CN101457122B - 一种用于铜制程的化学机械抛光液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铜制程的化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、有机膦酸类化合物、含氮唑类化合物、氧化剂和载体。本发明的抛光液可在较低的研磨颗粒的用量下，保证抛光速率的同时，使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降，从而降低衬底表面污染物；具有合适的铜/钽的去除速率选择比，满足铜制程的抛光要求；可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。

Description

一种用于铜制程的化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，具体的涉及一种用于铜制程的化学机械抛光液。

背景技术

随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化。甚大规模集成布线的材料正由传统的Al向Cu转化。与Al相比，Cu布线具有电阻率低，抗电迁移能率高，RC延迟时间短，可使布层数减少一半，成本降低30％，加工时间缩短40％的优点。Cu布线的优势已经引起全世界广泛的关注。

但是目前还没有对铜材进行有效地等离子蚀刻或湿法蚀刻，以使铜互连在集成电路中充分形成的技术，因此铜的化学机械抛光方法被认为是最有效的替代方法。目前，出现了一系列适合于抛光Cu的化学机械抛光浆料，如：专利号为US 6,616,717公开了一种用于金属CMP的组合物和方法；专利号为US5,527,423公开了一种用于金属层的化学机械抛光浆料；专利号为US 6,821,897公开了一种使用聚合体络合剂的铜CMP的方法；专利号为CN 02114147.9公开了一种铜化学-机械抛光工艺用抛光液；专利号为CN 01818940.7公开了铜的化学机械抛光所用的浆料；专利号为CN 98120987.4公开了一种用于铜的CMP浆液制造以及用于集成电路的制造方法。但是上述用于铜制程的抛光液使用后，衬底表面存在着缺陷、划伤、粘污和/或其它残留，或者是对铜的抛光选择性不够，或者是抛光过程中存在着局部或整体腐蚀等问题。因此有必要开发出新的用于铜的化学机械抛光浆料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的用于铜制程的化学机械抛光液易造成晶圆表面缺陷、污染残留和腐蚀，以及不能满足铜制程对抛光速率及选择比的要求的缺陷，而提供一种可解决上述问题的用于铜制程的化学机械抛光液。

本发明的化学机械抛光液包括：研磨颗粒、有机膦酸类化合物、含氮唑类化合物、氧化剂和载体。

其中，所述的研磨颗粒的含量较佳的为0.1～5％；所述的有机膦酸类化合物的含量较佳的为0.5～3％；所述的含氮唑类化合物的含量较佳的为0.01～1％；所述的氧化剂的含量较佳的为0.5～10％；所述的载体为余量。以上百分比均指占整个化学机械抛光液的总重量百分比。

本发明中，所述的研磨颗粒可选自本领域常用研磨颗粒，优选二氧化硅、氧化铝、和聚合物颗粒(如聚苯乙烯或聚乙烯)中的一种或多种，更优选氧化硅。所述的研磨颗粒的粒径较佳的为20～200nm，更佳的为30～100nm。

本发明中，所述的有机膦酸类化合物较佳的为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、多氨基多醚基四亚甲基膦酸(PAPEMP)、2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)、乙二胺四甲基膦酸(EDTMP)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)、有机膦磺酸和多元醇膦酸酯(PAPE)中的一种或多种。

本发明中，所述的含氮唑类化合物较佳的选自5-氨基-四氮唑、1，2，4-三氮唑、苯并氮唑、5-甲基-四氮唑，5-苯基-1-氢-四氮唑和1-氢-四氮唑中的一种或多种。

本发明中，所述的氧化剂可为现有技术中的各种氧化剂，较佳的为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧乙酸和过氧化氢脲中的一种或多种，更佳的为过氧化氢。

本发明中，所述的载体较佳的为水。

本发明的用于铜制程的化学机械抛光液的pH值较佳的为2.0～11.0，更佳的2.0～5.0或9.0-11.0。pH调节剂可为各种酸和/或碱，以将pH调节至所需值即可，较佳的为硫酸、硝酸、磷酸、氨水、氢氧化钾、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。

本发明的化学机械抛光液还可以含有本领域其他常规添加剂，如表面活性剂、稳定剂和杀菌剂，以进一步提高抛光液的抛光性能。

将上述成分简单均匀混合，采用pH调节剂调至合适pH值，混合均匀静置即可制得本发明的抛光液。pH调节剂可选用本领域常规pH调节剂，如氢氧化钾、氨水和硝酸等。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：本发明的抛光液对铜材料具有较高的抛光速率，而对阻挡层钽具有较低的抛光速率，铜/钽抛光速率选择比约在50到1000范围内，可满足铜制程的抛光要求。本发明的抛光液可在较低的研磨颗粒的用量下，保证抛光速率的同时，使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降，从而降低衬底表面污染物。本发明的抛光液还可防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。

附图说明

图1为对比1抛光液抛光后的铜表面显微镜图片。

图2为对比2抛光液抛光后的铜表面显微镜图片。

图3为实施例1抛光液抛光后的铜表面显微镜图片。

图4为实施例2抛光液抛光后的铜表面显微镜图片。

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1～9，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水为余量，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO₃，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静止30分钟即可得到各化学机械抛光液。

表1本发明的抛光液1～9配方

效果实施例

表2给出了本发明的抛光液1～5和对比抛光液1～2，将表中配方，将各成分混合均匀，去离子水为余量，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO₃，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值，继续搅拌至均匀流体，静止30分钟即可得到各化学机械抛光液。

表2本发明的抛光液1～5和对比抛光液1～2配方

将表2中本发明的抛光液1～5和对比抛光液分别对不同材料(包括Ta衬底、Cu衬底。抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech.抛光垫，向下压力3-4psi，转盘转速/抛光头转速＝70/80rpm，抛光时间60s，化学机械抛光液流速70mL/min。抛光结果见表3。

表3本发明的抛光液1～5和对比抛光液1～2的抛光效果

从上述结果来看，本发明的抛光液可以在低颗粒含量的条件下实现较大铜/钽选择比，实现铜的迅速抛光，有效地停在阻挡层上，表面不产生明显的缺陷(划伤，腐蚀，表面颗粒等等)。

图1和2分别为对比抛光液1和2抛光后的铜表面显微镜图片，图3和4分别为抛光液1和2抛光后的铜表面显微镜图片。由图可见，本发明的抛光液抛光后，表面基本无缺陷。本发明的抛光液在铜互连工艺中具有较高的应用价值。

Claims (13)

1.一种用于铜制程的化学机械抛光液，其特征在于：其含有研磨颗粒、有机膦酸类化合物、含氮唑类化合物、氧化剂和载体，其中所述的含氮唑类化合物为5-氨基-四氮唑、1，2，4-三氮唑、苯并氮唑中的一种或多种。

2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒为二氧化硅、氧化铝和聚合物颗粒中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为20～200nm。

4.如权利要求3所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的粒径为30～100nm。

5.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的研磨颗粒的含量为质量百分比0.1～5％。

6.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机膦酸类化合物为羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、多氨基多醚基四亚甲基膦酸、2-羟基膦酰基乙酸、乙二胺四甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、有机膦磺酸和多元醇膦酸酯中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的有机膦酸类化合物的含量为质量百分比0.5～3％。

8.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的含氮唑类化合物的含量为质量百分比0.01～1％。

9.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧乙酸和过氧化氢脲中的一种或多种。

10.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的氧化剂的含量为质量百分比0.5～10％。

11.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的载体为水。

12.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液的pH值为2.0～5.0或9.0～11.0。

13.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的抛光液还含有表面活性剂、稳定剂和杀菌剂中的一种或多种。

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