CN102121127A

CN102121127A - 一种集成电路铜互连结构中铜的电化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102121127A
Application number: CN2011100001369A
Authority: CN
Inventors: 储向峰; 董永平; 张王兵; 陈同云; 孙文起
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-07-13

Abstract

本发明公开一种集成电路铜互连中铜的电化学机械抛光液，抛光液中含有水、酸、钾盐、抑制剂、络合剂、表面活性剂、分散剂和pH调节剂等。其中酸是柠檬酸、乳酸中的一种或两种酸的混合物，质量百分比是1-10％；抑制剂是尿酸，其质量百分比是0.01-0.1％。本发明的抛光液中不含磨料粒子，可以在低压力(0.5psi)下进行抛光，抛光后铜的表明缺陷少，有可能取代目前的化学机械抛光技术对铜互连中铜进行抛光。本发明中使用尿酸作为抑制剂，柠檬酸和乳酸作为酸，可以减小对环境的污染。

Description

一种集成电路铜互连结构中铜的电化学机械抛光液

技术领域；

本发明涉及半导体制造工艺中的一种电化学机械抛光液，具体涉及一种集成电路铜互连结构中铜的电化学机械抛光液。

背景技术；

随着计算机、通信及网络技术的高速发展对集成电路(IC)的要求愈来愈高，IC不断向高速化、高集成化、高密度化和高性能化的方向发展，导致其特征尺寸不断减小、金属互连结构布线层数不断增加。随着器件的特征尺寸减小(65nm以下)，铜互连结构中必将包含多孔、易碎、低介电常数的材料，这就要求抛光压力减小到1psi(磅/平方英寸)以下。目前所使用的化学机械抛光(CMP)技术需要在较高的压力(＞2psi)下进行抛光，而这些多孔、易碎、低介电常数的材料相对于二氧化硅有很低的机械强度，难以承受CMP过程中的压力。据报道，在某些情况下产生裂纹、分层和材料变形。电化学机械抛光(ECMP)技术有可能替代化学机械抛光(CMP)技术来满足含易碎、低介电常数的材料小尺寸特征结构的抛光。电化学机械抛光(ECMP)将电化学表面反应和机械作用结合，可以在低压力下(＜1psi)，在抛光粒子含量低(甚至不含抛光粒子)的电解质溶液(抛光液)中进行抛光。

利用电化学机械抛光对不锈钢和模具进行抛光，国内已见文献报道，但是文献中的抛光液都不能用于大规模集成电路制造中的多层铜互连结构的铜的电化学机械抛光，因为对铜互连结构中铜的抛光有更高的平坦度要求，而且抛光机理不同，需要不同的抛光液。目前虽有用于铜互连中铜电化学机械抛光的抛光液，但抛光液中使用的酸是磷酸或硝酸，抑制剂是苯并三唑，这些物质会造成比较严重的环境污染，而本发明中使用尿酸作为抑制剂，柠檬酸和乳酸作为酸，可以减小对环境的污染。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以用于集成电路铜互连结构中铜的电化学机械抛光液。目的是降低传统化学机械抛光的抛光压力，同时降低表面粗糙度或减少表面缺陷。

本发明所提供的抛光液其组及其质量百分比如下：

酸：1-10％；钾盐：0.5-1％；抑制剂：0.01-0.1％；络合剂：0.1-2％、表面活性剂：0.01-0.1％：分散剂：0.01-0.1％；pH调节剂KOH：1-5％；其余为水。

所述酸是柠檬酸或乳酸。

所述钾盐是柠檬酸钾或乳酸钾。

所述抑制剂是尿酸。

所述络合剂是甘氨酸或氨水或EDTA。

所述表面活性剂是十二烷基硫酸铵、十二烷基苯磺酸铵、TX-10、NP-5、NP-9中的一种。

所述分散剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵和据环氧乙烷中的一种。

用pH调节剂KOH将抛光液的pH值调节至4.5-6.0。

该抛光液的制备过程简单，将上述各组分按照比例进行混合、搅拌使各种物质在水中完全溶解，然后用KOH调节到所需要的pH值即可。

该抛光液可以使用传统的化学机械抛光机，仅需要在抛光垫下方加一个导电电极，抛光垫开槽，抛光时不断加抛光液，使槽内充满抛光液。被抛光的铜与直流电源正极相连，抛光垫下方的导电电极与直流电源负极相连。本抛光液可以在低于0.5psi压力下进行抛光，大大地降低了抛光压力。

本发明中使用尿酸作为抑制剂，柠檬酸和乳酸作为酸，可以减小对环境的污染。

具体实施方式：

实施例1：抛光液配方为：乳酸3％wt、乳酸钾0.5％wt、尿酸、甘氨酸1％wt、十二烷基硫酸铵0.1％wt、聚乙烯醇0.01％wt、其余为水，用KOH2.5％wt将pH调至5.5。

抛光电源电压为5V、抛光压力为0.3pai、抛光液流量为100ml/min、抛光台和夹持器转速均为40转/分钟。

抛光速率达到510nm/min，表面粗糙度Ra达到0.6nm。

实施例2：抛光液配方为：柠檬酸6％wt、柠檬酸钾1％wt、尿酸0.03％、甘氨酸1％wt、十二烷基硫酸铵0.1％wt、聚乙烯醇0.01％wt、其余为水，用4％wtKOH将pH调至6.0。

抛光电源电压为5V、抛光压力为0.5pai、抛光液流量为100ml/min、抛光台和夹持器转速均为40转/分钟。

抛光速率达到480nm/min，表面粗糙度Ra达到0.5nm。

实施例3：抛光液配方为：乳酸4％wt、乳酸钾1％wt、尿酸0.01％、甘氨酸1％wt、十二烷基硫酸铵0.1％wt、聚乙烯醇0.01％wt、其余为水，用2％wt KOH将pH调至5.5。

抛光速率达到450nm/min，表面粗糙度Ra达到0.8nm。

实施例4：抛光液配方为：乳酸10％wt、乳酸钾0.5％wt、、尿酸0.5％、EDTA1％wt、十二烷基硫酸铵0.1％wt、聚乙烯醇0.01％wt、余量为水，用5％wtKOH将pH调至5.5。

抛光速率达到540nm/min，表面粗糙度Ra达到0.9nm。

Claims

1.一种用于集成电路铜互连结构中铜的电化学机械抛光的抛光液，其特征在于所述抛光液的组成及其质量百分比如下：

2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述酸是柠檬酸或乳酸。

3.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述钾盐是柠檬酸钾或乳酸钾。

4.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述抑制剂是尿酸。

5.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述络合剂是甘氨酸或氨水或EDTA。

6.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述表面活性剂是十二烷基硫酸铵、十二烷基苯磺酸铵、TX-10、NP-5、NP-9中的一种。

7.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于所述分散剂是聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵和据环氧乙烷中的一种。