CN110983340A - 低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液 - Google Patents

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周佳凯
杨程辉
王如
李云飞
崔雅琪
王治
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Abstract

本发明公开了一种低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液，由下述组分，按重量百分比计，SiO2粒径70～90nm的10～30％硅溶胶0.1～1％，甘氨酸1～3％，过氧化氢0.1～0.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚0.1～0.5％，壳聚糖0.005～0.05％，氢氧化钾0.1～5％加入去离子水制得的pH值为9.5～10.5的碱性分散液体。本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液具有铜膜材料去除速率快、钴或钌阻挡层材料去除速率慢、抛光后铜表面粗糙度低且成本低廉、使用安全的特点。

Description

低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液
技术领域
本发明涉及一种低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液。
背景技术
随着集成电路的不断发展，电路的布线层数越来越多，集成电路的特征尺寸也在依据摩尔定律不断减小。铜由于具有电阻率低、抗电迁移强和应力迁移性能好等优点，已经替代铝成为集成电路互联材料，但铜在使用时会扩展到硅衬底以及二氧化硅介质中，影响器件的载流子寿命和漏电流；而且铜和二氧化硅介质之间的粘附性较差，铜线条很容易脱落，因此需要引入阻挡层材料。目前研究最多的新型阻挡层材料是钴与钌。钴或钌与铜和二氧化硅介质之间的粘附性好，阻挡性能优异，并且铜还可以直接电镀到钴或钌表面。
化学机械抛光是现阶段集成电路行业中最有效的能够实现晶圆局部及全局平坦化的技术，其通过抛光垫与磨料的机械研磨作用、与抛光液的化学作用共同实现铜膜的去除及平坦化。自集成电路进入到14nm及以下技术节点，铜膜部分(厚度为
Figure BDA0002249906090000011
)已经由传统的粗抛、精抛两步抛光演变为一步抛光，理论上要求在完全去除铜后停留在阻挡层上，这就要求抛光时使用的抛光液在保证铜高速去除的同时又要保证阻挡层材料的去除速率近乎为零，否则会影响晶圆抛光后的平坦化效果，严重时甚至导致器件的失效。工业生产中，铜去除速率要求大于500nm/min、阻挡层材料去除速率要求小于30nm/min。目前铜去除速率国际水平为600～1000nm/min，钴去除速率国际水平为25～30nm/min，钌去除速率国际水平为5～10nm/min。工业生产中，由于抛光机中一般没有终点检测技术，因而铜膜部分通常不能一次去除，并且对于多层铜布线来说，抛光后每一层铜布线都需要很好的表面粗糙度以避免对下一层铜布线抛光造成影响，目前抛光后铜表面粗糙度国际水平为0.5～2nm。为了抑制阻挡层材料的去除速率，低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液需要添加同样会降低铜去除速率的有毒腐蚀抑制剂。此外，低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液不能对钴或钌两种不同阻挡层材料同样实现低去除速率，导致研发与生产成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铜膜材料去除速率快、钴或钌阻挡层材料去除速率慢、抛光后铜表面粗糙度低的低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液。
本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液的技术方案是这样实现的：低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液，按重量百分比计，SiO2粒径70～90nm的10～30％硅溶胶0.1～1％，甘氨酸1～3％，过氧化氢0.1～0.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚0.1～0.5％，壳聚糖0.005～0.05％，氢氧化钾0.1～5％加入去离子水制得的pH值为9.5～10.5的碱性分散液体。
本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液制备方法，依次包括如下步骤：
(1)、按照配比称取SiO2粒径70～90nm的10～30％硅溶胶，甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，氢氧化钾，去离子水；
(2)、在步骤(1)硅溶胶中依次加入甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，搅拌均匀；
(3)、加入氢氧化钾调节pH值，使液体pH值为9.5～10.5；
(4)、加入去离子水，搅拌均匀。
本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液具有铜膜材料去除速率快、钴或钌阻挡层材料去除速率慢、抛光后铜表面粗糙度低且成本低廉、使用安全的特点。
具体实施方式
实施例1
1、材料配比，按混合物总重量为100，各物料所占百分比计，SiO2粒径70～90nm的10％硅溶胶0.1甘氨酸3过氧化氢0.1脂肪醇聚氧乙烯醚0.1壳聚糖0.01氢氧化钾1去离子水95.69
2、物料来源
(1)、SiO2粒径70～90nm的10％硅溶胶：市售品，小李硅溶胶；
(2)、甘氨酸：市售品，纯度99.99％；
(3)、过氧化氢：市售品，质量分数为25％；
(4)、脂肪醇聚氧乙烯醚：市售品，纯度99.99％，天津晶岭微电子材料有限公司生产；
(5)、壳聚糖：市售品，纯度99.99％；
(6)、氢氧化钾：市售品，纯度99.99％；
(7)、去离子水：自制超纯水，电阻率为18MΩ*cm(25℃)。
3、低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)、按照配比称取SiO2粒径70～90nm的10％硅溶胶，甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，氢氧化钾，去离子水；
(2)、在步骤(1)硅溶胶中依次加入甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，搅拌均匀；
(3)、加入氢氧化钾调节pH值，使液体pH值为9.5；
(4)、加入去离子水，搅拌均匀。
4、本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据
本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据见表1
表1 本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据
Figure BDA0002249906090000041
实施例1说明，采用本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液分别抛光铜、钴与钌表面，铜去除速率、钴去除速率与钌去除速率均处于国际领先水平；抛光后铜表面粗糙度处于国际较高水平。
实施例2
1、材料配比，按混合物总重量为100，各物料所占百分比计，SiO2粒径70～90nm的20％硅溶胶0.5甘氨酸2过氧化氢0.3脂肪醇聚氧乙烯醚0.3壳聚糖0.03氢氧化钾2去离子水94.87
2、物料来源
(1)、SiO2粒径70～90nm的20％硅溶胶：市售品，小李硅溶胶；
(2)、甘氨酸：同实施例1；
(3)、过氧化氢：同实施例1；
(4)、脂肪醇聚氧乙烯醚：同实施例1；
(5)、壳聚糖：同实施例1；
(6)、氢氧化钾：同实施例1；
(7)、去离子水：同实施例1。
3、低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)、按照配比称取SiO2粒径70～90nm的20％硅溶胶，甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，氢氧化钾，去离子水；
(2)、在步骤(1)硅溶胶中依次加入甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，搅拌均匀；
(3)、加入氢氧化钾调节pH值，使液体pH值为10.0；
(4)、加入去离子水，搅拌均匀。
4、本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据
本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据见表2
表2 本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据
Figure BDA0002249906090000051
实施例2说明，采用本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液分别抛光铜、钴与钌表面，铜去除速率、钴去除速率与钌去除速率均处于国际领先水平；抛光后铜表面粗糙度处于国际较高水平。
实施例3
1、材料配比，按混合物总重量为100，各物料所占百分比计，SiO2粒径70～90nm的30％硅溶胶1甘氨酸1过氧化氢0.5脂肪醇聚氧乙烯醚0.5壳聚糖0.05氢氧化钾3去离子水93.95
2、物料来源
(1)、SiO2粒径70～90nm的30％硅溶胶：市售品，小李硅溶胶；
(2)、甘氨酸：同实施例1；
(3)、过氧化氢：同实施例1；
(4)、脂肪醇聚氧乙烯醚：同实施例1；
(5)、壳聚糖：同实施例1；
(6)、氢氧化钾：同实施例1；
(7)、去离子水：同实施例1。
3、低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液的制备方法，依次包括如下步骤：
(1)、按照配比称取SiO2粒径70～90nm的30％硅溶胶，甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，氢氧化钾，去离子水；
(2)、在步骤(1)硅溶胶中依次加入甘氨酸，过氧化氢，脂肪醇聚氧乙烯醚，壳聚糖，搅拌均匀；
(3)、加入氢氧化钾调节pH值，使液体pH值为10.5；
(4)、加入去离子水，搅拌均匀。
4、本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据
本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据见表3
表3 本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液实验数据
Figure BDA0002249906090000071
实施例3说明，采用本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液分别抛光铜、钴与钌表面，铜去除速率、钴去除速率与钌去除速率均处于国际领先水平；抛光后铜表面粗糙度处于国际较高水平。
实施例说明，本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液不含有毒腐蚀抑制剂，采用本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液分别抛光铜、钴与钌表面，铜去除速率989～1103nm/min，钴去除速率16～28nm/min，钌去除速率2～6nm/min；抛光后铜表面粗糙度0.774～0.918nm；因而本发明低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液具有铜膜材料去除速率快、钴或钌阻挡层材料去除速率慢、抛光后铜表面粗糙度低且成本低廉、使用安全的特点。

Claims (1)

1.一种低技术节点铜布线用铜膜碱性抛光液，其特征是，由下述组分，按重量百分比计，SiO2粒径70～90nm的10～30％硅溶胶0.1～1％，甘氨酸1～3％，过氧化氢0.1～0.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚0.1～0.5％，壳聚糖0.005～0.05％，氢氧化钾0.1～5％加入去离子水制得的pH值为9.5～10.5的碱性分散液体。
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