一種用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液及其使用方法。
【背景技術】
[0002] 在集成電路制造中，互連技術的標準在提高，隨著互連層數(shù)的增加和工藝特征尺 寸的縮小，對硅片表面平整度的要求也越來越高，如果沒有平坦化的能力，在半導體晶圓上 創(chuàng)建復雜和密集的結構是非常有限的，化學機械拋光方法CMP就是可實現(xiàn)整個硅片平坦化 的最有效的方法。
[0003]CMP工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊拋光集成電路表面。在典型的化 學機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋 光期間，墊片和操作臺旋轉，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液(通常 稱為拋光液或拋光漿料）涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發(fā)生化學反應開始進行 拋光過程。
[0004] 隨著集成電路技術向超深亞微米（32、28nm)方向發(fā)展，因特征尺寸減小而導致的 寄生電容愈加嚴重的影響著電路的性能，為減小這一影響，就必須采用超低介電材料（ULK) 來降低相鄰金屬線之間的寄生電容，目前較多采用超低介電材料為Coral，在CMP過程中 除了要嚴格控制表面污染物指標以及杜絕金屬腐蝕外，還要具有較低的蝶形凹陷和拋光均 一性才能保證更加可靠的電性能，特別是阻擋層的平坦化過程中需要在更短的時間和更低 的壓力下快速移除阻擋層金屬，封蓋氧化物并能很好的停止在超低介電材料表面，形成互 連線，而且對小尺寸圖形不敏感。這就對CMP提出了更高的挑戰(zhàn)，因為通常超低介電材料 為參雜碳的氧化硅，與二氧化硅具有相似的表面性，要控制停止層的殘留厚度，就要有很強 的選擇比的調(diào)控能力，還要有很高的穩(wěn)定性和易清洗等特征。本專利旨在提供一種適合于 ULK-銅互連制程中的阻擋層拋光液，在較溫和的條件下具有高的阻擋層去除速率和超低介 電材料界面的工藝停止特性，并能很好的控制蝶形凹陷，金屬腐蝕和表面污染物指標。
[0005] 現(xiàn)有技術技術中，CN1400266公開了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧 化硅磨料，胺類化合物和非離子表面活性劑該拋光液會對銅產(chǎn)生腐蝕。CN101372089A公 開了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化硅磨料，腐蝕抑制劑，氧化劑，非離子 氟表面活性劑，芳族磺酸氧化劑化合物，該拋光液的阻擋層的拋光速率較低，產(chǎn)率較低。 CN101012356A公開了一種酸性阻擋層拋光液，該拋光液包含氧化劑，部分被鋁覆蓋的二氧 化硅顆粒，抑制劑和絡合劑，該酸性拋光液存在對銅腐蝕嚴重的缺陷。
[0006]CN1699444A公開了一種適用于拋光半導體基底的拋光組合物，該組合物包括熱塑 性聚合物，聚乙烯吡咯烷酮。然而，在該篇專利中，在熱塑性聚合物中羅列了多種聚合物，且 其在實施例中指出，熱塑性聚合物和聚乙烯吡咯烷酮具有協(xié)同作用，通過聚乙烯吡咯烷酮 和聚乙烯醇的加入可增大銅的拋光速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種適合于ULK-銅互連制程中的阻擋層拋光，具 有高的阻擋層（TaN/Ta)的拋光速率，并滿足阻擋層拋光工藝中對二氧化硅（Teos)、銅和超 低介電材料（ULK)的去除速率及去除速率選擇比的要求，且對半導體器件表面的缺陷有很 強的矯正能力，污染物殘留少，穩(wěn)定性高的拋光液。
[0008] 本發(fā)明提供了一種應用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液，該拋光液包含研磨顆 粒、唑類化合物、絡合劑、聚丙烯酸類化合物和/或其鹽、聚乙烯吡咯烷酮及其鹽，氧化劑和 水。
[0009] 其中研磨顆?？蔀楸绢I域常用研磨顆粒，如二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、摻 雜鋁的二氧化硅和/或聚合物顆粒等；研磨顆粒的質(zhì)量百分比濃度較佳的為1~20%，更佳 的為2~10% ;研磨顆粒的粒徑較佳的為20~150nm，更佳的為30~120nm。
[0010] 其中唑類化合物，較佳的選自下列中的一種或多種：苯并三氮唑、甲基苯并三氮 唑，5-苯基四氮唑，巰基苯基四氮唑，苯并咪唑，萘并三唑和/或2-巰基-苯并噻唑。唑類 化合物的質(zhì)量百分比濃度較佳的為〇. 001~2%，更佳的為0. 01~1%。
[0011] 其中絡合劑為有機酸、有機磷酸和/或氨羧化合物中的一種或多種。較佳的選自 下列中的一種或多種：乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、2-膦酸丁烷-1，2,4-三羧 酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、和/或甘氨酸。絡合劑的質(zhì)量百 分比的濃度較佳的為0. 001~2%，更佳的為0. 01~1%。
[0012] 其中聚丙烯酸類化合物為聚丙烯酸，所述的鹽較佳的為銨鹽、鉀鹽或鈉鹽。所述的 聚丙烯酸類化合物和/或其鹽的分子量較佳的為1000-20000,更佳的為2000-10000。聚 丙烯酸類化合物和/或其鹽的質(zhì)量百分比的濃度較佳的為〇. 001~1%，更佳的為〇. 01~ 0? 5%。
[0013] 其中聚乙烯吡咯烷酮的分子量較佳的為1000~1000000,更佳的為1000~ 500000。聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量百分比濃度較佳的為：0. 001~2.0%，更佳的為0.01~ 1.0%。
[0014] 其中氧化劑較佳的選自下列中的一種或多種：過氧化氫、過氧乙酸，過硫酸鉀和/ 或過硫酸銨。氧化劑的濃度較佳的為質(zhì)量百分比0. 01~5%，更佳的為質(zhì)量百分比0. 1~ 2%。
[0015] 其中化學機械拋光液的pH值為8. 0~12. 0,更佳的為9. 0~11. 0。
[0016] 本發(fā)明的化學機械拋光液還可以包含pH調(diào)節(jié)劑和殺菌劑等其他本領域添加劑。
[0017] 本發(fā)明的化學機械拋光液可按下述方法制備：將除氧化劑以外的其他組分按比例 混合均勻，用pH調(diào)節(jié)劑(如K0H或HN03)調(diào)節(jié)到所需要的pH值，使用前加氧化劑，混合均勻 即可。
[0018] 本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。
[0019] 本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明的化學機械拋光液可以滿足阻擋層拋光過程 中對各種材料的拋光速率和選擇比要求，對半導體器件表面的缺陷有很強的矯正能力，快 速實現(xiàn)平坦化，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0020] 下面通過具體實施例進一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點，但本發(fā)明的保護范圍不僅僅局限 于下述實施例。
[0021] 實施例
[0022] 表1給出了對比拋光液1和本發(fā)明的拋光液1~13,按表中所給的配方，將除氧化 劑以外的其他組分混合均勻，用K0H或HN03調(diào)節(jié)到所需要的pH值。使用前加氧化劑，混合 均勻即可。水為余量。
[0023] 表1對比拋光液1和本發(fā)明的拋光液1~13
【主權項】
1. 一種用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其特征在于，所述拋光液包含研磨顆粒、 唑類化合物、絡合劑、聚丙烯酸類化合物和/或其鹽、聚乙烯吡咯烷酮，氧化劑和水。
2. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒為二氧化硅、三 氧化二鋁、二氧化鈰、摻雜鋁的二氧化硅和/或聚合物顆粒。
3. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的濃度為質(zhì)量 百分比1~20%。
4. 如權利要求4所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的濃度為質(zhì)量 百分比2~10%。
5. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的粒徑為20~ 150nm〇
6. 如權利要求5所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的粒徑為30~ 120nm〇
7. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的唑類化合物選自下列中 的一種或多種：苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑，5-苯基四氮唑，巰基苯基四氮唑，苯并咪唑， 萘并三唑和/或2-巰基-苯并噻唑。
8. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的唑類化合物的濃度為質(zhì) 量百分比0. 001~2%。
9. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的唑類化合物的濃度為質(zhì) 量百分比0. 01~1%。
10. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的絡合劑為有機酸、有機 磷酸和/或氨羧化合物中的一種或多種。
11. 如權利要求10所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的絡合劑選自下列中的 一種或多種乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、2-膦酸丁烷_1，2,4_三羧酸、氨基三 甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、和/或甘氨酸。
12. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的絡合劑的濃度為質(zhì)量百 分比0? 001~2%。
13. 如權利要求12所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的絡合劑的濃度為質(zhì)量 百分比〇? 01~1%。
14. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述聚丙烯酸類化合物為聚丙 烯酸，所述的鹽為銨鹽、鉀鹽或鈉鹽。
15. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚丙烯酸類化合物和/ 或其鹽的分子量為1000-20000。
16. 如權利要求15所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚丙烯酸類化合物和/ 或其鹽的分子量為2000-10000。
17. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚丙烯酸類化合物和/ 或其鹽的濃度為質(zhì)量百分比〇. 001~1%。
18. 如權利要求17所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚丙烯酸類化合物和/ 或其鹽的濃度為質(zhì)量百分比〇. 01~〇. 5%。
19. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子 量為 1000 ~1000000。
20. 如權利要求19所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮的分 子量為1000~500000。
21. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮的濃度 為質(zhì)量百分比〇. 001~2. 0%。
22. 如權利要求21所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮的濃 度為質(zhì)量百分比0.01~1.0%。
23. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的氧化劑選自下列中的一 種或多種：過氧化氫、過氧乙酸，過硫酸鉀和/或過硫酸銨。
24. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的氧化劑的濃度為質(zhì)量百 分比0? 01~5%。
25. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述的氧化劑的濃度為質(zhì)量百 分比0? 1~2%。
26. 如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述化學機械拋光液的pH值為 8. 0 ~12. 0。
27. 如權利要求26所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述化學機械拋光液的pH值 為 9. 0 ~11. 0。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液及其使用方法，該拋光液包含研磨顆粒、唑類化合物、絡合劑、聚丙烯酸類化合物和/或其鹽、聚乙烯吡咯烷酮，氧化劑和水。本發(fā)明提供的堿性拋光液可以滿足阻擋層拋光工藝中鉭、銅、二氧化硅（Teos）和超低介電材料（ULK）的去除速率的要求，以及滿足拋光過程中對各種材料的速率選擇比的要求。
【IPC分類】C09G1-02, C23F3-06, C23F3-04
【公開號】CN104745089
【申請?zhí)枴緾N201310728655
【發(fā)明人】姚穎, 荊建芬, 邱騰飛, 蔡鑫元, 陳寶明
【申請人】安集微電子（上海）有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月25日