本發(fā)明屬于軟塑金屬超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種銅的環(huán)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光方法。

背景技術(shù)：

隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，集成電路芯片的特征尺寸越來越小，集成度越來越高，這就對(duì)集成電路的布線層金屬的加工提出了苛刻的要求。銅具有較高的電子遷移性和較低的電阻率，已經(jīng)逐步取代鋁成為集成電路的主要布線層金屬。

銅的質(zhì)地比較軟，且容易發(fā)生氧化，這使得銅的超精密加工非常困難?；瘜W(xué)機(jī)械拋光是一種能達(dá)到全局平坦化的超精密加工技術(shù)。它綜合了化學(xué)作用和機(jī)械作用，既可以高效地去除表面多余的銅材料，又能保證布線層不受損傷。但是目前的銅化學(xué)機(jī)械拋光中，拋光液一般含有氧化劑、絡(luò)合劑、表面活性劑、腐蝕抑制劑、成膜劑、ph調(diào)節(jié)劑、殺菌劑，這些添加劑很難保證各添加劑之間不發(fā)生影響拋光效果的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致拋光液的穩(wěn)定性和拋光效果難以重復(fù)和保證。因此，目前的銅的化學(xué)機(jī)械拋光后，表面粗糙度ra很難達(dá)到亞納米精度，一般的ra為2-3nm以上，而且測(cè)試很多都是采用原子力顯微鏡，測(cè)量范圍為1×1μm²，或者5×5μm²，這與工業(yè)上通常采用的測(cè)量范圍50×70μm²尚有一定的差距。隨著測(cè)試面積的增大，得到的粗糙度ra值一般也增大，因此銅化學(xué)機(jī)械拋光后，在50×70μm²范圍內(nèi)達(dá)到亞納米精度表面粗糙度ra是較為困難的。此外，現(xiàn)有的拋光液大都加入了腐蝕抑制劑(如苯丙三氮唑)、強(qiáng)氧化劑(如硝酸)等強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有毒的化工試劑，對(duì)環(huán)境和操作人具有重大的潛在危害，不符合綠色環(huán)保的化學(xué)機(jī)械拋光要求，同時(shí)也增加了這些化學(xué)機(jī)械拋光液的操作、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、后處理的時(shí)間和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種銅的環(huán)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光方法，該方法采用陶瓷研磨顆粒，氧化劑，去離子水和一種氨基有機(jī)物配制拋光液，實(shí)現(xiàn)銅的超光滑超低損傷化學(xué)機(jī)械拋光。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:

一種銅的環(huán)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光方法，采用陶瓷研磨顆粒，氧化劑，去離子水和一種氨基有機(jī)物配制拋光液。陶瓷研磨顆粒為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂、二氧化鈰中的一種或幾種，顆粒的平均粒徑為20-120nm，重量百分比1-6％。氨基有機(jī)物為脯氨酸、氨基葡萄糖、殼寡糖、甲殼素、纖維素中的一種，重量百分比為0.4-2.5％。拋光液的ph值為3-7。首先對(duì)銅片進(jìn)行研磨，研磨液為去離子水，然后對(duì)銅片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，拋光時(shí)工件和拋光盤的轉(zhuǎn)速均為40-80rpm，壓力為20-40kpa，拋光液流速為60-80ml/min，拋光時(shí)間為5-10min。拋光銅片的測(cè)量范圍為50×70μm²，表面粗糙度ra可以達(dá)到0.4-0.7nm。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了銅的超光滑超低損傷環(huán)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光。

陶瓷研磨顆粒為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂、二氧化鈰中的一種或幾種，顆粒的平均粒徑為20-120nm，重量百分比1-6％。選擇自然界中存在的礦物如二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂、二氧化鈰中的一種作為磨料，綠色環(huán)保，顆粒的平均粒徑為20-120nm為宜，高于這個(gè)范圍容易在銅表面產(chǎn)生劃痕，低于這個(gè)范圍，納米顆粒容易團(tuán)聚，而且加工效率低，團(tuán)聚后也容易產(chǎn)生劃痕。磨料的重量百分比為1-6％，磨料濃度低會(huì)導(dǎo)致去除率較低，磨料濃度高會(huì)在加工表面留下劃痕。

氧化劑為過氧化氫、碘酸鉀、高錳酸鉀中的一種或幾種，重量百分比為3-9％。本發(fā)明的拋光液中包含的氧化劑可以將金屬銅氧化，磨料可以快速去除多余的金屬銅。所選擇的氧化劑均可作為醫(yī)用消毒劑來使用，對(duì)人體和環(huán)境的損害極低，而且具有殺菌作用，對(duì)于保證拋光液的穩(wěn)定性具有重要的作用。氧化劑的重量百分比為1-6％為宜，太小或太大都會(huì)使拋光后表面質(zhì)量下降。

氨基有機(jī)物為脯氨酸、氨基葡萄糖、殼寡糖、甲殼素、纖維素中的一種，重量百分比為0.4-2.5％。本發(fā)明中的氨基有機(jī)物，均為食品添加劑，綠色環(huán)保。氨基有機(jī)物對(duì)銅離子有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，能起到絡(luò)合劑的作用，同時(shí)可以降低拋光液的表面張力，起到表面活性劑的作用，是一種多功能的拋光液添加劑，經(jīng)試驗(yàn)確定，所選的氨基有機(jī)物的重量百分比為0.4-2.5％為宜，太大或太小都會(huì)導(dǎo)致拋光效果變差。

拋光液的ph值為3-7。拋光液屬于酸性拋光液，低于這個(gè)范圍酸性太強(qiáng)，導(dǎo)致銅的表面拋光后會(huì)出現(xiàn)酸性腐蝕坑，高于這個(gè)范圍，屬于堿性拋光液范圍，也會(huì)在拋光表面留下堿性的腐蝕坑，均使得拋光效果變差。

首先對(duì)銅片進(jìn)行研磨，研磨液為去離子水，將固結(jié)磨料的碳化硅研磨砂紙固定在研磨盤上，粒度為1000-5000，研磨盤轉(zhuǎn)速為20-60rpm，壓力為4-8kpa，研磨時(shí)間為3-10min。研磨階段采用固結(jié)磨料對(duì)銅片進(jìn)行研磨，相比于游離磨料研磨，可以有效地避免研磨過程中磨料的嵌入；磨料的粒度以1000-5000為宜，太大會(huì)導(dǎo)致去除率太低，太小對(duì)工件損傷較大。綜合考慮研磨效率和質(zhì)量，在保證去除量的同時(shí)，盡可能減少對(duì)工件的劃傷，因此選擇了合適的研磨工藝參數(shù)。使用去離子水作為研磨液，避免了對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)操作人員健康的損害。

然后對(duì)銅片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，拋光時(shí)工件和拋光盤的轉(zhuǎn)速均為40-80rpm，壓力為20-40kpa，拋光液流速為60-80ml/min，拋光時(shí)間為5-10min。拋光時(shí)，壓力太小會(huì)導(dǎo)致去除率較低，壓力太大會(huì)導(dǎo)致拋光后銅片表面出現(xiàn)較多的劃痕，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定壓力在20-40kpa為宜。轉(zhuǎn)速太小拋光后表面會(huì)有較多的腐蝕坑，轉(zhuǎn)速太大拋光后表面會(huì)有較多的劃痕，所以確定轉(zhuǎn)速在40-80rpm。拋光液流速小，拋光時(shí)間短，會(huì)導(dǎo)致去除量較低，且拋光后表面質(zhì)量較差；而拋光液流速大，拋光時(shí)間長時(shí)，又會(huì)造成拋光液的浪費(fèi)，增加了拋光的成本和時(shí)間。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在保證拋光后銅片表面質(zhì)量的情況下，拋光液流速確定為60-80ml/min，拋光時(shí)間確定為5-10min。

拋光后，用去離子水沖洗拋光表面，并用壓縮空氣吹干。清洗過程采用去離子沖洗拋光表面，綠色環(huán)保；壓縮空氣來自于自然界，也是綠色環(huán)保的吹干方式。

拋光銅片的測(cè)量范圍為50×70μm²，表面粗糙度ra可以達(dá)到0.4-0.7nm。50×70μm²符合常用的工業(yè)測(cè)試范圍，表面粗糙度ra0.4-0.7nm已經(jīng)達(dá)到了亞納米精度，實(shí)現(xiàn)了銅的超光滑超低損傷環(huán)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光。

本發(fā)明的環(huán)保化學(xué)機(jī)械拋光效果在于：(1)本發(fā)明的拋光液中的添加劑種類很少，從而大大減少或者防止了使得拋光液變質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)；(2)本發(fā)明的拋光液是環(huán)保型化學(xué)機(jī)械拋光液，對(duì)造作者和環(huán)境無毒無害；(3)本發(fā)明的拋光方法，研磨-拋光-清洗過程，都是綠色環(huán)保的，對(duì)環(huán)境和操作人員的風(fēng)險(xiǎn)降到了極低的水平，同時(shí)對(duì)操作環(huán)境和操作者的要求也大大降低，節(jié)省了拋光時(shí)間和成本。

附圖說明

附圖1為采用本發(fā)明拋光后用zygonewview5022白光干涉儀測(cè)量的銅表面粗糙度的結(jié)果。拋光后的銅片表面粗糙度ra值為0.663nm，pv值6.734nm，rms值0.831nm。

附圖2為采用本發(fā)明拋光后用zygonewview5022白光干涉儀測(cè)量的銅表面粗糙度的結(jié)果。拋光后的銅片表面粗糙度ra值0.503nm，pv值5.260nm，rms值0.634nm。

附圖3為采用本發(fā)明拋光后用zygonewview5022白光干涉儀測(cè)量的銅表面粗糙度的結(jié)果。拋光后的銅片表面粗糙度ra值0.444nm，pv值5.468nm，rms值0.561nm。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。

研磨：加工樣件為純度99.99％銅片，長、寬、厚分別為15mm，15mm，1mm。先將三個(gè)銅片用強(qiáng)力雙面膠均勻地固定在400g的鋁合金配重盤上，配重盤直徑為80mm，厚度為12mm。研磨階段使用#3000碳化硅砂紙，研磨時(shí)間5min，壓力6kpa，轉(zhuǎn)速30rpm。

拋光液：磨料為硅溶膠，平均粒徑20nm，硅溶膠ph為9.5；氧化劑為科密歐公司生產(chǎn)的30％過氧化氫溶液；氨基有機(jī)物為平均分子量2000的殼寡糖。

拋光過程：先將拋光液中的其他成分混合，氧化劑在拋光實(shí)驗(yàn)前再加入；拋光機(jī)為380mmyj-y380型化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)。拋光墊為530n7501型阻尼布拋光墊，拋光液流速為70ml/min，拋光壓力30kpa，拋光時(shí)間7min，拋光溫度25℃。

拋光后銅片表面質(zhì)量的檢測(cè)：使用白光干涉儀檢測(cè)拋光后銅片的表面粗糙度，測(cè)量范圍為50×70μm²。

實(shí)施例1：

拋光液：硅溶膠含量為2wt.％；氧化劑含量為6wt.％，殼寡糖含量為0.6％。

拋光過程：拋光盤轉(zhuǎn)速為50rpm；拋光頭轉(zhuǎn)速50rpm，拋光墊轉(zhuǎn)速為50rpm。

拋光后的銅片表面粗糙度ra值為0.663nm，pv值6.734nm，rms值0.831nm(見附圖1)。

實(shí)施例2：

拋光液：硅溶膠含量為3wt.％；氧化劑含量為6wt.％，殼寡糖含量為1％。

拋光過程：拋光盤轉(zhuǎn)速為60rpm；拋光頭轉(zhuǎn)速60rpm，拋光墊轉(zhuǎn)速為60rpm。

拋光后的銅片表面粗糙度ra值0.503nm，pv值5.260nm，rms值0.634nm(見附圖2)。

實(shí)施例3：

拋光液：硅溶膠含量為4wt.％；氧化劑含量為6wt.％，殼寡糖含量為0.8％。

拋光過程：拋光盤轉(zhuǎn)速為70rpm；拋光頭轉(zhuǎn)速70rpm，拋光墊轉(zhuǎn)速為70rpm。

拋光后的銅片表面粗糙度ra值0.444nm，pv值5.468nm，rms值0.561nm(見附圖3)。