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及其使用方法。具体的，所述化学机械抛光液包含研磨颗粒，络合剂，氮唑类腐蚀抑制剂，磺酸类表面活性剂、腺嘌呤类衍生物以及氧化剂。本发明专利技术的化学机械抛光液可应用于金属铜互连的抛光，具有较高的铜的去除速率和铜/钽去除速率选择比，能够改善抛光后铜线的碟型凹陷和介质层侵蚀。能够改善抛光后铜线的碟型凹陷和介质层侵蚀。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液


[0001]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

[0002]随着半导体技术的发展，电子元器件的微小化，一个集成电路中包含了数以百万计的晶体管。在运行过程中，因为整合了如此庞大数量的能迅速开关的晶体管，传统的铝或是铝合金互连线使得信号传递速度降低，而且电流传递过程中需要消耗大量能源，在一定意义上，也阻碍了半导体技术的发展。为了进一步发展，人们开始寻找采用拥有更高电学性质的材料取代铝。众所周知，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。
[0003]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。
[0004]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。在铜抛光前，金属层在铜线上方有部分凹陷。抛光时，介质材料上的铜在主体压力下(较高)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，抛光后的碟形凹陷增大。
[0005]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去除速率，同时抛光后的表面平整度好，这对铜的抛光工艺提出了新的挑战。

技术实现思路

[0006]为了克服上述技术缺陷，本专利技术提供一种用于铜抛光的化学机械抛光液，该抛光液包括：研磨颗粒，络合剂，氮唑类腐蚀抑制剂，磺酸类表面活性剂，腺嘌呤类衍生物和氧化剂。
[0007]其中，所述腺嘌呤类衍生物的结构式为：
[0008][0009]其中，所述R1选自H、F、Cl、Br、I、氨基、酰胺基、甲酰胺基、二甲基氨基、硝酸根、羟基、羧基、巯基、硫酸根、磺酸根、甲酰基、乙酰基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、苯基、苄基、苄氨基、苄硫基、苯甲酰基、环丙氨基、N
‑2‑
甲基2
‑
烯醇基中的一种；所述R2选自H、F、Cl、Br、I、氨基、酰胺基、甲酰胺基、二甲基氨基、硝酸基、羟基、羰基、羧基、巯基、磺酸基、甲酰基、乙酰基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、苯基、苄基、苄氨基、苄硫基、苯甲酰基、核糖、单磷酸核糖、双磷酸核糖、三磷酸核糖、脱氧核糖、单磷酸脱氧核糖、双磷酸脱氧核糖、三磷酸脱氧核糖、磷酸二甲醚基、3
‑
羟甲基丁醇基、2
‑
甲基磷酸二甲醚基、二羟基丙基甲基、羟乙基、羟丙基中的一种。
[0010]优选的，所述R1选自H、氨基、巯基、苄氨基、苄硫基中的一种；所述R2选自H、单磷酸核糖、双磷酸核糖、单磷酸脱氧核糖中的一种。
[0011]其中，部分具有代表性的化合物结构式如表1所示。
[0012]其中，所述腺嘌呤类衍生物的质量百分比含量为0.0005％
‑
0.02％。优选为0.001％～0.01％。
[0013]其中，所述磺酸类表面活性剂选自十二烷基苯磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，烷基二苯醚单磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，烷基二苯醚双磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，二苯醚二磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，二苯醚单磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，双(2
‑
乙己基)磺基丁二酸及其钠盐、钾盐或铵盐，十二烷基萘磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，1
‑
萘胺
‑5‑
磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，2
‑2’‑
联苯胺二磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐中的一种。所述的磺酸类表面活性剂的质量百分比含量为0.0001％
‑
0.2％。优选为0.001％
‑
0.05％。
[0014]其中，所述氮唑类腐蚀抑制剂为选自咪唑、羧酸咪唑、甲基咪唑、丁基咪唑、苄基咪唑、巯基咪唑、氨基咪唑、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、3
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
巯基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
羧基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
硝基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
苯基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
苄基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
苄硫基
‑
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
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，包括：所述的化学机械抛光液包括腺嘌呤类衍生物，磺酸类表面活性剂，氮唑类腐蚀抑制剂，络合剂，研磨颗粒，和氧化剂。2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述腺嘌呤类衍生物的结构式为：其中，R1选自H、F、Cl、Br、I、氨基、酰胺基、甲酰胺基、二甲基氨基、硝酸基、羟基、羧基、巯基、硫酸基、磺酸基、甲酰基、乙酰基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、苯基、苄基、苄氨基、苄硫基、苯甲酰基、环丙氨基中的一种；R2选自H、F、Cl、Br、I、氨基、酰胺基、甲酰胺基、二甲基氨基、硝酸基、羧基、巯基、磺酸基、甲酰基、乙酰基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、苯基、苄基、苄氨基、苄硫基、苯甲酰基、核糖、单磷酸核糖、双磷酸核糖、三磷酸核糖、脱氧核糖、单磷酸脱氧核糖、双磷酸脱氧核糖、三磷酸脱氧核糖、磷酸二甲醚基、3
‑
羟甲基丁醇基、2
‑
甲基磷酸二甲醚基、2
‑
甲基磷酸二甲醚基、二羟基丙基甲基、羟乙基、羟丙基中的一种。3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述R1选自H、氨基、巯基、苄氨基、苄硫基中的一种；所述R2选自H、单磷酸核糖、双磷酸核糖、单磷酸脱氧核糖中的一种。4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述腺嘌呤类衍生物的质量百分比含量为0.0005％
‑
0.02％。5.如权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述腺嘌呤类衍生物的质量百分比含量为0.001％
‑
0.01％。6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述磺酸类表面活性剂为选自十二烷基苯磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，烷基二苯醚单磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，烷基二苯醚双磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，二苯醚二磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，二苯醚单磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，双(2
‑
乙己基)磺基丁二酸及其钠盐、钾盐或铵盐，十二烷基萘磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，1
‑
萘胺
‑5‑
磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐，2
‑2’‑
联苯胺二磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐中的一种或多种。7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述磺酸类表面活性剂的质量百分比含量为0.0001％
‑
0.2％。8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氮唑类腐蚀抑制剂为选自咪唑、羧酸咪唑、甲基咪唑、丁基咪唑、苄基咪唑、巯基咪唑、氨基咪唑、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、3
‑
巯基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3
‑
羧基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、3

【专利技术属性】
技术研发人员：李昀，荆建芬，马健，杨俊雅，姚颖，周靖宇，周文婷，宋凯，蔡鑫元，倪宇飞，
申请(专利权)人：安集微电子科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：