一種含有混合磨料的低介電材料拋光液的制作方法

文檔序號：3777609閱讀：199來源：國知局

專利名稱：一種含有混合磨料的低介電材料拋光液的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光液，尤其涉及一種含有混合磨料的低介電材料拋光液。
背景技術：
在集成電路制造中，互連技術的標準在提高，一層上面又沉積一層，使得在襯底表面形成了不規則的形貌。現有技術中使用的一種平坦化方法就是化學機械拋光(CMP)， CMP工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊去拋光一集成電路表面。在典型的化學機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液(通常稱為拋光液或拋光漿料)涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發生化學反應開始進行拋光過程。在絕大多數CMP拋光液中，往往采用各種無機或有機顆粒作為磨料，例如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鋯、氧化鈰、氧化鐵、聚合物顆粒和/或他們的混合物等。由于這些無機或有機顆粒具有不同的粒徑、硬度、表面化學基團等特性，對各種拋光基材往往表現出不同的拋光性能，尤其在對基材的拋光速率和選擇比上會有很大的差異。因此，在一些CMP拋光液中會采用兩種或兩種以上的磨料，以
改善各種基材的拋光速率和調節他們的選擇比。比如US6, 896, 590公開的拋光液主要為兩種不同粒徑的粒子的混合磨料體系，用以調整和控制金屬、阻擋層和二氧化硅的拋光速率與選擇比第一種粒子的粒徑為5_50nm;另一種粒子的粒徑為50-100nm。 US6， 896， 591公開的含有三種磨料體系，主要用于拋光磷化鎳基材(1)高硬度的a-氧化鋁顆粒(2 )氣相氧化鋁顆粒和(3 ) 二氧化硅顆粒。而US6， 924， 227 公開的采用兩種不同粒徑的二氧化硅磨料體系，來拋光Cu和阻擋層 Ta或TaN，并改善拋光過程中的腐蝕和刮傷等缺陷。這兩種不同粒徑的二氧化硅磨料體系為(1)第一種二氧化硅的粒徑為5-30nm; (2) 第二種二氧化硅的初始粒徑小于5nm。在上述拋光液的體系基礎上，還可以加入第三種顆粒以形成新的阻擋層拋光液，該第三種顆粒為氧化鋁顆粒。發明內容本發明的目的提供一種含有混合磨料的低介電材料拋光液，并應用于同時含有金屬、CDO和TEOS結構的集成電路中。本發明的上述目的通過下列技術方案來實現本發明的拋光液包括兩種或兩種以上的拋光磨料，其中一種磨料為摻鋁二氧化硅，第二種磨料包括二氧化硅、氧化鋁、鋁包裹二氧化硅和/或鋯包裹二氧化娃。發明中所述的第二種磨料為二氧化硅。所述的摻鋁二氧化硅磨料的質量百分比濃度較佳地為0.5 所述的摻鋁二氧化硅溶膠磨料的粒徑較佳地是5 500nm;更佳地是10 100nm。發明中所述的第二種磨料的質量百分比濃度較佳地為0.5 15%。所述的第二種磨料的粒徑較佳地是10 100nm。所述的拋光液的pH值較佳地為2 12。本發明所述的拋光液還包括阻蝕劑、氧化劑、速率增助劑或表面活性劑一種或多種。其中所述的阻蝕劑較佳地是苯并三唑。所述的氧化劑較佳地是過氧化氫。所述的速率增助劑較佳地是有機羧酸、有機羧酸鹽、氨基酸或有機磷酸中的一種或多種；所述的速率增助劑更佳地是草酸、酒石酸、丁二酸、正丁胺、酒石酸銨、五硼酸銨、甘氨酸或乙二胺四甲叉磷酸中的一種或多種。所述的表面活性劑包括陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性和兩性離子表面活性劑；較佳地是聚丙烯酰胺、右旋糖苷、聚丙烯酸、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸鈉、十二垸基三甲基溴化銨或四丁基氫氧化銨中的一種或多種。本發明所述的拋光液用于拋光包含金屬、阻擋層、二氧化硅和低介電材料結構的集成電路。本發明的積極進步效果在于本發明的拋光液可以較好地調整低介電材料氧化硅(BD)與TEOS的拋光速率的同時，防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，提高產品良率。而且能應用在同時含有金屬、摻碳二氧化硅(CDO)和二氧化硅(TEOS)結構的集成電路中。

圖1為摻鋁二氧化硅及其混合磨料體系的拋光速率圖；圖2為摻鋁二氧化硅的粒徑對低介電材料的拋光速率影響圖；圖3為混合磨料的粒徑對低介電材料的拋光速率影響圖；圖4為不同用量的混合磨料的拋光速率圖；圖5為不同用量的混合磨料的拋光速率圖；圖6為不同用量的混合磨料的拋光速率圖；圖7為本發明的拋光液的pH值對低介電材料的拋光速率影響圖；圖8為本發明的拋光液的混合磨料與速率增助劑的組合性能影響圖；圖9為本發明的拋光液的混合磨料與表面活性劑的組合性能影響圖。圖10為本發明拋光液的拋光材料結構示意圖具體實施方式
實施例1拋光液1:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，氧化鋁包裹二氧化硅 (20nm) 5%，酒石酸0.2%, BTAO.2%,冊2 0.3%, pH=3;拋光液2:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，氧化鋯包裹二氧化硅 (20nm) 5%，酒石酸0.2%, BTA0.2%， H2O20.3%, pH=2;
拋光液3:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%， BTAO.2%, H2O2 0.3%, pH=3;拋光液4:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，氣相氧化鋁(初始粒徑 15證)5%，酒石酸0.2%, BTAO.2%, H2O2 0.3%， pH=3。拋光材料BD材料；拋光條件1.5psi，拋光盤轉速70rpm，拋光墊Polit改，拋光液流速100ml/min, Logitech PM5 Polisher。結果如圖1所示本發明采用摻鋁二氧化硅與不同的輔助磨料組成混合磨料體系后，其拋光液可以較好地調節和控制低介電材料的拋光速率以及選擇比。實施例2拋光液5 (1):摻鋁二氧化硅(20nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2°/。， BTAO.2%, H2O2 0.3%, pH=3;拋光液5 (2):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%,BTA0.2%，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液5 (3):摻鋁二氧化硅(80nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTAO.2%, H2O2 0.3%, pH=3。拋光液6 (1):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(20nm) 5%，酒石酸0.2%,BTA0.2%，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液6 (2):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%,BTA0.2%，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液6 (3):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(120nm) 5%，酒石酸0.2%，BTA0.2%，H2O2 0.3%,pH=3。拋光材料BD材料；拋光條件1.5psi，拋光盤轉速70rpm，拋光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
結果如圖2、圖3所示20 80nm的摻鋁二氧化硅磨料和20 140nm的二氧化硅磨料都適合于本發明，而且隨著摻鋁二氧化硅磨料粒徑的增大，拋光速率上升，因此大于80nm的摻鋁二氧化硅磨料也適合于本發明。但是隨著二氧化硅磨料粒徑的增大，TEOS反而下降，因此大于120nm的二氧化硅磨料粒徑不適合本發明。實施例3拋光液7(1):摻鋁二氧化硅(45nm) 0.5%，二氧化硅(100nm) 7%，酒石酸0.2%,BTA0.2%，H2O2 0.3%,pH=3;拋光液7 (2):摻鋁二氧化硅(45nm) 7%，二氧化硅(100nm) 7%，酒石酸0.2%,BTA0.2%,H2O2 0.3%,pH=3;拋光液7 (3):摻鋁二氧化硅(80nm) 15%，二氧化硅(100nm) 7%，酒石酸0.2%，BTA0.2%，H2O2 0.3°/。，pH=3。拋光液8 (1):摻鋁二氧化硅(45nm) 7%，二氧化硅(70nm) 0.5%，酒石酸0.2%，BTA0.2°/。，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液8 (2):摻鋁二氧化硅(45nm) 7%，二氧化硅(100nm) 7%，酒石酸0.2%,BTA0.2%，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液8 (3):摻鋁二氧化硅(80nm) 7%，二氧化硅(100nm) 15%，酒石酸0.2°/。，BTA0.2°/。，H2O2 0.3%,pH=3。拋光液8 (4):摻鋁二氧化硅(45nm) 1%，二氧化硅(100nm) 9%，酒石酸0.2%，BTA0.2°/。，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液8 (5):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(100nm) 5%，酒石酸0.2%， BTAO.2%, H2O2 0.3%， pH=3;拋光液8 (6):摻鋁二氧化硅(80nm) 9%，二氧化硅(100nm) 1%，酒石酸0.2%, BTAO.2%, H202 0.3%， pH=3。
拋光材料BD材料；拋光條件1.5psi，拋光盤轉速70rpm，拋光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher 。結果如圖4、圖5、圖6所示當摻鋁二氧化硅的濃度為0.5% 15%之間或二氧化硅的濃度為0.5% 15%之間時，本發明的拋光液可以顯著增加低介電材料BD和二氧化硅TEOS的拋光速率。同時在上述濃度范圍內，通過改變摻鋁二氧化硅和二氧化硅之間的濃度比，本發明的拋光液也可以調節和控制低介電材料BD與二氧化硅TEOS的拋光速率和選擇比。實施例4拋光液9 (1):拋光液9 (2):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%， BTA0.2°/。， H2O2 0.3%， pH=2;拋光液9 (2):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2°/。，BTA0.2°/。，H2O2 0.3%，pH=3;拋光液9 (3):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTA0.2°/。， H2O2 0.3%， pH=7;拋光液9 (4):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%,BTA0.2°/。，H2O2 0.3%，pH=10;拋光液9 (5):摻鋁二氧化硅(45nm) 5%, 二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%，BTA0.2%，H2O2 0.3%，pH=12。拋光材料BD材料；拋光條件1.5psi，拋光盤轉速70rpm，拋光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。結果如圖7所示當拋光液的pH值為2 7時，通過改變本發明的拋光液的pH值可以較好地調節和控制低介電材料的拋光速率。實施例5拋光液10:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，草酸0.2%, BTA0.2°/。， H2O2 0.3%, pH=3;拋光液11:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，丁二酸0.2%, BTA0.2%， H2O2 0.3%, pH=3;拋光液12:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，正丁胺0.2°/。， BTA0.2%， H2O2 0.3%, pH=3;拋光液13:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸銨0.2%, BTA0.2%， H2O2 0.3%, pH=3;拋光液14:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，五硼酸銨0.2%， BTA0.2%， H2O2 0.3%, pH=3;拋光液15:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，甘氨酸0.2%, BTA0.2°/。， H2O2 0.3%， pH=3;拋光液16:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，乙二胺四甲叉磷酸0.2%, BTAO.2%, H2O2 0.3%, pH=3。拋光液17:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTA0.2%， H2O2 0.3%，聚乙二醇(PEG)(分子量為200) 0.2%， pH=3;拋光液18:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTA0.2%， H2O2 0.3%,右旋糖苷(分子量為20,000) 0.2%， pH=3;拋光液19:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTA0.2%,H2O2 0.3%, BYK1540.2%， pH=3;拋光液20:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸 0.2%, BTA0.2%， H2O2 0.3%,聚丙烯酰胺(分子量 Mw=3，000,000) 0.2%， pH=3;拋光液2h摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2。/0，BTA0.2n/o，H202 0.3。/o,四丁基氫氧化銨0.07%， pH=3;拋光液22:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTAO.2%, H2O2 0.3%，十二烷基三甲基溴化銨0.1%， pH=3;拋光液23:摻鋁二氧化硅(45nm) 5%，二氧化硅(70nm) 5%，酒石酸0.2%, BTA0.2%， H2O2 0.3%，十二烷基苯磺酸鈉0.1%, pH=3;拋光材料BD材料；拋光條件lpsi，拋光盤轉速70rpm，拋光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。結果如圖8、圖9所示通過改變本發明的拋光液中速率增助劑和/或表面活性劑可以進一步較好地調節和控制低介電材料的拋光速率。本發明所使用的原料和試劑均為市售產品。
權利要求
1、一種含有混合磨料的低介電材料拋光液，該拋光液包括兩種或兩種以上的拋光磨料，其特征在于其中一種磨料為摻鋁二氧化硅，第二種磨料包括二氧化硅、氧化鋁、鋁包裹二氧化硅或鋯包裹二氧化硅中的一種或多種。
2、根據權利要求1所述的拋光液，其特征在于所述的第二種磨料為二氧化硅。
3、根據權利要求2所述的拋光液，其特征在于所述的摻鋁二氧化硅磨料的質量百分比濃度為0. 5 15%。
4、根據權利要求2所述的拋光液，其特征在于所述的摻鋁二氧化硅溶膠磨料的粒徑是5 500nm。
5、根據權利要求4所述的拋光液，其特征在于所述的摻鋁二氧化硅溶膠磨料的粒徑是10 100nm。
6、根據權利要求2所述的拋光液中，其特征是所述的第二種磨料的質量百分比濃度為0. 5 15%。
7、根據權利要求2所述的拋光液中，其特征是所述的第二種磨料的粒徑是10 100nm。
8、根據權利要求1至7任一項所述的拋光液，其特征在于所述的拋光液的pH值為2 12。
9、根據權利要求1至8任一項所述的拋光液，其特征在于所述的拋光液還包括阻蝕劑、氧化劑、速率增助劑或表面活性劑中的一種或多種。
10、根據權利要求9所述的拋光液，其特征在于所述的阻蝕劑是苯并三唑。
11、根據權利要求9所述的拋光液，其特征在于所述的氧化劑是過氧化氫。
12、裉據權利要求9所述的拋光液，其特征在于所述的速率增助劑是有機羧酸、有機羧酸鹽、氨基酸或有機磷酸中的一種或多種。
13、根據權利要求12所述的拋光液，其特征在于所述的速率增助劑是草酸、酒石酸、丁二酸、正丁胺、酒石酸銨、五硼酸銨、甘氨酸或乙二胺四甲叉磷酸中的一種或多種。
14、根據如權利要求9所述的拋光液，其特征在于所述的表面活性劑包括陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性和兩性離子表面活性劑。
15、根據如權利要求14所述的拋光液，其特征在于所述的表面活性劑是聚丙烯酰胺、右旋糖苷、聚丙烯酸、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨或四丁基氫氧化銨中一種或多種。
16、根據如權利要求2所述的拋光液，其特征在于所述的拋光液用于拋光包含金屬、阻擋層、二氧化硅和低介電材料結構的集成電路。
全文摘要
本發明公開了一種含有混合磨料的低介電材料拋光液，該拋光液包括兩種或兩種以上的拋光磨料，其中一種磨料為摻鋁二氧化硅，第二種磨料包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鋁包裹二氧化硅或氧化鋯包裹二氧化硅中的一種或多種。本發明的拋光液可以較好地調整低介電材料摻碳氧化硅(CDO)與二氧化硅(TEOS)的拋光速率的同時，防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，提高產品良率。而且能應用在同時含有金屬、金屬阻擋層、摻碳二氧化硅和二氧化硅結構的集成電路中。
文檔編號C09G1/00GK101130666SQ200610030459
公開日2008年2月27日申請日期2006年8月25日優先權日2006年8月25日
發明者宋偉紅, 宋成兵, 楊凱平, 荊建芬, 陳國棟申請人:安集微電子(上海)有限公司

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