CN100491073C - Ulsi多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法 - Google Patents
Ulsi多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100491073C CN100491073C CNB200610014302XA CN200610014302A CN100491073C CN 100491073 C CN100491073 C CN 100491073C CN B200610014302X A CNB200610014302X A CN B200610014302XA CN 200610014302 A CN200610014302 A CN 200610014302A CN 100491073 C CN100491073 C CN 100491073C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flatness
- mechanical polishing
- ulsi
- agent
- polishing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明涉及一种ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法，其特征是：在碱性条件下选取高浓度的SiO2水溶胶为磨料，用不同倍数的去离子水稀释，同时加入金属离子螯合剂、非离子表面活性剂，在抛光进行前加入氧化剂；具体实施步骤如下：首先配制抛光液：a.将粒径15nm-20nm的SiO2磨料用1-3倍的去离子水稀释；b.加入金属离子螯合剂，调整上述溶液使pH值在10-13范围内；c.边搅拌边加入1%-10%体积分数的醚醇类活性剂；d.在抛光前，边搅拌边加入1%-3%体积分数的过氧化物氧化剂，如H2O2，制成抛光液；然后在流量为1L/min-5L/min、温度为20℃-30℃、转速为60rpm-120rpm、压力为100g/cm2-250g/cm2的工艺条件下进行抛光。本发明工艺简单、效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路化学机械平整化技术，特别涉及一种ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法。
背景技术
目前，在ULSI多层铜布线的化学机械抛光中，全局和局部平整度十分重要。在8英寸的芯片上仅由塌边(包括边缘塌边和线条塌边尤其是金属导线的塌边)或碟形坑就可能造成13.44％的损失。随着衬底尺寸由Φ200mm向Φ300mm发展，抛光后的表面平整度对抛光后铜线表面状态的的影响越来越大。表面平整度直接影响到铜的下一层布线，影响电路的击穿特性、界面态和少子寿命，直接关系到IC器件的性能质量和成品率。而塌边问题如果严重，容易造成互连线的接触不良，直接造成断线，造成产品失效，成品率降低。
在CMP条件下，磨料及其浓度的选择对平整度尤其是塌边问题具有十分重大的影响。平整度差、塌边问题的产生是由于抛光过程中磨料粒子在表面各处化学反应及研磨速率不一致，边缘速率快、中间速率慢，从而造成塌边问题。溶液中的每个磨料粒子都相当于一个小的搅拌器不断旋转、搅拌、反应，磨料粒子浓度越高、一致性越好抛光后才能得到良好的平整度。国际上多采用酸性条件下进行抛光。在酸性条件下容易出现酸性效应，即使不加压力，铜线边缘的去除速率相对于中间部分快，抛光后表面平整度不理想，存在一定的塌边问题。同时磨料多选用Al2O3，该类磨料硬度高，分散度大，粘度大、磨料浓度低(一般<20wt％)，易引起表面划伤且损伤层深。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，为解决现有铜布线化学机械抛光过程中存在的平整度差尤其是塌边严重的问题，而提供一种碱性条件下高浓度磨料粒子、化学作用强、强络合、无划伤，且成本低的ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法。
为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：
一种ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法，其特征是：在碱性条件下，选取高浓度的SiO2水溶胶为磨料，用不同倍数的去离子水稀释，同时加入金属离子螯合剂、非离子表面活性剂，在抛光进行前加入氧化剂；
具体实施步骤如下：
首先配制用于降低ULSI多层铜布线塌边控制平整度的抛光液：
a.将粒径15nm-20nm的SiO2磨料用1-3倍的去离子水稀释；
b.加入金属离子螯合剂，调整上述溶液使pH值在10-13范围内；
c.边搅拌边加入1％-10％体积分数的醚醇类活性剂；
d.在抛光进行前，边搅拌边加入1％-3％体积分数的过氧化物氧化剂；
本发明采用纳米级SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15nm-20nm)、浓度高(20wt％-50wt％)、硬度小(对铜和钽损伤度小)、分散度好，能够达到高速率、高平整、低损伤抛光、污染小，解决了酸性抛光液选择性差、抛光后容易出现铜线塌边等诸多弊端。
然后在流量为1L/min-5L/min、温度为20℃-30℃、转速为60rpm-120rpm、压力为100g/cm2-250g/cm2的工艺条件下进行抛光。
所述磨料为SiO2水溶胶，其粒径为15nm-20nm，浓度20wt％-50wt％质量分数。
所述金属离子螯合剂为具有13个以上螯合环的易溶于水的胺类及多羟多胺类螯合剂，尤其是FA/O螯合剂，化学名为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，该螯合剂可以同时调节pH值、可作缓蚀剂、助氧剂，起到一剂多能的作用。
所述醚醇类活性剂为非离子表面活性剂，选用FA/O表面活性剂、JFC活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、烷基醇酰胺的一种。
本发明根据铜布线CMP的具体要求，选用碱性介质、粒径15nm-20nm高浓度(>20％)SiO2磨料、pH值10-13、醚醇类非离子表面活性剂、FA/O螯合剂来制备抛光液，在一定的工艺条件下抛光，可实现抛光后表面的高平整度，有效的降低铜线的塌边问题，满足工业上对铜布线CMP精密加工的要求。
本发明所述的醚醇类活性剂是非离子活性剂，如FA/O表面活性剂、JFC、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、烷基醇酰胺一种。表面活性剂可降低表面张力，既提高凹凸选择比，又能起到渗透和润滑作用，增强了输运过程，使得铜线表面各点反应速率达到一致，达到高平整高光洁表面。
本发明的有益效果是：
(1)磨料浓度高、分散度低
磨料是CMP浆料中的主要成份，在CMP过程中起到典型的两个作用：①机械作用的实施者，每个磨料粒子都相当于一个小的搅拌器不断旋转、搅拌，起机械磨削作用；②传输物料的功能，不仅将新鲜浆料传输至抛光垫与被抛材料之间，还将反应产物带离材料表面，使得材料新生表面露出，进一步反应去除。磨料浓度越高，参与反应的磨料粒子数目越多，有效研磨料数目也随之增加。同时磨料分散度越大，不同粒径的研磨料的粒径影响便会显示出来。因此，一定平均粒径的研磨料，浓度越高、分散度越小，有效研磨料粒子越多，参与抛光的磨料粒子粒径一致越好，抛光后表面平整度越好。本发明采用高浓度、低分散度、粒径小的SiO2水溶胶为磨料，有效的解决了Al2O3磨料浓度低、分散度大、磨料粒子粒径一致性差、粒子数少等缺点，抛光后可以得到良好的表面平整度，同时具有稳定性好、不易凝胶、储存时间久、污染小的优点。
(2)CMP后表面平整度与CMP过程中的质量传递有着密切联系。如果质量传递速率低，化学反应速率不一致，局部的反应速率不均匀，就不能有效地实现高低选择性，难以实现全局平整化，塌边问题严重。酸性条件下由于存在边沿效应，表面质量传递速率不一致，铜线边缘的去除速率相对于中间部分快，抛光后表面平整度不理想。而碱性介质下的反应必须在压力和旋转的作用下才能进行，因而不存在边沿效应。质量传递作用的提高可通过以下两个方面来实现：其一保证低分散度的前提下提高磨料浓度；其二加入不会给CMP带来负面影响的非离子表面活性剂。本发明选用醚醇类表面活性剂，增加了高低选择比，大大降低了表面张力、减小了损伤层、提高了表面的均一性及交换速率，增强了输运过程，同时表面凹凸差大大降低，从而有效的提高表面的光洁度及降低塌边的出现。
(3)目前，国际上通用的螯合剂多选用五元环EDTA及其二钠盐，五元环EDTA不溶于水而其二钠盐引入碱金属离子的沾污，本发明选用河北工业大学刘玉岭教授发明的有十三个以上螯合环无钠离子FA/O水溶性螯合剂(1999年获国家发明奖)，化学名为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，无金属离子且溶于水，对几十种金属离子具有更高的螯合作用；同时该螯合剂可以调节pH值，在碱性CMP条件下与金属离子反应使之转化为可溶性的胺盐，实现抛光高速率且速率可控，同时能有效降低待加工片的表面金属离子沾污。
总之，本发明采用的机理为碱性条件下强络合、强化学作用的方法，只有在CMP加压的条件下，化学反应才进行，在压力一致的情况下，表面各处化学反应和研磨速率一致性好，同时选用高浓度小粒径(15nm-20nm)SiO2溶胶作为抛光液磨料，解决了Al2O3磨料硬度大易划伤、易沉淀等诸多弊端，加入醚醇类活性剂，加速铜线表面反应物和生成物的质量传递，有效的降低了塌边的出现，抛光后获得良好的表面平整度。
附图说明
图1是抛光高低差效果与磨料浓度关系曲线图。
具体实施方式：
以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：
实施例1
抛光液的配制：选用25L粒径为15nm的硅溶胶作磨料，浓度为20％，其中与去离子水比例为1：1；选择FA/O螯合剂调节pH值为10；选择FA/OI型活性剂作表面活性剂，含量为10ml/l；选择H2O2为氧化剂，氧化剂含量为10ml/l。抛光工艺条件为：流量1L/min，温度20℃，转速60rpm/min，压力100g/cm2。
实验用抛光机为C6382型，抛光布为台湾微颖公司细抛布。
实施例2
抛光液的配制：选用35L粒径为20nm的硅溶胶作磨料，浓度为50％，其中与去离子水比例为1：3；选择FA/O螯合剂调节pH值为13；选择JFC作表面活性剂，含量为100ml/l；选择H2O2为氧化剂，氧化剂含量为10ml/l。抛光工艺条件为：流量5L/min，温度30℃，转速120rpm/min，压力250g/cm2。
实施例3
抛光液的配制：选用30L粒径为15nm的硅溶胶作磨料，浓度为20％，其中与去离子水比例为1：2；选择FA/O螯合剂调节pH值为12.5；选择FA/O活性剂、JFC、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、烷基醇酰胺的一种作表面活性剂，含量为50ml/l；选择H2O2为氧化剂，氧化剂含量为20ml/l。抛光工艺条件为：流量3L/min，温度25℃，转速90rpm/min，压力200g/cm2。
经测量，采用本发明方法抛光后铜线表面的平整度均<0.5nm。参见图1，当磨料浓度>20wt％时，塌边数目显著降低。
上述参照实施例对ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法，包括步骤如下：
首先配制用于降低ULSI多层铜布线塌边控制平整度的抛光液：
a.将粒径15nm-20nm的SiO2磨料用1-3倍的去离子水稀释；
b.加入金属离子螯合剂，调整上述溶液使pH值在10-13范围内；
c.边搅拌边加入1％-10％体积分数的醚醇类活性剂；
d.在抛光进行前，边搅拌边加入1％-3％体积分数的过氧化物氧化剂；
然后在流量为1L/min-5L/min、温度为20℃-30℃、转速为60rpm-120rpm、压力为100g/cm2-250g/cm2的工艺条件下进行抛光。
2.根据权利要求1所述的ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法，其特征是所述磨料为SiO2水溶胶，其粒径为15nm-20nm，浓度20wt％-50wt％质量分数。
3.根据权利要求1所述的ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法，其特征是所述金属离子螯合剂为具有13个以上螯合环的易溶于水的胺类及多羟多胺类螯合剂。
4.根据权利要求1所述的ULSI多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法，其特征是所述醚醇类活性剂为非离子表面活性剂，选用FA/0表面活性剂、JFC活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、烷基醇酰胺的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB200610014302XA CN100491073C (zh) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | Ulsi多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB200610014302XA CN100491073C (zh) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | Ulsi多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1861321A CN1861321A (zh) | 2006-11-15 |
| CN100491073C true CN100491073C (zh) | 2009-05-27 |
Family
ID=37388901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB200610014302XA Expired - Fee Related CN100491073C (zh) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | Ulsi多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100491073C (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102294648B (zh) * | 2010-06-23 | 2013-03-13 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械研磨金属的方法 |
| CN105619235A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-06-01 | 天津晶岭微电子材料有限公司 | 控制glsi多层铜布线精抛碟形坑延伸的碱性抛光液应用 |
| CN105506632A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-04-20 | 天津晶岭微电子材料有限公司 | 碱性抛光液在低压力下提高glsi铜布线铜膜去除速率的应用 |
| CN105419651A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-23 | 天津晶岭微电子材料有限公司 | Cmp中碱性抛光液抑制glsi铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用 |
| CN105647390A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-08 | 天津晶岭微电子材料有限公司 | 碱性抛光液改善cmp中阻挡层表面粗糙度的应用 |
| CN106118491B (zh) * | 2016-07-11 | 2018-06-12 | 河北工业大学 | 一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液及其制备方法 |
| CN106433479B (zh) * | 2016-07-19 | 2019-08-13 | 河北工业大学 | 多层铜布线钴阻挡层表面粗糙度的控制方法 |
| CN113092203A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 北京科技大学 | 一种铅铋合金的金相制备方法 |
| CN115058198A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-09-16 | 康劲 | 一种新型抛光液及其制备方法和应用 |
-
2006
- 2006-06-09 CN CNB200610014302XA patent/CN100491073C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 集成电路多层铜布线阻挡层CMP技术与材料. 李薇薇，檀柏梅，周建伟，刘玉岭.半导体技术，第31卷第5期. 2006 |
| 集成电路多层铜布线阻挡层CMP技术与材料. 李薇薇，檀柏梅，周建伟，刘玉岭.半导体技术，第31卷第5期. 2006 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1861321A (zh) | 2006-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100491073C (zh) | Ulsi多层铜布线化学机械抛光中平整度的控制方法 | |
| CN101679810B (zh) | 化学机械抛光用含水浆液组合物及化学机械抛光方法 | |
| CN100491072C (zh) | Ulsi多层铜布线化学机械抛光中碟形坑的控制方法 | |
| US6440186B1 (en) | Polishing composition and polishing method employing it | |
| CN101870852B (zh) | 一种大尺寸硅片用化学机械抛光液及其制备方法 | |
| CN101671527A (zh) | 高去除率、低损伤的铜化学机械抛光液及制备方法 | |
| JP2008501240A (ja) | 電気化学−機械研磨組成物及び同組成物の使用方法 | |
| CN101665665A (zh) | 降低铜化学机械抛光粗糙度的抛光液 | |
| JP6829191B2 (ja) | 研磨方法 | |
| CN101475778B (zh) | 一种用于砷化镓晶片的抛光组合物及其制备方法 | |
| CN107189693A (zh) | 一种a向蓝宝石化学机械抛光用抛光液及其制备方法 | |
| CN101050348B (zh) | 蚀刻液组合物、研磨用组合物及其制造方法以及研磨方法 | |
| CN102051128A (zh) | 一种化学机械抛光液 | |
| CN101457122B (zh) | 一种用于铜制程的化学机械抛光液 | |
| Li et al. | Application of a macromolecular chelating agent in chemical mechanical polishing of copper film under the condition of low pressure and low abrasive concentration | |
| CN100462203C (zh) | Ulsi多层铜布线化学机械抛光中粗糙度的控制方法 | |
| CN102816530B (zh) | 一种化学机械抛光液 | |
| CN101955732B (zh) | 一种化学机械抛光液 | |
| CN102137904B (zh) | 一种化学机械抛光液 | |
| TWI596174B (zh) | 在包括特定非離子介面活性劑之化學機械拋光組合物的存在下進行ｉｉｉ－ｖ族材料之化學機械拋光以製造半導體裝置之方法 | |
| JP2005347579A (ja) | 研磨剤用添加剤と研磨剤 | |
| CN103831706B (zh) | 一种化学机械抛光工艺 | |
| CN102477259B (zh) | 一种化学机械抛光浆料 | |
| CN113122143B (zh) | 一种化学机械抛光液及其在铜抛光中的应用 | |
| TWI662096B (zh) | 具有改善之凹陷及圖案選擇性之對氧化物及氮化物有選擇性之cmp組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: TIANJIN, HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ASSET MANA Free format text: FORMER OWNER: HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Effective date: 20140402 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 300130 HONGQIAO, TIANJIN TO: 300000 HONGQIAO, TIANJIN |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140402 Address after: 300000 T-shaped road, Hongqiao District, Tianjin Patentee after: Tianjin, Hebei University of Technology Asset Management Co., Ltd. Address before: 300130 Tianjin Road, Hongqiao District, No. 8 Patentee before: Hebei University of Technology |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090527 Termination date: 20170609 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |