一種用于阻擋層平坦化的化學(xué)機(jī)械拋光液及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于阻擋層平坦化的化學(xué)機(jī)械拋光液及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路制造中，互連技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體晶圓上 創(chuàng)建復(fù)雜和密集的結(jié)構(gòu)是非常有限的，化學(xué)機(jī)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(xué)機(jī)械拋光方法中，將襯底直接與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學(xué)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(xué)反應(yīng)開始進(jìn)行 拋光過程。
[0004] 隨著集成電路技術(shù)向超深亞微米（32、28nm)方向發(fā)展，因特征尺寸減小而導(dǎo)致的 寄生電容愈加嚴(yán)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(yán)格控制表面污染物指標(biāo)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(qiáng) 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(biāo)。
[0005]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，但是該專利中的拋光液會對銅產(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，但是該專利中的拋光液對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(luò)合劑，但是該酸性拋光液存在對銅腐蝕嚴(yán)重的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于阻擋層平坦化的化學(xué)機(jī)械拋光液，該拋光液包含研磨顆 粒、腐蝕抑制劑、銅表面保護(hù)劑、絡(luò)合劑，非離子表面活性劑和氧化劑。
[0007] 其中研磨顆粒可為本領(lǐng)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。
[0008] 其中腐蝕抑制劑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 腐蝕抑制劑的質(zhì)量百分比濃度較佳的為〇. 001~1%，更佳的為〇. 01~〇. 5%。
[0009] 其中銅表面保護(hù)劑較佳的選自下列中的一種或多種：5_氨基四氮唑、1，2, 4-三氮 唑、3-氨基-1，2, 4三氮唑、4-氨基-1，2, 4三氮唑，和/或3, 5-二氨基-1，2, 4三氮唑。所 述的銅表面保護(hù)劑的質(zhì)量百分比濃度較佳的為〇. 001~1%，更佳的為〇. 01~〇. 5%。
[0010] 其中絡(luò)合劑選自有機(jī)酸、有機(jī)磷酸和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。所述的絡(luò)合劑的 質(zhì)量百分比的濃度較佳的為〇. 001~2%，更佳的為0. 01~1%。
[0011] 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
[11] 醚（11=7~30)、(：8~9烷基酚聚氧乙烯（11)醚（11=8~200)、(： 12~18脂肪胺聚氧乙烯（11)醚 (n=10~60)、陶氏化學(xué)公司的TritonCF-10、陶氏化學(xué)公司的TritonCF-21、陶氏化學(xué)公司 的TritonDF-12、陶氏化學(xué)公司的TritonDF-16,和/或陶氏化學(xué)公司的TritonDF-18。所述 的非離子表面活性劑的質(zhì)量百分比濃度較佳的為：〇. 001~〇. 5%，更佳的為0. 01~0. 2%。
[0012] 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(zhì)量百分比濃度較佳的為0. 01~5%，更佳的為0. 1~2%。
[0013] 其中化學(xué)機(jī)械拋光液的pH值為8. 0~12. 0,更佳的為9. 0~11. 0。
[0014] 本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液還可以包含pH調(diào)節(jié)劑和殺菌劑等其他本領(lǐng)域添加劑。
[0015] 本發(fā)明的化學(xué)機(jī)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。
[0016] 本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。
[0017] 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：
[0018] 使用本發(fā)明的拋光液，可以達(dá)到高的阻擋層（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(dǎo)體器件表面的缺陷有很強(qiáng)的矯正能力，污染物殘留少，穩(wěn)定性高的拋光液。 本發(fā)明通過組合使用腐蝕抑制劑和銅表面保護(hù)劑，解決了在拋光過程中拋光機(jī)臺出故障時 芯片產(chǎn)生腐蝕的問