CN103773244A - 一种碱性化学机械抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于阻挡层抛光的碱性抛光液，含有研磨颗粒，唑类化合物，C1~C4季铵碱，氧化剂，水和调节硅片表面平整度的表面活性剂。该抛光液可以有效控制铜线细线区的侵蚀（erosion），快速实现全局平坦化。

Description

一种碱性化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及一种碱性化学机械抛光液，更具体地说，涉及一种用于阻挡层的碱性化学机械抛光液。
背景技术
化学机械抛光（CMP），是实现芯片表面平坦化的最有效方法。
阻挡层通常介于二氧化硅和铜线之间，起到阻挡铜离子向介电层扩散的作用。抛光时，首先阻挡层之上的铜被去除。由于此时铜的抛光速度很快，会形成各种缺陷（例如：蝶形缺陷dishing，和侵蚀erosion）。在抛光铜时，通常要求铜CMP先停止在阻挡层上，然后换另外一种专用的阻挡层抛光液，去除阻挡层（例如钽），同时对蝶形缺陷dishing和侵蚀erosion进行修正，实现全局平坦化。
商业化的阻挡层抛光液有酸性和碱性两种，各有优缺点。例如酸性阻挡层抛光液对铜的抛光速度容易通过双氧水调节，且双氧水稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较慢；
碱性阻挡层抛光液对铜的抛光速度不容易通过双氧水调节，且双氧水不稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较快。
随着技术的不断发展，Low-K材料被引入半导体制程，这样，阻挡层的抛光液、在继铜、钽、二氧化硅之后，对Low-K材料的抛光速度也提出了更高的要求。
在现有的阻挡层抛光技术中，US7241725、US7300480用亚胺、肼、
胍提升阻挡层的抛光速度。US7491252B2用盐酸胍提升阻挡层的抛光速度。US7790618B2用到亚胺衍生物和聚乙二醇硫酸盐表面活性剂，用于阻挡层的抛光。以上专利提高了阻挡层的抛光速度，但是不能很好地保护细线区的侵蚀（erosion）。
CN101665664A用季铵盐阳离子表面活性剂可抑制低介电材料（例如BD）的抛光速度。所述的阳离子季铵盐含有C8以上的长链，但是C8以上长链的大多数季铵盐型阳离子表面活性剂会显著抑制二氧化硅（OXIDE）的抛光速度，会阻止抛光。
EP2119353A1使用poly(methyl vinyl ether)用于含Low-K材料的阻挡层的抛光。US2008/0276543A1用甲脒、胍类以及聚乙烯吡咯烷酮（PVP)的混合物用于阻挡层的抛光。这些配方在铜线细线区，尤其是在碱性抛光条件下，容易形成很深的侵蚀（Erosion），硅片（wafer）表面平坦度的问题需要通过其他方法解决。
EP0373501B1公开了一种精抛液，用有机聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）调节抛光液的流体力学特性，改善硅片表面的平坦度，减少缺陷。但是这种精抛液，不能用于含有金属材料（铜、钽）的抛光。
在以上现有技术中，并没有一种抛光液可以在调节二氧化硅、low-K材料、阻挡层、铜等多种材料抛光速度的同时，做到很好地保护、调节细线区的侵蚀（erosion），同时硅片具有较高的全局平整度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种碱性化学机械抛光液。在调节阻挡层、介电层、铜等多种材料抛光速度的同时，做到很好地保护细线区的侵蚀（erosion），同时硅片具有较高的全局平整度。
本发解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碱性化学机械抛光液，包含研磨颗粒，唑类化合物，络合剂，选自C1~C4季铵碱中的一种或者多种，氧化剂，调节硅片表面平整度的表面活性剂和水。
在本发明中，所述的研磨颗粒为气相SiO2和/或溶胶SiO2，优选溶胶SiO2。
在本发明中，所述的研磨颗粒浓度为质量百分比含量为5~25wt%。
在本发明中，所述的唑类化合物选自三氮唑及其衍生物，优选BTA和/或TTA及其衍生物，其中，优选TTA及其衍生物。
在本发明中，所述的唑类化合物的质量百分比含量为0.02~0.2wt%。
在本发明中，所述的络合剂为氨基酸、柠檬酸和/或有机膦酸。其中，所述的有机膦酸优选为羟基亚乙基二膦酸（HEDP）和/或2-磷酸丁烷-1，2，4-三羟酸(JH-906)，更优选为为羟基亚乙基二膦酸（HEDP）。
在本发明中，所述的有机酸质量百分比含量为0.05~0.4wt%。
在本发明中，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多种，优选TBAH。
在本发明中，所述的C1~C4季铵碱的质量百分比含量为0.05~1wt%。
在本发明中，所述的氧化剂为过氧化氢及其衍生物，优选过氧化氢。
在本发明中，所述的氧化剂的质量百分比含量为0.1~1wt%。
在本发明中，所述的调节硅片表面平整度的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）。
在本发明中，所述的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量百分比含量为0.01~1wt%。
在本发明中，所述的抛光液pH值为9~12。
在本发明中，所述抛光液还包含pH值调节剂，其中，pH值调节剂为碱或酸，其中，所述的碱为KOH，所述的酸为HNO3。
如上所述的抛光液可应用在抛光阻挡层。
聚乙烯吡咯烷酮可应用在调节硅片表面的平整度。
C1~C4季铵碱可应用在有效控制铜线细线区的侵蚀。
本发明所用试剂、原料以及产品均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1）通过调节多种材料的抛光速度，显著提高硅片表面的平整度。
2）有效控制铜线细线区的侵蚀（erosion），同时配方中含有C1~C4季铵碱，不同于含C8以上的季铵盐表面活性剂，不会形成泡沫，还可以作为有机碱，调节PH值，优于KOH,不引入金属离子。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。
按照表1中各实施例的成分及其比例配制抛光液，混合均匀。
表1本发明实施例1-9以及对比例1-2的配方
Figure BDA00002267340800041
Figure BDA00002267340800051
（其中，IRGAMET42＊为TTA衍生物）（TTA为甲基苯骈三氮唑，市售可得）
进一步将表1中的抛光液配方根据下述实验条件进行试验。
抛光条件：Mirra机台，fujibo pad，转速93/87，抛光压力：1.5psi.Slurry流量200mL/min在Mirra机台中输入上述参数，对8寸的二氧化硅硅片，BD硅片，铜硅片和含有铜线细线区的硅片进行1min地抛光，清洗、干燥、检测并得到表2的抛光结果。
表2本发明实施例1-9以及对比例1-2的抛光结果
从对比例1，2可以看出，没有季铵碱和PVP存在下，铜线的细线区侵蚀（erosion）严重，硅片表面平整度不好。实施例1至9中，加入了C1～C4季铵碱和PVP，铜线的细线区侵蚀（erosion）显著改善，硅片全局平坦化的效果更好。
综合而言，采用本发明的抛光液在调节二氧化硅、阻挡层、铜等多种材料抛光速度的同时，做到很好地保护细线区的侵蚀（erosion），提高了硅片表面平整度。
应当理解的是，本发明所述wt％均指的是质量百分含量。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (27)

1.一种碱性化学机械抛光液，含有：研磨颗粒，唑类化合物，络合剂，选自C1~C4季铵碱中的一种或者多种，氧化剂，调节硅片表面平整度的表面活性剂和水。 
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒为气相SiO2和/或溶胶SiO2。 
3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒为溶胶SiO2。 
4.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒浓度为质量百分比含量为5~25wt%。 
5.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。 
6.根据权利要求5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及其衍生物。 
7.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于，所述的三氮唑为TTA及其衍生物。 
8.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物的质量百分比含量为0.02~0.2wt%。 
9.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的络合剂为氨基酸、柠檬酸和/或有机膦酸。 
10.根据权利要求9所述的抛光液，其特征在于，所述的有机膦酸为羟基亚乙基二膦酸（HEDP）和/或2-磷酸丁烷-1，2，4-三羟酸(JH-906)。 
11.根据权利要求10所述的抛光液，其特征在于，所述的有机膦酸为羟基亚乙基二膦酸（HEDP）。
12.根据权利要求9所述的有机酸质量百分比含量为0.05~0.4wt%。. 
13.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多种。 
14.根据权利要求13所述的抛光液，其特征在于，所述的C1~C4季铵碱为TBAH。 
15.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的C1~C4季铵碱的质量百分比含量为0.05~1wt%。 
16.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢及其衍生物。 
17.根据权利要求16所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢。 
18.根据权利要求1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0.1~1wt%。 
19.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的调节硅片表面平整度的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）。 
20.根据权利要求1所述的抛光液，所述的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量百分比含量为0.01~1wt%。 
21.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。 
22.根据权利要求21所述的抛光液，其特征在于，所述抛光液还包含pH值调节剂，其中，pH值调节剂为碱或酸。 
23.根据权利要求22所述的抛光液，其特征在于，所述的碱为KOH。 
24.根据权利要求22所述的抛光液，其特征在于，所述的酸为HNO3。 
25.如权利要求1-24任一项所述的抛光液在抛光阻挡层中的应用。 
26.聚乙烯吡咯烷酮在调节硅片表面平整度中的应用。 
27.C1~C4季铵碱在有效控制铜线细线区的侵蚀中的应用。 
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