CN105419651A - Cmp中碱性抛光液抑制glsi铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用，主要由水溶胶、FA/0？Ⅰ型鳌合剂、pH无机酸调节剂和复合型非离子活性剂组成的碱性抛光液，其特征是：所述复合型非离子活性剂为FA/0？Ⅰ型表面活性剂，所述FA/0？Ⅰ型表面活性剂抑制铜互连Co阻挡层的Co与Cu之间电偶腐蚀的应用。有益效果：本发明采用在碱性抛光液基础上添加复合型非离子活性剂，使得Co与Cu之间的电位差几乎为零，且界面应力得到了有效控制，CMP中应用碱性抛光液的FA/0？Ⅰ型表面活性剂使得Co与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制。
Description
技术领域
本发明属于化学机械抛光领域，尤其涉及一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用。
背景技术
目前，极大规模集成电路(GLSI)多层布线化学机械抛光仍在使用互连扩散阻挡层Ta/TaN。它具有很好的阻挡性能和热稳定性。但是，随着集成电路工业的不断发展，为了保证器件性能，降低互连线的电阻，必须减小扩散阻挡层和铜籽晶的厚度(<5nm)，因此对GLSI的Cu阻挡层材料特性要求越来越高。良好的阻挡层材料应具备以下的特点：第一，材质致密且与铜之间的扩散系数低。第二，对铜的电迁移具有很好的阻挡特性。第三，能够很好的与铜和介质附着。第四，较低的淀积温度。第五，较低的电阻率。
由于钴的优秀化学物理性能被选为下一代极大规模集成电路阻挡层材料之一，钴的优越特性包含：1)具有较低的电阻率6.64；2)对铜和low-k介质有较好的粘附性；3)铜在钴阻挡层中的扩散系数低；4)CVDCo具有良好的台阶覆盖性。
Heylen在国际互连技术会议曾报导过抛光液PH值以及Cu、Co之间电偶腐蚀的研究，结果表明在酸性抛光液中Co具有较高腐蚀速率Co作为阳极被加速腐蚀，而使用碱性抛光液有利于提高抛光后芯片的良品率。同年Nishizawa报导了PH值以及H2O2浓度对Co腐蚀的影响，结论与Heylen的研究类似，他们提出在PH＝10的抛光液中Cu、Co之间的电偶腐蚀可以被抑制，但还远没有达到理想的效果。因此Co与Cu之间的电偶腐蚀成为微电子技术发展必须攻克且一直没有很好解决的技术难题，直接影响了芯片的优品率、成品率与可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用，克服了Co与Cu之间的电位差，解决了它们之间严重电偶腐蚀问题，Co与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用，主要由水溶胶、FA/0Ⅰ型鳌合剂、pH无机酸调节剂和复合型非离子活性剂组成的碱性抛光液，其特征是：所述复合型非离子活性剂为FA/0Ⅰ型表面活性剂，所述FA/0Ⅰ型表面活性剂抑制铜互连Co阻挡层的Co与Cu之间电偶腐蚀的应用。
所述碱性抛光液的主要组成成分按重量％计，粒径10-100nm的纳米SiO2水溶胶1-20％,H2O20.01-0.5％、FA/0Ⅰ型鳌合剂0.5-5％,pH无机酸调节剂0.1-2％；FA/0Ⅰ型表面活性剂0.1-5％。
有益效果：与现有技术相比，本发明采用在碱性抛光液基础上添加复合型非离子活性剂，使得Co与Cu之间的电位差几乎为零，且界面应力得到了有效控制；选用复合型非离子活性剂还可使抛光表面吸附物处理易清洗的物理吸附状态，有利于表面沾污物的去除，同时减少损伤层，提高晶片表面质量的均匀性；选用的鳌合剂可与对晶片表面残留的金属离子发生反应，生成可溶性的大分子鳌合物，在较小作用下即可脱离晶片表面，同时可起到缓冲和缓蚀的作用；选用的氧化剂H2O2促使原子Co变成Co离子，有效提高了Co抛光去除速率。CMP中应用碱性抛光液的FA/0Ⅰ型表面活性剂使得Co与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制。
附图说明
图1是实施例1的Co与Cu之间塔菲尔曲线图；
图2是实施例2的Co与Cu之间塔菲尔曲线图；
图3是实施例3的Co与Cu之间塔菲尔曲线图。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
本实施例提供了一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用，主要由水溶胶、FA/0Ⅰ型鳌合剂、pH无机酸调节剂和复合型非离子活性剂组成的碱性抛光液，所述复合型非离子活性剂为FA/0Ⅰ型表面活性剂，所述FA/0Ⅰ型表面活性剂抑制铜互连Co阻挡层的Co与Cu之间电偶腐蚀的应用。
所述碱性抛光液的主要组成成分按重量％计，粒径10-100nm的纳米SiO2水溶胶1-20％,H2O20.01-0.5％、FA/0Ⅰ型鳌合剂0.5-5％,pH无机酸调节剂0.1-2％；FA/0Ⅰ型表面活性剂0.1-5％。
碱性抛光液的配置方法：按重量％计，将0.1-2％无机酸中加入去离子水稀释至完全溶解制成pH无机酸调节剂；将1-20％SiO2水溶胶边搅拌边加入67.5-98.38％的去离子水，随后边搅拌边依次加入0.01-0.5％的H2O2，0.5-5％的、FA/0Ⅰ型鳌合剂及pH无机酸调节剂，最后添加0.01-5％的FA/0Ⅰ型表面活性剂。
FA/0Ⅰ型表面活性剂O11-7((C10H21-C6H4-0-CH2CH2O)7-H)、O11-10((C10H21-C6H4-0-CH2CH2O)10-H)、0-20(C12-18H25-37-C6H4-0-CH2CH2O)70-H)和JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)复合比例为1：1：1：2。
工艺条件为：抛光液流量100ml/min-300ml/min，抛光压力0-5psi，抛光转速50-70rpm，抛光温度15-30℃。
本实施例，工艺条件为：抛光转速60rpm，转盘转速65rpm，工作压力1.5psi，抛光液体积流量150v/ml.min，抛光时间3min，抛光温度21±0.5℃。
工作原理
碱性抛光液基础上添加复合型非离子活性剂，使得Co与Cu之间的电位差几乎为零，且界面应力得到了有效控制。
根据河北工业大学微电子技术与材料研究所首先提出的优先吸附理论，复合型非离子活性剂会优先吸附在Co表面，避免Co的过度腐蚀，可以有效降低抛光垫与Co片之间的摩擦力，使得Co的电势迅速升高，Co与Cu之间的电位差得到有效控制；又因为复合型非离子表面活性剂本身具有浸润、分散、渗透和增溶的特性，可以显著降低溶剂表面张力和物质界面应力。
对比实验数据
实施例1
一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜互连Co阻挡层电偶腐蚀的应用
取100g粒径56nmSiO2水溶胶，边搅拌边加入30gFA/0Ⅰ型螯合剂，0.5gH2O2，100g去离子水稀释的10g磷酸调节剂，之后边搅拌边加入844.5g去离子水，最后添加15g复合型非离子表面活性剂。
详见附图1，结果Co与Cu之间的电位差为10mv，很有利抑制了它们之间的电偶腐蚀。
实施例2
一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜互连Co阻挡层电偶腐蚀的应用
取100g粒径56nmSiO2水溶胶，边搅拌边加入40gFA/0Ⅰ型螯合剂，0.7gH2O2，100g去离子水稀释的15g磷酸调节剂，之后边搅拌边加入824.3g去离子水，最后添加20g复合型非离子表面活性剂。
详见附图2，结果Co与Cu之间的电位差为35mv，很有利抑制了它们之间的电偶腐蚀。
实施例3
一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜互连Co阻挡层电偶腐蚀的应用
取100g粒径56nmSiO2水溶胶，边搅拌边加入20gFA/0Ⅰ型螯合剂，0.3gH2O2，100g去离子水稀释的8g磷酸调节剂，之后边搅拌边加入861.7g去离子水，最后添加10g复合型非离子表面活性剂。
详见附图3，结果Co与Cu之间的电位差为46mv，很有利抑制了它们之间的电偶腐蚀。
上述参照实施例对该一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用，主要由水溶胶、FA/0Ⅰ型鳌合剂、pH无机酸调节剂和复合型非离子活性剂组成的碱性抛光液，其特征是：所述复合型非离子活性剂为FA/0Ⅰ型表面活性剂，所述FA/0Ⅰ型表面活性剂抑制铜互连Co阻挡层的Co与Cu之间电偶腐蚀的应用。
2.根据权利要求1所述的CMP中碱性抛光液抑制GLSI铜钴阻挡层电偶腐蚀的应用，其特征是：所述碱性抛光液的主要组成成分按重量％计，粒径10-100nm的纳米SiO2水溶胶1-20％、H2O20.01-0.5％、FA/0Ⅰ型鳌合剂0.5-5％、pH无机酸调节剂0.1-2％和FA/0Ⅰ型表面活性剂0.1-5％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20180907 |
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