一种化学机械抛光液的制作方法

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。

背景技术：

1、铜的电阻小，拥有良好的导电性，加快了电路中晶体管间信号的传递速度，还可提供更小的寄生电容能力，较小电路对于电迁移的敏感性。这些电学优点都使得铜在半导体技术发展中拥有良好的发展前景。

2、铜的化学机械抛光过程一般分为3个步骤，第1步是先用较高的下压力，以快且高效的去除速率除去衬底表面上大量的铜并留下一定厚度的铜，第2步用较低去除速率去除剩余的金属铜并停在阻挡层，第3步再用阻挡层抛光液去除阻挡层及部分介电层和金属铜，实现平坦化。铜抛光一方面要尽快去除阻挡层上多余的铜，另一方面要尽量减小抛光后铜线的碟形凹陷。

3、随着集成电路的发展，一方面，在传统的ic行业中，为了提高集成度，降低能耗，缩短延迟时间，线宽越来越窄，介电层使用机械强度较低的低介电(low-k)材料，布线的层数也越来越多，为了保证集成电路的性能和稳定性，对铜化学机械抛光的要求也越来越高。对于10nm及以下制程工艺，通常要求在保证铜的去除速率的情况下降低抛光压力，提高铜线表面的平坦化效率的同时，进一步降低抛光后铜线的碟形凹陷。

4、另一方面，由于物理局限性，线宽不能无限缩小，半导体行业不再单纯地依赖在单一芯片上集成更多的器件来提高性能，而转向于多芯片封装。硅通孔(tsv)技术作为一种通过在芯片和芯片之间、晶圆与晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术而得到工业界的广泛认可。tsv能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。目前的tsv工艺是结合传统的ic工艺形成贯穿硅基底的铜穿孔，即在tsv开口中填充铜实现导通，填充后多余的铜也需要利用化学机械抛光去除达到平坦化。与传统ic工业不同，由于硅通孔很深，填充后表面多余的铜通常有几到几十微米厚。为了快速去除这些多余的铜。通常需要具有很高的铜去除速率，同时抛光后的表面平整度好，具有更小的铜线凹陷。这对铜的抛光工艺提出了新的挑战。

技术实现思路

1、本发明提供了一种铜抛光液的制备方法，能够在保证铜的高速去除速率的同时，降低抛光后的碟形凹陷程度和介质层侵蚀程度，同时降低抛光后铜表面缺陷数量。

2、具体而言，本发明提供一种化学机械抛光液，包括研磨颗粒，五元含氮杂环化合物，六元含氮杂环化合物，有机酸和氧化剂。

3、优选的，所述六元含氮杂环化合物包括如式(i)所示的化合物，

4、

5、r1选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、甲基、乙基、异丙基、环丙基、氨基、羟基、羧基、磺酸基、丙烯氧基、甲氧基、甲氨基、乙氨基、异丙氨基、特丁氨基、氨基乙酸基、氨基己酸基、三氟甲基、三氯甲基、二甲氨基、甲硫基、乙硫基、苯基、苄基、苄硫基、苯氧基、吡啶基、n-吗啉基、苯磺酸基；

6、r2选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、甲基、乙基、异丙基、环丙基、氨基、羟基、羧基、磺酸基、丙烯氧基、甲氧基、甲氨基、乙氨基、异丙氨基、特丁氨基、氨基乙酸基、氨基己酸基、三氟甲基、三氯甲基、二甲氨基、甲硫基、乙硫基、苯基、苄基、苄硫基、苯氧基、吡啶基、n-吗啉基、苯磺酸基；

7、r3选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、甲基、乙基、异丙基、环丙基、氨基、羟基、羧基、磺酸基、丙烯氧基、甲氧基、甲氨基、乙氨基、异丙氨基、特丁氨基、氨基乙酸基、氨基己酸基、三氟甲基、三氯甲基、二甲氨基、甲硫基、乙硫基、苯基、苄基、苄硫基、苯氧基、吡啶基、n-吗啉基、苯磺酸基。

8、优选的，r1基团选自氢原子、氯原子、甲基、氨基、羟基、羧基、磺酸基、乙氨基、乙硫基中的一种；r2基团选自氢原子、氯原子、甲基、氨基、羟基、羧基、磺酸基、乙氨基、乙硫基中的一种；r3基团选自氢原子、氯原子、甲基、氨基、羟基、羧基、磺酸基、乙氨基、乙硫基中的一种。

9、优选的，所述的六元含氮杂环化合物的质量百分比浓度为0.005％～1％。

10、优选的，所述的六元含氮杂环化合物的质量百分比浓度为0.01％～0.5％。

11、其中，部分具有代表性的化合物结构式如表1所示。但是，需指出的是，本发明中涉及的六元含氮杂环类化合物并不仅限于所示的化合物结构。

12、表1部分具有代表性的六元含氮杂环类化合物结构式

13、 r1 r2 r3 化合物1 氢原子 氢原子 氢原子 化合物2 氢原子 氢原子 氯原子 化合物3 氢原子 氢原子 甲基 化合物4 氢原子 氢原子 磺酸基 化合物5 羧基 羧基 羧基 化合物6 氢原子 氢原子 羟基 化合物7 氢原子 氢原子 氨基 化合物8 氨基 氨基 氨基 化合物9 氢原子 氢原子 甲氧基 化合物10 羟基 羟基 羟基 化合物11 磺酸基 磺酸基 磺酸基 化合物12 氢原子 氢原子 甲氨基 化合物13 乙氨基 乙氨基 乙氨基 化合物14 氢原子 氢原子 甲硫基 化合物15 乙硫基 乙硫基 乙硫基 化合物16 氨基乙酸基 氨基乙酸基 氨基乙酸基

14、优选的，所述五元含氮杂环化合物为选自咪唑、甲基咪唑、巯基咪唑、咪唑烷基脲、1,2,4-三氮唑、3-甲基-1,2,4-三氮唑、3-氨基-1,2,4-三氮唑、4-氨基-1,2,4-三氮唑、r3-巯基-1,2,4-三氮唑、3-羧基-1,2,4-三氮唑、3-苯基-1,2,4-三氮唑、四氮唑、5-甲基-1h-四氮唑、5-氨基-1h-四氮唑、5-巯基-1h-四氮唑、5-羧基-1h-四氮唑、5-苯基-1h-四氮唑中的一种或多种。其中，含氮杂环类腐蚀抑制剂为选自咪唑烷基脲、1,2,4-三氮唑、四氮唑、5-甲基-1h-四氮唑、5-氨基-1h-四氮唑、5-苯基-1h-四氮唑中的一种或多种。

15、优选的，所述五元含氮杂环化合物的质量百分比浓度为0.001％～0.5％。

16、优选的，所述研磨颗粒为二氧化硅，研磨颗粒的质量百分比浓度为0.05％-1％，

17、优选的，所述研磨颗粒的平均粒径为20-120nm。

18、优选的，所述有机酸为选自甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸中的一种或多种。

19、优选的，所述有机酸的质量百分比浓度为0.1％～3.0％。

20、优选的，所述氧化剂为过氧化氢，质量百分比浓度为0.05％-3.0％。

21、优选的，所述化学机械抛光液的ph值为5.0-8.0。

22、本发明的化学机械抛光液中，还可以含有本领域常用的添加剂如ph调节剂，杀菌剂等。本发明的抛光液可以浓缩配置，使用前用去离子水稀释到本发明的浓度范围并添加氧化剂即可使用。

23、与现有技术相比，本发明的优势在于：1)本发明的抛光液对铜的去除速率高；2)同时使用两种含氮杂环类腐蚀抑制剂，有助于降低抛光后的碟形凹陷程度和介质层侵蚀程度，同时降低抛光后铜表面缺陷数量。