堿性拋光液在低壓力下提高glsi銅布線銅膜去除速率的應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學機械拋光，尤其設(shè)及一種堿性拋光液在低壓力下提高化SI銅布線 銅膜去除速率的應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬銅由于其突出的電學性質(zhì)，使得銅布線占據(jù)了集成電路金屬互連線的大部分 市場。隨著器件尺寸的減小、晶圓尺寸的增大和金屬布線層數(shù)的增多，每一層平坦化的好壞 都影響著最后集成電路成品的工作性能?；瘜W機械拋光是目前唯一可W實現(xiàn)局部和全局平 坦化的技術(shù)，化學機械拋光技術(shù)的成熟與否直接影響著集成電路的發(fā)展。
[0003] 化學機械拋光要求低壓的原因：（1)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的集成度越 來越高，金屬布線層數(shù)目前已達十Ξ層，銅膜變得越來越薄，如果在化學機械拋光中工作壓 力過大，容易引起銅膜脫落。（2)為了降低電阻-電容延遲時間，低介電常數(shù)介質(zhì)材料在集成 電路中廣泛使用，然而多孔脆性的低介電常數(shù)材料會因拋光壓力過大而崩塌。（3)拋光墊具 有彈性，拋光壓力的增大會造成銅膜表面低凹處的去除速率過快，高低速率差變小，不利于 平坦化。
[0004] 針對銅布線的化學機械拋光，國際上多采用酸性拋光液。其原理是:銅被氧化后容 易與酸反應形成可溶性的銅鹽，從而達到去除銅的目的。而隨著集成電路向28nm及W下快 速發(fā)展，酸性拋光液越來越不適合在化學機械拋光中使用，原因有：（1)去除速率偏低。酸性 拋光液中多使用抑制腐蝕劑來降低銅表面低凹處的化學反應速率，達到平坦化目的。但是 抑制腐蝕劑的使用又會整體降低銅的去除速率，酸性拋光液較低的去除速率難W達到工業(yè) 需要。（2)拋光壓力過大。為提高拋光速率，工業(yè)上通常采用提高拋光壓力的方法，運就與低 介電常數(shù)材料要求的低拋光壓力矛盾。（3)環(huán)保壓力。酸性拋光液對環(huán)境污染嚴重，會腐蝕 設(shè)備，造成金屬離子污染，引起工件性能下降。抑制腐蝕劑多具有毒性。近年來有多篇文獻 報道，新型阻擋層材料Ru在酸性拋光液中，會生成可揮發(fā)的有毒的Ru〇4。
[000引根據(jù)《國際半導體技術(shù)發(fā)展路線圖》的預測，到2024年，晶體管的最小線寬將達到 7nm左右。因此急需開發(fā)能夠在低壓條件下對極大規(guī)模集成電路銅布線銅膜有較快去除速 率的方法。迫于酸性拋光液難W克服的瓶頸，業(yè)界把目光轉(zhuǎn)向堿性路線的化學機械拋光方 法。堿性路線首要解決問題即為銅的氧化物和氨氧化物比如化0、化20、化0H、Cu (0H) 2在堿性 條件下不溶于水的問題。目前，河北工業(yè)大學微電子研究所自主研發(fā)的FA/0型大分子馨合 劑解決了銅的氧化物在堿性條件下不溶解的國際難題，通過大分子馨合物與銅離子的結(jié) 合，在低壓下對銅膜達到了較快的去除速率，滿足了工業(yè)需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種堿性拋光液在低壓力下提高 化SI銅布線銅膜去除速率的應用，堿性拋光液中的FA/0型馨合劑含有多徑基多胺基的堿性 大分子，對溶液中的銅離子有極強的絡(luò)合作用，其反應產(chǎn)物穩(wěn)定存在且易溶于水，實現(xiàn)了在 低機械壓力下對銅膜的高去除速率。
[0007] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用W下技術(shù)方案：一種堿性拋光液在低壓力下提高 化SI銅布線銅膜去除速率的應用，主要由Si化磨料、氧化劑、活性劑和馨合劑組成的堿性拋 光液，其抑值9~13,其特征是:所述堿性拋光液的馨合劑在低機械壓力下對銅膜的高去除 速率的應用。
[0008] 所述堿性拋光液將W下成分按重量％均勻混合制成，
[0009] 納米Si〇2磨料5~80%，去離子水 10~80%
[0010] 氧化劑 0.5~6%活性劑：0.5~5%
[00川馨合劑 3~6 %。
[0012] 所述納米Si化磨料的濃度為20~80wt%、粒徑為50~120皿。
[0013] 所述馨合劑為FA/On型馨合劑、FA/0IV型馨合劑或甘氨酸中的一種或多種混合。
[0014] 所述活性劑為FA/0I型非離子表面活性劑、十二烷基酪聚氧乙締酸或辛基酪聚氧 乙締酸中的一種或多種混合。
[0015] 所述氧化劑為出化、KC1化或KN03中的一種。
[0016] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的堿性拋光液利用FA/0型馨合劑含有多徑基 多胺基的堿性大分子，對溶液中的銅離子有極強的絡(luò)合作用，其反應產(chǎn)物穩(wěn)定存在且易溶 于水，實現(xiàn)了在低機械壓力下對銅膜的高去除速率。使用雙氧水作為拋光液中的氧化劑，氧 化產(chǎn)物為水，對整個銅布線化學機械拋光環(huán)境無影響。FA/0型馨合劑可高效地與銅離子反 應，增強了化學機械拋光中的化學作用，配合機械作用，實現(xiàn)了 W化學作用為主，機械作用 為輔的化學機械拋光。較小的機械作用，提高了拋光后晶圓質(zhì)量，又節(jié)約了能源，延長了設(shè) 備使用壽命。使用表面活性劑提高了拋光界面上的質(zhì)量傳遞作用，有助于提高去除速率和 拋光后晶圓表面質(zhì)量。使用較低的拋光壓力有效解決了拋光后晶圓表面可能存在的踏邊、 局部過拋等問題，同時節(jié)約了能源，延長了設(shè)備壽命。堿性拋光液中不含腐蝕抑制劑，所含 化學組分不腐蝕設(shè)備，不污染環(huán)境，環(huán)保壓力小。所用的納米Si化研磨磨料在堿性拋光液中 穩(wěn)定存在。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合較佳實施例詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0018] 本實施例提供了一種堿性拋光液在低壓力下提高GLSI銅布線銅膜去除速率的應 用，主要由Si化磨料、氧化劑、活性劑和馨合劑組成的堿性拋光液，其抑值9~13,所述堿性 拋光液的馨合劑在低機械壓力下對銅膜的高去除速率的應用。所述堿性拋光液將W下成分 按重量％均勻混合制成，
[0019] 納米Si〇2磨料5~80%，去離子水10~80%
[0020] 氧化劑 0.5~6%活性劑：0.5~5%
[0021 ] 馨合劑 3~6 %。
[0022] 所述納米Si化磨料的濃度為20~80wt%、粒徑為50~120皿。
[0023] 所述馨合劑為FA/On型馨合劑、FA/0IV型馨合劑或甘氨酸中的一種或多種混合。
[0024] 所述活性劑為FA/0I型非離子表面活性劑、十二烷基酪聚氧乙締酸或辛基酪聚氧 乙締酸中的一種或多種混合。