一种化学机械抛光液及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种化学机械抛光液及其应用，所述化学机械抛光液包括：研磨颗粒，金属缓蚀剂，络合剂，氧化剂，聚乙二醇，烷基磺酸盐类表面活性剂及水。本发明专利技术提供的化学机械抛光液不仅满足阻挡层抛光过程中对各种材料的抛光速率和选择比的要求，同时针对前程铜抛光后的不同程度的碟型凹陷和介质层侵蚀均有很好的修复与控制能力。复与控制能力。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液及其应用


[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及其应用。

技术介绍

[0002]在集成电路制造中，互连技术的标准逐渐提高。随着互连层数的增加和工艺特征尺寸的缩小，对硅片表面平整度的要求也越来越高，如果没有平坦化的能力，在半导体晶圆上创建复杂和密集的结构是十分有限，化学机械抛光工艺CMP就是实现整个硅片平坦化的最有效的方法。
[0003]CMP工艺就是使用一种含研磨颗粒的混合物抛光晶圆表面。在典型的化学机械抛光方法中，将晶圆表面直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在晶圆背面施加压力。在抛光期间，抛光垫和操作台旋转，同时在晶圆背面保持向下的力，将研磨颗粒和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于抛光垫上，该抛光液与正在抛光的晶圆表面发生化学反应并开始进行抛光过程。
[0004]铜阻挡层的CMP通常分为三步，第一步使用较高的压力去除大量的铜，第二步减低抛光压力，移除晶圆表面残余的铜并停在阻挡层上。第三步使用铜阻挡层抛光液进行阻挡层抛光。其中在第二步去除残余铜的过程中，晶圆表面会形成碟型凹陷。针对这一现象，通常会在第三步使用具有一定铜、阻挡层、介电层去除速率选择比的抛光液对碟型凹陷加以修复。
[0005]随着集成电路技术向45nm及以下技术节点发展以及互连布线密度的急剧增加，互连系统中电阻、电容带来的RC耦合寄生效应迅速增长，影响了器件的速度。为减小这一影响，就必须采用低介电常数(低k)绝缘材料来降低相邻金属线之间的寄生电容，由于低介电常数材料的机械强度变弱，因而该材料的引入给工艺技术尤其是化学机械抛光工艺(CMP)带来极大的挑战。在CMP过程中不仅需要满足阻挡层抛光过程中对各种材料的抛光速率和选择比的要求，而且需对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力。因而需要阻挡层抛光液具有一定的去除速率选择比的调节能力，通常而言，去除速率选择比的调节是指通过对金属去除速率和阻挡层、介电层材料去除速率的优化与调整。

技术实现思路

[0006]为了使抛光液具有良好的抛光选择比，同时能够修复与控制碟形凹陷和介质层侵蚀，本专利技术提供一种化学机械抛光液，包括：研磨颗粒，金属缓蚀剂，络合剂，氧化剂，聚乙二醇，烷基磺酸类表面活性剂及水。
[0007]优选的，所述研磨颗粒为二氧化硅，质量百分比浓度为2
‑
10％，粒径为20
‑
100nm。
[0008]优选的，所述金属缓蚀剂选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、羧基苯并三氮唑、巯基苯丙三氮唑和/或羟基苯丙三氮唑的一种或多种。
[0009]优选的，所述金属缓蚀剂的质量百分比浓度为0.005～0.5％。
[0010]优选的，所述络合剂选自草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、酒石酸、甘氨酸，丙氨酸
和/或乙二胺四乙酸中的一种或多种。
[0011]优选的，所述络合物的质量百分比浓度为0.1～1％。
[0012]优选的，所述氧化剂为过氧化氢。
[0013]优选的，所述氧化剂的质量百分比浓度为0.1～1％。
[0014]优选的，所述聚乙二醇的分子量为200
‑
20000。
[0015]优选的，所述聚乙二醇的质量百分比浓度为0.005
‑
0.2％。
[0016]优选的，所述聚乙二醇的质量百分比浓度为0.01
‑
0.1％。
[0017]优选的，所述烷基磺酸类表面活性剂选自碳原子数为12～20的的烷基磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐。
[0018]优选的，所述烷基磺酸类表面活性剂的质量百分比浓度为0.0005～0.05％。
[0019]优选的，所述烷基磺酸类表面活性剂的质量百分比浓度为0.001～0.02％。
[0020]优选的，所述化学机械抛光液的pH值为8
‑
12。
[0021]优选的，所述化学机械抛光液的pH值为9
‑
11。
[0022]本专利技术的另一方法，还提供一种将上述任一所述的化学机械抛光液用于阻挡层平坦化的应用方法。
[0023]本专利技术中的化学机械抛光液不仅能够满足阻挡层抛光过程中对各种材料的去除速率和去除速率选择比的要求，而且对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力，能有效的矫正铜抛光后的碟形凹陷和介质层侵蚀，保证较好的抛光后的晶圆表面质量。
具体实施方式
[0024]下面通过实施例的方式进一步阐述本专利技术的优点，但并不以此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。
[0025]本专利技术的化学机械抛光液可按下述方法制备：将除氧化剂以外的其他组分按比例混合均匀，用pH调节剂(如KOH或HNO3)调节到所需要的pH值，使用前加氧化剂，混合均匀即可。
[0026]本专利技术所用试剂及原料均市售可得。
[0027]表1为对比例1
‑
4和本专利技术实施例1
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12中的化学机械抛光液中各组分及其含量。按表1中的配方制备抛光液时，首先将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，再用KOH或HNO3将抛光液调节到所需要的pH值。最后，在使用抛光液前进一步加入氧化剂H2O2，混合均匀即可。水为余量。
[0028]表1对比例1
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4和实施例1
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12的组分及其含量
[0029][0030][0031]按照下述条件，使用对比例1
‑
4及实施例1
‑
12的抛光液分别对铜(Cu)、钽(Ta)、二氧化硅(TEOS)和低介电材料(BD)空白晶圆进行抛光，比较不同抛光液对铜(Cu)、钽(Ta)、二氧化硅(TEOS)和低介电材料(BD)的抛光速率的影响。
[0032]具体抛光条件为：抛光机台为12”Reflexion LK机台，抛光垫为Fujibo pad，下压力为1.5psi，转速为抛光盘/抛光头＝93/87rpm，抛光液流速为300ml/min，抛光时间为1min。用金属薄膜测厚仪测量抛光前后的铜和钽的电阻率，计算出抛光前后的铜和钽的厚度，获得铜和钽的去除速率，用非金属薄膜测厚仪测量抛光前后的TEOS和BD的厚度，获得TEOS和BD的去除速率，抛光结果见表2。
[0033]表2对比例1
‑
4和实施例1
‑
12的抛光速率测试结果
[0034][0035][0036]由表2可见，与对比例1
‑
4相比，实施例1
‑
12中的抛光液，在添加聚乙二醇和烷基磺酸类表面活性剂后，不影响阻挡层Ta、二氧化硅(TEOS)的去除速率，因而能保证较短的抛光时间，提高产能，且可更好的调节BD材料的去除速率，能在抛光过程中很好的停止在BD层上。
[0037]进一步的，为了表征本申请中抛光液对晶片表面的形貌影响，采用对比例1
‑
4和实施例1
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4按照下述条件对带有图案的铜晶片进行抛光。
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【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：研磨颗粒，金属缓蚀剂，络合剂，氧化剂，聚乙二醇，烷基磺酸类表面活性剂及水。2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为二氧化硅，质量百分比浓度为2
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10％，粒径为20
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100nm。3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述金属缓蚀剂选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、羧基苯并三氮唑、巯基苯丙三氮唑和/或羟基苯丙三氮唑的一种或多种。4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述金属缓蚀剂的质量百分比浓度为0.005～0.5％。5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述络合剂选自草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、酒石酸、甘氨酸，丙氨酸和/或乙二胺四乙酸中的一种或多种。6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述络合物的质量百分比浓度为0.1～1％。7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢。8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化剂的质量百分比浓度为0.1～1％。9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚颖，荆建芬，邱欢，王欣，宋凯，周文婷，明伟，邵光胜，刘天奇，王正，
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：