专利名称：超大规模集成电路铝布线抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别是涉及一种用于超大规模集成电路铝布线的抛光液。
背景技术：
在ULSI多层铝布线的化学机械抛光中，全局和局部平整度十分重要。随着衬底尺寸由Φ200mm向Φ300mm发展，抛光后的表面平整度、粗糙度对抛光后铝线表面状态的的影响越来越大。表面平整度、粗糙度直接影响到铝的下一层布线，影响电路的击穿特性、界面态和少子寿命，直接关系到IC器件的性能质量和成品率。
特征尺寸在0.13μm以上集成电路，铝CMP工艺是多层布线工艺中非常重要的一个环节，必须对介层洞外残留的铝进行CMP，达到全局平面化要求，这样才能继续在上面布线，如果铝CMP的技术不能达到要求的话，就会导致导线断裂。
铝抛光液依成分、pH值等条件的不同各有优缺点。由于酸性浆料可溶性较好、酸性范围内氧化剂较多、抛光速率快，最先发展的是酸性浆料，如氧化剂Fe(NO3)3，H2O2和KIO3。pH值一般低于4，由于抛光设备都是金属材料制成，所以酸性抛光液对抛光设备腐蚀很严重，降低了使用寿命，而且会引起金属离子沾污，影响器件的性能；此外，酸性抛光液通常使用的是Al2O3磨料，它的粘度大，抛光后产物会粘在器件表面，导致后清洗困难，而且Al2O3硬度大，易产生划伤，抛光后表面状态不理想。
目前，由于酸性浆料可溶性好、酸性范围内氧化剂多、抛光速率快，国际上的浆料绝大部分为酸性，例如，国外飞利浦研究室Prof.Holstlaaan教授在2000年提出了pH值在9-13范围内，铝表面会被钝化，而且会产生严重的划痕；在pH值5-9下铝的表面会被抛光成一个准平镜面，但是仍有很高密度的划痕；但在pH值小于5的时候，铝表面光洁度非常高，且划痕的密度会大大降低，同时，伴随着pH值的下降，铝的去除率增加了。
但是，酸性抛光液存在着很多问题第一，酸性浆料腐蚀性大，对抛光设备要求高；第二，虽其腐蚀速率很大但选择性不高。国际上解决此问题是在浆料中加入抗蚀剂BTA来提高选择性，但又不能同时保证高速率；第三，BTA的加入降低了浆料的稳定性，需再加入稳定剂或分散剂。这样大大加大了浆料的复杂性，造成了生产的不便和成本的提高；第四，氧化剂主要选HNO3、K3Fe(CN)6，其它还有H2SO4、AgNO3等。助氧化剂为HOCl、H2O2、KOCl、KMnO4中的一种或两种。这样就引入了离子沾污，如K+、Fe2+、Fe3+等；且一些氧化剂带颜色，如KMnO4、Fe3+，这也不利于抛光后清洗；第四，酸性浆料化学腐蚀作用强，边沿效应突出，塌边严重；最后最重要的是，酸性浆料会有金属离子存在，造成金属离子沾污。
发明内容
本发明是为了解决现有铝布线化学机械抛光过程中存在的酸性浆料腐蚀性大，选择性低，低速率，成本高，金属离子沾污，难清洗等问题而公开一种化学作用强、去除速率快、无污染、无划伤、易清洗且成本低的超大规模集成电路多层铝布线碱性抛光液。
要实现高速率、低成本、低粗糙度，除设备、抛光布和工艺的硬件外，最关键的是抛光液。本发明采用的机理为碱性条件下强络合、强化学作用的方法，在压力一致的情况下，表面各处化学反应和研磨速率一致性好，同时选用高浓度小粒径(15-40nm)SiO2溶胶作为抛光液磨料，解决了Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端，加入醚醇类活性剂，加速铝线表面反应物和生成物的质量传递，现了高速率，低粗糙，低成本。
本发明超大规模集成电路铝布线抛光液，抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂1-10； 硅溶胶 10-90；表面活性剂0.5-5；氧化剂 0.5-5；去离子水 余量。
本发明所述抛光液的较佳配比的成分和重量％比组成如下
pH值调节剂4-8.5；硅溶胶50-85；表面活性剂1.5-4.5； 氧化剂1.5-4；去离子水 余量。
本发明所述硅溶胶是粒径15～40nm的SiO2溶胶，其浓度1％～50％。
本发明所述的碱性调节剂为胺碱；所述的胺碱是多羟多胺类有机碱，为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)。
本发明所述表面活性剂是非离子活性剂，为FA/O表面活性剂、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、0-20 (C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)，OS15的一种。
本发明所述氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，为过氧化氢或过氧酵磷酸钠。
因为酸性抛光液存在着上述问题，碱性浆料成为研究的重点。碱性浆料中一般包含络合剂、氧化剂、活性剂、pH调制剂及磨料。对于铝的CMP，使用碱性浆料有两大优点，一是铝是两性金属，经试验表明，在CMP条件下它可和有机胺碱快速反应，而有机碱是呈碱性的，可生成可溶性大分子偏铝酸胺，从而大大增加了铝离子在浆料中的溶解度，降低了被研磨掉物质的再沉积，提高了机械作用对CMP的有效作用。另外，反应生成大分子可溶性物质与主体作用力小，极容易被浆料带走，从而不产生金属离子沾污；另一个优点是选择纳米级的磨料硅溶胶在碱性条件不易凝胶，可很方便的实现高平整、低损伤层、事后易清洗等优点。
本发明具有如下有益效果和优点1.选用乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)有机碱作为抛光液pH调节剂，可起到缓冲剂的作用，磨料稳定剂的作用，又可使铝生成大分子产物且溶于水，使反应产物在小的机械作用下即可脱离加工表面，同时还能起到络合及螯合作用，实现反应剂一剂多用，降低成本。
2.选用表面活性剂，增加了高低选择比，大大降低了表面张力、减小了损伤层，增强纳米SiO2溶胶在强碱下的稳定性，提高质量传输速率，增强输运过程，达到高平整高光洁易清洗表面。
3.本发明的碱性抛光液，可对设备无腐蚀，起到钝化作用，硅溶胶稳定性好，解决了酸性抛光液污染重、易凝胶等诸多弊端；利用基片材料的两性性，pH值9以上时，易生成可溶性的化合物，从而易脱离表面。
4.选用纳米SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15～40nm)、浓度高(40％～50％)、硬度6～7(对基片损伤度小)、分散度好(易清洗)，可提高表面一致性，同时起到小搅拌器作用，能够达到高速率高平整低损伤抛光、污染小，解决了Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端。
5.在抛光过程中，本发明可以降低金属离子污染。
6.本发明配方制造成本价格较低，使用效果可以取代进口产品。
本发明中各组分的作用分别为pH调节剂，在本发明碱性抛光液中，碱的选择很重要。文献报道的抛光液中常使用NaOH、KOH等强碱作为pH值调制剂。但是，这有一个很大的问题，碱金属离子在抛光过程中会进入衬底或介质层中，从而引起器件的局部穿通效应、漏电流增大等效应，使芯片工作的可靠性降低、器件寿命减小；并且，假如使用硅溶胶作为磨料，强电解质铝离子会使硅溶胶凝胶，从而使抛光液报废。选择不含金属离子的有机碱就解决了这些问题。胺碱作为抛光液pH调节剂，可起到缓冲剂的作用，既可实现高pH值(pH＞13)磨料稳定存在，又可生成大分子产物且溶于水，使反应产物在小的机械作用下即可脱离加工表面，同时还能起到络合及螯合作用，实现反应剂一剂多用，降低成本。
本发明选用的纳米SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15～40nm)、浓度高(40％～50％)、硬度6～7(对基片损伤度小)、分散度好，能够达到高速率高平整低损伤抛光、污染小，解决了Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端；且流动性好、抛光后产物粘度小，后续清洗简单。
表面活性剂影响着抛光液的分散性、颗粒吸附后清洗难易程度以及金属离子沾污等问题。本发明选用的表面活性剂不仅可以提高质量传递速率，以提高平整度；而且能降低表面张力，提高凹凸选择比，降低粗糙度，减少损伤雾，还可以优先吸附，形成长期易清洗的物理吸附表面，以改善表面状态。又能起到渗透和润滑作用，从而有效的提高了交换速率，增强了输运过程，达到高平整高光洁表面。
氧化剂，抛光过程中可以将基板表面氧化成较软的氧化层，这样，在磨料的磨除作用下，能较容易的剥离下来，这样可以提高抛光速率。基板抛光液常用氧化剂有K3[Fe(CN)6]、Fe(NO3)3、KIO3和双氧水等。K3Fe(CN)6、Fe(NO3)3会引入Fe3+，KIO3会引入K+，形成离子沾污，影响器件性能，而且K3Fe(CN)6还有剧毒，这对应用于生产是非常不利的，并且会造成严重的环境污染。而本发明所用的氧化剂，它不含金属离子，不会引起金属离子沾污；而且反应产物无污染，易于清洗。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
本发明抛光液实施例1～实施例5的成分和重量％比组成如下
以实施例2来描述本发明的制备过程取粒径15～25nmSiO2溶胶2000g(浓度10％)，边搅拌边放入1600g去离子水，146gFA/O活性剂边搅拌边倒入上述液体。然后取154g乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，搅拌均匀后得4000g超大规模集成电路多层铝布线抛光液。
权利要求
1.一种超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂 1-10； 硅溶胶 10-90；表面活性剂 0.5-5； 氧化剂 0.5-5；去离子水余量。
2.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂 4-8.5；硅溶胶 50-85；表面活性剂 1.5-4.5； 氧化剂 1.5-4；去离子水余量。
3.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述硅溶胶是粒径15～40nm的SiO2溶胶，其浓度1％～50％。
4.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述的碱性调节剂为胺碱；所述的胺碱是多羟多胺类有机碱，为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)。
5.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述表面活性剂是非离子活性剂，为FA/O表面活性剂、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)，OS15的一种。
6.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，为过氧化氢或过氧酵磷酸钠。
全文摘要
本发明公开了一种化学作用强、去除速率快、无污染、无划伤、易清洗且成本低的超大规模集成电路多层铝布线碱性抛光液。抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂1－10、硅溶胶10－90、表面活性剂0.5－5、氧化剂0.5－5、去离子水为余量。本发明为碱性条件下强络合、强化学作用的方法，在压力一致的情况下，表面各处化学反应和研磨速率一致性好，同时选用高浓度小粒径SiO
文档编号H01L21/70GK1861726SQ20061001432
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者刘玉岭, 牛新环 申请人:河北工业大学