CN102051125A

CN102051125A - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102051125A
Application number: CN2009101979530A
Authority: CN
Inventors: 王晨; 宋伟红; 姚颖
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji microelectronic technology (Shanghai) Limited by Share Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN102051125B

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有水，研磨剂，次亚磷酸，金属缓蚀剂和氧化剂，该金属缓蚀剂为唑类化合物。本发明的化学机械抛光液可显著提高TEOS，BD，Ta的抛光速度，实现了阻挡层CMP过程中，调节抛光选择比的要求。

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，具体涉及一种包含次亚磷酸的化学机械抛光液。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互连层的不断增加，导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械研磨(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。

化学机械研磨(CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械研磨时，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆液被滴到抛光垫上，并因离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。

在CMP的抛光对象中，铜有较低的电阻率，优良的抗电子迁移能力。但是，铜本身易与周围的物质发生反应。另外，铜与介质层的粘结性差。最关键的是铜易扩散进入硅与二氧化硅，形成铜与硅的化合物。铜扩散进入硅会成为杂质，影响器件的可靠性；硅扩散入铜将增加铜的电阻率。因此需要在铜与介质中间增加一种能有效阻挡铜扩散的材料。

钽是常用的阻挡材料。钽有较高的电导率，性质不活泼，与介质材料有良好的粘结性，因此成了铜硅之间阻挡层的理想选择。除此之外，还有Ti，TiN，WNx，TaNx，TaCx，TaSiN等等。

在阻挡层CMP中(如图1所示)，刚开始时抛光速率相对较快，抛到钽层时，钽的抛光速率较低。当阻挡层被抛光去除之后，开始过抛(over polish)。在整个CMP过程中，为确保获得一个可接受的良好CMP形貌，关键在于抛光液要有一个合理的抛光选择比。如：Cu/Ta，Cu/TEOS选择比。

CN200410092243.9公开了一种用于抛光半导体晶片的含水组合物，其包含唑类化合物用来提高Ta相对于电介质的选择性。但是该组合物并没有涉及次亚磷酸的使用。

CN200510030856.4公开了一种用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料，其包含研磨颗粒、有机膦酸、四氮唑类化合物用来调整阻挡层的抛光选择性。但是该化学机械抛光浆料并没有涉及次亚磷酸的使用。

CN200510030871.9公开了一种用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料，其包含研磨颗粒、有机膦酸、聚丙烯酸类化合物、氧化剂和载体用来调整阻挡层的抛光选择性。但是该化学机械抛光浆料并没有涉及次亚磷酸及金属缓蚀剂的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高TEOS，BD，Ta的抛光速度，实现在阻挡层CMP过程中，调节抛光选择比的要求。

本发明的化学机械抛光液，含有水，研磨剂，次亚磷酸，金属缓蚀剂和氧化剂。

本发明中，所述的研磨剂为选自胶体二氧化硅(Colloidal silica)、气相二氧化硅(fumed silica)、氧化铈和/或氧化铝中的一种或多种。所述的研磨剂含量较佳的为1～20％。

本发明中，所述的次亚磷酸含量较佳的为0.5％～2％。

本发明中，所述的金属缓蚀剂为唑类化合物，所述的金属缓蚀剂较佳的为BTA。所述的BTA含量较佳的为0.1～1％

本发明中，所述的氧化剂为过氧化物，所述的过氧化物选自双氧水、单过硫酸氢钾和过硫酸钾中的一种或多种。所述的双氧水含量较佳的为0.1～2％。

本发明中，进一步含有pH调节剂，所述的pH调节剂选自氢氧化钾、氨水和/或季铵碱四甲基氢氧化铵中的一种或多种。所述的抛光液的pH值较佳的为9-11。

本发明中，进一步含有具有氮原子的有机胺，所述具有氮原子的有机胺较佳的为乙二胺。

本发明的积极进步效果在于：通过添加次亚磷酸可以显著提高TEOS，BD，Ta的抛光速度，实现了阻挡层CMP过程中，调节抛光选择比的要求。本发明中，Cu的去除速度可以通过升高或降低氧化剂含量的方法升高或降低。本发明中，实现了调节抛光选择比的要求，防止了抛光过程中产生的局部腐蚀和整体腐蚀(erosion)，提高了产品的合格率。

附图说明

图1为阻挡层的形貌在CMP过程中前后变化的示意图。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下述实施例中，百分比均为质量百分比。

表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例1～12以及对比例的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用pH调节剂调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。

抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，14英寸politex抛光垫(pad)，4cm*4cm正方形Wafer，研磨压力2psi，研磨台(polishing table)转速70转/分钟，研磨头(carrier)自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/min。

表1化学机械抛光液实施例1～12

实施例1、2说明添加次亚磷酸可以提高TEOS，BD和Ta的抛光速度，

实施例3、4说明在有机胺的存在下，BD的抛光速度显著提高。

对比实施例4、5说明增加或减少氧化剂的量可以调节Cu的抛光速度。

实施例1～10表明通过调整研磨剂、次亚磷酸、BTA、氧化剂的不同浓度，可以调节合适的抛光选择比。

Claims

1.一种化学机械抛光液，含有水，研磨剂，次亚磷酸，金属缓蚀剂和氧化剂。

2.根据权利要求1所述的抛光液，所述的研磨剂为选自胶体二氧化硅(Colloidal silica)、气相二氧化硅(fumed silica)、氧化铈和/或氧化铝中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的抛光液，所述的研磨剂含量为1～20％。

4.根据权利要求1所述的抛光液，所述的次亚磷酸含量为0.5％～2％。

5.根据权利要求1所述的抛光液，所述的金属缓蚀剂为唑类化合物。

6.根据权利要求5所述的抛光液，所述的金属缓蚀剂为BTA。

7.根据权利要求6所述的抛光液，所述的BTA含量为0.1～1％

8.根据权利要求1所述的抛光液，所述的氧化剂为过氧化物。

9.根据权利要求8所述的抛光液，所述的过氧化物选自双氧水、单过硫酸氢钾和过硫酸钾中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的抛光液，所述的双氧水含量为0.1～2％。

11.根据权利要求1所述的抛光液，包含pH调节剂。

12.根据权利要求11所述的抛光液，所述的pH调节剂选自氢氧化钾、氨水和季铵碱四甲基氢氧化铵中的一种或多种。

13.根据权利要求11所述的抛光液，所述的抛光液的pH值为9-11。

14.根据权利要求1所述的抛光液，含有具有氮原子的有机胺。

15.根据权利要求14所述的抛光液，所述具有氮原子的有机胺为乙二胺。