化学机械抛光液及其用途

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和一种载体；其中，还包括至少一种金属腐蚀抑制剂；本发明还公开了本发明的化学机械抛光液在抛光金属中的用途。本发明的化学机械抛光液可大大降低金属表面缺陷，并可降低金属的除去速率，显著提高金属表面质量。

权利要求

1.一种化学机械抛光液，包括至少一种研磨颗粒和一种载体，其特征在于：还包括至少一种金属腐蚀抑制剂和络合剂，其中所述金属腐蚀抑制剂为铬酸盐、高锰酸盐、硅酸盐、钨酸盐和/或杂多酸盐，所述络合剂为琥珀酸、草酸、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，其中研磨颗粒的质量浓度为1～10％、金属腐蚀抑制剂的质量浓度为0.01～10％、所述的络合剂的质量浓度为0.01～10％，载体为余量。

2.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。

3.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多元醇。

4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于还包括成膜剂、氧化剂和pH调节剂中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光液在抛光金属或金属化合物中的用途，其特征在于所述的金属或金属化合物为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛、银或金。

说明书

化学机械抛光液及其用途

技术领域

[0001] 本发明涉及一种化学机械抛光液及其用途。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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合适的抛光浆料的来改变抛光性能。

[0004] 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。如现有技术中的专利US5209816、US6039891、US5897375、US6749488和US6520840。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决现有技术中的腐蚀和缺陷问题，从而提高金属表面质量。

[0006] 本发明的目的是提供一种化学机械抛光液。

[0007] 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和一种载体；其中，还包括至少一种金属腐蚀抑制剂。所述的金属腐蚀抑制剂可以与金属表面发生反应，反应产物覆盖在金属表面上形成一层保护膜，在酸性环境下该保护膜可以阻止金属表面发生腐蚀和点蚀。因此，所述的金属腐蚀抑制剂可以降低金属除去速率，降低缺陷率，改善表面质量。

[0008] 本发明的化学机械抛光液不含有氧化剂，而典型的用于抛光金属的化学机械抛光液中均含有氧化剂。但是本发明的不含有氧化剂的化学机械抛光液的抛光性能也能达到典型的含有氧化剂的化学机械抛光液的抛光性能。当然，本发明的化学机械抛光液也可以含有氧化剂，如用于对除铝之外的其它金属，如铜的抛光速率的调节。

[0009] 其中，该金属腐蚀抑制剂较佳地为无机酸盐，该无机酸盐可为氧化性和/或非氧化性的无机酸盐，该无机酸盐优选钼酸盐、铬酸盐、高锰酸盐、硅酸盐、钨酸盐和/或杂多酸盐，更优选钼酸盐，所述的钼酸盐较佳为钼酸铵。所述的金属腐蚀抑制剂都可以在金属表面形成一层保护膜。

[0010] 该研磨颗粒可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/或高分子聚合物研磨颗粒。

[0011] 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，如水和多元醇的混合物，所述的多元醇较佳地为丙三醇。

[0012] 本发明的化学机械抛光液中的研磨颗粒的质量浓度较佳地为1～10％、金属腐蚀抑制剂的质量浓度较佳地为0.01～10％、载体为余量。

[0013] 本发明的化学机械抛光液较佳地包括成膜剂、氧化剂、络合剂和pH调节剂中的一种或几种，也还可以包括表面活性剂，以进一步提高抛光后的衬底的表面质量。

[0014] 在本发明的化学机械抛光液中，所述的络合剂的质量浓度较佳地为0.01～10％、氧化剂的质量浓度较佳地为0～10％、表面活性剂的质量浓度较佳地为0.001～10％。

[0015] 所述的成膜剂为苯并三唑、吡唑和/或咪唑，优选苯并三唑。

[0016] 该络合剂较佳地为含羟基、羧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基、羟胺基、胺盐和/或胺基的化合物，更佳地为琥珀酸、草酸、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。

[0017] 所述的pH调节剂较佳地为氢氧化钾、氢氧化氨、硫酸或硝酸。

[0018] 该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。

[0019] 该表面活性剂优选阳离子、阴离子、非离子表面活性剂和/或高分子表面活性剂，更优选脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、聚氧乙烯烷基胺和/或烷基醇酰胺。

[0020] 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，其中，所述的金属为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛、银或金等等，优选铝。

[0021] 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抑制金属的点蚀和腐蚀，降低金属除去速率，改善金属表面质量。

附图说明

[0022] 图1A为经本发明的化学机械抛光液抛光后，铝金属表面点蚀的光学显微镜明场图；

[0023] 图1B为未添加金属腐蚀抑制剂的化学机械抛光液抛光后，铝金属表面点蚀的光学显微镜明场图，其中，图中的黑点为点蚀。

具体实施方式

[0024] 下面给出本发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但并不限制本发明。

[0025] 实施例1

[0026] 化学机械抛光液1：5wt％二氧化硅颗粒、0.1wt％苯并三唑、0.5wt％琥珀酸、0.01wt％钼酸铵和其它为水，pH为4.25。

[0027] 实施例2

[0028] 化学机械抛光液2：5wt％二氧化硅颗粒、0.1wt％苯并三唑、0.5wt％琥珀酸、0.1wt％钼酸铵、其它为水，pH为4.25。

[0029] 实施例3

[0030] 化学机械抛光液3：5wt％二氧化硅颗粒、0.5wt％琥珀酸、0.5wt％钼酸胺铵、其它为水，pH为4.25。

[0031] 实施例4

[0032] 化学机械抛光液4：1wt％二氧化铈颗粒、10wt％高锰酸钾、10wt％过氧化氢、0.001wt％聚乙烯醇、10wt％琥珀酸、5wt％丙三醇、水为余量，pH为3。

[0033] 实施例5

[0034] 化学机械抛光液5：10wt％氧化铝颗粒、1wt％硅酸钠、1wt％的硝酸铁、10wt％的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.1wt％乙二胺四乙酸、水为余量，pH为5。

[0035] 实施例6

[0036] 化学机械抛光液6：2wt％二氧化钛颗粒、5wt％铬酸钾、0.5wt％过氧化氢、0.05wt％的烷基醇酰胺、0.5wt％的柠檬酸、10wt％丙三醇、水为余量，pH为6。

[0037] 实施例7

[0038] 化学机械抛光液7：5wt％二氧化硅颗粒、1wt％钼酸铵、水为余量，pH为7。

[0039] 实施例8

[0040] 化学机械抛光液8：5wt％二氧化硅颗粒、0.1wt％苯并三唑、0.5％乙二胺四乙酸、0.1wt％钼酸铵、1wt％过氧化氢、其它为水，pH为3。

[0041] 对比实施例1

[0042] 化学机械抛光液1′：5wt％二氧化硅颗粒、0.1wt％苯并三唑、0.5wt％琥珀酸和其它为水，pH为4.25。

[0043] 效果实施例1

[0044] 将上述化学机械抛光液1′、1～3用于抛光晶片上的金属铝薄膜。抛光时的参数为：下压力2psi、抛光盘的转速102rpm、抛光头转速110rpm、抛光浆料流速100ml/min。实验结果见表1。

[0045] 表1

[0046] 结果表明：本发明的含有金属腐蚀抑制剂的化学机械抛光液可以降低铝的除去速率，均低于200A/min；抛光后的金属表面无缺陷，从而大大提高了金属表面质量。

[0047] 效果实施例2

[0048] 将上述化学机械抛光液1′和1用于抛光晶片上的金属铝薄膜。抛光时的参数为下压力：2psi、抛光盘的转速：102rpm、抛光头转速：110rpm、抛光浆料流速：100ml/min。实验结果见图1A和图1B。

[0049] 实验结果表明：使用本发明的含有金属腐蚀抑制剂的化学机械抛光液抛光后的铝金属表面没有点蚀(图1A)，而使用不含有金属腐蚀抑制剂的化学机械抛光液抛光后的铝金属表面有大量的点蚀(图1B)。所以，使用本发明的含有金属腐蚀抑制剂的化学机械抛光液可以大大提高铝金属表面质量。

[0050] 效果实施例3

[0051] 将上述化学机械抛光液1′、1～3分别抛光由铝和二氧化硅组成的图案的晶片。抛光时的参数为：下压力2psi、抛光盘的转速102rpm、抛光头转速110rpm、抛光浆料流速
100ml/min。实验结果见表2。

[0052] 表2

[0053] 实验结果表明：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，如铝、铜或钽与二氧化硅组成的图案的晶片。

[0054] 效果实施例4

[0055] 将上述化学机械抛光液8进行抛光晶片上铜薄膜。抛光时的参数为下压力：2psi、抛光盘的转速：102rpm、抛光头转速：110rpm、抛光浆料流速：100ml/min。

[0056] 以上实施例中所用到的原料国内均有销售。