一種化學機械拋光液及其應用
【技術領域】
[0001] 本發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
【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，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 的選擇比的調控能力，還要有很高的穩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。
【發明內容】
[0006] 本發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，穩定性高的拋光液。
[0007] 本發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、非離子表面活性劑和氧化劑。
[0008] 其中研磨顆粒可為本領域常用研磨顆粒，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。
[0009] 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。所述 的唑類化合物的質量百分比濃度較佳的為〇. 〇〇1~2%，更佳的為0. 01~1%。
[0010] 其中絡合劑為有機酸、有機磷酸和氨羧化合物的一種或多種。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。所述的絡合劑的質量百 分比的濃度較佳的為0. 001~2%，更佳的為0. 01~1%。
[0011] 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。所述的 聚丙烯酸類化合物和/或其鹽的質量百分比的濃度較佳的為〇. 001~1%，更佳的為〇. 01~ 0? 5%。
[0012] 其中非離子表面活性劑較佳的選自下列中的一種或多種：(：1(|~18脂肪醇聚氧乙烯 (n)醚（n=7~30)、C8~9烷基酚聚氧乙烯（n)醚（n=8~200)、C12~18脂肪胺聚氧乙烯（n) 醚（n=10~60)、陶氏化學公司的TritonCF-10、陶氏化學公司的TritonCF-21、陶氏化學公 司的TritonDF-12、陶氏化學公司的TritonDF-16和/或陶氏化學公司的TritonDF-18。非 離子表面活性劑的質量百分比濃度較佳的為：0. 001~0. 5%，更佳的為0. 01~0. 2%。
[0013] 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。所述的氧化劑的質量百分比濃度較佳的為0. 01~5%，更佳的為0. 1~2%。
[0014] 其中所述的化學機械拋光液的PH值為8. 0~12. 0,更佳的為9. 0~11. 0。
[0015] 本發明的化學機械拋光液還可以包含pH調節劑和殺菌劑等其他本領域添加劑。
[0016] 本發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調節劑(如K0H或HN03)調節到所需要的pH值，使用前加氧化劑，混合均勻 即可。
[0017] 本發明所用試劑及原料均市售可得。
[0018] 本發明的積極進步效果在于：本發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 速實現平坦化，提高工作效率，降低生產成本。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不以此將本發明限制在所述的實 施例范圍之中。
[0020] 實施例
[0021] 表1給出了本發明的對比拋光液1~2和本發明的拋光液1~15,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調節到所需要的pH值。使用前 加氧化劑，混合均勻即可。水為余量。
[0022] 表1對比拋光液1~2和本發明的拋光液1~15
【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、非離子表面活性劑和氧化劑。
2. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒選自二氧化硅、三氧化二 鋁、二氧化鈰、摻雜鋁的二氧化硅和/或聚合物顆粒中的一種或多種。
3. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的濃度為質量百分比1~ 20%。
4. 如權利要求3所述的拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的濃度為質量百分比2~ 10%。
5. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的粒徑為20~150nm。
6. 如權利要求5所述的拋光液，其特征在于，所述的研磨顆粒的粒徑為30~120nm。
7. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述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所述的拋光液，其特征在于，所述唑類化合物的濃度為質量百分比 0. 001 ~2%。
9. 如權利要求8所述的拋光液，其特征在于，所述唑類化合物的濃度為質量百分比 0? 01 ~1%。
10. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述絡合劑為有機酸、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所述的拋光液，其特征在于，所述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所述的拋光液，其特征在于，所述絡合劑的濃度為質量百分比 0. 001 ~2%。
13. 如權利要求12所述的拋光液，其特征在于，所述絡合劑的濃度為質量百分比 0? 01 ~1%。
14. 如權利要求1所述的拋光液，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所述的拋光液，其特征在于，所述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所述的拋光液，其特征在于，所述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所述的拋光液，其特征在于，所述聚丙烯酸類化合物和/或其鹽的濃 度為質量百分比0.001~1%。
18. 如權利要求17所述的拋光液，其特征在于，所述聚丙烯酸類化合物和/或其鹽的濃 度為質量百分比〇. 01~〇. 5%。
19. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述非離子表面活性劑選自下列中的一 種或多種：C1(l~ 18脂肪醇聚氧乙烯（n)醚（n=7~30)、C8~9烷基酚聚氧乙烯（n)醚（n=8~ 200)、C 12~18脂肪胺聚氧乙烯（n)醚（n=10 ~60)、TritonCF-10、TritonCF-21、T;ritonDF-12、 TritonDF-16 和 / 或 TritonDF-18。
20. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述非離子表面活性劑的濃度為質量百 分比 0? 001 ~0? 5%。
21. 如權利要求20所述的拋光液，其特征在于，所述非離子表面活性劑的濃度為質量 百分比0. 01~0. 2%。
22. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述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。
23. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述的氧化劑的濃度為質量百分比 0. 01 ~5%。
24. 如權利要求23所述的拋光液，其特征在于，所述的氧化劑的濃度為質量百分比 0? 1 ~2%。
25. 如權利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述化學機械拋光液的pH值為8. 0~ 12. 0〇
26. 如權利要求25所述的拋光液，其特征在于，所述化學機械拋光液的pH值為9. 0~ 11. 0〇
【專利摘要】本發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、一種非離子表面活性劑和氧化劑。本發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，快速實現平坦化，提高工作效率，降低生產成本。
【IPC分類】C09G1-02
【公開號】CN104745090
【申請號】CN201310728668
【發明人】荊建芬, 姚穎, 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