技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液

技术背景

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� �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揭示了一种用于 铝的抛光液， 其含有研磨颗粒、 磷酸和双氧水， 铝的去除速率较高。

确认本 发明概要 本发明的目的是提供一种降低金属的去除速率 ， 防止金属材料在酸性条 件下的整体和局部腐蚀， 减少缺陷， 提高表面质量的化学机械抛光液。 本发明揭示了一新的用于抛光金属层的化学机 械抛光液。这种抛光液可 以通过下列物质组合在一起而形成： 研磨颗粒、 络合剂及腐蚀抑制剂。 使用 本发明的浆料的可以降低金属的去除速率， 防止金属材料的整体和局部腐 蚀， 使缺陷明显下降， 提高表面质量。 详细说来， 本发明的具体方法是向抛光液中添加了腐蚀抑 制剂。 该腐蚀抑制剂是一种具有星型结构的聚合物表 面活性剂

所述的化学机械抛光液， 其特征在于： 所述的颜料亲和基团为羟基、 氨 基和羧基中的一种或多种。

形成所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的聚 合单体包括下列中的一 种或多种： 丙烯酸类单体、 丙烯酸酯类单体、 丙烯酰胺类单体和环氧乙垸。

所述的丙烯酸类单体为丙烯酸和 /或甲基丙烯酸；所述的丙烯酸酯类单体 为丙烯酸甲酯、 甲基丙烯酸甲酯、 丙烯酸乙酯、 甲基丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙 酯、 甲基丙烯酸丙酯、 丙烯酸丁酯、 甲基丙烯酸丁酯、 丙炼酸羟乙酯和甲基 丙烯酸羟乙酯中的一种或多种;所述的丙烯酰� �类单体为丙烯酰胺和 /或甲基 丙烯酰胺。

形成所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的单 体还包括其他乙烯基类 单体。

所述的其他乙烯基类单体为乙烯、 丙烯、 苯乙烯或对甲基苯乙烯。 所述的含颜料亲和基团的星型聚合物为聚丙烯 酸星型均聚物，苯乙烯与 丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物，对甲基苯乙 烯与环氧乙烷的二元星型共聚 物， 苯乙烯与环氧乙垸的二元星型共聚物， 甲基丙烯酸甲酯与环氧乙垸的二 元星型共聚物， 丙烯酸甲酯与丙烯酸羟乙酯的二元星型共聚物 ， 丙烯酸与丙 烯酸羟乙酯的二元星型共聚物， 以及丙烯酸、 丙烯酸丁酯和丙烯酰胺的三元 星型共聚物中的一种或多种。

所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的数均分 子量为 800-50000。 所述的含颜料亲和基团的星型聚合物的含量为 质量百分比 0.0001~5%。 所述的研磨颗粒为二氧化硅、 三氧化二铝、 惨杂铝的二氧化硅、 覆盖铝 的二氧化硅、 二氧化铈、 二氧化钛和高分子研磨颗粒中的一种或多种。 所述 的研磨颗粒的含量为质量百分比 0.1 ~20%。 所述的研磨颗粒的粒径为 20〜150nm。 所述络合剂为有机酸及其盐、 有机膦酸及其盐。

所述的有机酸为醋酸、 草酸、 柠檬酸、 酒石酸、 丙二酸、 丁二酸、 马来 酸、 苹果酸、 乳酸、 丹宁酸、 没食子酸和磺基水杨酸、 乙二胺四乙酸、 环己 垸四乙酸、 乙二胺二琥珀酸、 二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一 种或多种；所述的有机膦酸为 2-膦酸丁烷 -1， 2， 4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、 羟基乙叉二膦酸、 乙二胺四甲叉膦酸、 二乙烯三胺五甲叉膦酸、 多元醇膦酸 酯、 2-羟基膦酸基乙酸、 乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中 的一 种或多种。 所述的盐为铵盐、 钾盐和钠盐等。 所述络合剂的含量为质量百分 比 0.01〜10% ₀

本发明的化学机械抛光液还可以包含氧化剂。 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还可以包括表面活性 剂、 粘度调节剂、 pH调 节剂等。 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。

发明内容

下面用实施例来进一步说明本发明， 但本发明并不受其限制。

实施例 1~30

表 1给出了本发明的化学机械抛光液的实施例 1〜30， 按表中所给配方， 将所有组分混合均匀， 用水补足质量百分比至 100%。 用 KOH或 HN0 ₃ 调 节到所需要的 pH值。

表 1 实施例 1〜30

环己烷四乙

23 4 SiO ₂ (80nm) 1 0.001 星形聚丙烯酸， Mn=10000 5 二乙烯三胺 丙烯酸乙酯与丙烯酰胺的星

24 3 SiO ₂ (80nm) 1 五乙酸 0.0015 形共聚物， Mn=8000 4 对甲基苯乙烯与环氧乙垸的

25 3 SiO ₂ (50nm) 7 草酸 0.5 二元星型共聚物， Mn=6000 4

2-膦酸丁垸基 苯乙烯与环氧乙垸的二元星

26 6 SiO ₂ (50nm) 1 0.1 型共聚物， Mn=8000 4 掺 杂 铝 的 甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸的

27 6 SiO ₂ (20nm) 3 丹宁酸 0.005 星形共聚物， Mn=12000 5 聚甲基丙烯酸 甲基丙烯酸乙酯和丙烯酸的

28 5 甲酯 (150nm) 5 马来酸 0.015 星形共聚物， Mn=6000 5 聚 苯 乙 烯 三乙烯四胺 苯乙烯与环氧乙垸的二元星

29 20 (120nm) 5 0.002 型共聚物， Mn=10000 5 丙烯酸羟乙酯与丙烯酰胺的

2 草酸铰 0.8 星形共聚物， Mn=3000

30. 3 SiO ₂ (50nm) 氧化剂 1%双氧水 0.2 星形聚丙烯酸， Mn=3000 4

效果实施例

表 2给出了对比抛光液 1和本发明的抛光液， 按表中所给配方， 用水补 足质量百分比至 100%，用 KOH或 HN0 ₃ 调节到所需要的 pH值。混合均匀 即可。

对比抛光液 1和抛光液

研磨颗粒 络合剂 星型聚合物 抛光液 具体物 pH

'含量 wt% 含量 t% 含量

具体物质 具体物质

质 wt%

Si0 ₂

对比1 2 0.5 草酸 \ 3

(70nm)

甲基丙烯酸丁酯、

Si0 ₂ 丙烯酸羟乙酯和苯

31 2 0.5 草酸 0.01 3

( 70nm) 乙烯的三元星形共

聚物， Mn=3000

甲基丙烯酸丁酯、

Si0 ₂ 丙烯酸羟乙酯和苯

32 2 0.5 草酸 0.1 3 .

(70nm) 乙烯的三元星形共

聚物， Mn=3000 甲基丙烯酸丁酯、

Si0 ₂ 丙烯酸羟乙酯和苯

33 2 0.5 草酸 0.5 3

( 70nm) 乙烯的三元星形共

聚物， Mn=3000

丙烯酸羟乙酯、 丙

Si0 ₂ 乙二胺

34 2 0.5 烯酸的

四甲叉 0.005 烯酰胺和丙 3 ( 70nm) 三元星形共聚物

膦酸

Mn=5000

Si0 ₂ 丙烯酸乙酯与丙烯

35 2 0.5 马来酸 0.05 酰胺的星形共聚物 4

(70nm)

Mn=5000

苯乙烯与丙烯酸羟

Si0 ₂ 0.1 乙酯的二元星形共

乙二胺

36 2 0.5 聚物 Mn=6000 4

(70nm) 四乙酸

0.001 星形聚丙烯酸

Mn=3000

采用对比抛光液 1和本发明的抛光液 31〜36对空片铝晶片进行抛光， 去赊速率见表 3。将铝晶片在抛光液中浸泡 30分钟，测得铝的静态腐蚀速率 见表.3

：抛光材料： 空片铝晶片； 抛光条件： 下压力 3Psi， 抛光盘及抛光头转速 70/80rpm,抛光垫 PPG MX710,抛光液流速 100ml/min，抛光机台为 Logitech PM5 Polisher

表 3对比抛光液 1和抛光液 3ί〜36对金属铝的去除速率

和铝的静态腐蚀速率

抛光液 铝的去除速率 （A/min ) 铝的静态腐蚀速率 （A/min) 对比 1 1242 3. 76

31 549 1. 65

32 151 0. 68

33 67 0

34 780 1. 97

35 413 1. 20

36 249 0. 73 由表可见， 使用本发明的抛光液， 可大大降低铝的去除速率， 同时铝 的静态腐蚀速率也降低， 能有效的抑制腐蚀。