本發(fā)明屬于化學(xué)機(jī)械拋光，具體涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物及其在銅化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、超大規(guī)模集成電路布線正由傳統(tǒng)的鋁布線工藝向銅布線工藝轉(zhuǎn)化。目前，化學(xué)機(jī)械拋光是銅布線平坦化的最有效工藝方法。通常，銅的化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程分為3步：第一步，采用較高的下壓力(1.5-2.0psi)，以快且高效的去除速率去除襯底表面上大量的銅并留下一定厚度的銅；第二步，采用較低的下壓力(0.5-1.0psi)，以較低的去除速率去除少量剩余的金屬銅并停在阻擋層上；第三步，用阻擋層拋光液去除阻擋層、部分介電層和少量的金屬銅，從而實(shí)現(xiàn)平坦化。目前，三步拋光均需要充足的時(shí)間，這使得銅的拋光過(guò)程成為了產(chǎn)能的瓶頸。

2、為了提高拋光速率，人們正在嘗試將銅的前兩步拋光步驟合并成一步。而當(dāng)這兩步合并成一步(先高壓力后低壓力)進(jìn)行拋光時(shí)，現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械拋光組合物無(wú)法滿足拋光要求。涉及銅的化學(xué)機(jī)械拋光組合物一般包括磨料顆粒、腐蝕抑制劑、絡(luò)合劑、潤(rùn)濕劑、ph調(diào)節(jié)劑、氧化劑等。為了達(dá)到較高的去除速率，通常會(huì)選擇較弱的腐蝕抑制劑，而通過(guò)改變拋光壓力來(lái)調(diào)控拋光速率。在兩步合成一步進(jìn)行拋光時(shí)，高壓力轉(zhuǎn)換成低壓力之后，腐蝕抑制劑無(wú)法充分的在銅表面進(jìn)行吸附，且高壓力拋光一定時(shí)間后，拋光墊的溫度較高，從而加速了銅表面的腐蝕速率，使得低壓力的拋光速率較高，影響平坦化效果。

3、us20030008599a1公開了通過(guò)在拋光過(guò)程中的不同階段引入氧化劑和還原劑來(lái)調(diào)控銅的拋光速率；us20100130101a1公開了通過(guò)用兩條管路將不同成分的拋光液成分引入到拋光墊上，在線混合拋光液用于拋光，通過(guò)調(diào)節(jié)不同成分的流量來(lái)調(diào)控拋光速率；cn103903979a也報(bào)道了通過(guò)兩條管路分別供應(yīng)拋光液和拋光速率抑制劑的方法來(lái)調(diào)控拋光速率。以上方法都存在兩個(gè)問(wèn)題，第一是化學(xué)成分在線混合，存在混合不均勻的問(wèn)題，給拋光平坦化和晶圓拋光一致性帶來(lái)了很大的風(fēng)險(xiǎn)；第二是不同成分的物料在拋光后混合，容易引起磨料納米顆粒的聚集，會(huì)縮短拋光墊的使用壽命，且容易堵塞拋光機(jī)的排液管。

4、因此，如何開發(fā)新的化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)組合物，并且能夠有效的進(jìn)行銅的化學(xué)機(jī)械拋光，簡(jiǎn)化拋光工藝、提高產(chǎn)能是需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)對(duì)腐蝕抑制劑和溶劑的具體選擇和優(yōu)化，得到一種新的化學(xué)機(jī)械拋光組合物，所述組合物能夠滿足前兩步合并成一步拋光的使用要求，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化銅的拋光工藝流程、提高產(chǎn)能的效果。

2、具體地，通過(guò)以下幾個(gè)方面的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明：

3、在第一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光組合物，所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物包括研磨顆粒、第一腐蝕抑制劑、第二腐蝕抑制劑、絡(luò)合劑、表面活性劑、ph調(diào)節(jié)劑、氧化劑和溶劑，其中所述第一腐蝕抑制劑具有式i所示的結(jié)構(gòu)，所述第二腐蝕抑制劑具有式ii所示的結(jié)構(gòu)，

4、

5、式(i)中，r1選自c1-c20的脂肪族烷基和c1-c20的脂肪族烷氧基，n選自1-4之間的整數(shù)；

6、式(ii)中，r2為甲基或甲氧基，n選自0-4之間的整數(shù)；

7、所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑不同。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑的總含量為0.01wt％-3wt％。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑的總含量為0.01wt％-2wt％。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第一腐蝕抑制劑選自以下結(jié)構(gòu)：

10、

11、

12、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第二腐蝕抑制劑選自以下結(jié)構(gòu)：

13、

14、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑的重量比為1:(0.1-10)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑的重量比為1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10或處于上述任意兩個(gè)數(shù)值所組成的范圍內(nèi)。在一個(gè)最優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑的重量比為1:1。

15、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述溶劑包含第一組分和第二組分，其中所述第一組分為水，所述第二組分為有機(jī)溶劑。在一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第二組分選自脂肪族醇。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第二組分選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、乙二醇和丙三醇。在一個(gè)最優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第二組分為丙三醇。

16、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，溶劑的第一組分和第二組分的重量比為1:0.4-2.3。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，溶劑的第一組分和第二組分的重量比為1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1.0、1:1.0、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2.0、1:2.1、1:2.2、1:2.3或處于上述任意兩個(gè)數(shù)值所組成的范圍內(nèi)。

17、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述研磨顆粒為二氧化硅納米顆?；蜓趸X納米顆粒。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述研磨顆粒為粒徑為30-160nm的二氧化硅納米顆粒。

18、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述絡(luò)合劑選自精氨酸、賴氨酸、甘氨酸、檸檬酸、磷酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸和羥基乙叉二膦酸中的一種或多種。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述絡(luò)合劑為甘氨酸。

19、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述表面活性劑為聚合物陰離子表面活性劑，選自親水疏水平衡值為15-30的羧酸鹽-磺酸鹽共聚物、羧酸鹽-磺酸鹽-非離子共聚物和羧酸鹽-磺酸鹽-丙烯酸酯共聚物中一種或多種，其中，所述的鹽為鉀鹽和/或鈉鹽。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述表面活性劑為羧酸-磺酸鹽共聚物kr-5000。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述ph調(diào)節(jié)劑選自h3po4、hno3、氫氧化鉀和氫氧化銨中的一種或多種。

21、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述氧化劑為過(guò)氧化氫。

22、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述研磨顆粒的含量為0.5wt％-3wt％。

23、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述絡(luò)合劑的含量為1wt％-20wt％。

24、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述表面活性劑的含量為0.005wt％-3wt％。

25、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述氧化劑的含量為0.1wt％-1wt％。

26、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述第二組分的含量至少為30wt％。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述第二組分的含量為30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％、43wt％、44wt％、45wt％、46wt％、47wt％、48wt％、49wt％、50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％、60wt％、61wt％、62wt％、63wt％、64wt％、65wt％、66wt％、67wt％、68wt％、69wt％、70wt％或處于上述任意兩個(gè)數(shù)值所組成的范圍內(nèi)。

27、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的ph范圍為5-8。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的ph范圍為6-7。

28、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物的總重量，所述研磨顆粒的含量為0.5wt％-3wt％、所述第一腐蝕抑制劑和所述第二腐蝕抑制劑的總含量為0.01％-3％、所述絡(luò)合劑的含量為1wt％-20wt％、所述表面活性劑的含量為0.005wt％-3wt％、所述氧化劑的含量為0.1wt％-1wt％，余量為溶劑。

29、在第二個(gè)方面中，本發(fā)明提供了上述第一個(gè)方面所述的化學(xué)機(jī)械拋光組合物在銅化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，拋光方法包括以下步驟：(1)所述化學(xué)機(jī)械拋光組合物，依次在高壓力(1.5-2.0psi)、低壓力(0.5-1.0psi)條件下，去除襯底表面上的銅并停在阻擋層上；(2)用阻擋層拋光液去除阻擋層、部分介電層和少量的金屬銅。

30、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

31、本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械拋光組合物，采用兩種腐蝕抑制劑，并且增加了溶劑，使得在高壓力下拋光時(shí)，第一腐蝕抑制劑較難吸附在銅的表面，從而獲得了較快的拋光速率，在低壓力下拋光時(shí)，第一腐蝕抑制劑和第二腐蝕抑制劑同時(shí)吸附在銅的表面，從而降低了拋光速率，使得本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光組合物能夠滿足銅金屬前兩步拋光合并成一步拋光(先高壓力后低壓力)的使用要求，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化銅的拋光工藝流程、提高產(chǎn)能的效果。