[发明专利]一种集成电路铜CMP组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域，特别涉及一种具有催化作用的抛光组合物。

背景技术

随着超大规模集成电路的不断发展，特征尺寸不断减小，而芯片面积不断增大，互连线长度随之增加而导致阻抗急剧增加。线间电容随着相邻互连线之间距离的不断减小而持续上升。降低互连阻抗的一个重要手段就是减小互连金属的电阻率、增强互连金属的抗电子迁移特性。铜作为一种电阻率低的金属，被应用且已取代铝成为超大规模集成电路制造中的主流互连技术。

由于对铜的刻蚀非常困难，铜布线工艺一般通过嵌入式工艺完成多层互连结构，现在凹槽中电镀扩散阻挡层和铜，然后通过化学机械抛光(CMP)技术去除表面多余的铜和扩散阻挡层。

铜布线抛光作为集成电路生产过程中的关键工艺之一，其抛光去除效率与抛光质量将直接影响到IC器件的生产效率与成品率。CMP作为一种全局平坦化工艺广泛应用于集成电路等超精密表面加工领域。铜互连结构中的电介材料属于低K介质(k＜2.2)，其机械强度比铝互联接材料低，在高下压力条件下，Cu/低K介质层易出现膜层分离、剥落、过抛等缺陷，因此低下压力(≤0.5psi)更适合Cu/低K介质层的抛光。而压力的大小是CMP最重要的参数之一，CMP的材料去除率与下压力成正比，一般，减小下压力会将直接减小CMP的抛光速率。例如，采用成熟的商用铜抛光组合物进行铜抛光，压力为5.0Psi时抛光速率为333.3nm/min，而当压力减小到约、0.5Psi时，抛光速率减小至101.9nm/min，相差3倍左右。

发明内容

本发明的目的是为了提供在超低压力(≤0.5psi)条件下，既能保持抛光表面质量又能实现快速去除的一种铜化学机械抛光组合物。本发明利用催化氧化原理，使抛光磨粒与催化剂相结合，使抛光磨粒在起到机械磨削作用的同时具有催化活性，具有催化氧化的能力，同时兼具机械作用和化学作用，可催化双氧水等氧化剂，产生更多自由基，提高CMP的化学作用，在超低下压力(≤0.5psi)条件下同样实现高效去除。

一种集成电路铜CMP组合物，其特征在于，该组合物包括去离子水、含催化剂组合磨粒、氧化剂、络合剂、缓蚀剂、界面反应助剂、pH调节剂、表面活性剂，该抛光组合液的pH值为2.0～5.5，所述各组分的含量如下：

本发明的组合物适用于抛光压力为≤0.5psi.。

所述氧化剂为双氧水、过氧化氢脲、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过一硫酸钾、过硫酸铵、高锰酸钾、铁氰化钾、硝酸铵、硝酸铁中、过氧化氢中的至少一种。

所述络合剂为氨基乙酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、羟谷氨酸、羟基乙叉二磷酸、氨基三甲叉膦酸、2-羟基磷酰基乙酸、乙酸、草酸、草酰胺、葡萄糖酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、乙二胺二磷酸苯基大乙酸钠中的至少一种。

所述缓蚀剂是苯并三唑、甲基苯并三唑、5-甲基苯并三唑、咪唑、尿素、抗坏血酸、硫脲、亚乙基硫脲中的至少一种。

所述界面反应助剂是马来酸、马来酸二乙酯、马来酸酐、马来酸二辛酯中的至少一种。

所述表面活性剂是聚丙烯酸类高分子表面活性剂、含羧基的阴离子表面活性剂、磺酸盐型阴离子表面活性剂、磷酸酯类阴离子表面活性剂中的至少一种。

所述磨粒的粒径为10～35nm。

所述组合物的络合剂为1wt％的天冬氨酸、氧化剂为2wt％的过氧化氢、缓蚀剂为0.01wt％的甲基苯并三唑、界面反应助剂为0.05wt％的马来酸二乙酯、0.05wt％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠表面活性剂及5wt％的平均粒径为10～30nm，pH值为4的催化剂组合磨粒。

一种集成电路铜CMP组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

以贵金属氯酸盐、过度金属氧化物为前驱体，硼氢化钠为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵为保护剂合成纳米贵金属或过度金属催化剂粒子；

配制10wt％-40wt％浓度的贵金属氯酸盐水溶液，其中贵金属氯酸盐包括氯金酸、氯铂酸或氯化钯；过度金属氧化物包括钛、锰、铁、钴、镍、铜、锌等元素的氧化物；

1)在40℃-80℃条件下，配制0.1wt％-2wt％十六烷基三甲基溴化铵水溶液，持续搅拌至完全溶解；将贵金属或过渡金属氧化物前驱体水溶液迅速加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，其中十六烷基三甲基溴化铵水溶液与前驱体水溶液体积比为1～30，搅拌均匀；