一种化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒，腐蚀抑制剂，络合剂，氧化剂，和至少一种聚丙烯酸类阴离子表面活性剂，以及金属表面缺陷改善剂。本发明专利技术抛光液的优点在于：1)本发明专利技术的抛光液对铜的抛光速率高，对钽的抛光速率低，从而具有较高的铜/钽抛光速率选择比；2)本发明专利技术的抛光液可以改善抛光后铜线的碟型凹陷和介质层侵蚀；3)本发明专利技术的抛光液可以改善抛光后铜表面粗糙度，减少缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液
本专利技术涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。
技术介绍
随着半导体技术的发展，电子部件的微小化，铜作为一种具有良好导电性的材料，而被广泛应用于电子元件电路中。由于铜的电阻小，从而可以加快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，较小的电迁移的敏感性。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。但在铜的集成电路制造过程中发现，铜会迁移或扩散进入到集成电路的晶体管区域，从而对于半导体的晶体管的性能产生不利影响，因而铜的互连线只能以镶嵌工艺制造，即：在第一层里形成沟槽，在沟槽内填充铜阻挡层和铜，形成金属导线并覆盖在介电层上。然后通过化学机械抛光将介电层上多余的铜/铜阻挡层除去，在沟槽里留下单个互连线。铜的化学机械抛光过程一般分为3个步骤：第1步，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，用较低的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。铜抛光的过程中，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型凹陷。在铜抛光前，金属层在铜线上方有部分凹陷。抛光时，介质材料上的铜在较高的主体压力下易于被去除，而凹陷处的铜所受的抛光压力比主体压力低，铜去除速率小。随着抛光的进行，铜的高度差会逐渐减小，达到平坦化。但是在抛光过程中，如果铜抛光液的化学作用太强，静态腐蚀速率太高，则铜的钝化膜即使在较低压力下(如铜线凹陷处)也易于被去除，导致平坦化效率降低，抛光后的碟型凹陷增大。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。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，控制表面缺陷。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抛光速率，同时抛光后的表面平整度好。而现有的抛光液，在抛光后会产生铜线的碟型凹陷和介质层侵蚀，以及铜残留和腐蚀等缺陷。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种化学机械抛光液，通过使用聚丙烯酸类阴离子表面活性剂，从而具有较高的铜抛光速率和较低的钽阻挡层的抛光速率，从而在提高抛光液对铜与钽阻挡层的抛光选择比的同时，改善了抛光后铜线的碟型凹陷和介质层侵蚀，同时本专利技术加入多元醇或者亲水聚合物改善抛光后铜表面粗糙度，减少缺陷。具体地，本专利技术提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、腐蚀抑制剂，络合剂、氧化剂、聚丙烯酸类阴离子表面活性剂和金属表面缺陷改善剂，其中，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂包括聚丙烯酸均聚物和/或共聚物及聚丙烯酸均聚物和/或共聚物的盐的一种或多种。优选地，所述聚丙烯酸类均聚物为聚丙烯酸和/或聚马来酸；所述聚丙烯酸类共聚物为聚丙烯酸-聚丙烯酸酯共聚物和/或聚丙烯酸-聚马来酸共聚物；所述聚丙烯酸均聚物和/或共聚物的盐为钾盐、铵盐和/或钠盐。优选地，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的分子量为1,000-10,000。优选地，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的分子量为2,000-5,000。优选地，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂浓度为0.0005-0.5wt％。优选地，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂浓度为0.001-0.1wt％。优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的平均粒径为60-140nm。优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的平均粒径为80-120nm。优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径分布指数为0.1-0.6。优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为0.05％-2％。优选地，所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为0.1％-1％。优选地，所述络合剂包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一种或多种。优选地，所述络合剂的质量百分比含量为0.1％-5％。优选地，所述络合剂的质量百分比含量为0.5％-3％。优选地，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的质量百分比含量为0.001％-0.5％优选地，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的质量百分比含量为0.005％-0.1％优选地，所述腐蚀抑制剂包括1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4-三氮唑、3，5-二氨基-1，2，4-三氮唑、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巯基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑和5-氨基-1H-四氮唑中的一种或多种。优选地，所述腐蚀抑制剂的质量百分比含量为0.001％-2％。优选地，所述腐蚀抑制剂的质量百分比含量为0.005％-1％。优选地，所述氧化剂为过氧化氢。优选地，所述氧化剂的质量百分比含量为0.05％-5％。优选地，所述氧化剂的质量百分比含量为0.1％-3％。优选地，所述金属表面缺陷改善剂包括多元醇、亲水性聚合物中的一种或多种。优选地，所述多元醇包括乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、甘油等的一种或多种。优选地，所述亲水聚合物包括聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚丙烯酰胺，聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物中的一种或多种。优选地，所述金属表面缺陷改善剂的分子量为1000～20000。优选地，所述金属表面缺陷改善剂的分子量为1000～10000。优选地，所述金属表面缺陷改善剂的质量百分比含量为0.01％-3％。优选地，所述金属表面缺陷改善剂的质量百分比含量为0.1％-2％。优选地，所述化学机械抛光液的pH值为5-8。本专利技术的另一方面，提供了一种上述化学机械抛光液在金属铜抛光中的应用。本专利技术的抛光液中还可以包括化学机械抛光液中常用添加剂，如pH调节剂，粘度调节剂，消泡剂等。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术的抛光液对铜的抛光速率高，对钽的抛光速率低，从而具有较高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、腐蚀抑制剂，络合剂、氧化剂、聚丙烯酸类阴离子表面活性剂和金属表面缺陷改善剂，其中，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂包括聚丙烯酸均聚物和/或共聚物及聚丙烯酸均聚物和/或共聚物的盐一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、腐蚀抑制剂，络合剂、氧化剂、聚丙烯酸类阴离子表面活性剂和金属表面缺陷改善剂，其中，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂包括聚丙烯酸均聚物和/或共聚物及聚丙烯酸均聚物和/或共聚物的盐一种或多种。


2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸类均聚物为聚丙烯酸和/或聚马来酸；所述聚丙烯酸类共聚物为聚丙烯酸-聚丙烯酸酯共聚物和/或聚丙烯酸-聚马来酸共聚物；所述聚丙烯酸均聚物和/或共聚物的盐为钾盐、铵盐和/或钠盐。


3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的分子量为1,000-10,000。


4.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的分子量为2,000-5,000。


5.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的质量百分比含量为0.001％-0.5％。


6.根据权利要求5所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述聚丙烯酸类阴离子表面活性剂的质量百分比含量为0.005％-0.1％。


7.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的平均粒径为60-140nm。


8.根据权利要求7所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的平均粒径为80-120nm。


9.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的粒径分布指数为0.1-0.6。


10.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为0.05％-2％。


11.根据权利要求10所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述二氧化硅研磨颗粒的质量百分比含量为0.1％-1％。


12.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述络合剂包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一种或多种。


13.根据权利要求1所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述络合剂的质量百分比含量为0.1％-5％。


14.根据权利要求13所述化学机械抛光液，其特征在于，
所述络合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊雅，马健，荆建芬，蔡鑫元，宋凯，汪国豪，
申请(专利权)人：安集微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31