[發明專利]一種集成電路銅CMP組合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201410808839.8
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104513627A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 潘國順;鄒春莉;顧忠華;徐莉;龔樺;王鑫
• 申請（專利權）人: 深圳市力合材料有限公司;清華大學;深圳清華大學研究院
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;C23F3/04
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明屬于微電子輔助材料及超精密加工工藝技術領域，特別涉及一種具有催化作用的拋光組合物。

背景技術

隨著超大規模集成電路的不斷發展，特征尺寸不斷減小，而芯片面積不斷增大，互連線長度隨之增加而導致阻抗急劇增加。線間電容隨著相鄰互連線之間距離的不斷減小而持續上升。降低互連阻抗的一個重要手段就是減小互連金屬的電阻率、增強互連金屬的抗電子遷移特性。銅作為一種電阻率低的金屬，被應用且已取代鋁成為超大規模集成電路制造中的主流互連技術。

由于對銅的刻蝕非常困難，銅布線工藝一般通過嵌入式工藝完成多層互連結構，現在凹槽中電鍍擴散阻擋層和銅，然后通過化學機械拋光(CMP)技術去除表面多余的銅和擴散阻擋層。

銅布線拋光作為集成電路生產過程中的關鍵工藝之一，其拋光去除效率與拋光質量將直接影響到IC器件的生產效率與成品率。CMP作為一種全局平坦化工藝廣泛應用于集成電路等超精密表面加工領域。銅互連結構中的電介材料屬于低K介質(k＜2.2)，其機械強度比鋁互聯接材料低，在高下壓力條件下，Cu/低K介質層易出現膜層分離、剝落、過拋等缺陷，因此低下壓力(≤0.5psi)更適合Cu/低K介質層的拋光。而壓力的大小是CMP最重要的參數之一，CMP的材料去除率與下壓力成正比，一般，減小下壓力會將直接減小CMP的拋光速率。例如，采用成熟的商用銅拋光組合物進行銅拋光，壓力為5.0Psi時拋光速率為333.3nm/min，而當壓力減小到約、0.5Psi時，拋光速率減小至101.9nm/min，相差3倍左右。

發明內容

本發明的目的是為了提供在超低壓力(≤0.5psi)條件下，既能保持拋光表面質量又能實現快速去除的一種銅化學機械拋光組合物。本發明利用催化氧化原理，使拋光磨粒與催化劑相結合，使拋光磨粒在起到機械磨削作用的同時具有催化活性，具有催化氧化的能力，同時兼具機械作用和化學作用，可催化雙氧水等氧化劑，產生更多自由基，提高CMP的化學作用，在超低下壓力(≤0.5psi)條件下同樣實現高效去除。

一種集成電路銅CMP組合物，其特征在于，該組合物包括去離子水、含催化劑組合磨粒、氧化劑、絡合劑、緩蝕劑、界面反應助劑、pH調節劑、表面活性劑，該拋光組合液的pH值為2.0～5.5，所述各組分的含量如下：

本發明的組合物適用于拋光壓力為≤0.5psi.。

所述氧化劑為雙氧水、過氧化氫脲、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、過硫酸鉀、過一硫酸鉀、過硫酸銨、高錳酸鉀、鐵氰化鉀、硝酸銨、硝酸鐵中、過氧化氫中的至少一種。

所述絡合劑為氨基乙酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、羥谷氨酸、羥基乙叉二磷酸、氨基三甲叉膦酸、2-羥基磷酰基乙酸、乙酸、草酸、草酰胺、葡萄糖酸鈉、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸四鈉、乙二胺二磷酸苯基大乙酸鈉中的至少一種。

所述緩蝕劑是苯并三唑、甲基苯并三唑、5-甲基苯并三唑、咪唑、尿素、抗壞血酸、硫脲、亞乙基硫脲中的至少一種。

所述界面反應助劑是馬來酸、馬來酸二乙酯、馬來酸酐、馬來酸二辛酯中的至少一種。

所述表面活性劑是聚丙烯酸類高分子表面活性劑、含羧基的陰離子表面活性劑、磺酸鹽型陰離子表面活性劑、磷酸酯類陰離子表面活性劑中的至少一種。

所述磨粒的粒徑為10～35nm。

所述組合物的絡合劑為1wt％的天冬氨酸、氧化劑為2wt％的過氧化氫、緩蝕劑為0.01wt％的甲基苯并三唑、界面反應助劑為0.05wt％的馬來酸二乙酯、0.05wt％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉表面活性劑及5wt％的平均粒徑為10～30nm，pH值為4的催化劑組合磨粒。

一種集成電路銅CMP組合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

以貴金屬氯酸鹽、過度金屬氧化物為前驅體，硼氫化鈉為還原劑，十六烷基三甲基溴化銨為保護劑合成納米貴金屬或過度金屬催化劑粒子；

配制10wt％-40wt％濃度的貴金屬氯酸鹽水溶液，其中貴金屬氯酸鹽包括氯金酸、氯鉑酸或氯化鈀；過度金屬氧化物包括鈦、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅等元素的氧化物；

1)在40℃-80℃條件下，配制0.1wt％-2wt％十六烷基三甲基溴化銨水溶液，持續攪拌至完全溶解；將貴金屬或過渡金屬氧化物前驅體水溶液迅速加入十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，其中十六烷基三甲基溴化銨水溶液與前驅體水溶液體積比為1～30，攪拌均勻；