專利名稱：超大規模集成電路鋁布線拋光液的制作方法
技術領域：
本發明涉及化學機械拋光技術領域，特別是涉及一種用于超大規模集成電路鋁布線的拋光液。
背景技術：
在ULSI多層鋁布線的化學機械拋光中，全局和局部平整度十分重要。隨著襯底尺寸由Φ200mm向Φ300mm發展，拋光后的表面平整度、粗糙度對拋光后鋁線表面狀態的的影響越來越大。表面平整度、粗糙度直接影響到鋁的下一層布線，影響電路的擊穿特性、界面態和少子壽命，直接關系到IC器件的性能質量和成品率。
特征尺寸在0.13μm以上集成電路，鋁CMP工藝是多層布線工藝中非常重要的一個環節，必須對介層洞外殘留的鋁進行CMP，達到全局平面化要求，這樣才能繼續在上面布線，如果鋁CMP的技術不能達到要求的話，就會導致導線斷裂。
鋁拋光液依成分、pH值等條件的不同各有優缺點。由于酸性漿料可溶性較好、酸性范圍內氧化劑較多、拋光速率快，最先發展的是酸性漿料，如氧化劑Fe(NO3)3，H2O2和KIO3。pH值一般低于4，由于拋光設備都是金屬材料制成，所以酸性拋光液對拋光設備腐蝕很嚴重，降低了使用壽命，而且會引起金屬離子沾污，影響器件的性能；此外，酸性拋光液通常使用的是Al2O3磨料，它的粘度大，拋光后產物會粘在器件表面，導致后清洗困難，而且Al2O3硬度大，易產生劃傷，拋光后表面狀態不理想。
目前，由于酸性漿料可溶性好、酸性范圍內氧化劑多、拋光速率快，國際上的漿料絕大部分為酸性，例如，國外飛利浦研究室Prof.Holstlaaan教授在2000年提出了pH值在9-13范圍內，鋁表面會被鈍化，而且會產生嚴重的劃痕；在pH值5-9下鋁的表面會被拋光成一個準平鏡面，但是仍有很高密度的劃痕；但在pH值小于5的時候，鋁表面光潔度非常高，且劃痕的密度會大大降低，同時，伴隨著pH值的下降，鋁的去除率增加了。
但是，酸性拋光液存在著很多問題第一，酸性漿料腐蝕性大，對拋光設備要求高；第二，雖其腐蝕速率很大但選擇性不高。國際上解決此問題是在漿料中加入抗蝕劑BTA來提高選擇性，但又不能同時保證高速率；第三，BTA的加入降低了漿料的穩定性，需再加入穩定劑或分散劑。這樣大大加大了漿料的復雜性，造成了生產的不便和成本的提高；第四，氧化劑主要選HNO3、K3Fe(CN)6，其它還有H2SO4、AgNO3等。助氧化劑為HOCl、H2O2、KOCl、KMnO4中的一種或兩種。這樣就引入了離子沾污，如K+、Fe2+、Fe3+等；且一些氧化劑帶顏色，如KMnO4、Fe3+，這也不利于拋光后清洗；第四，酸性漿料化學腐蝕作用強，邊沿效應突出，塌邊嚴重；最后最重要的是，酸性漿料會有金屬離子存在，造成金屬離子沾污。
發明內容
本發明是為了解決現有鋁布線化學機械拋光過程中存在的酸性漿料腐蝕性大，選擇性低，低速率，成本高，金屬離子沾污，難清洗等問題而公開一種化學作用強、去除速率快、無污染、無劃傷、易清洗且成本低的超大規模集成電路多層鋁布線堿性拋光液。
要實現高速率、低成本、低粗糙度，除設備、拋光布和工藝的硬件外，最關鍵的是拋光液。本發明采用的機理為堿性條件下強絡合、強化學作用的方法，在壓力一致的情況下，表面各處化學反應和研磨速率一致性好，同時選用高濃度小粒徑(15-40nm)SiO2溶膠作為拋光液磨料，解決了Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多弊端，加入醚醇類活性劑，加速鋁線表面反應物和生成物的質量傳遞，現了高速率，低粗糙，低成本。
本發明超大規模集成電路鋁布線拋光液，拋光液成分和重量％比組成如下pH值調節劑1-10； 硅溶膠 10-90；表面活性劑0.5-5；氧化劑 0.5-5；去離子水 余量。
本發明所述拋光液的較佳配比的成分和重量％比組成如下
pH值調節劑4-8.5；硅溶膠50-85；表面活性劑1.5-4.5； 氧化劑1.5-4；去離子水 余量。
本發明所述硅溶膠是粒徑15～40nm的SiO2溶膠，其濃度1％～50％。
本發明所述的堿性調節劑為胺堿；所述的胺堿是多羥多胺類有機堿，為乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)。
本發明所述表面活性劑是非離子活性劑，為FA/O表面活性劑、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的一種。
本發明所述氧化劑為堿性介質下可溶的過氧化物，為過氧化氫或過氧酵磷酸鈉。
因為酸性拋光液存在著上述問題，堿性漿料成為研究的重點。堿性漿料中一般包含絡合劑、氧化劑、活性劑、pH調制劑及磨料。對于鋁的CMP，使用堿性漿料有兩大優點，一是鋁是兩性金屬，經試驗表明，在CMP條件下它可和有機胺堿快速反應，而有機堿是呈堿性的，可生成可溶性大分子偏鋁酸胺，從而大大增加了鋁離子在漿料中的溶解度，降低了被研磨掉物質的再沉積，提高了機械作用對CMP的有效作用。另外，反應生成大分子可溶性物質與主體作用力小，極容易被漿料帶走，從而不產生金屬離子沾污；另一個優點是選擇納米級的磨料硅溶膠在堿性條件不易凝膠，可很方便的實現高平整、低損傷層、事后易清洗等優點。
本發明具有如下有益效果和優點1.選用乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)有機堿作為拋光液pH調節劑，可起到緩沖劑的作用，磨料穩定劑的作用，又可使鋁生成大分子產物且溶于水，使反應產物在小的機械作用下即可脫離加工表面，同時還能起到絡合及螯合作用，實現反應劑一劑多用，降低成本。
2.選用表面活性劑，增加了高低選擇比，大大降低了表面張力、減小了損傷層，增強納米SiO2溶膠在強堿下的穩定性，提高質量傳輸速率，增強輸運過程，達到高平整高光潔易清洗表面。
3.本發明的堿性拋光液，可對設備無腐蝕，起到鈍化作用，硅溶膠穩定性好，解決了酸性拋光液污染重、易凝膠等諸多弊端；利用基片材料的兩性性，pH值9以上時，易生成可溶性的化合物，從而易脫離表面。
4.選用納米SiO2溶膠作為拋光液磨料，其粒徑小(15～40nm)、濃度高(40％～50％)、硬度6～7(對基片損傷度小)、分散度好(易清洗)，可提高表面一致性，同時起到小攪拌器作用，能夠達到高速率高平整低損傷拋光、污染小，解決了Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多弊端。
5.在拋光過程中，本發明可以降低金屬離子污染。
6.本發明配方制造成本價格較低，使用效果可以取代進口產品。
本發明中各組分的作用分別為pH調節劑，在本發明堿性拋光液中，堿的選擇很重要。文獻報道的拋光液中常使用NaOH、KOH等強堿作為pH值調制劑。但是，這有一個很大的問題，堿金屬離子在拋光過程中會進入襯底或介質層中，從而引起器件的局部穿通效應、漏電流增大等效應，使芯片工作的可靠性降低、器件壽命減小；并且，假如使用硅溶膠作為磨料，強電解質鋁離子會使硅溶膠凝膠，從而使拋光液報廢。選擇不含金屬離子的有機堿就解決了這些問題。胺堿作為拋光液pH調節劑，可起到緩沖劑的作用，既可實現高pH值(pH＞13)磨料穩定存在，又可生成大分子產物且溶于水，使反應產物在小的機械作用下即可脫離加工表面，同時還能起到絡合及螯合作用，實現反應劑一劑多用，降低成本。
本發明選用的納米SiO2溶膠作為拋光液磨料，其粒徑小(15～40nm)、濃度高(40％～50％)、硬度6～7(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Al2O3磨料硬度大易劃傷、易沉淀等諸多弊端；且流動性好、拋光后產物粘度小，后續清洗簡單。
表面活性劑影響著拋光液的分散性、顆粒吸附后清洗難易程度以及金屬離子沾污等問題。本發明選用的表面活性劑不僅可以提高質量傳遞速率，以提高平整度；而且能降低表面張力，提高凹凸選擇比，降低粗糙度，減少損傷霧，還可以優先吸附，形成長期易清洗的物理吸附表面，以改善表面狀態。又能起到滲透和潤滑作用，從而有效的提高了交換速率，增強了輸運過程，達到高平整高光潔表面。
氧化劑，拋光過程中可以將基板表面氧化成較軟的氧化層，這樣，在磨料的磨除作用下，能較容易的剝離下來，這樣可以提高拋光速率。基板拋光液常用氧化劑有K3[Fe(CN)6]、Fe(NO3)3、KIO3和雙氧水等。K3Fe(CN)6、Fe(NO3)3會引入Fe3+，KIO3會引入K+，形成離子沾污，影響器件性能，而且K3Fe(CN)6還有劇毒，這對應用于生產是非常不利的，并且會造成嚴重的環境污染。而本發明所用的氧化劑，它不含金屬離子，不會引起金屬離子沾污；而且反應產物無污染，易于清洗。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步描述。
本發明拋光液實施例1～實施例5的成分和重量％比組成如下
以實施例2來描述本發明的制備過程取粒徑15～25nmSiO2溶膠2000g(濃度10％)，邊攪拌邊放入1600g去離子水，146gFA/O活性劑邊攪拌邊倒入上述液體。然后取154g乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)，攪拌均勻后得4000g超大規模集成電路多層鋁布線拋光液。
權利要求
1.一種超大規模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述拋光液成分和重量％比組成如下pH值調節劑 1-10； 硅溶膠 10-90；表面活性劑 0.5-5； 氧化劑 0.5-5；去離子水余量。
2.根據權利要求1所述的超大規模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述拋光液成分和重量％比組成如下pH值調節劑 4-8.5；硅溶膠 50-85；表面活性劑 1.5-4.5； 氧化劑 1.5-4；去離子水余量。
3.根據權利要求1所述的超大規模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述硅溶膠是粒徑15～40nm的SiO2溶膠，其濃度1％～50％。
4.根據權利要求1所述的超大規模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述的堿性調節劑為胺堿；所述的胺堿是多羥多胺類有機堿，為乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)。
5.根據權利要求1所述的超大規模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述表面活性劑是非離子活性劑，為FA/O表面活性劑、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的一種。
6.根據權利要求1所述的超大規模集成電路鋁布線拋光液，其特征是，所述氧化劑為堿性介質下可溶的過氧化物，為過氧化氫或過氧酵磷酸鈉。
全文摘要
本發明公開了一種化學作用強、去除速率快、無污染、無劃傷、易清洗且成本低的超大規模集成電路多層鋁布線堿性拋光液。拋光液成分和重量％比組成如下pH值調節劑1－10、硅溶膠10－90、表面活性劑0.5－5、氧化劑0.5－5、去離子水為余量。本發明為堿性條件下強絡合、強化學作用的方法，在壓力一致的情況下，表面各處化學反應和研磨速率一致性好，同時選用高濃度小粒徑SiO
文檔編號H01L21/70GK1861726SQ20061001432
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月13日 優先權日2006年6月13日
發明者劉玉嶺, 牛新環 申請人:河北工業大學