專利名稱：Ulsi銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光液的制備方法，特別是涉及一種ULSI銅表面高精密加工過 程中化學機械拋光液的制備方法。
背景技術：
集成電路密度的增加和器件尺寸的減小使線間電容及金屬連線的電阻增大，由 此引起的RC延遲也增大。金屬銅具有低的電阻率、優越的抗電遷移特性和低的熱敏感 性，產生較小的RC延遲并能提高電路的可靠性，銅線取代傳統的鋁線成為互連線的理想 材料。銅CMP成為ULSI制備中倍受世界各國關注的核心技術之一，世界各國都在加 緊對其進行封閉研究，以期優先占領國際市場。但因其涉及的學科多、技術難度大，相 關機理還待進一步研究。目前，在銅CMP拋光劑方面處于國際領先地位的有美國Cabot 公司、Rodel公司，日本的住友化學工業和Fujimi公司。但是，他們采用的磨料均為 Al2O3，該類磨料硬度高、分散度大、粘度大、難清洗、易引起表面劃傷且損傷層深，而 在氧化劑選擇上均采用含有金屬離子的或屬于強電解質的KMn04、K2Cr04、K3Fe(CN)6 和NH4NO3等作為氧化劑，拋光后容易造成嚴重的金屬離子的沾污。傳統拋光液的復配技術因反應器、管道材質易引入金屬離子，同時，攪拌不均 引起局部pH過高或過低還導致硅溶膠溶解或凝聚。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足之處，為解決公知的ULSI銅拋光液在制備過程 中存在的有機物、金屬離子、大顆粒等有害污染等技術問題，提供一種簡便易行、無污 染ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方法。為實現上述目的本發明所采用的實施方式如下
一種ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方法，其特征在于實施步 驟如下
(1)將以下成分按重量％計
納米SiO2磨料2-80， 去離子水10-95， 活性劑0.1-3，絡合劑0.1-3，
胺堿0.1-5 ；
(2)采用18ΜΩ以上超純水清洗反應器3次，去除反應器內部雜質，再用負壓將 pH值9-13、粒徑為15-40nm SiO2溶膠吸入反應器；
(3)在負壓作用下，實現反應液的劇烈渦流攪拌，使反應器內部無滯留層與死角， 可避免外界灰塵等大顆粒雜質引入拋光液中；利用負壓吸入經18ΜΩ超純水稀釋后的堿 性pH調節劑調節pH值為9-13 ；在渦流狀態下加入所述量的活性劑、絡合劑與堿性pH
3調節劑胺堿，攪拌均勻。所述步驟(2)的磨料是粒徑15-40nm、分散度<0.0001的SiO2溶膠，濃度 4-50wt%。所述步驟(3)中加入的活性劑為市售FA/0活性劑。所述步驟(3)中加入的絡合劑為市售FA/0絡合劑。所述步驟(3)中加入的胺堿任意選擇三乙醇胺、四乙基氫氧化胺、乙二胺、羥 乙基乙二胺或多乙烯多胺中的一種以上。所述步驟(2)反應器原材料選用無污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂 之一；避免了傳統金屬反應器、金屬管道、金屬攪拌桿等金屬離子引入到拋光液中。在負壓下形成劇烈渦流攪拌，可避免層流區納米硅溶膠凝聚而造成無法使用； 且18ΜΩ超純水溶解后的堿性調節劑在負壓下引入，可避免因局部反應液pH過高而導致 納米硅溶膠的凝聚或溶解而無法使用。本發明中采用方法的作用為拋光液制備反應器采用負壓攪拌的方法可避免有 機物、金屬離子、大顆粒等有害污染物的引入；可使納米硅溶膠在負壓下呈渦流狀態， 防止層流區硅溶膠的凝聚或溶解而無法使用；可避免18M Ω超純水溶解后的堿性pH調節 劑由于局部pH過高而導致凝聚，無法使用。本發明的有益效果是
選用堿性拋光液，可對設備無腐蝕，硅溶膠穩定性好，解決了酸性拋光液污染重、 易凝膠等諸多難題；利用基片材料的兩面性，pH值9以上時，易生成可溶性的化合物， 從而易脫離表面。選用納米SiO2溶膠作為拋光液磨料，其粒徑小(15-40nm)、濃度高 (4-50wt%)、硬度小(對基片損傷度小)、分散度好，能夠達到高速率高平整低損傷拋
光、污染小，解決了現有Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多難題。特別采用粒徑 為20nm左右、分散度<0.0001的SiO2的水溶膠代替Al2O3作為磨料使用，不但可以有效 解決ΑΓ污染問題，還可以解決由于磨料硬度、分散度和粘度造成的拋光鏡面表面缺陷 和難清洗問題。負壓攪拌的拋光液制備方法可避免有機物、金屬離子、大顆粒等有害污染物的 引入；可使納米硅溶膠在負壓下呈渦流狀態，防止層流區硅溶膠的凝聚或溶解而無法使 用；可避免18ΜΩ超純水溶解后的堿性pH調節劑由于局部pH過高而導致凝聚無法使用 的現象。本發明反應器原材料選用無污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂等材質 中的一種，避免了采用傳統金屬反應器、金屬管道、金屬攪拌桿等將金屬離子引入到拋 光液中的弊端。制備過程中采用負壓攪拌，不僅攪拌均勻，有效解決因反應液局部堿性過高導 致的SiO2膠體凝聚、溶解等生產問題，而且避免了傳統的復配、機械攪拌等制備方法帶 來的有機物、大顆粒、金屬離子等的污染，可以達到超凈的要求。該方法同時可實現納 米SiO2磨料高濃度、高pH值條件下不凝聚、不溶解。利用該拋光液的配制方法，在相 應的拋光工藝條件下進行拋光，可實現ULSI銅表面的高精密加工。并能滿足工業上對 ULSI銅表面CMP精密加工的要求。
同時，本發明還具有成本低、高效率、不污染環境及腐蝕設備等優點。
具體實施例方式以下結合較佳實施例，對依據本發明提供的具體實施方式
詳述如下 實施例1 配制4000g 4wt%ULSI銅拋光液
首先，采用18ΜΩ以上超純水清洗反應器3次，去除反應器內部雜質；在負壓攪拌 下將pH值9-13、粒徑為15-25nm、分散度<0.0001的納米SiO2溶膠260g (濃度50wt%) 吸入反應器，邊攪拌邊吸入3710g去離子水；在負壓作用下，實現反應液的劇烈渦流攪 拌，使反應器內部無滯留層與死角，可避免外界灰塵等大顆粒雜質引入拋光液中；再利 用負壓吸入經18ΜΩ超純水稀釋后的堿性pH調節劑20g胺堿調節pH值為9-13 ；在負壓 攪拌下加入5gFA/0活性劑和5gFA/0絡合劑，最終調節拋光液的pH值9_13 ；攪拌均勻 后得4000g濃度為4wt%的ULSI銅拋光液，即可灌裝。所述胺堿任意選擇三乙醇胺、四乙基氫氧化胺、乙二胺、羥乙基乙二胺或多乙 烯多胺中的一種以上。所述FA/0活性劑、FA/0絡合劑、胺堿均為天津晶嶺微電子材料有限公司市售
女口
廣 PFt ο所述反應器原材料選用無污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂之一。在負壓下形成劇烈渦流攪拌，可避免層流區納米硅溶膠凝聚而造成無法使用； 負壓下形成劇烈渦流攪拌狀態，18ΜΩ超純水溶解后的堿性調節劑在負壓下引入，可避 免因局部反應液pH過高而導致納米硅溶膠的凝聚或溶解而無法使用。實施例2 配制4000g 50wt%ULSI銅拋光液
在負壓攪拌下取粒徑15-25nm納米SiO2溶膠3600g (50wt%)邊攪拌邊放入200g 去離子水，分別取160g胺堿，20gFA/0活性劑和20gFA/0絡合劑在負壓下邊攪拌邊加入 上述液體，調節拋光液的pH值9-13 ；攪拌均勻后得4000g 50wt%ULSI銅料拋光液，待 攪拌均勻后即可灌裝。其它同實施例1。實施例3 配制4000g 30wt% ULSI銅拋光液
在負壓攪拌下取粒徑15-25nm納米SiO2溶膠2200g (30wt%)邊攪拌邊放入1660g 去離子水，分別取90g胺堿，25gFA/0活性劑和25gFA/0絡合劑在負壓下邊攪拌邊加入 上述液體，調節拋光液的pH值9-13 ；攪拌均勻后得4000g 50wt%ULSI銅料拋光液，待 攪拌均勻后即可灌裝。其它同實施例1。上述參照實施例對ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方法進 行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例， 因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方法，其特征在于實施 步驟如下(1)將以下成分按重量％計納米SiO2磨料2-80， 去離子水10-95，活性劑0.1-3，絡合劑0.1-3，胺堿0.1-5 ；(2)采用18ΜΩ以上超純水清洗反應器3次，去除反應器內部雜質，再用負壓將 pH值9-13、粒徑為15-40nm SiO2溶膠吸入反應器；(3)在負壓作用下，實現反應液的劇烈渦流攪拌，使反應器內部無滯留層與死角； 利用負壓吸入經18ΜΩ超純水稀釋后的堿性pH調節劑調節pH值為9-13 ；在渦流狀態下 加入所述量的活性劑、絡合劑與堿性pH調節劑胺堿，攪拌均勻。
2.根據權利要求1所述的ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方 法，其特征在于所述步驟(2)的磨料是粒徑15-40nm、分散度<0.0001的SiO2溶膠， 濃度 4-50wt%。
3.根據權利要求1所述的ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方 法，其特征在于所述步驟(3)中加入的活性劑為市售FA/0活性劑。
4.根據權利要求1所述的ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方 法，其特征在于所述步驟(3)中加入的絡合劑為市售FA/0絡合劑。
5.根據權利要求1所述的ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方 法，其特征在于所述步驟(3)中加入的胺堿選擇三乙醇胺、四乙基氫氧化胺、乙二 胺、羥乙基乙二胺或多乙烯多胺中的一種以上。
6.根據權利要求1所述的ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方 法，其特征在于所述步驟(2)反應器原材料選用無污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基 丙烯酸甲脂之一。
全文摘要
本發明涉及一種ULSI銅表面高精密加工過程中化學機械拋光液的制備方法，該方法根據ULSI銅能在氧化劑作用下和堿發生化學反應，拋光液選用堿性介質。該拋光液選用納米SiO2磨料，磨料的濃度為4-50wt%，粒徑15-40nm，以利于材料的去除及表面平整化。拋光液的pH值9-13，既能滿足有效去除，也能保證硅溶膠的穩定性。制備過程中采用負壓攪拌，不僅攪拌均勻，有效解決因反應液局部堿性過高導致的SiO2膠體凝聚、溶解等生產問題，而且避免了傳統的復配、機械攪拌等制備方法帶來的有機物、大顆粒、金屬離子等的污染，可達到超凈的要求。該方法同時可實現納米SiO2磨料高濃度、高pH值條件下不凝聚、不溶解。利用該方法配制的拋光液進行拋光，可實現ULSI銅表面的高精密加工。
文檔編號C09G1/02GK102010661SQ20101023155
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者何彥剛, 劉玉嶺, 劉鈉 申請人:天津晶嶺微電子材料有限公司