CN101418187B - 一种化学机械抛光液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其特征在于含有：磨料、氧化剂、水和下述络合剂中的一种或多种：含有巯基的三唑环、活性氮原子上有给电子取代基的三唑类化合物、含有羧基的吡啶环和草酸盐。本发明的化学机械抛光液对Cu的去除速率对其所含的双氧水的浓度变化的敏感度较低。采用本发明的抛光液抛光后，铜表面比较光滑，表面形貌较好。

Description

一种化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液。

背景技术

在130nm以下的半导体工艺制程中，金属铜已被广泛用作互连线路材料。Cu互连线路的化学机械抛光(CMP)是现今全面平坦化工艺中广泛应用的技术。不同的制程对铜的抛光速率有着不同的技术要求。采用工艺条件的优化来调节铜的去除速率是业界常用的方法。已有很多文献报道不同的抛光液配方，以达到不同的选择比来调节Cu的表面形貌和去除速率。

在Cu的化学机械抛光过程中，分两个阶段：快速去除阶段和软着陆阶段(如图1所示)。软着陆阶段的抛光要求相对较低的铜的去除速率以及非常高的Cu/Ta抛光选择比，才能保证既除去了金属又能停止在阻挡层上面。添加表面活性剂可以大幅度降低阻挡层的去除速率，而不影响铜的去除。阻挡层的抛光要求具有较高的Ta/TaN的去除速率，温和易控的铜的去除速率以及合适的与绝缘层材料的选择比。所以铜的去除对双氧水浓度的变化相对比较惰性，或变化比较平缓，可以保证比较宽的控制窗口，更有利于在线控制抛光选择比。

化学机械抛光过程中，Cu的去除速率对双氧水浓度变化的敏感程度直接影响化学机械抛光工艺的可控性，从而影响抛光性能的稳定性。对双氧水浓度变化过于敏感可导致对抛光性能难于精准控制。合适的敏感度，可以实现在线弹性调整抛光选择比，达到工艺要求。迄今为止，尚未有相关文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了适应不同的化学机械抛光工艺的制程和阶段对Cu的抛光速率的要求，而提供一种Cu的去除速率对双氧水浓度变化的敏感度较低的化学机械抛光液。

本发明的抛光液含有：磨料、双氧水和下述络合剂中的一种或多种：含有巯基的三唑环、活性氮原子上有给电子取代基的三唑类化合物、含有羧基的吡啶环和草酸盐。

其中，所述的含有巯基的三唑环较佳的为5-巯基-3-氨基-1，2，4三唑；所述的活性氮原子上有给电子取代基的三唑类化合物较佳的为4-氨基-1，2，4-三氮唑；所述的含有羧基的吡啶环较佳的为2-吡啶甲酸；所述的草酸盐较佳的为草酸铵或四草酸钾。

其中，所述的络合剂的含量较佳的为质量百分比0.1～5％，更佳的为质量百分比0.2～3％。

其中，所述的磨料可选用本领域常用磨料，如SiO₂和Al₂O₃等。所述的磨料的含量较佳的为质量百分比0.1～20％。

其中，所述的双氧水的含量较佳的为质量百分比0.01～10％。

本发明的抛光液还可含有阳离子表面活性剂、季氨盐型表面活性剂和非离子型表面活性剂中的一种或多种。其中，所述的阳离子表面活性剂较佳的为分子量为2000～50000的聚乙烯亚胺；所述的季氨盐型表面活性剂较佳的为十六烷基三甲基氯化铵；所述的非离子型表面活性剂较佳的为聚乙二醇。添加上述表面活性剂后，添加上述表面活性剂可明显降低阻挡层Ta/TaN的去除速率，在抛光过程中可使得铜的抛光在软着陆阶段停止在阻挡层上面，因此添加表面活性剂后的浆料适合软着陆阶段的抛光。所述的表面活性剂的含量较佳的为质量比10～1000ppm，更佳的为质量比50～500ppm。

本发明的抛光液还可含有本领域其他常规添加剂，如成膜剂、杀菌剂和防霉剂等。

本发明的抛光液的pH值较佳的为1～7，更佳的为2～5。

本发明的抛光液由上述各成分简单均匀混合后，采用常规pH剂调节至适合pH即可制得。本发明所用试剂及原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液对Cu的去除速率对双氧水含量变化的敏感度较低，适合软着陆或阻挡层的抛光。添加阳离子表面活性剂、季氨盐型表面活性剂和非离子型表面活性剂后，本发明的抛光液对阻挡层Ta具有较低的去除速率，在抛光过程中可使得铜的抛光在软着陆阶段停止在阻挡层上面，更加适合软着陆或阻挡层的抛光。采用本发明的抛光液抛光后，铜表面比较光滑，表面形貌较好。

附图说明

图1为Cu的化学机械抛光工艺中两个阶段的示意图。

图2为效果实施例中抛光液系列进行抛光的Cu去除速率图。

图3为采用效果实施例中抛光液1抛光前铜表面的照片图。

图4为采用效果实施例中抛光液1抛光后铜表面的照片图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1～7

表1给出了本发明的抛光液实施例1～7，按表中配方将各成分简单均匀混合，余量为水，采用氢氧化钾或硝酸调节至适合pH，即可制得各实施例的抛光液。

表1本发明的抛光液实施例1～7

效果实施例1

表2给出了本发明的抛光液系列1～4，每个抛光液系列为其他成分相同，分别含有三种不同浓度的双氧水的3种抛光液，按表中配方将各成分简单均匀混合，余量为水，采用氢氧化钾或硝酸调节至适合pH，即可制得各抛光液。

表2本发明的抛光液系列1～4

采用上述抛光液系列1～4，对Cu进行抛光，抛光条件为：下压力：2psi；抛光垫：Politex 14′；转速：抛光盘/抛光头＝70/90rpm；抛光液流速：100ml/min；抛光时间：2min。Cu的去除速率如表3和图2所示。

表3抛光液系列1～4的Cu去除速率

由表3数据可见，本发明的抛光液对Cu的去除速率对双氧水浓度变化的敏感度较低。

以抛光液1为例，对Cu进行抛光前后的表面照片图分别如图3和图4所示。由图3和4对比可见，采用本发明的抛光液抛光后，铜表面比较光滑，表面形貌较好。

效果实施例2

表4给出了本发明的抛光液系列5～8，每个抛光液系列为其他成分相同，分别含有和不含有表面活性剂聚乙烯亚胺(分子量3500)(PEI 3500)的2种抛光液，按表中配方将各成分简单均匀混合，余量为水，采用氢氧化钾或硝酸调节至适合pH，即可制得各抛光液。

表4抛光液系列5～8的Cu去除速率

采用上述抛光液系列5～8，对Ta进行抛光，抛光条件为：下压力：2psi；抛光垫：Politex 14′；转速：抛光盘/抛光头＝70/90rpm；抛光液流速：100ml/min；抛光时间：2min。Ta的去除速率如表5所示。

表5抛光液系列5～8的Cu去除速率

由表5数据可见，添加表面活性剂PEI3500后，本发明的抛光液对Ta的去除速率明显降低。

Claims (12)

1.一种化学机械抛光液，其特征在于含有：磨料、双氧水、水和下述络合剂中的一种或多种：5-巯基-3-氨基-1,2,4-三唑、4-氨基-1,2,4-三氮唑、草酸铵、四草酸钾，2-吡啶甲酸，其中所述的络合剂的含量为质量百分比0.1～5%，所述的双氧水的含量为质量百分比0.1～10%。 

2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的络合剂的含量为质量百分比0.2～3%。 

3.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的磨料为SiO₂或Al₂O₃。 

4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的磨料的含量为质量百分比0.1～20%。 

5.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的的抛光液的pH值为1～7。 

6.如权利要求5所述的抛光液，其特征在于：所述的的抛光液的pH值为2～5。 

7.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的化学机械抛光液还含有下述表面活性剂中的一种或多种：阳离子表面活性剂、和非离子型表面活性剂。 

8.如权利要求7所述的抛光液，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂为季氨盐型表面活性剂。 

9.如权利要求7所述的抛光液，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂为分子量为2000～50000的聚乙烯亚胺；所述的非离子型表面活性剂为聚乙二醇。 

10.如权利要求8所述的抛光液，其特征在于：所述的季氨盐型表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。 

11.如权利要求7所述的抛光液，其特征在于：所述的表面活性剂的含量为质量比10～1000ppm。 

12.如权利要求11所述的抛光液，其特征在于：所述的表面活性剂的含量为质量比50～500ppm。 

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