CN101418190B

CN101418190B - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN101418190B
Application number: CN 200710047466
Authority: CN
Inventors: 宋伟红; 姚颖; 陈国栋; 包建鑫
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd; Anji Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101418190A

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：三氮唑、碳原子上含有给电子取代基的三唑化合物、嘧啶、嘧啶衍生物、哌嗪和哌嗪衍生物。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高。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)。快速去除阶段需要很高的铜的去除速率和较高的抛光均一性，软着陆阶段要求比较低的去除速率和较好的表面形貌。通过双氧水的浓度来调节铜去除的快慢是工艺上常用的手段，如果对双氧水的浓度比较敏感，就可以通过双氧水快速提高去除速率，可以实现快速去除阶段的在线调控，以达到工艺要求。而软着陆阶段可以降低双氧水的浓度来降低金属铜的去除，并添加表面活性剂使得抛光停止在阻挡层上。图1是大马士工艺示意图。

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高的化学机械抛光液。

本发明的抛光液含有：磨料、双氧水、水和下述络合剂中的一种或多种：种或多种：三氮唑、碳原子上含有给电子取代基的三唑化合物、嘧啶、嘧啶衍生物、哌嗪和哌嗪衍生物。

其中，所述的三氮唑较佳的为1，2，4-三氮唑；所述的碳原子上含有给电子取代基的三唑化合物较佳的为5-羧基-3-氨基-1，2，4三氮唑或3-氨基-1，2，4-三氮唑；所述的嘧啶衍生物较佳的为乙胺嘧啶；所述的哌嗪衍生物较佳的为哌嗪六水。

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0.1～10％。

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，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。所述的表面活性剂的含量较佳的为质量比10～1000ppm，更佳的为50～500ppm。

本发明的抛光液还可含有本领域其他常规添加剂，如缓蚀剂、杀菌剂、防霉剂和有机溶剂等。

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高。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，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2抛光前铜表面的照片图。

图4为采用效果实施例中抛光液2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1～9

表1给出了本发明的抛光液实施例1～9，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1～9

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1～6

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高。

其中，当选用5-羧基，3-氨基-1，2，4-三唑和/或3-氨基-1，2，4-三氮唑时，抛光液对Cu的去除速率随双氧水浓度变化的敏感度在低氧化剂浓度时较为敏感，且去除速率值较高，在高氧化剂浓度时敏感度不明显，总的敏感度变化趋势为快速升高后趋于缓增。

其中，当选用哌嗪和乙胺嘧啶时，在双氧水浓度较低时，络合剂分子吸附在金属表面，形成硬膜，减缓金属的离子化倾向，去除速率缓慢变化，当双氧水浓度达到1.5wt％时，硬膜在机械力作用下去除，平衡被打破，去除速率快速增大。

以抛光液2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

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：乙胺嘧啶、哌嗪，1，2，4-三氮唑；5-羧基-3-氨基-1,2,4-三氮唑或3-氨基-1,2,4-三氮唑；哌嗪六水，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。