CN1137230C

CN1137230C - 超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽的化学机械全局平面化抛光液

Info

Publication number: CN1137230C
Application number: CNB021167613A
Authority: CN
Inventors: 刘玉岭; 张楷亮; 李薇薇
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology; Hebei Polytechnic University
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2004-02-04
Anticipated expiration: 2022-05-10
Also published as: CN1400266A

Abstract

超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液的组成成分重量%是SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、ZrO、MgO的水溶胶18～50；无金属离子的羟胺类化合物和胺盐类化合物0.1～10；多羟多胺类化合物和胺盐类化合物0.005～25；非离子表面活性剂0.1～10；余量为去离子水。该抛光液损伤小、平整度高、易清洗；不腐蚀设备，不污染环境；选择性强，速率高；价格便宜，成本低。主要用于超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光。

Description

超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽的化学机械全局平面化抛光液

技术领域

本发明属于一种抛光液，特别涉及一种超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液。

背景技术

随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已高达几十亿个元器件，特征尺寸已进入纳米级，这就要求微电子工艺中的近百道工序，尤其是多层布线(最高已达10多层)、衬底、介质必须进行化学机械全局平整化，而化学机械抛光是已被证明的最好的平整化方法。甚大规模集成电路多层布线金属正由传统的Al向Cu转化，Cu布线与Al布线相比，电阻率低，抗电迁移率高，RC延迟时间短；可使布线层数减少一半，成本降低30％，加工时间缩短40％。Cu布线的优势已引起了研究人员和工业界的广泛关注，从1991年开始，美国的Cabot、IBM、Motorola，法国的LETI、CNET，德国的FRAUNHOFER及日本Fujimi、住友化学工业公司、台湾地区等都进行封闭性研究，呈现出激烈的竞争势头。但化学机械抛光动力学过程和相关机理未能搞清，尤其是达到高选择性、高速率。以硅为衬底的集成电路，通过金属导线互联，将元器件互联形成功能电路和部件。随着集成度的迅速增加，为了保证φ200mm硅衬底上进行高质量光刻，每层均需进行严格的化学机械全局平面化。对铜布线每层进行化学机械全局平面化，目前最先进的抛光液为美国Cobat公司公开的CN1312845A专利，该抛光液的磨料选用煅制的Al₂O₃磨料，煅制的Al₂O₃硬度高、分散度大、抛光表面损伤层深，且为对设备腐蚀污染严重的酸性。

为了保证铜布线与介质的特性，目前甚大规模集成电路芯片多层铜布线，还用Ta和TaN做阻挡层。Ta和TaN经氧化后机械性硬度高，造成抛光难度大、去除速率低。对铜去除过多，出现碟型坑，目前为了提高Ta与TaN的抛光速率，采取提高抛光液酸度，造成对设备腐蚀及对环境污染。现公开的专利文献和非专利文献都没有提供成功解决上述问题的抛光液与配制方法。

发明内容

本发明的目的是要解决现有抛光液对Ta和TaN抛光表面抛光难度大、去除速率低；对铜去除过多，出现碟型坑，损伤层深，抛光表面难以达到全局平面化和酸性抛光液造成对设备腐蚀及对环境污染等问题，从而提供了一种对Ta利TaN去除速率高、损伤小的超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液。

本发明的技术解决方案如下：

超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液的组成成分重量％如下：

磨料 18～50；

螯合剂 0.1～10；

络合剂 0.005～25；

非离子表面活性剂 0.1～10；

去离子水余量；

磨料选用SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、ZrO或MgO的水溶胶，螯合剂选用溶于水、无金属离子的羟胺类化合物或胺盐类化合物，络合剂选用多羟多胺类化合物或胺盐类化合物，非离子表面活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、烷基醇酰胺或FA/O活性剂。

所说的SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、ZrO或MgO的水溶胶的粒径为15～40nm。

所说的抛光液的PH为8.5～12、粒径为15～40nm。

所说的多羟多胺类化合物或胺盐类化合物在体系中起络合剂的作用，同时又起PH值调节剂的作用。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、磨料：本发明抛光液采用硬度小的水溶性SiO₂胶体，而Cabot公司的抛光液则采用硬度大、煅制的Al₂O₃；本发明抛光液粒径为15～40nm，而Cabot公司的抛光液粒径约为400nm；本发明抛光液浓度为40％以上，而Cabot公司的抛光液最高浓度为15％；因此本发明抛光液用于抛光损伤小、平整度高、易清洗。

2、本发明抛光液呈碱性，pH＞8.5；Cabot公司的抛光液呈酸性，pH为4～7；因而本发明抛光液不腐蚀设备，不污染环境。

3、本发明钽的抛光速率为870nm/min(可控)，而Cabot公司的抛光液速率则为135nm。

4、＞0.2μm的粒子个数/片＜10，而Cabot公司的抛光液则＞30。

5、采用粒径＜40nm的水溶硅溶胶做磨料，并采用了具有溶于水、无金属离子强螯合剂，不用苯并三唑等做成膜剂，选择多羟多胺做助氧剂和PH调制剂，用碱性FA/O活性剂，对铜不起氧化作用，却提高了Ta的作用，使Cu∶Ta速率达1∶1.1左右。

6、工艺简化，价格便宜，成本低。选择性强，速率高。

具体实施方式实施例1：配制100克的抛光液：

取30克的磨料硅溶胶，粒径15～20nm，在强烈搅拌下，逐渐加入4克的螯合剂六羟丙基丙二胺，同时起络合剂的作用。加入5克的FA/O活性剂，其余加入去离子水，便制得100克的本发明抛光液。

试验监测：该抛光液PH为9.8、粒径为15～30nm。

速率试验：用配好的抛光液在风雷C6382I/YJ型抛光机，向下压力250g/cm²，底盘转速80转/分，流量200ml/min。

对已溅射Ta(TaN)电镀铜的衬底硅片经抛铜后再抛光，测得铜与Ta的平均去除速率：铜为770nm/min，Ta为840nm/min。

＞0.2μm的粒子：8个/片。实施例2：配制100克抛光液：

取19克的CeO₂磨料，在强烈搅拌下逐渐加入28克的螯合剂四羟乙基乙二胺四乙酸四胺盐，同时起络合剂的作用。再加入0.2克聚氧乙烯烷基胺活性剂(或脂肪醇聚氧乙烯醚)，其余加去离子水。便制得100克的本发明抛光液。

试验监测：该抛光液PH为11.4、粒径为15～20nm。

对已溅射Ta(TaN)电镀铜的衬底硅片经抛铜后再抛光，测得铜与Ta的平均去除速率：铜为670nm/min，Ta为740nm/min。

＞0.2μm的粒子：7个/片。

实施例3：配制两种1000克的抛光液：

取500克的硅溶胶(粒径15～30nm)，在强烈搅拌下加入100克烷基醇酰胺活性剂，加入210克的四羟乙基乙二胺络合剂，同时起到PH调制剂作用，加入2克的13个螯合环的羟胺螯合剂，余量加去离子水，便制得1000克的本发明抛光液。

试验监测：该抛光液PH为10.5、粒径为20～40nm。

对已溅射Ta(TaN)电镀铜的衬底硅片经抛铜后再抛光，测得铜与Ta的平均去除速率：铜为780nm/min，Ta为870nm/min。SiO2的平均去除速率为640nm/min。

＞0.2μm的粒子：6个/片。

Claims

1、一种超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液，其特征在于：抛光液的组成成分重量％如下：

磨料 18～50；

螯合剂 0.1～10；

络合剂 0.005～25；

非离子表面活性剂 0.1～10；

去离子水余量；

2、按照权利要求1所说的抛光液，其特征在于：所说的SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、ZrO或MgO的水溶胶的粒径为15～40nm。

3、按照权利要求1所说的抛光液，其特征在于：所说的抛光液的PH为8.5～12、粒径为15～40nm。