CN106118495B - 用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法 - Google Patents

用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法，所述抛光液中各组分按重量百分比计：H2O20.3％,β‑羟已基乙二胺0.5‑5％,乙二胺四乙酸‑四‑四羟乙基乙二胺0.1‑0.3％,FA/0型表面活性剂0.1‑5％，pH无机酸调节剂0.8‑1.5％,余量为去离子水；所述碱性抛光液的pH值为9‑10；通过混合方式获得，不需要加入抑制剂，易清洗，有效克服了Ru与Cu之间的电位差，减小了电偶腐蚀电流密度，解决了它们之间严重电偶腐蚀问题，Ru与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制。

Description

用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于微电子领域的抛光液及其制备方法，尤其是一种用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法。
背景技术
随着IC技术不断的发展，集成电路向着高性能化和高集成度方向发展，现阶段已经达到极大规模集成(GLSI)水平。目前，化学机械平坦化(CMP)技术是使用最广泛的全局平坦化技术，并且仍在使用传统的互连扩散阻挡层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发展，特征尺寸的减小，为降低互连线的电阻，提高芯片的可靠性，必须减小扩散阻挡层和铜籽晶的厚度(<5nm)，因此对GLSI的铜互连阻挡层材料特性要求越来越高。
由于钌的优秀化学物理性能被选为下一代极大规模集成电路新型阻挡层材料之一，钌的优越特性包含：1)具有更低的电阻率7；2)Cu可以直接电镀到Ru上，实现无籽晶层；3)超薄的Ru阻挡层具有良好的台阶覆盖。
2011年B.C.Peethala曾报导过使用抗坏血酸(C6H8O6)与苯并三氮唑(BTA)在高碘酸钾基的抛光液中作为抑制剂，使得Ru与Cu的电偶腐蚀现象有所改善，但是也同时降低Cu和Ru的速率。2014年文献也报导了抑制剂抗坏血酸(C6H8O6)与苯并三氮唑(BTA)对Cu与Ru腐蚀的影响，结论与B.C.Peethala的研究类似，他们提出的含有抗坏血酸和苯并三氮唑的抛光液中Cu、Ru之间的电偶腐蚀可以被抑制，但还远没有达到理想的效果，并且BTA等抑制剂的加入不利于晶片的清洗工作。且电偶腐蚀也直接影响了芯片的优品率、成品率以及可靠性。因此Ru与Cu之间的电偶腐蚀成为微电子技术发展必须攻克却一直没有很好解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，由下述组分组成，按重量百分比计
所述碱性抛光液的pH值为9-10；其中，所述FA/0型表面活性剂为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)或脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)的一种或任意混合。
所述FA/0型表面活性剂为复合型非离子活性剂，可由天津晶岭微电子材料有限公司市购获得。
优选的，上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，所述过氧化氢不含金属离子，作为氧化剂在碱性介质下可溶。
优选的，上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，由下述组分组成，按重量百分比计
优选的，上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，所述无机酸为磷酸。
优选的，上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，所述pH无机酸调节剂的浓度为10％。
上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液的制备方法，具体步骤如下：
(1)向无机酸中加入部分去离子水稀释至完全溶解制成pH无机酸调节剂；
(2)按组方量将β-羟已基乙二胺、乙二胺四乙酸-四-四羟乙基乙二胺、FA/0型表面活性剂和H2O2依次边搅拌边加入部分去离子水(去离子水1％)中，继续加入pH无机酸调节剂并补足余量去离子水，即得。
本发明的有益效果是：
上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，不需要加入抑制剂，易清洗，有效克服了Ru与Cu之间的电位差，减小了电偶腐蚀电流密度，解决了它们之间严重电偶腐蚀问题，Ru与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制；其制备方法简单，适合规模化工业生产的需要。
附图说明
图1是实施例1中Ru与Cu之间的塔菲尔曲线图；
图2是实施例2中Ru与Cu之间的塔菲尔曲线图；
图3是实施例3中Ru与Cu之间的塔菲尔曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明所述技术方案作进一步的详细说明。
实施例1
配置1000g碱性抛光液：
取100g的去离子水，边搅拌边加入10gβ-羟已基乙二胺，1g乙二胺四乙酸-四-四羟乙基乙二胺，30g O11-7((C10H21-C6H4-0-CH2CH2O)7-H)，3g H2O2，100g去离子水稀释10g磷酸的磷酸调节剂，之后边搅拌边加入746g去离子水。
如图1所示，Ru与Cu之间的电位差为2.8mv，有效抑制了它们之间的电偶腐蚀。
实施例2
配置1000g碱性抛光液：
取100g的去离子水，边搅拌边加入30gβ-羟已基乙二胺，1g乙二胺四乙酸-四-四羟乙基乙二胺，15gO11-10((C10H21-C6H4-0-CH2CH2O)10-H)、15g0-20(C12-18H25-37-C6H4-0-CH2CH2O)70-H)，3g H2O2，100g去离子水稀释15g磷酸的磷酸调节剂，之后边搅拌边加入721g去离子水。
如图2所示，Ru与Cu之间的电位差为5.29mv，有效抑制了它们之间的电偶腐蚀。
实施例3
配置1000g碱性抛光液：
取100g的去离子水，边搅拌边加入10gβ-羟已基乙二胺，3g乙二胺四乙酸-四-四羟乙基乙二胺，30g脂肪醇聚氧乙烯醚，3g H2O2，100g去离子水稀释8g磷酸的磷酸调节剂，之后边搅拌边加入746g去离子水。
如图3所示，Ru与Cu之间的电位差为5.94mv，很有利抑制了它们之间的电偶腐蚀。
上述实施例1-3中抛光液应用过程的工艺条件为：抛头转速87rpm，抛盘转速93rpm，工作压力为2psi，抛光液体积流量150v/ml，抛光时间6min，抛光温度22±0.5℃。
上述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液的工作原理：
选用的β-羟已基乙二胺、乙二胺四乙酸-四-四羟乙基乙二胺在晶片表面和残留的金属离子发生反应，生成可溶性的大分子螯合物，并且容易脱离晶片表面，同时可起到缓冲和缓蚀的作用；选用的氧化剂H2O2在碱性介质下可溶、无其他金属离子的污染，氧化作用强，促使原子Ru变成Ru离子，有效提高了Ru的抛光去除速率；选用的FA/0型表面活性剂有利于晶片表面玷污物的去除，提高晶片表面质量的均匀性。
可见，本发明所述碱性抛光液不添加BTA，上述各组分协同作用，在化学机械平坦化过程中使得Ru与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制，Ru和Cu之间的电位差几乎为零，Ru与Cu的电偶腐蚀电流很小，并且界面应力得到了有效控制。
上述参照具体实施方式对该用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法进行的详细描述，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)

1.一种用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液，其特征在于：由下述组分组成，按重量百分比计
所述碱性抛光液的pH值为9-10；其中，所述无机酸为磷酸；所述pH无机酸调节剂的浓度为10％。
2.权利要求1所述用于抑制铜钌阻挡层电偶腐蚀的碱性抛光液的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)向无机酸中加入部分去离子水稀释至完全溶解制成pH无机酸调节剂；
(2)按组方量将β-羟已基乙二胺、乙二胺四乙酸-四-四羟乙基乙二胺、O11-7((C10H21-C6H4-0-CH2CH2O)7-H)和H2O2依次边搅拌边加入部分去离子水中，继续加入pH无机酸调节剂并补足余量去离子水，即得。
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