[發明專利]酸性化學機械拋光組合物

有效

• 申請號: 201210004801.6
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102585706A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 路新春;戴媛靜;潘國順;雒建斌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;C09K3/14;C23F3/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發明涉及化學機械拋光組合物領域，尤其是涉及酸性化學機械拋光組合物。

背景技術

集成電路芯片由在硅基材上或硅基材內形成的數百萬個活化元件構成，這些互相分離的活化元件通過金屬布線的方法互連形成功能電路和部件。由于Cu具有低的電阻率和高的抗電遷移性，使其成為一種理想的內連線材料而取代傳統常用的鋁布線。Cu是氫后金屬，不易被刻蝕，因此目前國際上一般采用鑲嵌工藝進行布線，通過化學機械拋光技術去除上層多余的銅和擴散阻擋層。隨著微電子技術的發展，特征尺寸已進入納米級，這要求微電子工藝中的近百道工序，必須進行全局平面化。傳統的平面化技術只能提供局部平面化，平坦效果極其有限。化學機械拋光(CMP)技術對于平坦化而言，帶來了集成電路制造技術極大的變革。

CMP是顆粒的機械作用與腐蝕劑的化學作用相結合的拋光技術，其原理是工件在壓力及拋光組合物(含有磨粒、腐蝕劑等)的存在下相對于拋光墊作旋轉運動，利用磨粒磨削及化學組分腐蝕作用實現對工件表面材料的去除從而達到平坦化的效果。CMP的性能由CMP裝置的操作條件、拋光組合物的類型和拋光墊的類型等因素決定。

拋光組合物在CMP步驟中是一種重要的影響因素。可根據選取的氧化劑、磨料和其它適合的添加劑來調節拋光組合物，以按所需的拋光速率來提供有效的拋光，同時將表面缺陷、腐蝕降至最低，并得到最佳的平面化效果。近幾年來，已有一些專利報道了集成電路多層銅布線CMP過程中所使用的拋光組合物，例如CN101240147A、CN1256765C、CN100491072C、CN101333419A、CN101368068A。

隨著集成電路技術進入到深亞微米級，由不斷縮小特征尺寸所帶來的互連性能降低已經越來越明顯。而采用低介電常數介質材料(即低k介質材料)則是提高互連性能的有效途徑之一。但是當k＜2.2時，低k介質層的機械強度下降，易出現低k薄膜脫層，所以必須開發低壓力拋光設備及拋光組合物。

一般，減小下壓力會對包括拋光速率在內的CMP總體性能產生不利影響，嚴重影響生產能力。已經有一些專利提出了低下壓力拋光組合物，例如CN201110065350.2、US6,620,037、CN1644644A，但此方面的研究仍需加強。半導體行業的發展對能夠在0.5Psi(3.45kPa)及以上拋光壓力條件下拋光半導體晶片上銅的改良拋光水性組合物仍存在需求，特別是2.0Psi以下，如0.5Psi壓力下有效的拋光銅互連層，從而適應low-k電介質的引入與發展。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

本發明提供了一種酸性化學機械拋光組合物，其pH值為2-7，其組成包括磨料1-20wt％，氧化劑0.5-10wt％，絡合劑0.1-10wt％，緩蝕劑0.001-1wt％，有機成膜助劑0.001-5wt％，pH調節劑和去離子水或蒸餾水。其中磨料為改性的膠體二氧化硅溶膠，平均粒度為10-200納米，其制備方法如下：(1)去離子化：將再生好的強酸型苯乙烯系陽離子交換樹脂柱和強堿型苯乙烯系陰離子交換樹脂柱用去離子水洗至流出水pH值為中性，再將原料硅溶膠依次流過經再生好的陽離子交換樹脂柱和陰離子交換樹脂柱，流速控制在1-10米/小時，即得到去離子化的二氧化硅溶膠，采用有機堿調節pH值至9.0-10.0，以延長其穩定放置時間；(2)改性處理：將所述去離子化二氧化硅溶膠加熱至50-60℃后，在攪拌下緩慢滴入有機硅液體，保溫攪拌6小時后加水稀釋至有效固含量為30％的水性硅溶膠溶液。

本發明提供的化學機械拋光組合物，其磨料進行了精制和改性處理，此方法能有效提升拋光漿料中磨料的穩定性。

根據本發明的實施方式之一，上述去離子化步驟中有機堿為乙醇胺(MEA)、四甲基氫氧化銨(TMAH)、三乙醇胺。

根據本發明的另一實施方式，上述改性處理步驟中有機硅液體選自包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的組以及它們任意比例的組合物。

優選地，有機硅液體為γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，其加入量為0.01-10wt％。更優選地，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的加入量為0.1-1wt％。

根據本發明的實施方式之一，化學機械拋光組合物中所述膠體二氧化硅溶膠的含量為3-5wt％，平均粒度為50-80納米。