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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
在集成電路制造中，互連技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)在提高， 一層上面又沉積一 層，使得在襯底表面形成了不規(guī)則的形貌?，F(xiàn)有技術(shù)中使用的一種平坦化方法就是化學(xué)機(jī)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(xué)機(jī)械拋光 方法中，將襯底直接與旋轉(zhuǎn)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(tái)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在襯底背面保持向下的 力，將磨料和化學(xué)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)開始進(jìn)行拋光過程。在絕大多數(shù)CMP拋光液中，往往采用各種無機(jī)或有機(jī)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(jī)或有機(jī)顆粒具有不同的粒 徑、硬度、表面化學(xué)基團(tuán)等特性，對(duì)各種拋光基材往往表現(xiàn)出不同的 拋光性能，尤其在對(duì)基材的拋光速率和選擇比上會(huì)有很大的差異。因此，在一些CMP拋光液中會(huì)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(diào)節(jié)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(diào)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(chǔ)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(fā)明內(nèi)容本發(fā)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(yīng) 用于同時(shí)含有金屬、CDO和TEOS結(jié)構(gòu)的集成電路中。本發(fā)明的上述目的通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)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(fā)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(zhì)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(fā)明中所述的第二種磨料的質(zhì)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(fā)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(jī)羧酸、有機(jī)羧酸鹽、氨基酸或 有機(jī)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(fā)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(jié)構(gòu)的集成電路。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的拋光液可以較好地調(diào)整低 介電材料氧化硅(BD)與TEOS的拋光速率的同時(shí)，防止金屬拋光 過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，提高產(chǎn)品良率。而且能應(yīng)用在同時(shí)含 有金屬、摻碳二氧化硅(CDO)和二氧化硅(TEOS)結(jié)構(gòu)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(duì)低介電材料的拋光速率影響圖；圖3為混合磨料的粒徑對(duì)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(fā)明的拋光液的pH值對(duì)低介電材料的拋光速率影響圖； 圖8為本發(fā)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(fā)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(fā)明拋光液的拋光材料結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)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(cè)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(zhuǎn)速70rpm，拋 光墊Polit改，拋光液流速100ml/min, Logitech PM5 Polisher。結(jié)果如圖1所示本發(fā)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(diào)節(jié)和控制低介電材料的 拋光速率以及選擇比。實(shí)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(zhuǎn)速70rpm，拋 光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。
結(jié)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(fā)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(fā)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(fā)明。實(shí)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(zhuǎn)速70rpm，拋 光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher 。結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示當(dāng)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(shí)，本發(fā)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(shí)在上 述濃度范圍內(nèi)，通過改變摻鋁二氧化硅和二氧化硅之間的濃度比，本 發(fā)明的拋光液也可以調(diào)節(jié)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(shí)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(zhuǎn)速70rpm，拋 光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。結(jié)果如圖7所示當(dāng)拋光液的pH值為2 7時(shí)，通過改變本發(fā) 明的拋光液的pH值可以較好地調(diào)節(jié)和控制低介電材料的拋光速率。 實(shí)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(zhuǎn)速70rpm，拋 光墊Politex，拋光液流速100ml/min， Logitech PM5 Polisher。結(jié)果如圖8、圖9所示通過改變本發(fā)明的拋光液中速率增助劑和/或表面活性劑可以進(jìn)一步較好地調(diào)節(jié)和控制低介電材料的拋光速 率。本發(fā)明所使用的原料和試劑均為市售產(chǎn)品。
權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhì)量百分比濃度為0. 5 15%。
4、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhì)量百分比濃度為0. 5 15%。
7、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)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(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jī)羧酸、有機(jī)羧酸鹽、氨基酸或有機(jī)磷酸中的一種或多種。
13、 根據(jù)權(quán)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(jù)如權(quán)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(jù)如權(quán)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(jù)如權(quán)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(jié)構(gòu)的集成 電路。
全文摘要
本發(fā)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(fā)明的拋光液可以較好地調(diào)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(shí)，防止金屬拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，提高產(chǎn)品良率。而且能應(yīng)用在同時(shí)含有金屬、金屬阻擋層、摻碳二氧化硅和二氧化硅結(jié)構(gòu)的集成電路中。
文檔編號(hào)C09G1/00GK101130666SQ200610030459
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者宋偉紅, 宋成兵, 楊凱平, 荊建芬, 陳國棟 申請(qǐng)人:安集微電子(上海)有限公司