一种化学机械抛光液及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法。该化学机械抛光液包括研磨颗粒、唑类化合物、络合剂、氧化剂，水溶性纤维素、非离子表面活性剂和水。本发明专利技术中的化学机械抛光液可以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，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。蚀均有很好的修复与控制能力。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液及其使用方法


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法。

技术介绍

[0002]在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，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非常有限的，化学机械抛光工艺CMP就是可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磨料的混合物抛光集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。
[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(low k)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。
[0006]为此，针对现有技术中存在的问题，寻求一种能够适合于铜互连制程中的阻挡层抛光，并可在较温和的条件下实现高的阻挡层和介电材料的去除速率，同时能很好的控制碟型凹陷(Dishing)和介质层侵蚀(Erosion)的化学机械抛光液是本行业亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供一种化学机械抛光液适合于铜互连制程中的阻挡层平坦化，用于抛光至少包含阻挡层金属钽(Ta)、铜及二氧化硅介电层的工艺，或者至少包含阻挡层金属钽(Ta)、铜、二氧化硅介电层及低介电(low k)材料的工艺。本专利技术提供一种化学机械抛光液，包括研磨颗粒、唑类化合物、有机膦酸、氧化剂、水溶性纤维素，非离子表面活性剂和水，其中所述表面活性剂为一种或多种脂肪醇衍生物。
[0008]优选的，所述水溶性纤维素选自羟乙基纤维素。
[0009]优选的，所述水溶性纤维素的的粘度平均分子量为100000
‑
5000000。
[0010]优选的，所述水溶性纤维素的质量百分比浓度为0.01％
‑
0.2％。
[0011]优选的，所述水溶性纤维素的质量百分比浓度为0.05％
‑
0.1％。
[0012]优选的，所述非离子表面活性剂自一种或多种脂肪醇衍生物，所述表面活性剂的结构式为：
[0013]R]‑
X
‑
·
(CH2CH2O)nH
[0014]其中，R1为H或所含碳原子数的范围为4
‑
30的有机取代基；
[0015]X为氧原子；
[0016]n为大于0且小于等于40的整数。
[0017]优选的，所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.001％
‑
0.05％。
[0018]优选的，所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.005％
‑
0.02％。
[0019]优选的，所述研磨颗粒为二氧化硅；所述研磨颗粒的质量百分比含量为2％
‑
10％；所述研磨颗粒的粒径为20
‑
100nm。
[0020]优选的，所述唑类化合物选自苯并三氮唑、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中的一种或多种。
[0021]优选的，所述唑类化合物的质量百分比浓度为0.005％
‑
0.5％。
[0022]优选的，所述有机膦酸选自羟基亚乙基二膦酸，氨基三亚甲基膦酸，乙二胺四亚甲基膦酸，2
‑
羟基膦酰基乙酸，二乙烯三胺五亚甲基膦酸，2
‑
膦酸基丁烷
‑
1，2，4
‑
三羧酸和/或多氨基多醚基亚甲基膦酸的一种或多种。
[0023]优选的，所述有机膦酸的质量百分比浓度为0.1％
‑
1％。
[0024]优选的，所述氧化剂为过氧化氢；所述氧化剂的质量百分比浓度为0.1％
‑
1％。
[0025]优选的，所述化学机械抛光液的pH值为8
‑
12。
[0026]本专利技术还公开了一种化学机械抛光液的使用方法，将以上任一所述的化学机械抛光液用于阻挡层平坦化。
[0027]本专利技术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去除速率和选择比的要求，而且能有效地矫正和控制铜抛光后的碟型凹陷和介质层侵蚀。
具体实施方式
[0028]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。
[0029]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。
[0030]本专利技术所用试剂及原料均市售可得。
[0031]表1为对比例1
‑
4和本专利技术实施例1
‑
12中的各组分含量。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，混合均匀即可。水为余量。
[0032]表1对比例1
‑
4和实施例1
‑
12的组分及其含量
[0033][0034][0035][0036]效果实施例一
[0037]按照下述条件，使用对比例1
‑
4及实施例1
‑
12的化学机械抛光液分别对铜(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。
[0038]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本文档来自技高网...

【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，唑类化合物，有机膦酸，氧化剂，水溶性纤维素，非离子表面活性剂和水。2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述水溶性纤维素选自羟乙基纤维素。3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述水溶性纤维素的粘度平均分子量为100000
‑
5000000。4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述水溶性纤维素的质量百分比浓度为0.01％
‑
0.2％。5.如权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述水溶性纤维素的质量百分比浓度为0.05％
‑
0.1％。6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的非离子表面活性剂的结构式为：R1‑
X
‑
(CH2CH2O)
n
H其中，R1为H或所含碳原子数的范围为4
‑
30的有机取代基；X为氧原子；n为大于0且小于等于40的整数。7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.001％
‑
0.05％。8.如权利要求7所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.005％
‑
0.02％。9.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；所述研磨颗粒的质量百分比浓度为2％

【专利技术属性】
技术研发人员：姚颖，王欣，荆建芬，邱欢，明伟，陆弘毅，李昀，魏佳，郑闪闪，汪国豪，王苗苗，
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：