CN102093817A - 一种用于钽阻挡抛光的化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于钽阻挡抛光的化学机械抛光液，其含有研磨颗粒，有机酸，聚丙烯酸类，金属缓蚀剂，季胺碱，氧化剂和水。本发明的化学机械抛光液满足了阻挡层抛光工艺阶段的要求，提高了阻挡层(Ta或TaN)的去除速率，满足了阻挡层抛光过程中绝缘层材料和金属材料抛光速率选择比的要求，可防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，并减少了抛光后晶圆表面缺陷和污染物。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钽阻挡抛光的化学机械抛光液，具体涉及一种含有含有研磨颗粒，有机酸，聚丙烯酸类，金属缓蚀剂，季胺碱，氧化剂和水的化学机械抛光液。
背景技术
在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，随着互连层数的增加和工艺特征尺寸的缩小，对硅片表面平整度的要求也越来越高，如果没有平坦化的能力，在半导体晶圆上创建复杂和密集的结构是非常有限的，化学机械抛光方法CMP就是可实现整个硅片平坦化的最有效的方法。
随着IC器件特征尺寸的缩小，阻挡层越来越薄，在90nm以下的制程中，阻挡层的厚度只有
新型的绝缘层材料以及封盖层材料(cappinglayer)不断应用于各种制程，例如低k材料，包括BD(Black Diamond)和Coral等已经得到工业应用的材料。这些材料具有不同的化学组成和机械强度。阻挡层的CMP对抛光液的要求逐步提高以适应其机械性能的改变。例如各种材料的抛光选择比(尤其是TEOS和低k材料的选择比)，金属材料表面腐蚀以及抛光均一性问题，都是新一代阻挡层抛光液所面临的挑战。目前工业上还没有一种抛光液能解决上述所有问题。
US20050031789中公开了一种使用季铵盐提高TEOS去除速率的酸性阻挡层抛光液，该抛光液具有较好的阻挡层去除速率，具有较低的铜去除速率和可调的TEOS去除速率，也可通过调节过氧化氢的含量有效地控制铜的去除速率，但该抛光液缺乏对低k材料的去除速率的控制。CN02116761.3公开了一种超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽的化学机械全局平面化抛光液，该抛光液为碱性，存在着表面污染物难以控制以及合适的氧化剂难以选择的问题。US6638326用硝酸铵或硝酸作氧化剂，尽管可以调节抛光速率选择比，但存在金属腐蚀的潜在问题。
本发明的化学机械抛光液具有较高的TEOS和低k材料(BD)的去除速率，且Cu的去除速率可通过升高或降低氧化剂的含量来调节，满足了阻挡层抛光过程中绝缘层材料和金属抛光速率选择比的要求，本发明的化学机械抛光液可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀问题，并保证抛光后，晶圆表面缺陷和污染物少。
发明内容
本发明解决的技术问题是为了满足阻挡层抛光工艺阶段的要求，提高了阻挡层(Ta或TaN)的去除速率，满足阻挡层抛光过程中绝缘层材料和金属材料抛光速率选择比的要求，可防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，并减少了抛光后晶圆表面缺陷和污染物。
本发明的用于钽阻挡抛光的化学机械抛光液，含有研磨颗粒，有机酸，聚丙烯酸类，金属缓蚀剂，季胺碱，氧化剂和水。
本发明中，所述的研磨颗粒的质量百分含量为1～10％，所述的有机酸的质量百分含量为0.01～1％，所述的聚丙烯酸类的质量百分含量为0.01～0.2％，所述的金属缓蚀剂的质量百分含量为0.01％～1％，所述的季胺碱的质量百分含量为0.01～0.2％，所述的氧化剂的质量百分含量为0.001～1％，余量为水。
本发明中，所述的研磨颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒中的一种或多种。
本发明中，所述的研磨颗粒粒径为20～200nm。
本发明中，所述的有机酸选自草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸、羟基亚乙基二磷酸、氨基三亚甲基磷酸和/或氨基酸中的一种或多种。
本发明中，所述的聚丙烯酸类的分子量为1000～20000，优选2000～5000。
本发明中，所述的金属缓蚀剂为唑类化合物。
本发明中，所述的唑类化合物选自苯丙三氮唑、甲基苯并三氮唑、1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4三氮唑和/或5-甲基-四氮唑中的一种或多种。
本发明中，所述的季胺碱为四甲基氢氧化铵和/或四丁基氢氧化铵。
本发明中，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧化氢脲、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和/或过硫酸铵中的一种或多种。
本发明中，所述的化学机械抛光液的pH值为2.0～5.0。
本发明中，所述的化学机械抛光液含有表面活性剂、稳定剂和/或杀菌剂。
本发明的积极进步效果在于：
1、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。
2、本发明的抛光液具有较高的TEOS和低k材料(BD)的去除速率，且Cu的去除速率可通过升高或降低氧化剂的含量而相应的升高或降低，满足阻挡层抛光过程中绝缘层材料和金属抛光速率选择比的要求。
3、本发明的抛光液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。
4、采用本发明的抛光液抛光后，晶圆具有完好的表面形貌和较低的表面污染物残留。
附图说明
图1为采用对比例1抛光液抛光后晶圆表面形貌的SEM(扫描电镜)图。
图2为采用实施例1抛光液抛光后晶圆表面形貌的SEM(扫描电镜)图。
具体实施方式
制备实施例
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1～16及对比例1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，之后采用氢氧化钾、氨水和硝酸调节至合适pH值，即可制得各实施例的化学机械抛光液。
表1本发明的化学机械抛光液制备实施例1～16以及对比例1
效果实施例1
采用对比例1抛光液和本发明的实施例1～6抛光液按照下述条件对Ta、TEOS、BD和Cu进行抛光。抛光条件：抛光垫为Politex 14’，下压力为1.5psi，转速为抛光盘/抛光头＝70/90rpm，抛光液流速为100ml/分钟，抛光时间为2分钟。结果如表2所示。
表2对比例1和实施例1～6对Ta、TEOS、BD和Cu的去除速率
从表2中可以看出，与对比例1抛光液相比，本发明的化学机械抛光液可以获得较高的Ta、TEOS和BD的去除速率，通过调节氧化剂的浓度可以调节铜的抛光去除速率，满足了阻挡层抛光过程中TEOS、BD和Cu的抛光速率选择比的要求。
效果实施例2
抛光材料：已溅射钽阻挡层/电镀铜的二氧化硅测试晶片；抛光条件：抛光垫为Politex 14’，下压力为1.5psi，转速为抛光盘/抛光头＝70/90rpm，抛光液流速为100ml/分钟，抛光时间为2分钟。
图1和图2分别采用对比例1抛光液和实施例1抛光液抛光后测试晶片的表面形貌的SEM图，由图1和图2对比可以看出，使用本发明的抛光液抛光后的测试晶片的表面形貌光滑平整，无污染颗粒残留。
Claims (12)
1.一种用于钽阻挡抛光的化学机械抛光液，含有研磨颗粒，有机酸，聚丙烯酸类，金属缓蚀剂，季胺碱，氧化剂和水。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒的质量百分含量为1～10％，所述的有机酸的质量百分含量为0.01～1％，所述的聚丙烯酸类的质量百分含量为0.01～0.2％，所述的金属缓蚀剂的质量百分含量为0.01％～1％，所述的季胺碱的质量百分含量为0.01～0.2％，所述的氧化剂的质量百分含量为0.001～1％，余量为水。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的研磨颗粒粒径为20～200nm。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的有机酸选自草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸、羟基亚乙基二磷酸、氨基三亚甲基磷酸和/或氨基酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的聚丙烯酸类的分子量为1000～20000。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的金属缓蚀剂为唑类化合物。
8.根据权利要求7所述的化学机械抛光液，所述的唑类化合物选自苯丙三氮唑、甲基苯并三氮唑、1，2，4-三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4三氮唑和/或5-甲基-四氮唑中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的季胺碱为四甲基氢氧化铵和/或四丁基氢氧化铵。
10.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧化氢脲、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和/或过硫酸铵中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的化学机械抛光液的pH值为2.0～5.0。
12.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，含有表面活性剂、稳定剂和/或杀菌剂。
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