CN103205205A - 一种碱性化学机械抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碱性化学机械抛光液，含有：研磨颗粒，唑类化合物，C1～C4季铵碱的一种或者多种，氧化剂，水和pH调节剂，所述抛光液的pH值为8～12。该抛光液实现在碱性抛光环境下，可以满足阻挡层抛光过程中对各种材料的抛光速率和选择比要求，对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力，快速实现平坦化，提高工作效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光液。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，集成电路的器件尺寸缩小、布线层数增加，金属铜被广泛用作互连线路的材料，铜比铝的优势在于具有较低的电阻率，而且对电迁移具有高阻抗。但为了防止铜溶于介电材料，所以在铜和介电材料之间需要覆盖一层扩散阻挡层，常规的阻挡层材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛等。
当前半导体制造商制造的集成电路的布线层数越多，对每一层的集成电路的平坦化技术变得尤为关键，其中，由IBM公司在二十世纪80年代首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。化学机械抛光(CMP)是一种由化学作用、机械作用以及这两种作用相结合而实现平坦化的技术。铜的CMP工艺一般分为两步，第一步用一种抛光液快速去除阻挡层上面覆盖的铜金属，该抛光液通常具有很高铜的抛光速率和低的阻挡层抛光速率，以便快速去除阻挡层表面多余的铜后停止在阻挡层上。第二步用一种阻挡层抛光液去除阻挡层和少量的介电层，通过去除阻挡层、介电层和铜之间不同的选择比，实现集成电路的平坦化。
目前的阻挡层抛光液可以分为两种，酸性阻挡层抛光液和碱性阻挡层抛光液。
涉及酸性抛光液的专利有很多，比如CN1312845A专利，该专利中公开了一种酸性阻挡层抛光液，其含有金属磨料和大量大分子的表面活性剂。但该抛光液存在抛光表面损伤，且为对设备腐蚀污染严重的酸性物质。
碱性的阻挡层抛光液，比如：CN101302405A专利，该专利公开了一种碱性阻挡层抛光液，其含有聚乙烯基吡咯烷酮和亚胺，碳酸盐、抑制剂、络合剂。但其在抛光过程中会产生大量的泡沫，使抛光液在抛光垫和抛光表面的分布不均衡，而且影响抛光液的稳定性。
CN1400266专利，该专利含有胺和非离子表面活性剂。但该抛光液在抛光时对阻挡层的表面损失比较厉害。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种满足阻挡层抛光阶段的要求，具有高的阻挡层(Ta/TaN)去除速率，可适应不同抛光过程中封盖材料(TEOS)、金属Cu的去除速率和选择比要求，且快速矫正半导体器件表面所存在的缺陷的能力强，污染物残留少，稳定性高的碱性化学机械抛光液。
本发明提供了一种碱性化学机械抛光液，用于抛光阻挡层。其同时含有：研磨颗粒，唑类化合物，C1～C4季铵碱的一种或者多种，氧化剂，水和pH调节剂，抛光液的pH值为8～12，优选为9～12。
其中，研磨颗粒，选自SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、CeO2、TiO2和Si3N4中的一种或多种，优选SiO2。其浓度范围：1％～40％；优选：1％～20％。
其中，唑类化合物，选自三氮唑及其衍生物、四氮唑及其衍生物和噻唑及其衍生物中的一种或者多种，优选三氮唑及其衍生物，较佳的为苯并三氮唑(BTA)和/或甲基苯并三氮唑(TTA)，进一步优选TTA。唑类化合物的浓度范围：0.002％～5％。
其中，C1～C4季铵碱，选自四甲基氢氧化铵(TMAH)、四丁基氢氧化铵(TBAH)、丁基三甲基氢氧化铵、三丁基甲基氢氧化铵中的一种或者多种。其浓度范围：0.005％～5％。
其中，氧化剂包括过氧化氢、溴酸盐、高碘酸盐、次氯酸盐、过氧化脲、过氧乙酸、过硫酸盐和单过硫酸盐的一种或多种，优选过氧化氢。氧化剂的浓度范围：0.01％～5％，优选范围：0.01％～2％。
其中，pH值调节剂，包括各类碱或者各类酸。其中，碱优选KOH；酸优选HNO3。
本发明的抛光液所具备的有益效果是：满足阻挡层抛光阶段的要求，具有高的阻挡层(Ta/TaN)去除速率，可适应不同抛光过程中封盖材料(TEOS)、金属Cu的去除速率和选择比要求，且快速矫正半导体器件表面所存在的缺陷的能力强，污染物残留少，稳定性高。
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。
给出了本发明的化学机械抛光液实施例1-14及对比例1-2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。表2中显示的是实施例1-14、对比例1-2对不同材料的去除速率和矫正能力进行比较。
抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，FUJIBO抛光垫，4cm×4cm正方形晶圆(Wafer)，研磨压力1.5psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/分钟。
表1、实施例1-14和对比例1-2
表2.实施例1-6、对比例1-2对不同材料的去除速率和矫正能力比较
通过对比例1-2和实施例1-6对比发现，在磨料、氧化剂、唑类的基础上，加入C1-C4的季铵碱中的一种或者多种，不影响铜，钽和Teos的去除速率。
通过实施例1-3和对比例1-2对比发现，加入单一一种C1-C4的季铵碱后，抛光液对宽线区和细线区的缺陷有一定矫正能力。
通过实施例1-6和对比例1-2对比发现，当加入C1-C4的季铵碱两种或者两种以上时，抛光液对宽线区和细线区的缺陷矫正明显提高，能在短时间矫正半导体器件的缺陷表面，从而实现平坦化。
通过实施例1-6对比发现，TTA比BTA更能降低铜的去除速率，在缺陷矫正能力方面优于BTA。
Claims (20)
1.一种碱性化学机械抛光液，含有：研磨颗粒，唑类化合物，C1～C4季铵碱的一种或者多种，氧化剂，水和pH调节剂，所述抛光液的pH值为8～12。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒选自SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、CeO2、TiO2和Si3N4中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒为SiO2。
4.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒浓度为质量百分比含量1％～40％。
5.根据权利要求4所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒浓度为质量百分比含量1％～20％。
6.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物选自三氮唑及其衍生物、四氮唑及其衍生物和噻唑及其衍生物中的一种或者多种。
7.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物为三氮唑及其衍生物。
8.根据权利要求7所述的抛光液，其特征在于，所述的三氮唑及其衍生物为BTA和/或TTA。
9.根据权利要求8所述的抛光液，其特征在于，所述的三氮唑及其衍生物为TTA。
10.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物的质量百分比含量为0.002％～5％。
11.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的C1～C4季铵碱选自TMAH、TBAH、丁基三甲基氢氧化铵和三丁基甲基氢氧化铵中的一种或者多种。
12.根据权利要求11所述的抛光液，其特征在于，所述的C1～C4季铵碱的质量百分比含量为0.005％～5％。
13.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂为选自过氧化氢、溴酸盐、高碘酸盐、次氯酸盐、过氧化脲、过氧乙酸、过硫酸盐和单过硫酸盐的一种或多种。
14.根据权利要求13所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢
15.根据权利要求13所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂的质量百分比含量为0.01％～5％。
16.根据权利要求15所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂的质量百分比含量为0.01％～2％。
17.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的pH值调节剂为碱或酸。
18.根据权利要求17所述的抛光液，其特征在于，所述的碱为KOH。
19.根据权利要求17所述的抛光液，其特征在于，所述的酸为HNO3。
20.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的抛光液pH值为9～12。
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