％H2O2和余量为水，pH为4.25。
对比实施例1对比化学机械抛光液1′3wt％二氧化硅颗粒、余量为水，pH为3。
效果实施例1检测上述化学机械抛光液1′、1、5～9、15对抛光速率的影响，将它们抛光铝薄膜，抛光时的工艺参数为下压力2psi、抛光盘(300mm直径)的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。实验结果见表1。
表1
实验结果表明本发明化学机械抛光液均将铝的抛光速率降到400A/min以下。
效果实施例2检测上述化学机械抛光液1′、1～14对去除腐蚀的影响，将它们抛光晶片上的铝薄膜表面，抛光时的工艺参数为下压力2psi、抛光盘(300mm直径)的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min，实验结果见图1A和1B。图1A为对比化学机械抛光液1′的结果；图1B为上述化学机械抛光液6的结果。
实验结果表明使用本发明的化学机械抛光液可以显著地除去铝晶片表面的腐蚀。使用本发明的含PAA的化学机械抛光液抛光后的铝晶片表面没有腐蚀(见图1B)，而使用不含有PAA的对比化学机械抛光液1′的铝晶片表面有大量的腐蚀(见图1A)。化学机械抛光液1～5、7～14的结果与化学机械抛光液6相同，在此不一一赘述。
效果实施例3检测上述化学机械抛光液1′、1～7、9～11、15对去除残留颗粒的影响，将它们用于抛光晶片上的铝薄膜表面，抛光时的工艺参数为下压力2psi、抛光盘(300mm直径)的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。抛光后，化学机械抛光液在铝膜上保持30分钟，然后用去离子水及PVA滚筒刷洗铝薄膜表面。实验结果见图2A和2B。图2A为对比化学机械抛光液1′的结果；图2B为上述化学机械抛光液6的结果。
实验结果表明使用本发明的化学机械抛光液可以显著地除去铝晶片表面边缘的残留颗粒。使用本发明的含PAA的化学机械抛光液抛光后的铝晶片表面边缘没有残留颗粒(见图2B)，而使用不含有PAA的对比化学机械抛光液1′的铝晶片表面边缘有大量的残留颗粒(见图2A)。化学机械抛光液1～5、7、9～11、15的结果与化学机械抛光液6相同，在此不一一赘述。
效果实施例4检测上述化学机械抛光液1′、1～14对去除点蚀的影响，将它们用于抛光晶片上的铝薄膜表面，抛光时的工艺参数为下压力2psi、抛光盘(300mm直径)的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。实验结果见图3A和3B，图3A为对比化学机械抛光液1′的结果；图3B为上述化学机械抛光液6的结果。
实验结果表明本发明的化学机械抛光液可以去除晶片表面的点蚀。使用本发明的含PAA的化学机械抛光液抛光后的铝晶片表面没有点蚀(见图3B)，而使用不含有PAA的对比化学机械抛光液1′的铝晶片表面有大量的点蚀(见图3A)。化学机械抛光液1～5、7～14的结果与化学机械抛光液6相同，在此不一一赘述。
效果实施例5检测上述化学机械抛光液5～11对铝表面的粗糙度的影响。将它们用于抛光晶片上的铝薄膜表面，抛光时的工艺参数为下压力2psi、抛光盘(300mm直径)的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。实验结果见图4A和图4B。
实验结果表明本发明的化学机械抛光液可以显著地降低晶片表面的粗糙度。使用本发明的化学机械抛光液抛光之前的铝晶片表面的Rms(粗糙度)为18.7A，而使用本发明的含PAA的化学机械抛光液6抛光后的铝晶片表面的Rms(粗糙度)降低至1.86A，降低了10倍多，效果非常显著。化学机械抛光液5、7～11的结果与化学机械抛光液6相同，在此不一一赘述。
效果实施例6将上述化学机械抛光液5～9分别用于抛光由铝和二氧化硅组成图案的晶片。抛光时的工艺参数为下压力2psi、抛光盘(300mm直径)的转速100rpm、抛光头转速105rpm、抛光浆料流速200ml/min。铝和二氧化硅的抛光速率见表2。
表2
结果表明本发明的化学机械抛光液不但可以抛光金属晶片，而且还可以抛光含有图案的晶片。
权利要求
1.一种化学机械抛光液，包括至少一种研磨颗粒、一种化学添加剂和一种载体，其特征在于该化学添加剂为聚羧酸类化合物和/或其盐。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的聚羧酸类化合物为聚丙烯酸类化合物和/或丙烯酸类化合物的共聚物，所述的盐为铵盐、钾盐或钠盐，其分子量在2,000～3,000,000之间。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于该聚丙烯酸类化合物为聚丙烯酸，该丙烯酸类化合物的共聚物为丙烯酸酯丙烯酸共聚物，其分子量在2,000～1,000,000之间。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于该聚丙烯酸的分子量为30,000。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于该载体为水。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于该载体为水和丙三醇。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于研磨颗粒的浓度为1～20重量％、化学添加剂的浓度为0.001～10重量％、载体为余量。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于还包括抑制剂。
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的抑制剂的浓度为0.001～5重量％。
10.根据权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的抑制剂为苯并三唑、咪唑和/或吡唑。
11.根据权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于还包括一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐。
12.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐的浓度为0.1～10重量％。
13.根据权利要求12所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐的浓度为0.3～1.0重量％。
14.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的一元羧酸为乙酸，所述的二元羧酸为草酸、丁二酸和/或酒石酸，所述的多元羧酸为柠檬酸、环己二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸和/或丹宁酸，所述的盐为铵盐、钾盐和/或钠盐。
15.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于还包括一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐。
16.根据权利要求15所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐的浓度为0.1～10重量％。
17.根据权利要求16所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸和/或其盐的浓度为0.3～1.0重量％。
18.根据权利要求15所述的化学机械抛光液，其特征在于所述的一元羧酸为乙酸，所述的二元羧酸为草酸、丁二酸和/或酒石酸，所述的多元羧酸为柠檬酸、环己二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸和/或丹宁酸，所述的盐为铵盐、钾盐和/或钠盐。
19.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于还包括氧化剂。
20.如权利要求1所述的化学机械抛光液在抛光金属中的用途，其特征在于所述的金属为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛、银或金。
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光液，包括至少一种研磨颗粒、一种化学添加剂和一种载体；其中，该化学添加剂为聚羧酸类化合物和/或其盐。本发明可以明显降低缺陷率，提高金属表面平坦化水平，显著降低金属的抛光速率，优化电介质的抛光速率，扩大工艺参数窗口。
文档编号B24B9/02GK1900146SQ200510027990
公开日2007年1月24日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者杨春晓, 俞昌, 肖正龙, 荆建芬 申请人:安集微电子(上海)有限公司