[发明专利]一种化学机械抛光液及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种研磨颗粒为二氧化铈的抛光液。

背景技术

化学机械平坦化（CMP）技术是目前最为可靠的低成本制造平坦基材表面的方法，其通常分两步进行：第一步是通过特定配方抛光液快速去除铜，在去除铜后，第二步是去除铜下面的阻挡层。

目前，已报道的阻挡层抛光液，一般需要包含氧化剂，以便抛光过程中在阻挡层介质表面形成金属氧化层，再通过机械研磨作用将该氧化层去除以实现对阻挡层的不断抛光去除。但是氧化剂的添加可能产生多种负面作用。如在酸性条件下，氧化剂的添加容易对铜线造成碟形凹槽或腐蚀等问题，专利CN1955249A公开了一种酸性阻挡层抛光液，其使用pH范围为2-4，以过氧化氢、过硫酸铵等为氧化剂，在抛光过程中非常容易导致铜线表面腐蚀缺陷的产生，因此抛光液中需要添加大量腐蚀抑制剂。又如专利CN1696235A公开了一种pH小于7.0的酸性阻挡层抛光液，其同样存在氧化剂对铜线腐蚀的风险。碱性阻挡层抛光液对铜的腐蚀性相对降低，但是常用的氧化剂如H2O2,过硫酸盐等在碱性条件下稳定性不高，因此一般要求在产品包装运输过程中将氧化剂分开包装，在使用时再将氧化剂添加混合进入抛光液中，这显然增加了产品的运输管理成本。

另一方面，针对阻挡层抛光液的研究报道主要是基于溶胶氧化硅磨料体系，该类抛光液中通常均需要添加氧化剂以获得较高的阻挡层Ti、Ta抛光速率和可调的Cu抛光速率，但TEOS的抛光速率相对较低，为了获得高的TEOS抛光速率，还需要较高的固含量，这不仅增加了成本，还存在堵管道的风险。如专利CN101302405A公开了一种以二氧化硅为磨料的碱性阻挡层抛光液，抛光液中二氧化硅固含量在14%的条件下，在胍盐的作用下，TaN的抛光速率可大于1000A/min，但TEOS的抛光速率均小于1500A/min。

氧化铈磨料具有高的TEOS抛光速率，受到业内广泛关注。另一方面，氧化铈自身具有较高的氧化特性，因此其对金属介质的抛光显示出许多独特的应用特征。CN1872900公开了一种含有氧化铈研磨颗粒的化学机械抛光液，但是该抛光液中仅涉及将氧化铈抛光应用于TEOS和SiN的抛光。由于对TEOS和SiN抛光时，通常不需加入氧化剂，因此此篇专利并未讨论氧化剂对基材的影响，以及如何避免氧化剂对基材产生的可能腐蚀。而涉及阻挡层和铜的抛光，通常需要加入氧化剂，因此针对氧化铈研磨颗粒及氧化剂共同存在的抛光组合物对抛光基材，例如阻挡层材料或者铜等有何影响，本领域尚未有明确的理论或数据教导。

发明内容

本发明公开了一种以氧化铈为磨料的CMP抛光液，该抛光液不需要额外添加氧化剂，同时对二氧化硅（TEOS）、阻挡层Ta或Ti具有高的抛光速率，避免了抛光过程中氧化剂对铜线表面的腐蚀以及碟形凹槽等缺陷的产生，并降低了生产成本。

本发明提供了一种用于阻挡层的抛光液，包含水，氧化铈磨料，有机分散剂，络合剂，和腐蚀抑制剂，且该抛光液中不含有氧化剂。

其中，氧化铈磨料的浓度为质量百分比0.1%-5%，氧化铈磨料的平均粒径为60-160纳米，平均晶粒尺寸为10-60纳米。

其中，有机分散剂选自聚丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种。优选聚丙烯酸。聚丙烯酸的分子量3000-5000、所述聚乙二醇的分子量为3000-1000、所述聚乙烯基吡咯烷酮的分子量为3000-10000。其中，有机分散剂的浓度为质量百分比0.001%-0.5%。

其中，络合剂选自L-精氨酸、氨基乙酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种。优选氨基乙酸。络合剂的浓度为质量百分比0.1%-1%。

其中，腐蚀抑制剂为苯并三氮唑类化合物。腐蚀抑制剂优选为苯并三氮唑和/或3-氨基-1,2,4-三氮唑。腐蚀抑制剂的浓度为质量百分比0.01-0.1%。

其中，水为去离子水，该抛光液的余量为水。

其中，抛光液还进一步含有pH调节剂，具体pH调节剂可为KOH或H₂SO₄。

其中，抛光液的pH值为7.5-12.0。