CN104647197B - 一种用于抛光钽的化学机械抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括：提供硅片，硅片包含钽；提供一种碱性化学机械抛光液，含有水、研磨剂、钾盐、环氧乙烯环氧丙烯共聚物、氧化剂，碱性PH值;提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；在化学机械抛光垫和硅片之间的界面处或界面附近，通过抛光机台，将化学机械抛光液分配到化学机械抛光垫上；并且在不低于1.5psi的向下作用力下压力的作用下在化学机械抛光垫的抛光表面和硅片之间的界面处建立动态接触；硅片被抛光；且从硅片上除去一部分钽。

Description

一种用于抛光钽的化学机械抛光方法

技术领域

本发明涉及一种提高钽的抛光速度的化学机械抛光方法。

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），同时对蝶形缺陷和侵蚀进行修正，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。

钽是阻挡层常用的金属。在现有的抛光技术中，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。CN200510030871.9用有机膦酸、聚丙烯酸类、氧化剂提高钽的抛光速度。US20080276543用碳酸胍类化合物提高钽的抛光速度。TWI227728B中使用环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）共聚物，用于阻挡层的抛光。这些表面活性剂没有大幅提升钽的抛光速度，相反，对钽的抛光速度略有抑制。

在抛光液中常用到表面活性剂改善抛光性能。环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）共聚物是常用到的表面活性剂。例如CN200410101122.6,CN200810131102用环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）嵌段共聚物选择性地在多晶硅的表面上形成钝化层，抑制相对于氧化硅和氮化硅的多晶硅除去速率。CN200880102726用环氧乙烷-环氧丙烷无规共聚物，修饰晶片表面，其缺点是抛光速度非常慢。CN200980000271用环氧乙烷（EO）和环氧丙烷（PO）共聚物用于铜的抛光，提高抛光选择性，其抛光目的是实现非常高的铜的速度（>4000A/min），同时抑制钽的抛光速度(<100A/min)。

在以上专利中，钽的抛光速度主要依赖于研磨剂的含量，化学添加剂组分并没有大幅提升钽的抛光速度。

本发明提供一种方法可以大幅提高钽的抛光速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过添加化学添加剂，而非使用研磨剂，提高钽的抛光速率的方法。

本发明公开了一种用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括：

提供硅片，所述硅片包含钽；

提供一种碱性化学机械抛光液，含有水、研磨剂、钾盐、环氧乙烯环氧丙烯共聚物、氧化剂，碱性PH值;

提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；

在化学机械抛光垫和硅片之间的界面处或界面附近，通过抛光机台将化学机械抛光液分配到所述化学机械抛光垫上；并且在不低于1.5psi下压力的作用下在化学机械抛光垫的抛光表面和硅片之间的界面处建立动态接触；

硅片被抛光；且从硅片上除去一部分钽。

其中该下压力优选的范围为1.5～4psi。

其中，研磨剂为二氧化硅。

其中，研磨剂含量为质量百分比为5～20%。

其中，钾盐为无机钾盐，且该无机钾盐不为有机络合剂。本领域技术人员所熟知的，络合剂为能与金属离子形成络合离子的化合物，柠檬酸钾、草酸钾等即为常见的络合剂，这些钾盐不是可起到本发明技术效果的钾盐。

其中，钾盐的含量为质量百分比为0.1～1%。

其中，钾盐为碳酸钾、氯化钾、硝酸钾、磷酸钾、氟化钾、溴化钾、硫酸钾中的一种或多种。

其中，氧化剂为过氧化物。

其中，过氧化物为双氧水。

其中，氧化剂的含量是质量百分比0.1～2%

其中，碱性化学机械抛光液进一步含有硅烷偶联剂。

其中，硅烷偶联剂含量是质量百分比0.005%～0.1%。

其中，硅烷偶联剂是KH560。

其中，抛光液的PH值为9.5-11.5。

其中，抛光液对钽的去除速率>600A/min。

其中，在上述抛光过程中，研磨垫转速70～130转/分钟，抛光机台的研磨头自转转速70～150转/分钟，化学机械抛光液滴加速度50～200ml/min。

上述试剂在浆料中的浓度均为质量百分数。

本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液提高了钽的抛光速度。提高了芯片生产的产量和效率，进一步降低了生产成本。同时，采用的EO-PO共聚物，生物可降解，更加环保。

具体实施方式

本发明所用试剂及原料均市售可得。本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合即可制得。

下面通过具体实施例对本发明的化学机械抛光液进行详细描述，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。实施例中各成分百分比均为质量百分比。

制备实施例

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中各实施例以及对比实施例的成分及其比例配制抛光液，混合均匀，用水补足质量百分比至100%。用KOH或HNO3调节到所需要的pH值。其中抛光条件为：抛光机台为Logitech（英国）1PM52型，fujibo抛光垫，4cm*4cm正方形多晶硅Wafer，研磨压力1.5psi,研磨台（研磨垫）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/min。

表1本发明的化学机械抛光液实施例和对比例配方及抛光效果

对比例1表明：单纯的二氧化硅研磨颗粒，二氧化硅和金属钽的抛光速度都不高。

对比例2，3，4表明加入钾盐，可以提高70～110A/min的钽抛光速度，二氧化硅的速度不会被抑制。

对比例5表明，往单纯的二氧化硅中加入EOPO聚合物L61,钽的速度只增加70A/min。

对比例6和实施例1，2，3表明：往单纯的二氧化硅中同时加入钾盐和EOPO聚合物，钽的抛光速度会显著增加，增加幅度大于分别添加它们所起的效果之和，表明钾盐和EOPO聚合物之间存在协同作用，有显著的1+1>2的效果。

实施例1、2、3之间对比，硝酸钾对提高钽的抛光速度的效果最佳。

实施例3和4之间对比表明：EOPO的量增加到0.08%，不再继续有显著效果。

实施例8表明，进一步提高硝酸钾的含量，可以更快地提高钽的抛光速度（>1000A/min）。

且从表2中可知，说明硅烷偶联剂KH560,可以进一步提高抛光液的稳定性

表2本发明的化学机械抛光液实施例16-18和对比例6的研磨颗粒稳定性分析

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 (11)

1.一种用来对基片进行化学机械抛光的方法，该方法包括：

提供硅片，所述硅片包含钽；

提供一种碱性化学机械抛光液，由水、研磨剂、钾盐、环氧乙烷环氧丙烷共聚物、氧化剂，碱性PH值及硅烷偶联剂组成，其中，所述的钾盐为碳酸钾、氯化钾、硝酸钾、磷酸钾、氟化钾、溴化钾、硫酸钾中的一种或多种；

提供具有抛光表面的化学机械抛光垫；

在所述化学机械抛光垫和硅片之间的界面处或界面附近，通过抛光机台，将所述化学机械抛光液分配到所述化学机械抛光垫上；并且在不低于1.5psi的下压力的作用下在化学机械抛光垫的抛光表面和硅片之间的界面处建立动态接触；

所述硅片被抛光；且从硅片上除去一部分钽，所述抛光液对钽的去除速率>600A/min。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的研磨剂为二氧化硅。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的研磨剂含量为质量百分比为5～20％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的钾盐的含量为质量百分比为0.1～1％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为过氧化物。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过氧化物为双氧水。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂的含量是质量百分比0.1～2％。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂含量是质量百分比0.005％～0.1％。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂是KH560。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光液的pH值为9.5-11.5。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学机械抛光垫转速70～130转/分钟，抛光机台的研磨头自转转速70～150转/分钟，化学机械抛光液滴加速度50～200ml/min。