CN110951400A

CN110951400A - 用于降低多层钴互连阻挡层cmp中表面缺陷的抛光液及其制备方法

Info

Publication number: CN110951400A
Application number: CN201911128926.8A
Authority: CN
Inventors: 王辰伟; 程远深; 王胜利; 杨云点; 刘玉岭
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明属于抛光液领域，具体涉及一种用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液及其制备方法。抛光液包括下述组分：硅溶胶1‑10％，络合剂0.1‑10％；复配型表面活性剂0.01‑1％，抑制剂0.01‑1％，氧化剂0.01‑1％，去离子水和pH调节剂补足余量。本发明的创新之处在于本发明通过不同类型表面活性剂的复配使用，减少抛光液中的大颗粒聚集，从而降低了Co互连阻挡层抛光后表面的划伤缺陷。

Description

用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液及其制备方法

技术领域

本发明属于抛光液领域，具体涉及一种用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液及其制备方法。

背景技术

随着集成电路(IC)和逻辑器件特性尺寸的不断减小，传统的互连金属铜作为用于线后端(BEOL)工艺的互连材料面临若干挑战，这些包括随着厚度的减小所增加的电阻率、在窄沟槽宽度20nm或更小的非共性沉积和扩散阻挡层的尺度限制，这些都会严重影响半导体器件的性能。这就导致了新的沟槽填充材料的研究。钴以其优良的性能被认为是替代钨和铜以解决上述问题的最有前景的替代金属。与铜相比，钴在较小尺寸(10纳米)下的电阻率较低，有良好的台阶覆盖性，良好的热稳定性，高纵横比沟槽下好的共形沉积、与较薄衬层相容等优良性能的特点。

化学机械平坦化作为当今最优的平坦化技术，通过化学反应和机械摩擦作用来实现材料表面的平坦化，具有卓越的局部和全局平坦化作用。然而，随着晶圆尺寸的增大、有源器件数量增多，CMP后的缺陷成为人们最关心的问题，这一点在2019ICPT会议主题中已得以体现。划伤缺陷作为CMP过程中最常见的缺陷，主要在机械摩擦过程中产生，会使布线金属厚度减小，电阻增大,抗电迁移能力变差。CMP过程中主要有两类划伤缺陷：大划伤和微划伤，大划伤主要是由金刚石颗粒(来源于修整器)、结晶(抛光盘或机台)等环境因素造成；微划伤主要是抛光液中大颗粒(颗粒粒径>0.5μm)造成。而且划伤缺陷的产生不“不可逆”的，不能去除或减少已产生的的划伤缺陷，只能通过研究划伤缺陷的产生原因进一步减少划伤缺陷。

近年来，诸多科研人员报道了许多降低划伤的方法，大多数科研人员都是采用安装抛光液过滤器(POU filter)的办法，通过减少抛光液中的大颗粒来降低划伤。如Seo和Kim通过安装使用抛光液过滤器(POU filter)来控制抛光液中大颗粒浓度。其结果显示，安装POU滤波器后，缺陷明显减少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液的制备方法及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，包括下述组分：

所述的表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺OA、脂肪醇聚氧乙烯醚JFC、FA/O表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7、聚乙烯吡咯烷酮PVP、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵AESA、十二烷基硫酸钠SDS、十二烷基苯磺酸钠SDBS、十二烷基硫酸铵ADS、十二烷基苯磺酸LABSA中的一种或任意种非离子活性剂和阴离子活性剂的复配混合。

碱性抛光液的pH值为7.5-11。

表面活性剂的质量百分比为0.055-0.065％，且表面活性剂中的非表面活性剂中含有脂肪醇聚氧乙烯醚。

表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸以及十二烷基二甲基氧化胺的复配，且质量比例为脂肪醇聚氧乙烯醚0.3份；十二烷基苯磺酸0.5份；十二烷基二甲基氧化胺0.5份。

优选的，包含下述质量份组分：

更优选的，包含下述质量份组分：

其中，所述硅溶胶的粒径30nm—100nm,粘度在3.5-4.2之间，分散度在±5％之间，比重在1.2-1.35之间。所述的氧化剂是过氧化氢、过氧乙酸、过硫酸铵、过硫酸钾、高碘酸钾中的一种或者任意混合；所述的络合剂为柠檬酸铵、酒石酸铵、碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵、过硫酸钾、酒石酸钾、柠檬酸钾、硫酸钾、DTPA-5K中的一种或任意混合；所述的抑制剂为1，2，4三氮唑，3氨基-1.2.4三氮唑、CBT(羧基苯并三氮唑)，苯骈三氮唑(BTA)，TT-LYK、TTA(甲基苯并三氮唑)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)中的一种或任意混合；所述的抑制剂为1，2，4三氮唑，3氨基-1.2.4三氮唑、羧基苯并三氮唑CBT，苯骈三氮唑BTA，TT-LYK、甲基苯并三氮唑TTA、聚乙烯吡咯烷酮PVP中的一种或任意混合。

本申请还包括一种所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：取总量20％-60％去离子水，边搅拌边加入络合剂、抑制剂以及复配表面活性剂，然后与硅溶胶混合，最后加氧化剂，同时进行搅拌，用去离子水补充余量，最后调节pH值至7.5—11。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的创新之处在于本发明通过不同类型表面活性剂的复配使用，减少抛光液中的大颗粒聚集，从而降低了Co互连阻挡层抛光后表面的划伤缺陷，非离子型表面活性剂具有渗透、浸润、分散作用，其引入到抛光液中使接触角和表面张力减小，浸润性和渗透性大大加强，更好的铺展于被抛光表面。而阴离子活性剂具有超强的分散性，其亲水基团在水溶液中充分伸展，而亲油基吸附在颗粒表面，覆盖成一层薄膜。当颗粒相互接近时，交界区域存在排斥能，使得颗粒与颗粒之间保持足够的距离，减小了范德华力作用，使得磨料颗粒保持能量最低的稳定状态，最后达到整个体系的稳定，使得抛光液中的大颗粒数减少，表面划伤缺陷减少。本发明制备方法简单，原材料全部国产，适合规模化工业生产的需要。

附图说明

图1为不同复合活性剂浓度的抛光液中大颗粒数目图；

图2为抛光后Co镀膜片表面缺陷图：(a)活性剂复合前(b)活性剂复合后

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一(未添加表面活性剂)：

配置2000g抛光液：取1500g去离子水，加入20g酒石酸钾粉末、苯骈三氮唑(BTA)0.3g、搅拌均匀后加入200g质量分数为40％且粒径为30-100nm的硅溶胶中，同时进行搅拌。搅拌均匀后加入5g体积分数为30％的双氧水，加入去离子水至2000g，最后使用稀硝酸和氢氧化钾调节pH值至9.5。

缺陷测试实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机；工作压力为1.5psi；抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为200ml/min。对300mm的Co镀膜片进行抛光，然后经过清洗，再用大颗粒粒度分析仪检测大颗粒数、扫描电镜(SEM)检测缺陷，并得到大颗粒与划伤缺陷数(如图1中S1#所示)，划伤缺陷总数为35000+颗。

实施例二(添加单一的非离子表面活性剂)

配置2000g抛光液：取1500g去离子水，加入20g酒石酸钾粉末、苯骈三氮唑(BTA)0.3g、十二烷基二甲基氧化胺(OA)0.5g搅拌均匀后加入200g质量分数为40％且粒径为30-100nm的硅溶胶中，同时进行搅拌。搅拌均匀后加入5g体积分数为30％的双氧水，加入去离子水至2000g，最后使用稀硝酸和氢氧化钾调节pH值至9.5。

缺陷测试实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机；工作压力为1.5psi；抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为200ml/min。对300mm的图形片进行抛光，然后经过清洗，再用大颗粒粒度分析仪检测大颗粒数、扫描电镜(SEM)检测缺陷，并得到大颗粒与划伤缺陷数(如图1中S 2#所示)，缺陷总数为8563颗。

实施例三(添加混合的非离子表面活性剂)

配置2000g抛光液：取1500g去离子水，加入20g酒石酸钾粉末、苯骈三氮唑(BTA)0.3g、十二烷基二甲基氧化胺(OA)0.5g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)0.3g搅拌均匀后加入200g质量分数为40％且粒径为30-100nm的硅溶胶中，同时进行搅拌。搅拌均匀后加入5g体积分数为30％的双氧水，加入去离子水至2000g，最后使用稀硝酸和氢氧化钾调节pH值至9.5。

缺陷测试实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机；工作压力为1.5psi；抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为200ml/min。对300mm的图形片进行抛光，然后经过清洗，再用大颗粒粒度分析仪检测大颗粒数、扫描电镜(SEM)检测缺陷，并得到大颗粒与划伤缺陷数(如图1中S 3#所示)，缺陷总数为1193颗。

实施例四(添加非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的复配)

配置2000g抛光液：取1500g去离子水，加入20g酒石酸钾粉末、苯骈三氮唑(BTA)0.3g、十二烷基二甲基氧化胺(OA)0.5g、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)0.3g、十二烷基苯磺酸(LABSA)0.5g搅拌均匀后加入200g质量分数为40％且粒径为30-100nm的硅溶胶中，同时进行搅拌。搅拌均匀后加入5g体积分数为30％的双氧水，加入去离子水至2000g，最后使用稀硝酸和氢氧化钾调节pH值至9.5。

缺陷测试实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机；工作压力为1.5psi；抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为200ml/min。对300mm的图形片进行抛光，然后经过清洗，再用大颗粒粒度分析仪检测大颗粒数、扫描电镜(SEM)检测缺陷，并得到大颗粒与划伤缺陷数(如图1中S 4#所示)，缺陷总数为89颗，图2中示出。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，包括下述组分：

2.根据权利要求1所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺OA、脂肪醇聚氧乙烯醚JFC、FA/O表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7、聚乙烯吡咯烷酮PVP、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵AESA、十二烷基硫酸钠SDS、十二烷基苯磺酸钠SDBS、十二烷基硫酸铵ADS、十二烷基苯磺酸LABSA中的一种或任意种非离子活性剂和阴离子活性剂的复配混合。

3.根据权利要求1所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，碱性抛光液的pH值为7.5-11。

4.根据权利要求1所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，表面活性剂的质量百分比为0.055-0.065％，且表面活性剂中的非表面活性剂中含有脂肪醇聚氧乙烯醚。

5.根据权利要求4所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸以及十二烷基二甲基氧化胺的复配，且质量比例为脂肪醇聚氧乙烯醚0.3份；十二烷基苯磺酸0.5份；十二烷基二甲基氧化胺0.5份。

6.根据权利要求1所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，包含下述质量份组分：

7.根据权利要求1所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，包含下述质量份组分：

8.根据权利要求1所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液，其特征在于，所述硅溶胶的粒径30nm—100nm,粘度在3.5-4.2之间，分散度在±5％之间，比重在1.2-1.35之间；所述的氧化剂是过氧化氢、过氧乙酸、过硫酸铵、过硫酸钾、高碘酸钾中的一种或者任意混合；所述的络合剂为柠檬酸铵、酒石酸铵、碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵、过硫酸钾、酒石酸钾、柠檬酸钾、硫酸钾、DTPA-5K中的一种或任意混合；所述的抑制剂为1，2，4三氮唑，3氨基-1.2.4三氮唑、CBT(羧基苯并三氮唑)，苯骈三氮唑(BTA)，TT-LYK、TTA(甲基苯并三氮唑)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)中的一种或任意混合；所述的抑制剂为1，2，4三氮唑，3氨基-1.2.4三氮唑、羧基苯并三氮唑CBT，苯骈三氮唑BTA，TT-LYK、甲基苯并三氮唑TTA、聚乙烯吡咯烷酮PVP中的一种或任意混合。

9.一种权利要求1-8任一项所述的用于降低多层钴互连阻挡层CMP中表面缺陷的抛光液的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：取总量20％-60％去离子水，边搅拌边加入络合剂、抑制剂以及复配表面活性剂，然后与硅溶胶混合，最后加氧化剂，同时进行搅拌，用去离子水补充余量，最后调节pH值至7.5—11。