超大规模集成电路铝布线抛光液制造技术

本发明专利技术公开了一种化学作用强、去除速率快、无污染、无划伤、易清洗且成本低的超大规模集成电路多层铝布线碱性抛光液。抛光液成分和重量％比组成如下：ｐＨ值调节剂１－１０、硅溶胶１０－９０、表面活性剂０．５－５、氧化剂０．５－５、去离子水为余量。本发明专利技术为碱性条件下强络合、强化学作用的方法，在压力一致的情况下，表面各处化学反应和研磨速率一致性好，同时选用高浓度小粒径ＳｉＯ↓［２］溶胶作为抛光液磨料，解决了Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端，加入醚醇类活性剂，加速铝线表面反应物和生成物的质量传递，现了高速率，低粗糙，低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学机械抛光
，特别是涉及一种用于超大规模集成电路铝布线的抛光液。
技术介绍
在ULSI多层铝布线的化学机械抛光中，全局和局部平整度十分重要。随着衬底尺寸由Φ200mm向Φ300mm发展，抛光后的表面平整度、粗糙度对抛光后铝线表面状态的的影响越来越大。表面平整度、粗糙度直接影响到铝的下一层布线，影响电路的击穿特性、界面态和少子寿命，直接关系到IC器件的性能质量和成品率。特征尺寸在0.13μm以上集成电路，铝CMP工艺是多层布线工艺中非常重要的一个环节，必须对介层洞外残留的铝进行CMP，达到全局平面化要求，这样才能继续在上面布线，如果铝CMP的技术不能达到要求的话，就会导致导线断裂。铝抛光液依成分、pH值等条件的不同各有优缺点。由于酸性浆料可溶性较好、酸性范围内氧化剂较多、抛光速率快，最先发展的是酸性浆料，如氧化剂Fe(NO3)3，H2O2和KIO3。pH值一般低于4，由于抛光设备都是金属材料制成，所以酸性抛光液对抛光设备腐蚀很严重，降低了使用寿命，而且会引起金属离子沾污，影响器件的性能；此外，酸性抛光液通常使用的是Al2O3磨料，它的粘度大，抛光后产物会粘在器件表面，导致后清洗困难，而且Al2O3硬度大，易产生划伤，抛光后表面状态不理想。目前，由于酸性浆料可溶性好、酸性范围内氧化剂多、抛光速率快，国际上的浆料绝大部分为酸性，例如，国外飞利浦研究室Prof.Holstlaaan教授在2000年提出了pH值在9-13范围内，铝表面会被钝化，而且会产生严重的划痕；在pH值5-9下铝的表面会被抛光成一个准平镜面，但是仍有很高密度的划痕；但在pH值小于5的时候，铝表面光洁度非常高，且划痕的密度会大大降低，同时，伴随着pH值的下降，铝的去除率增加了。但是，酸性抛光液存在着很多问题第一，酸性浆料腐蚀性大，对抛光设备要求高；第二，虽其腐蚀速率很大但选择性不高。国际上解决此问题是在浆料中加入抗蚀剂BTA来提高选择性，但又不能同时保证高速率；第三，BTA的加入降低了浆料的稳定性，需再加入稳定剂或分散剂。这样大大加大了浆料的复杂性，造成了生产的不便和成本的提高；第四，氧化剂主要选HNO3、K3Fe(CN)6，其它还有H2SO4、AgNO3等。助氧化剂为HOCl、H2O2、KOCl、KMnO4中的一种或两种。这样就引入了离子沾污，如K+、Fe2+、Fe3+等；且一些氧化剂带颜色，如KMnO4、Fe3+，这也不利于抛光后清洗；第四，酸性浆料化学腐蚀作用强，边沿效应突出，塌边严重；最后最重要的是，酸性浆料会有金属离子存在，造成金属离子沾污。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有铝布线化学机械抛光过程中存在的酸性浆料腐蚀性大，选择性低，低速率，成本高，金属离子沾污，难清洗等问题而公开一种化学作用强、去除速率快、无污染、无划伤、易清洗且成本低的超大规模集成电路多层铝布线碱性抛光液。要实现高速率、低成本、低粗糙度，除设备、抛光布和工艺的硬件外，最关键的是抛光液。本专利技术采用的机理为碱性条件下强络合、强化学作用的方法，在压力一致的情况下，表面各处化学反应和研磨速率一致性好，同时选用高浓度小粒径(15-40nm)SiO2溶胶作为抛光液磨料，解决了Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端，加入醚醇类活性剂，加速铝线表面反应物和生成物的质量传递，现了高速率，低粗糙，低成本。本专利技术超大规模集成电路铝布线抛光液，抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂1-10； 硅溶胶 10-90；表面活性剂0.5-5；氧化剂 0.5-5；去离子水 余量。本专利技术所述抛光液的较佳配比的成分和重量％比组成如下 pH值调节剂4-8.5；硅溶胶50-85；表面活性剂1.5-4.5； 氧化剂1.5-4；去离子水 余量。本专利技术所述硅溶胶是粒径15～40nm的SiO2溶胶，其浓度1％～50％。本专利技术所述的碱性调节剂为胺碱；所述的胺碱是多羟多胺类有机碱，为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)。本专利技术所述表面活性剂是非离子活性剂，为FA/O表面活性剂、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、0-20 (C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)，OS15的一种。本专利技术所述氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，为过氧化氢或过氧酵磷酸钠。因为酸性抛光液存在着上述问题，碱性浆料成为研究的重点。碱性浆料中一般包含络合剂、氧化剂、活性剂、pH调制剂及磨料。对于铝的CMP，使用碱性浆料有两大优点，一是铝是两性金属，经试验表明，在CMP条件下它可和有机胺碱快速反应，而有机碱是呈碱性的，可生成可溶性大分子偏铝酸胺，从而大大增加了铝离子在浆料中的溶解度，降低了被研磨掉物质的再沉积，提高了机械作用对CMP的有效作用。另外，反应生成大分子可溶性物质与主体作用力小，极容易被浆料带走，从而不产生金属离子沾污；另一个优点是选择纳米级的磨料硅溶胶在碱性条件不易凝胶，可很方便的实现高平整、低损伤层、事后易清洗等优点。本专利技术具有如下有益效果和优点1.选用乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)有机碱作为抛光液pH调节剂，可起到缓冲剂的作用，磨料稳定剂的作用，又可使铝生成大分子产物且溶于水，使反应产物在小的机械作用下即可脱离加工表面，同时还能起到络合及螯合作用，实现反应剂一剂多用，降低成本。2.选用表面活性剂，增加了高低选择比，大大降低了表面张力、减小了损伤层，增强纳米SiO2溶胶在强碱下的稳定性，提高质量传输速率，增强输运过程，达到高平整高光洁易清洗表面。3.本专利技术的碱性抛光液，可对设备无腐蚀，起到钝化作用，硅溶胶稳定性好，解决了酸性抛光液污染重、易凝胶等诸多弊端；利用基片材料的两性性，pH值9以上时，易生成可溶性的化合物，从而易脱离表面。4.选用纳米SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15～40nm)、浓度高(40％～50％)、硬度6～7(对基片损伤度小)、分散度好(易清洗)，可提高表面一致性，同时起到小搅拌器作用，能够达到高速率高平整低损伤抛光、污染小，解决了Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端。5.在抛光过程中，本专利技术可以降低金属离子污染。6.本专利技术配方制造成本价格较低，使用效果可以取代进口产品。本专利技术中各组分的作用分别为pH调节剂，在本专利技术碱性抛光液中，碱的选择很重要。文献报道的抛光液中常使用NaOH、KOH等强碱作为pH值调制剂。但是，这有一个很大的问题，碱金属离子在抛光过程中会进入衬底或介质层中，从而引起器件的局部穿通效应、漏电流增大等效应，使芯片工作的可靠性降低、器件寿命减小；并且，假如使用硅溶胶作为磨料，强电解质铝离子会使硅溶胶凝胶，从而使抛光液报废。选择不含金属离子的有机碱就解决了这些问题。胺碱作为抛光液pH调节剂，可起到缓冲剂的作用，既可实现高pH值(pH＞13)磨料稳定存在，又可生成大分子产物且溶于水，使反应产物在小的机械作用下即可脱离加工表面，同时还能起到络合及螯合作用，实现反应剂一剂多用，降低成本。本专利技术选用的纳米SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15～40nm)、浓度高(40％～50％)、硬度6～7(对基片损伤度小)、分散度好，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述抛光液成分和重量％比组成如下：ｐＨ值调节剂１－１０；硅溶胶１０－９０；表面活性剂０．５－５；氧化剂０．５－５；去离子水余量。

【技术特征摘要】
1.一种超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂 1-10； 硅溶胶 10-90；表面活性剂 0.5-5； 氧化剂 0.5-5；去离子水余量。2.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述抛光液成分和重量％比组成如下pH值调节剂 4-8.5；硅溶胶 50-85；表面活性剂 1.5-4.5； 氧化剂 1.5-4；去离子水余量。3.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝布线抛光液，其特征是，所述硅溶胶是粒径15～40nm的SiO2溶胶，其浓度1％～50％。4.根据权利要求1所述的超大规模集成电路铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉岭，牛新环，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]