专利名称：一种金属化学机械抛光的浆料及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金属化学机械抛光的浆料及其使用方法。
背景技术：
IC制造工艺中抛光技术已成为与光刻和刻蚀同等重要且相互依赖的不可缺少的 关键技术之一。而化学机械抛光(CMP)工艺便是目前最有效、最成熟的抛光技术。化学机 械抛光系统是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术于一体的化学机械抛光技术，是集 成电路(IC)向微细化、多层化、抛光、薄型化发展的产物，是集成电路提高生产效率、降低 成本、晶圆全局抛光必备技术。CMP在IC制造领域应用广泛，抛光对象包括衬底、介质及互 连材料等。其中金属CMP是90纳米以下芯片制造中器件和互连制造的关键工艺之一，是亚 90纳米时代的研究热点。金属铜、铝、钨正越来越多地应用于集成电路器件上的互连，必须 通过化学机械抛光实现多层互连，因而开发出新一代的金属化学机械抛光液一直让业界关 注。US4789648和US4944836公开了以硝酸铁为氧化剂的组合物用于金属钨抛光，但 是该组合物极不稳定，对抛光垫、抛光机台有强腐蚀和污染，同时对运输管道也有污染，尽 管有US 6284151专利对其进行改进，还是难以克服该不稳定性，对抛光垫，抛光机台有强 腐蚀和污染的重要缺陷。US5958288公开了一种含氧化剂和多氧化态催化剂的组合物用于 金属钨抛光；US 5980775和US6068787公开了一种同时含有氧化剂和多氧化态催化剂以及 稳定剂的组合物能够实现金属钨抛光。CN 200580019842.0公开了一种含有氧化剂和多氧 化态催化剂，稳定剂和腐蚀抑制剂的组合物；以上专利均需用到双氧水做为氧化剂。双氧水 是金属钨的一种刻蚀剂，特别是在高温下，对金属钨的腐蚀十分明显。因此有必要寻找一种 新的抛光体系，可以控制金属的绝对去除速率和对介电质的相对去除速率比，同时控制金 属材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物等。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的抛光缺陷，提供一种可以提高抛光液稳定 时间和产品良率，减少对抛光垫、抛光机台的污染，同时控制金属的材料的局部和整体腐 蚀，减少衬底表面污染物的化学机械抛光浆料及其使用方法。本发明的金属化学机械抛光浆料包括有研磨颗粒，氧化剂，抛光稳定剂和载体。在本发明的实施例中，该研磨颗粒的浓度为0. 1 10%，该氧化剂的浓度为0. 1 2%，抛光稳定剂的浓度为0. 01 2%，载体为余量，以上百分比均指占整个化学机械抛光 浆料的总重量百分比。本发明的研磨颗粒可以参照现有技术，优选氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物 颗粒，如聚乙烯或聚四氟乙烯，更优选氧化硅。在本发明中，该研磨颗粒的尺寸较佳地为20 200nm，更佳地为30 lOOnm。在本发明中，所述的氧化剂可为现有技术中的各种金属氧化剂，较佳地为选自Ag，Co，Cr，Cu，Fe，Mo，Mn，Nb, Ni，Os，Pd，Ru，Sn，Ti，Ce 和 V 的具有氧化性的盐类中的一种或多种。在本发明中，所述的抛光稳定剂可作为能与相应金属氧化剂形成无色/浅色的络 合物的络合剂，能够有效消除金属氧化剂对抛光垫的污染，同时稳定抛光性能。例如各种有 机酸，无机酸，金属络合剂等等。本发明的介电层用化学机械抛光浆料pH值为2. 0 12. 0，较佳地2. 0-5. 0以及 9. 0-12. 0。pH调节剂可为各种酸和/或碱，以将pH调节至所需值即可，较佳地硫酸，硝酸，
磷酸，氨水，氢氧化钾、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。本发明的化学机械抛光浆料还可包括常见的氧化剂，例如硝酸或硝酸盐，有机过 氧化物，其它有机氧化剂等。以及表面活性剂、PH稳定剂，抑制剂和杀菌剂，以进一步提高 表面的抛光性能。本发明还包括上述抛光浆料的使用方法，具体在配制好抛光浆料后，以下压力 l-5psi，头转速为70-110rpm，抛光盘转速70-1 lOrpm，抛光浆料流速50_120ml/min进行化 学机械抛光。本发明可适用于金属钨，钛/氮化钛，铜，钽/氮化钽，等的化学机械抛光。本发明的积极进步效果在于1)通过抛光体系的作用提高抛光液稳定时间，减少对抛光垫，抛光机台的污染；2)同时控制金属材料的局部和整体腐蚀，减少机台和衬底表面污染物，提高产品良率。
图1为没有稳定剂情况下的抛光液的室温储存有效期，很容易产生抛光垫污染， 样品在炉内过夜后会变色，且W移除速率下降十分明显对比例1 ；图2为有稳定剂情况下的抛光液的室温储存有效期，抛光垫的污染得到了极大改 善，在炉内15天后也会不变色，并可以在3周内维持W移除速率稳定实施例1 ；图3为实施例2的扫描电子显微镜(SEM)图像；图4为对比例2的扫描电子显微镜(SEM)图像。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
来进一步说明本发明的内容。按照表1配制各抛光浆料，将各物料按研磨颗粒、水、氧化剂、稳定剂的顺序依次 加入反应器中并搅拌均勻，加入去离子水稀释至所需体积，最后用PH调节剂(20% KOH或 稀HNO3,根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值继续搅拌至均勻流体，静止30分钟 即可得到化学机械抛光浆料。表1、实施例1 18以及对比例1 2
4 效果实施例分别用上述实施例1、2的化学机械抛光浆料对包括W衬底以及对于有图案的W硅 片抛光，抛光条件相同，抛光参数如下=Logitech抛光垫，向下压力3_5psi，转盘转速/抛光 头转速=60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光浆料流速lOOml/min。抛光结果见表2。
表2、实施例2与对比例2抛光浆料对比的结果 图1与图2分别为对比例1与实施例1的比较，从图中可以明显看到对比例的抛 光稳定时间低，同时对抛光垫污染也比较大。而图3与图4分别为实施例2与对比例2的 比较，从图中可以明显看到用对比例2抛光后产生了明显的腐蚀孔，并且对介电质侵蚀也 较为严重，具体见表2。通过表2数据可以看到，无论在室温或是在高温条件下，对比例的金属钨腐蚀速 率都大于实施例，同时介电质侵蚀也大于实施例，对比例金属表面也出现明显的腐蚀孔，充 分说明实施例在腐蚀控制方面优于对比例。因此使用本发明的化学机械抛光浆料可以提高抛光液稳定时间，减少对抛光垫， 抛光机台的污染；同时控制金属的材料的局部和整体腐蚀，减少机台和衬底表面污染物，提
高产品良率。
权利要求
一种金属化学机械抛光浆料，包含研磨颗粒，氧化剂，抛光稳定剂和载体。
2.如权利要求1所述抛光浆料，其特征在于，所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.1 10%，所述氧化剂的质量百分比浓度为0. 1 2%，所述抛光稳定剂的质量百分比浓度为 0. 01 2%。
3.如权利要求1所述抛光浆料，其特征在于，所述研磨颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化 铈和聚合物颗粒中的一种或多种。
4.如权利要求3所述抛光浆料，其特征在于，所述聚合物颗粒为聚乙烯或聚四氟乙烯。
5.如权利要求1所述抛光浆料，其特征在于，所述研磨颗粒的尺寸为20 200nm。
6.如权利要求6所述抛光浆料，其特征在于，所述研磨颗粒的尺寸为30 lOOnm。
7.如权利要求1所述抛光浆料，其特征在于，所述氧化剂选自Ag，Co,Cr, Cu，Fe, Mo, Mn，Nb，Ni，Os，Pd，Ru，Sn，Ti，Ce和V的盐类中的一种或多种。
8.如权利要求1所述抛光浆料，其特征在于，所述稳定剂选自有机酸，无机酸和金属络 合剂中的一种或多种。
9.如权利要求1所述抛光浆料，其特征在于，所述抛光浆料还可包含选自硝酸、硝酸 盐，有机过氧化物、其它有机氧化剂、表面活性剂、PH稳定剂，抑制剂和杀菌剂中的一种或多 种。
10.如权利要求1 9所述的化学机械抛光浆料的使用方法，其特征在于，以下压力 l-5psi，头转速为70-110rpm，抛光盘转速70_110rpm，所述抛光浆料流速50-120ml/min进 行化学机械抛光。
全文摘要
本发明公开了一种用于金属化学机械抛光的浆料及其使用方法，所述浆料包括研磨颗粒、氧化剂，抛光稳定剂和载体。使用本发明的化学机械抛光浆料能够提高抛光液稳定性，减少对抛光垫、抛光机台的污染，同时控制金属材料的局部和整体腐蚀，减少衬底表面污染物，提高产品良率。
文档编号C09G1/02GK101906269SQ200910052658
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者徐春 申请人:安集微电子科技(上海)有限公司