CN102690608A

CN102690608A - 一种用于金属钼抛光工艺的抛光液

Info

Publication number: CN102690608A
Application number: CN2012101844249A
Authority: CN
Inventors: 陈飞; 屈新萍
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明属于微电子抛光工艺技术领域，具体为一种用于金属钼抛光工艺的抛光液。该抛光液包含0-10%比重的氧化剂，0.1-25%的比重的研磨颗粒，0.001-10%比重的螯合剂，以及余量的水。所述螯合剂为硫酸铵，碳酸铵，硝酸铵或其它铵盐，或他们之中几种的混合物。所述抛光液PH值范围为5-10。本发明的抛光液所使用螯合剂能有效提高金属钼的静态腐蚀和抛光速率。

Description

一种用于金属钼抛光工艺的抛光液

技术领域

本发明属于微电子抛光工艺技术领域，具体涉及一种用于微电子抛光工艺的抛光液。

背景技术

当今集成电路发展迅速，器件的物理尺寸越来越小，因此器件的互连结构中的沟槽尺寸也随之减小。传统的互连结构中，在层间介质上需要使用PVD淀积铜籽晶层/Ta/TaN结构，然后在此基础上进行电镀铜。互连尺寸的减小，使得PVD无法保证淀积铜籽晶层能够在大的深宽比的沟槽中拥有良好的均匀性，这样会使下一步电镀铜的过程中使铜无法完全填充整个沟槽。解决方法之一就是找到一种金属来代替Ta使铜能够直接电镀在金属表面。已经有许多文献报告了一些可能可以取代Ta的金属，其中金属钼就是其中的一种，而且文献报道中可以发现金属Mo拥有和Ta可比拟的热学和电学性能，Mo的电阻率比Ta低很多；Mo的价格相比Ta更加便宜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以提高微电子抛光工艺中钼抛光速度的抛光液。

本发明涉及以钼作为集成电路的一个金属层，进行抛光的抛光工艺。在集成电路中，钼主要作为铜互连的阻挡层和黏附层，但是钼也可以在太阳能电池中使用，作为金属栅在MOSFET中使用，金属抗腐蚀中使用。凡是利用钼或者钼的合金、钼的化合物在电路中使用，并需要进行抛光工艺的，都属于本发明所述抛光工艺范围之内。

本发明提供的用于微电子抛光工艺的抛光液。其组分包括：0-5%的氧化剂，0.1-25%的研磨颗粒，螯合剂 0.001-10%，以及余量的水。其中，百分比均为重量百分比，所述螯合剂为硫酸铵，碳酸铵，硝酸铵或其它铵盐，或者为他们之中几种的混合物。所述抛光液PH值范围为5-10。本发明的抛光液所使用螯合剂能有效提高金属钼的静态腐蚀和抛光速率。

本发明提供的CMP抛光液中有一种氧化剂。氧化剂的作用是将金属钼氧化为相应的金属氧化物，氢氧化物或者离子。所述抛光液中氧化剂可选自于过氧化氢、碘酸钾、溴酸钾、高碘酸钾、高氯酸钾中的一种，或者其中几种的混合物；其中优选过氧化氢作为氧化剂。氧化剂所占重量比例可为0-10%；其中优选氧化剂重量比例为3%-5%。

本发明提供的CMP抛光液至少含有一种研磨颗粒。研磨颗粒作用是通过机械摩擦去除与研磨颗粒接触的金属或者金属的反应物，达到机械去除的目的。研磨颗粒可选自于常用的二氧化硅、二氧化铈、或三氧化二铝纳米颗粒。其中优选二氧化硅溶胶作为研磨颗粒。研磨颗粒的粒子直径可为10-100nm。研磨颗粒重量比例根据所需抛光速率可为0.1-25%。其中优选研磨颗粒重量比例为1-5%。

本发明提供的CMP抛光液至少含有一种螯合剂。螯合剂的作用是提高钼在抛光液中的静态腐蚀和抛光速率。所用螯合剂为硫酸铵，碳酸铵，硝酸铵或其它铵盐，或他们之中几种的混合物。其中优选硫酸铵作为螯合剂。硫酸铵有效提高钼的静态腐蚀和抛光速率。螯合剂的比重可以为0.01-10%。其中优选比重为0.01-0.1%。

本发明提供的CMP抛光液PH值范围为5-10。抛光液PH值过低，在PH<5情况下，硫酸铵加入溶液中提升速率的作用没有能够体现。而PH值过高，PH>10时，容易造成low-k介质的损伤。所以PH值选为5-10比较合适。PH调节剂可选择稀释的硝酸和氢氧化钾。

附图说明

图1.(a)抛光前和(b)抛光后的互连结构截面示意图。

具体实施方式

使用本抛光液的具体实施方式与传统的抛光液使用方式类似。在化学机械抛光工艺期间，晶片由抛光头支撑正面朝下，压在附有抛光垫的抛光台上，抛光液由泵的抽取和抛光台的旋转均匀的分散在晶片表面，由抛光头对晶片施加压力，抛光头和抛光台同时旋转达到去除晶片上多余铜以及介质表面的粘附层和阻挡层的目的。值得注意的是，以上所述使用方式是基于本领域传统抛光机而言，对特别的抛光机系统，可以根据实际情况合理调整执行方式同样能达到化学机械平坦化目的。附图1是抛光前互连结构截面示意图与抛光后形成的互连结构截面示意图。其中，介质可以是传统的二氧化硅，也可以是low-k介质；铜阻挡层材料可以是TaN，TiN，TaCN，TiCN等金属氮化物或者金属氮碳化合物，以及其他阻挡层材料。阻挡层的生长方式可以是PVD,ALD或者CVD。通过使用本发明抛光液去除附图1（a）中上表面多余的铜以及介质上面的金属粘附层（钼）和阻挡层，从而形成附图1（b）所示结构。通过以下实施案例进一步阐述本发明的实施方式。

实施例1

抛光液配置：5%的硅溶胶；5%的双氧水； 0.05摩尔硫酸铵浓度；以及余量的水。PH值为3.0，5.0,8.0，9.0,10.0；

表一是用含0.05摩尔的硫酸的钼静态腐蚀速率的对比数据。

Figure 2012101844249100002DEST_PATH_IMAGE001

从表一数据可以看出，在碱性条件下，抛光液中加入0.05摩尔硫酸铵可以明显降低钼的腐蚀速率；在酸性条件下，比如pH=3时加入硫酸铵没有体现出作用速度反而减慢了；对于pH=5，加入硫酸铵后速度有所提高，但是不是很明显。

实施例2

抛光液配置：5%的硅溶胶； 5wt%的双氧水；0.05摩尔硫酸铵浓度；以及余量的水。PH值分别调节至8.0，9.0，10.0；

抛光设备以及机械参数设置：本实施例所用抛光机为CETR公司生产的CP-4桌上型抛光机；机械参数设置为：压力为2psi，抛光液流速为100ml/min，抛光头转速为120rpm，抛光台转速为120rpm。

表二是用含0.05摩尔的硫酸的钼静态抛光速率的对比数据。

从表二数据可以看出，在碱性条件下，抛光液中加入0.05摩尔硫酸铵可以明显降低钼的抛光速率。同时在5wt%双氧水和0.05摩尔硫酸铵溶液中的抛光速率与静态腐蚀速率比值分别为2.5；1.1和1.6，比值越高反应抛光的平坦化效率越高。所以pH=8时的平坦化效率最高。

Claims

1.一种用于金属钼抛光工艺的抛光液,其特征在于该抛光液组分为：氧化剂 0-10% ，研磨颗粒 0.1-25%，螯合剂 0.001-10%，水余量；其中，百分比均为重量百分比，所述螯合剂为硫酸铵，碳酸铵，硝酸铵或其它铵盐，或他们之中几种的混合物；抛光液PH值为5-10。

2.如权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述氧化剂选自以下的至少一种：过氧化氢，碘酸钾，溴酸钾，高碘酸钾，高氯酸钾。

3.如权利要求1或所述的抛光液，其特征在于，抛光液中研磨颗粒选自于以下的至少一种：二氧化硅，二氧化铈，三氧化二铝。

4.如权利要求3所述的抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒粒径为10-100 nm。