CN101463226A - 一种化学机械抛光液 - Google Patents

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姚颖
陈国栋
包建鑫
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Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有：磨料、氧化剂和水，以及下述含氮有机物中的一种或多种：含有1～4个氮原子的杂环化合物及其衍生物，以及胺类化合物，该类化合物可明显提高TEOS的研磨速率；磨料的含量为小于或等于质量百分比15％。本发明的抛光液具有较高的阻挡层材料(Ta或TaN)的去除速率，约为100～500A/min范围内的低介电材料(BD)的去除速率，可通过改变氧化剂含量获得满足抛光要求的Cu的去除速率。本发明的抛光液可满足阻挡层抛光中过抛阶段对各种材料的抛光选择比的要求，并且可保证抛光后的表面形貌光滑平整，表面光洁平整，并可对前程的表面形貌缺陷进行矫正，无污染颗粒残留。

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
Cu互连线路CMP是现今全局平坦化中唯一广泛应用的技术。在大马士革铜制程中会采用多种材料，例如绝缘层材料TEOS、金属铜Cu、阻挡层材料Ta或TaN以及一些封盖层材料(capping layer)。在90nm以下的制程中，会使用低介电材料(Black Diamond)。这些材料具有不同的化学组成和机械强度，抛光液对它们的抛光去除速率是不同的。在CMP过程中，需要在阻挡层抛光阶段有一定时间的过抛，以完全除去阻挡层、金属残留和有机物残留，以保证抛光后的表面形貌。这个步骤的抛光要求抛光液具有较高的绝缘层材料的去除速率。现有技术的方法主要依靠增大磨料颗粒的含量来提高绝缘层的去除速率。但含量过高的磨料颗粒会带来一些负面影响，比如表面污染物增多、颗粒残留以及表面划伤等。
采用化学方法提高绝缘层材料的去除速率可以使得抛光液中的固含量保持较低的水平，这样既可保证绝缘层的去除又能获得比较好的表面形貌。但目前，采用化学方法提高绝缘层材料的去除速率一直是CMP抛光浆料开发的难点，相关文献并不多见。专利文献US 7,018,560(20050031789，公开日2005.2.10)公开了一种用于抛光半导体层的组合物，其中揭示了采用氟化季铵盐来提高绝缘层TEOS膜的去除速率，但其提高的幅度有限，并且氟化物是属于非环保化学品，不符合当今绿色化学品的发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的方法因增大磨料含量而造成的表面划伤，颗粒残留的缺陷，而提供一种可满足阻挡层抛光过程中调整绝缘层与金属的抛光选择比的要求，并且保证优良表面形貌的化学机械抛光液。
本发明的化学机械抛光液含有：磨料、氧化剂和水，以及下述含氮有机物中的一种或多种：含有1～4个氮原子的杂环化合物及其衍生物，以及胺类化合物；磨料的含量为小于或等于质量百分比15％。其中，所述的含氮有机物的添加可提高TEOS的去除速率，而使得以增大磨料粒子含量的方法达到相同目的而引起的表面污染情况降至最低。通常磨料粒子的含量大于15％就可能引起表面划伤和颗粒物残留等表面问题。
其中，所述的含有1～4个氮原子的杂环化合物及其衍生物较佳的选自吡啶、嘧啶、哌啶、哌嗪、噻唑、三唑、四唑，以及上述化合物的衍生物中的一种或多种，所述的衍生物较佳的为带巯基和/或氨基的衍生物，优选化合物为5-羧基-3-氨基-1，2，4三氮唑、2-氨基嘧啶、3-氨基-1，2，4三氮唑、5-巯基-3-氨基-1，2，4三唑、二巯基苯丙噻唑、哌嗪六水、甲基苯丙三氮唑、2，3-二氨基吡啶和1-苯基-5-巯基-四氮唑中的一种或多种。其中，所述的胺类化合物较佳的选自二胺、二乙烯三胺和多烯多胺中的一种或多种。
所述的含氮有机物的含量较佳的为质量百分比0.01～1％，更佳的为质量百分比0.1～0.5％。
其中，所述的磨料为较佳的为SiO2和/或Al2O3；所述的磨料的含量较佳的为质量百分比2～10％。
其中，所述的氧化剂的含量较佳的为质量百分比0.1～10％。所述的氧化剂可选自过氧化物，包括无机过氧化物(如过氧化氢、过氧化钠等)和有机过氧化物(如过氧化苯甲酰)，以及过硫化物(如过硫酸钠、过硫酸铵等)等。通常情况下，氧化剂浓度的增高或降低可以相应的增加或减小金属(尤其是铜)的去除速率。实际应用中，通常采用双氧水为氧化剂，并通过调节双氧水的浓度来调节金属的去除速率。
本发明的抛光液的pH值较佳的为1～7，更佳的为2～5。
本发明的抛光液还可进一步含有其它本领域常见的添加剂，例如络合剂、缓蚀剂、杀菌剂、稳定剂和表面活性剂等。
本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合，之后采用pH调节剂调节至合适pH值即可制得。pH调节剂可选用本领域常规调节剂，如氢氧化钾、氨水和硝酸等。本发明中，所用试剂及原料均市售可得。
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：本发明的抛光液在较低的磨料粒子含量下具有较高的阻挡层材料(Ta或TaN)的去除速率，与未添加含氮有机物的抛光液相比显著提高的绝缘层材料(TEOS)的去除速率，以及约为100～500A/min范围内的低介电材料(BD)的去除速率。本发明的Cu的去除速率可通过升高或降低氧化剂含量而相应的升高或降低。本发明的抛光液可满足阻挡层抛光过程中用化学方法调整绝缘层材料和金属抛光选择比的要求，避免通过增大磨料粒子含量达到相同目的而引起的表面污染物残留等问题，从而提供满足工艺要求和光滑平整的表面形貌。
附图说明
图1为效果实施例中对比抛光液和本发明的抛光液1～18对TEOS和BD的去除速率柱状图。
图2为采用对比抛光液抛光后晶圆表面形貌的SEM(扫描电镜)图。
图3为采用抛光液16抛光后晶圆表面形貌的SEM(扫描电镜)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1～17
表1给出本发明的抛光液实施例1～17的配方，按照表中配方，将各成分简单均匀混合，之后采用氢氧化钾、氨水或硝酸调节至合适pH值，即可制得各抛光液。
表1 本发明的抛光液实施例1～17
Figure A200710172712D00081
效果实施例
表2给出了对比抛光液和本发明的抛光液1～18的配方，按照表中配方，将各成分简单均匀混合，之后采用氢氧化钾或硝酸调节至合适pH值，即可制得各抛光液。
表2 对比抛光液和本发明的抛光液1～18
Figure A200710172712D00082
Figure A200710172712D00091
采用对比抛光液和本发明的抛光液1～18按照下述条件对TEOS、BD、Cu和Ta进行抛光。抛光条件：抛光垫为Politex 14′，下压力为2psi，转速为抛光盘/抛光头＝70/90rpm，抛光液流速为100ml/min，抛光时间为2min。结果如表3和图1所示。
表3 对比抛光液和本发明的抛光液1～18对TEOS、BD、Cu和Ta的去除速率
 
抛光液 Teos(A/min) BD(A/min) Cu(A/min) Ta(A/min)
对比 382 361 1833 1384
1 442 302 1205 1435
2 455 174 237 1346
3 539 241 305 1347
4 536 440 940 1483
5 636 380 1249 1416
 
6 655 318 1587 1365
7 678 422 1150 1382
8 680 234 277 1452
9 686 250 288 1548
10 707 401 4249 1312
11 731 388 1075 1357
12 737 463 779 1468
13 801 251 931 1458
14 814 366 164 1546
15 828 356 2821 1472
16 847 326 347 1435
17 860 351 540 1492
18 872 283 777 1385
从表3和图1可以看出，与空白参比样对比，加入含氮有机物的抛光液1～18的TEOS的去除速率有不同程度的提高，其中抛光液2～5提高的幅度较小，抛光液6～18的TEOS提高的幅度较高。而low-k材料的去除速率也呈现不同的变化趋势，在100～500的范围内变动。抛光液1～18均具有较高的Ta的去除速率。
图2和图3分别为采用对比抛光液和抛光液16抛光后晶圆表面形貌的SEM图。由图2和图3对比可见，本发明的抛光液16抛光后的晶圆表面形貌光滑平整，表面光洁平整，无污染颗粒残留。

Claims (12)

1.一种化学机械抛光液，其特征在于含有：磨料、氧化剂和水，以及下述含氮有机物中的一种或多种：含有1～4个氮原子的杂环化合物及其衍生物，以及胺类化合物；磨料的含量为小于或等于质量百分比15％。
2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的含有1～4个氮原子的杂环化合物及其衍生物选自吡啶、嘧啶、哌啶、哌嗪、噻唑、三唑、四唑，以及上述化合物的衍生物中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的衍生物为带巯基和/或羧基和/或氨基的衍生物。
4.如权利要求2所述的抛光液，其特征在于：所述的含有1～4个氮原子的杂环化合物及其衍生物选自5-羧基-3-氨基-1，2，4三氮唑、2-氨基嘧啶、3-氨基-1，2，4三氮唑、5-巯基-3-氨基-1，2，4三唑、二巯基苯丙噻唑、哌嗪六水、甲基苯丙三氮唑、2，3-二氨基吡啶和1-苯基-5-巯基-四氮唑中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的胺类化合物选自二胺、二乙烯三胺和多烯多胺中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的含氮有机物的含量为质量百分比0.01～1％。
7.如权利要求6所述的抛光液，其特征在于：所述的含氮有机物的含量为质量百分比0.1～0.5％。
8.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于：所述的磨料为SiO2和/或Al2O3。
9.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2～10％。
10.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物和/或过硫化物。
11.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0.1～10％。
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2～5。
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