一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，通过如下方法制备：将分散剂、缓蚀剂、润湿剂、有机溶剂、氧化剂在搅拌下依次加入磨料，再加入消泡剂，再用pH调节剂调整溶液的pH值。本发明专利技术抛光组合物，可用于铜互连阻挡层的化学机械抛光，抛光后表面污染物颗粒、表面蝶形凹陷以及金属的腐蚀均得到有效控制，可满足28纳米及以下工艺的要求，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物及其制备方法
本专利技术涉及化学机械抛光(CMP)领域，具体涉及一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物及其制备方法。
技术介绍
现今超大集成电路的发展已经接近纳米级的技术节点，而化学机械抛光(CMP)技术依然是IC铜制程全局平坦化的唯一可量产技术，在28nm及以下制程的铜互连工艺中，阻挡层(Ta/TaN)的厚度已接近原子级，而且为防止界面腐蚀和边角腐蚀，阻挡层以下也会采用各种硅基材料(如黑钻BD和SiON等)作为封盖材料以确保沟槽内铜线的完美结构，无缺陷，无腐蚀。同时介质材料区域也要达到相当高的平整度和洁净度，才能获得清晰洁净和平坦锐利的晶圆表面。这就对阻挡层的化学机械抛光提出了更高的要求，要在极限柔和的抛光条件下(低的下压力以及合适的转速和抛光时间)，得到工艺要求的表面平坦度和各种材料(包括金属和非金属材料)的完美表面，包括金属区域的边角腐蚀，表面腐蚀以及硅基材料的表面缺陷，均要得到有效的控制。在阻挡层的CMP抛光中，现有的CMP抛光液主要为早期45纳米及以上制程的，不适合28纳米及以下制程，故需要开发新一代阻挡层抛光液，用于28纳米及以下制程中。
技术实现思路
为解决现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其各组分的质量百分含量为：分散剂0.01％～0.5％(优选为0.05％～0.2％)，缓蚀剂0.01％～0.5％(优选为0.05％～0.1％)，润湿剂0.005％～0.5％，有机溶剂1％～20％(优选为2％～10％)，氧化剂的含量根据工艺要求调整，磨料5％～40％(优选为10％～20％)，消泡剂0.01％～0.1％(优选为0.02％～0.05％)，pH调节剂的含量根据工艺要求调整，余量为去离子水。优选的，所述分散剂为氧化石墨烯，比表面为1000-3000m2/g(优选为2000m2/g)。优选的，所述缓蚀剂为唑类化合物和植酸或植酸衍生物的混合物。优选的，所述唑类化合物为三唑类化合物，选自脂环类三唑化合物或芳环类三唑化合物。优选的，所述脂环类三唑化合物的通式如下：其中，R1和R2分别为烃基、芳香基、巯基、羧基、氨基或羟基。优选的，所述芳环类三唑化合物的通式如下：其中，R1和R2分别为甲基、乙基、羧基、氨基或巯基。优选的，所述润湿剂为炔二醇乙氧基化物、炔二醇丙氧基化物或炔二醇聚氧乙烯聚氧丙烯化物。优选的，所述润湿剂为2,5,8,11-四甲基-6-十二碳炔-5,8-二醇聚氧乙烯醚。优选的，所述有机溶剂为二元醇醚类有机溶剂。优选的，所述有机溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚，丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的一种或几种。优选的，所述氧化剂选自过氧化物、过流化物、卤酸、高卤酸类、硝基化合物。优选的，所述氧化剂选自高氯酸、高氯酸钾、高氯酸钾、氯酸钾、氯酸钠、高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠、碘酸、碘酸钾、过氧化氢、臭氧、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵中的一种或几种。优选的，所述水为去离子水。优选的，所述磨料为二氧化硅，磨料为球形或纺锤形，粒度在10～100nm(优选的为30～60nm)。优选的，所述消泡剂为改性的聚硅氧烷消泡剂。优选的，所述pH调节剂为柠檬酸或稀硝酸。本专利技术还提供上述用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物的制备方法，将分散剂、缓蚀剂、润湿剂、有机溶剂、氧化剂依次加入去离子水中，搅拌均匀后加入硅溶胶磨料，再加入消泡剂，再用pH调节剂将溶液的pH值调至2～5(pH值优选为3～4)。本专利技术的优点和有益效果在于：本专利技术提供一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，可用于铜互连阻挡层的抛光，抛光后表面污染物颗粒、表面蝶形凹陷以及金属的腐蚀均得到有效控制，可满足28纳米及以下工艺的要求，具有较好的应用前景。本专利技术首次采用石墨烯作为分散剂，利用其特有的纳米薄层的网状结构，使得抛光过程中的磨料颗粒不易团聚，从而获得较好的表面光洁度。本专利技术创新性地采用唑类化合物配合植酸，能有效控制抛光过程中金属的腐蚀和缺陷。本专利技术采用双子活性剂为润湿成分，使抛光液能更好的在晶圆表面铺展，得到更好的表面形貌。本专利技术抛光液是绿色环保型抛光剂。在28nm及以下制程中，阻挡层的厚度逐步减薄，为防止界面和边角腐蚀，通常也会采用封盖材料例如BD,SiON等硅基材料，同时金属铜的线宽接近纳米级，这都需要抛光过程中要有适当的去除速率和选择比，另外控制好金属腐蚀和蝶形凹陷，以满足先进制程的要求。本专利技术解决了抛光液在抛光过程中容易产生团聚而产生划伤的问题，源自石墨烯的单层纳米网络结构，使磨料更均匀的作用于基底的各种材料上，得到更光滑洁净的表面。本专利技术采用唑类化合物配合植酸，能够有效控制金属和介质材料的腐蚀，得到理想的表面形貌。本专利技术采用的专有润湿剂既能使抛光液快速均匀铺展，得到平整的表面，又能有助洗的功能，使得抛光后的磨料颗粒易于去除，从而得到洁净的表面。本专利技术采用醇醚类有机溶剂，能解决表面微小区域内的抛光均匀性，同时也辅助去除有机物残留，进一步提升表面光洁度。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，通过如下方法制备：将0.01～0.5重量份(优选为0.05～0.2重量份)分散剂、0.01～0.2重量份(优选为0.05～0.1重量份)缓蚀剂、0.005～0.5重量份润湿剂、1～20重量份(优选为2～10重量份)有机溶剂、0.1～0.5重量份氧化剂依次加入5～40重量份(优选为10～20重量份)硅溶胶磨料中(硅溶胶)，搅拌均匀后加入，再加入0.01～0.1重量份(优选为0.02～0.05重量份)消泡剂，再用适当重量份pH调节剂将溶液的pH值调至2～5(pH值优选为3～4)；所述分散剂为氧化石墨烯，比表面为1000-3000m2/g(优选为2000m2/g)；所述缓蚀剂为唑类化合物和植酸或植酸衍生物的混合物；所述唑类化合物为三唑类化合物，选自脂环类三唑化合物或芳环类三唑化合物；所述脂环类三唑化合物的通式如下：其中，R1和R2分别为烃基、芳香基、巯基、羧基、氨基或羟基；所述芳环类三唑化合物的通式如下：其中，R1和R2分别为甲基、乙基、羧基、氨基或巯基；所述润湿剂可为炔二醇乙氧基化物或炔二醇丙氧基化物；润湿剂可优选2,5,8,11-四甲基-6-十二碳炔-5,8-二醇聚氧乙烯醚；所述有机溶剂可为二元醇醚类有机溶剂；所述有机溶剂可选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的一种或几种；所述氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，其各组分的质量百分含量为：/n分散剂 0.01％～0.5％，/n缓蚀剂 0.01％～0.5％，/n润湿剂 0.005％～0.5％，/n有机溶剂 1％～20％，/n氧化剂 0.01％～1％，/n磨料 5％～20％，/n消泡剂 0.01％～0.1％，/n余量为去离子水。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，其各组分的质量百分含量为：
分散剂0.01％～0.5％，
缓蚀剂0.01％～0.5％，
润湿剂0.005％～0.5％，
有机溶剂1％～20％，
氧化剂0.01％～1％，
磨料5％～20％，
消泡剂0.01％～0.1％，
余量为去离子水。


2.根据权利要求1所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述分散剂为氧化石墨烯，比表面为1000-3000m2/g。


3.根据权利要求1所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述缓蚀剂为唑类化合物和植酸或植酸衍生物的混合物。


4.根据权利要求3所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述唑类化合物选自脂环类三唑化合物或芳环类三唑化合物。


5.根据权利要求4所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述脂环类三唑化合物的通式如下：



其中，R1和R2分别为烃基、芳香基、巯基、羧基、氨基或羟基。


6.根据权利要求4所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述芳环类三唑化合物的通式如下：



其中，R1和R2分别为甲基、乙基、羧基、氨基或巯基。


7.根据权利要求1所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述润湿剂为炔二醇聚醚类化合物。


8.根据权利要求1所述的用于IC铜阻挡层CMP的抛光组合物，其特征在于，所述润湿剂为炔二醇聚氧乙烯、炔二醇聚氧丙烯或炔二醇聚氧丙烯聚氧乙烯化物。


9.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟红，蔡庆东，
申请(专利权)人：常州时创新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32