CN117965102A - 一种化学机械抛光液及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学机械抛光液及其用途，其中所述化学机械抛光液包括研磨颗粒，腐蚀抑制剂，有机羧酸，氧化剂和水。采用了本发明的技术方案后，与现有技术相比，本发明的化学机械抛光液能够有效改善在钨的抛光过程中存在的过高的金属腐蚀、凹陷与侵蚀问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液及其用途。
背景技术
集成电路由硅基材上数百万个元件构成，这些元件通过多层互连技术相连。互连结构通常具有第一金属化层、互连层、第二金属化层以及通常第三和后续的金属层。不同互连层级之间的连接使用金属通孔连接。随着多层材料的沉积和去除，晶片的每一层都有要被平坦化的需求。这些不平坦会导致产品的各种缺陷，因此导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得至关重要。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。
在典型CMP工艺中，晶圆被固定在面朝下的抛光头上，抛光盘表面用一个抛光垫覆盖。在一定压力下，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。带有研磨颗粒的抛光液(slurry)流到台面上，在化学和机械的双重作用下，晶片表面被抛光并实现全局平坦化。CMP可用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、吸附的杂质、晶格损伤、划痕等。
在集成电路设计中，CMP技术已成为实现钨互连的首选方法。钨常常用在接触/通孔的集成电路设计中。钨是一种硬金属，且化学惰性，这对钨CMP提出了挑战。许多用于抛光钨的CMP浆料因其腐蚀性而导致侵蚀和凹陷问题。严重情况下，导致电介质层出现空腔、影响电性能。因此，需要一种用于钨的CMP抛光方法和组合物，其抑制钨晶片的腐蚀，以及钨的凹陷与金属线阵列的侵蚀。
针对这一问题，开发可以抑制腐蚀，最小化凹陷和侵蚀的钨CMP浆料显得尤为重要。如美国专利US 2021340445公开了使用双环脒添加剂的CMP浆料，可提供低凹陷和低侵蚀形貌。双环脒的加入能一定程度上降低了对于大多数阵列的凹陷与侵蚀，但是随着芯片制造技术的发展，芯片电路日趋复杂，这对抛光液提出了更高的要求。双环脒的抑制效果不明显，难以适应高要求的钨抛光环境。美国专利US 6083419公开了使用氨基酸作为钨抛光腐蚀抑制剂的方法。氨基酸的加入对抑制钨的腐蚀有一定的效果，但是在抛光过程中会影响钨的正常抛光速度。美国专利US 10286518公开了一种钨抛光组合物，该组合物中使用了硫醇烷氧基化合物的CMP方法，抑制了钨凹陷以及下层TEOS侵蚀并且有进一步抑制腐蚀速率的性能，但是其在宽线区抑制效果一般。由上述事实可见，对于钨抛光组合物，抑制钨的腐蚀不仅具有挑战性也具有重要的实际意义。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种化学机械抛光液。
本发明公开了一种化学机械抛光液，包括：研磨颗粒，腐蚀抑制剂，有机羧酸，氧化剂和水。
优选的，所述腐蚀抑制剂为含有磷酰基的化合物。
优选的，所述腐蚀抑制剂为含有至少一个与磷原子直接相连的含氮官能团的磷酰基化合物。
优选的，所述腐蚀抑制剂为六甲基磷酰三胺。
优选的，所述腐蚀抑制剂的质量百分比含量为0.003％～0.1％。
优选的，所述腐蚀抑制剂的质量百分比含量为0.005％～0.08％。
优选的，所述研磨颗粒选自氧化铝、氧化硅及其混合物。
优选的，所述研磨颗粒的质量百分比含量为0.01％～5％；更加优选的，所述研磨颗粒的质量百分比含量为0.01％～3.5％。
优选的，所述有机羧酸选自乳酸、丁二酸、丙二酸、酒石酸、葡萄糖酸、邻苯二甲酸、苹果酸、乙醇酸中的一种或多种。
优选的，所述有机羧酸的质量百分比含量为0.01％～5.0％；更加优选的，所述有机羧酸的质量百分比含量为0.1％～3.0％。
优选的，所述氧化剂为过氧化氢和/或硝酸铁。
优选的，所述氧化剂的质量百分比含量为0％～4.0％。
优选的，所述化学机械抛光液的pH调节剂为硝酸或氨水等无机酸或无机碱，pH值为2～7。
本发明还公开了一种将以上任一所述的化学机械抛光液用于抛光钨的用途。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，能够有效改善在钨的抛光过程中存在的过高的金属腐蚀、凹陷与侵蚀问题。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明的优点。
依照表1中所示的组分及其含量，配置实施例1-9以及对比例1-4中的化学机械抛光液，将所有组分混合均匀，并用水补足质量百分比至100％。选用表中所述的pH调节剂，将化学机械抛光液的pH值调节至所示数值
表1实施例1-9以及对比例1-4化学机械抛光液的组分及含量
按表1配方根据下述实验条件进行抛光实验：
具体抛光条件：压力3.5psi，抛光盘及抛光头转速93/87rpm，抛光垫IC1010，抛光液流速300mL/min，抛光机台为12”Reflexion LK，抛光时间为1min。
晶片表面的形貌用Park systems NX-Wafer测量。
钨的静态腐蚀测试：将约5cm×5cm的钨晶片浸入经过预热的45℃抛光浆料，浸没2min，取出冲洗后用四点探针法测试静态腐蚀数据。
表2实施例1-9及对比例1-4化学机械抛光液的实验测试结果
实施例1-5与对比例1的抛光结果表明，本发明的化学机械抛光液可以进行钨的高速抛光，同时对氧化硅也具有一定的抛光速度。结合腐蚀速率测试结果可知，选用含有磷酰基化合物的化学机械抛光液能够有效地减少抛光液对钨晶片的腐蚀，同时对钨的凹陷(dishing)与侵蚀(erosion)得到有效的抑制。
对于优选的六甲基磷酰三胺，可以发现随着腐蚀抑制剂的量增加，抑制效果也相应变好，在0.05％浓度的六甲基磷酰三胺下，达到最佳效果，随着量的进一步增加，侵蚀抑制效果增加不明显。并且，该腐蚀抑制剂对钨的抛光速度无明显抑制效果，且对氧化硅的抛光速度没有影响。
实施例6-9表明，在不同pH，磨料种类、浓度，有机酸种类及浓度，氧化剂的条件下，六甲基磷酰三胺均能够提供良好的抑制钨腐蚀，降低凹陷与侵蚀的效果。
通过对比例2-4和实施例1-3对比发现，在研磨颗粒、有机羧酸、氧化剂和pH相同的基础上含有六甲基磷酰三胺的抛光组合物，对钨的抛光速率影响更小且效果更优。
通过对比例1-3和实施例3对比发现，虽然氨基酸、硫醇类和双环脒化合物可以在一定程度上抑制钨的腐蚀、凹陷与侵蚀，在相同加入浓度下，氨基酸会影响钨的抛光速度，且硫醇类和双环脒化合物的凹陷抑制效果相对不佳，稍逊于本发明六甲基磷酰三胺。说明本发明提供的腐蚀抑制剂与现有技术相比具有优势，在不影响钨抛光速度的情况下，具有更全面的钨腐蚀、凹陷及侵蚀抑制效果。
应当理解的是，本发明所述％均指的是质量百分含量。
本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (14)
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，包括：研磨颗粒，腐蚀抑制剂，有机羧酸，氧化剂，pH调节剂和水。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述腐蚀抑制剂为含有磷酰基的化合物。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述腐蚀抑制剂为含有至少一个与磷原子直接相连的含氮官能团的磷酰基化合物。
4.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述腐蚀抑制剂为六甲基磷酰三胺。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述腐蚀抑制剂的质量百分比含量为0.003％～0.1％。
6.如权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述腐蚀抑制剂的质量百分比含量为0.005％～0.08％。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述研磨颗粒选自氧化铝、氧化硅及其混合物。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述研磨颗粒的质量百分比含量为0.01％～5％。
9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述有机羧酸选自乳酸、丁二酸、丙二酸、酒石酸、葡萄糖酸、邻苯二甲酸、苹果酸、乙醇酸中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述有机羧酸的质量百分比含量为0.01％～5％。
11.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述氧化剂为过氧化氢和/或硝酸铁。
12.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述氧化剂的质量百分比含量为0％～4.0％。
13.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，
所述pH调节剂为无机酸或无机碱中的一种或几种，如硝酸、氨水等，且化学机械抛光液的pH值为2～7。
14.一种将权利要求1-13中任一所述的化学机械抛光液用于抛光钨的用途。
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