堿性銅粗拋液提高glsi多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于化學機械拋光領域，尤其涉及一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用。
【背景技術】
[0002]隨著微電子學的迅猛發展，多層金屬互連層數高達10層以上，集成電路已經發展至極大規模(GLSI)階段，并實現大規模生產。雙大馬士革工藝后，晶圓表面本身存在高低差。銅布線層表面的平整度對聚焦很重要，為了滿足圖像分辨率和光刻要求的納米精度，每層均必須進行平坦化。而化學機械平坦化(CMP)是國際公認的唯一的一種能對晶片表面提供局部以及全局平坦化的技術。晶圓表面的平坦化需要由3次平坦化完成:銅膜粗拋(Pl)、精拋(P2)、阻擋成拋光(P3)，每一步缺陷的增加都會導致更多缺陷的產生以及芯片功能的下降。粗拋工序是多層銅布線化學機械平坦化(CMP)第一步，決定了后續步驟的成功與否。
[0003]目前，針對粗拋存在的各種問題，國際主流為酸性拋光，隨著特征尺寸的減小，難以滿足銅膜化學機械平坦化的工藝平坦化要求，尤其含有副作用較大的腐蝕抑制劑BTA等，極易腐蝕設備，雖在銅膜表面形成了保護層來實現表面平坦化，但不溶于水的Cu-BTA保護層不利于后清洗，且導致可靠性劣化。而堿性拋光中，銅的氧化物和氫氧化物不溶解，通過CMP過程很難被清除。銅膜粗拋過程中需要凸處滿足高去除速率，降低高低差，達到全局一致性。由于晶圓表面本身存在高低差，在CMP過程中因溫度、線速率不一致，導致CMP—致性差。粗拋過后，表面殘余銅不一致，高低差更為嚴重，為后續進行的精拋蝶形坑進一步加深，使得整個集成電路制造的電性能、成品率和優品率下降。針對粗拋一致性問題，目前常用方法為調整壓力來達到一致性，但是這樣的后果使得表面劃痕加重，銅膜易脫落。對于直徑為300mm的晶圓片，拋光布制備1.5cm2格子的條件下，提高表面一致性難度更大。因此實現較好的銅膜表面全局一致性是銅膜粗拋過程中亟待解決的技術難題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，利用堿性銅粗拋液中FA/ΟΙ型非離子表面活性劑的物理吸附特性，加快表面質量傳遞，有利于表面沾污物的去除，同時減少損傷層，降低表面張力，提高溫度分布一致性，使GLSI多層銅布線銅膜在高速率下達到粗拋高一致性。
[0005]本發明為實現上述目的，采用以下技術方案:一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，主要由S12水溶膠磨料、FA/ΟΙ型非離子表面活性劑、FA/ΟΠ型螯合劑和雙氧水組成堿性銅粗拋液，其特征是:所述堿性銅粗拋液的FA/ΟΙ型表面活性劑在GLSI多層銅布線CMP銅膜的高速率下提高粗拋高一致性的應用。
[0006]所述堿性銅粗拋液pH>7。
[0007]所述堿性銅粗拋液主要組分按重量％計，
[0008]質量濃度2-60wt%&及粒徑60-150nm的納米S12水溶膠磨料0.5-50%
[0009]FA/ΟΙ型非離子表面活性劑0.1-10%
[0010]FA/ΟΠ 型螯合劑 0.5-5%
[0011]雙氧水0.1-5%o
[0012]所述堿性銅粗拋液的制備方法，按重量%計，首先取2-60%粒徑為60-150nm的納米S12水溶膠，邊攪拌邊加入0.1-10%活性劑，隨后將0.5-5 %的螯合劑用去離子水稀釋后邊攪拌邊加入上述混合溶液，然后加去離子水至IL，最后加入0.1-5 %的氧化劑。
[0013]有益效果:與現有技術相比，本發明堿性銅粗拋液組分中各種成分的協同作用，使GLSI多層銅布線銅膜在高速率下達到粗拋高一致性。選用FA/ΟΙ型非離子表面活性劑可使拋光表面吸附物處理易清洗的物理吸附狀態，有利于表面沾污物的去除，同時減少損傷層，降低表面張力，提高晶片表面質量的均勻性，加快表面質量傳遞，提高溫度分布一致性，達到銅膜表面全局一致性;選用FA/ΟΠ型螯合劑可與晶片表面殘留的金屬離子發生反應，生成可溶性的大分子螯合物，在較小作用下即可脫離晶片表面，同時起到緩沖和緩蝕的作用；選用納米S12水溶膠磨料可有效提高拋光去除速率和表面質量;選用氧化劑可使表面銅膜轉化為銅離子，克服反應勢能被螯合劑迅速絡合。實現凸處快反應，凹處自鈍化，具有較高的凹凸速率選擇性，有效地避免使用腐蝕抑制劑等，實現了高速率下的高一致性效果。
【具體實施方式】
[0014]下面結合較佳實施例詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0015]本實施例提供了一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，主要由S12水溶膠磨料、FA/ΟΙ型非離子表面活性劑、FA/ΟΠ型鰲合劑和雙氧水組成堿性銅粗拋液，所述堿性銅粗拋液的FA/ΟΙ型表面活性劑在GLSI多層銅布線CMP銅膜的高速率下提高粗拋高一致性的應用。所述堿性銅粗拋液pH>7。
[0016]所述堿性銅粗拋液主要組分按重量％計，質量濃度2_60的％以及粒徑60_150nm的納米S12水溶膠磨料0.5-50%、FA/0I型非離子表面活性劑0.1-10 %、FA/0 Π型鰲合劑0.5-5%、雙氧水0.1-5%。
[0017]所述堿性銅粗拋液的制備方法，按重量％計，首先取2-60%粒徑為60_150nm的納米S12水溶膠，邊攪拌邊加入0.1-10%活性劑，隨后將0.5-5 %的螯合劑用去離子水稀釋后邊攪拌邊加入上述混合溶液，然后加去離子水至IL，最后加入0.1-5 %的氧化劑。
[0018]實施例1
[0019]配制3L堿性銅粗拋光液進行對比實驗
[0020]取500ml粒徑為10nm的納米S12水溶膠，邊攪拌邊加入50mlFA/0I型非離子表面活性劑，隨后取30ml的FA/0 Π型螯合劑用去離子水稀釋，邊攪拌邊加入上述混合溶液，然后加去離子水至1L，最后加入30ml的氧化劑。攪拌均勻后進行拋光，拋光時間為60s，考查每次粗拋一致性的變化。壓力:I.5ps i ;轉速:87/197rpm;流量:300ml/L。
[0021 ] 結果為:第一次表面一致性為4.26%,第二次表面一致性為4.36%,第三次表面一致性為3.26%, 一致性均〈5 %。
[0022]實施例2
[0023]配制3L堿性銅粗拋光液進行對比實驗
[0024]取500ml粒徑為10nm的納米S12水溶膠，邊攪拌邊加入30mlFA/0I型非離子表面活性劑，隨后取30ml的FA/0 Π型螯合劑用去離子水稀釋，邊攪拌邊加入上述混合溶液，然后加去離子水至1L，最后加入30ml的氧化劑。攪拌均勻后進行拋光，拋光時間為60s，考查每次粗拋一致性的變化。壓力:I.5ps i ;轉速:87/197rpm;流量:300ml/L。
[0025]結果為:第一次表面一致性為6.62%,第二次表面一致性為6.13%,第三次表面一致性為5.98%，一致性均不滿足工業要求。
[0026]實施例3
[0027 ]配制3L堿性銅粗拋光液進行對比實驗
[0028]取500ml粒徑為10nm的納米S12水溶膠，邊攪拌邊加入10mlFA/0I型非離子表面活性劑，隨后取30ml的FA/0 Π型螯合劑用去離子水稀釋，邊攪拌邊加入上述混合溶液，然后加去離子水至1L，最后加入30ml的氧化劑。攪拌均勻后進行拋光，拋光時間為60s，考查每次粗拋一致性的變化。壓力:I.5ps i ;轉速:87/197rpm;流量:300ml/L。
[0029]結果為:第一次表面一致性為9.35%，第二次表面一致性為8.26%，第三次表面一致性為8.43，一致性均不滿足工業要求。
[0030]FA/0II型螯合劑，活性劑FA/ΟΙ型非離子表面活性劑均為天津晶嶺微電子材料有限公司市售商品。
[0031 ] 工作原理
[0032]通過利用FA/ΟΙ型非離子表面活性劑的特性原理，應用于提高極大規模多層銅布線銅膜粗拋一致性上。FA/ΟΙ型非離子表面活性劑可以使S12磨料分散性提高，不會發生凝聚現象，避免了大顆粒導致的劃傷等缺陷，有效提高了拋光后表面一致性。同時，FA/ΟΙ型非離子表面活性劑降低表面張力，加快表面質量傳遞，提高溫度分布一致性，實現了銅膜表面全局一致性。
[0033]上述參照實施例對該一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，主要由S12水溶膠磨料、FA/ΟΙ型表面活性劑、FA/0 Π型螯合劑和雙氧水組成堿性銅粗拋液，其特征是:所述堿性銅粗拋液的FA/ΟΙ型表面活性劑在GLSI多層銅布線CMP銅膜的高速率下提高粗拋高一致性的應用。2.根據權利要求1所述的堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，其特征是:所述堿性銅粗拋液pH>7。3.根據權利要求1或2所述的堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，其特征是:所述堿性銅粗拋液主要組分按重量%計， 質量濃度2_60wt %以及粒徑60-150nm的納米S12水溶膠磨料0.5-50 % FA/ΟΙ型非離子表面活性劑0.1-10% FA/ΟΠ型螯合劑0.5-5% 雙氧水0.1-5%。
【專利摘要】本發明涉及一種堿性銅粗拋液提高GLSI多層銅布線銅膜粗拋一致性的應用，主要由SiO2水溶膠磨料、FA/OⅠ型非離子表面活性劑、FA/OⅡ型螯合劑和雙氧水組成堿性銅粗拋液，其特征是：所述堿性銅粗拋液的FA/OⅠ型表面活性劑在GLSI多層銅布線CMP銅膜的高速率下提高粗拋高一致性的應用。有益效果：本發明選用FA/OⅠ型表面活性劑可使拋光表面吸附物處理易清洗的物理吸附狀態，有利于表面沾污物的去除，同時減少損傷層，降低表面張力，提高晶片表面質量的均勻性，加快表面質量傳遞，提高溫度分布一致性，達到銅膜表面全局一致性。
【IPC分類】B24B37/04, C09G1/02
【公開號】CN105598826
【申請號】CN201510990523
【發明人】劉玉嶺, 王月霞, 牛新環
【申請人】天津晶嶺微電子材料有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月25日