TWI546353B - 鹼性化學機械拋光液 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種化學機械拋光液。
隨著半導體技術的不斷發展，積體電路的器件尺寸縮小、佈線層數增加，金屬銅被廣泛用作互連線路的材料，銅比鋁的優勢在於具有較低的電阻率，而且對電遷移具有高阻抗。但為了防止銅溶於介電材料，所以在銅和介電材料之間需要覆蓋一層擴散阻擋層，常規的阻擋層材料包括鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦等。
當前半導體製造商製造的積體電路的佈線層數越多，對每一層的積體電路的平坦化技術變得尤為關鍵，其中，由IBM公司在二十世紀80年代首創的化學機械拋光(CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。化學機械拋光(CMP)是一種由化學作用、機械作用以及這兩種作用相結合而實現平坦化的技術。銅的CMP工藝一般分為兩步，第一步用一種拋光液快速去除阻擋層上面覆蓋的銅金屬，該拋光液通常具有很高銅的拋光速率和低的阻擋層拋光速率，以便快速去除阻擋層表面多餘的銅後停止在阻擋層上。第二步用一種阻擋層拋光液去除阻擋層和少量的介電層，通過去除阻擋層、介電層和銅之間不同的選擇比，實現積體電路的平坦化。
目前的阻擋層拋光液可以分為兩種，酸性阻擋層拋光液和鹼性阻擋層拋光液。
涉及酸性拋光液的專利有很多，比如CN1312845A專利，該專利中公開了一種酸性阻擋層拋光液，其含有金屬磨料和大量大分子的表面活性劑。但該拋光液存在拋光表面損傷，且為對設備腐蝕污染嚴重的酸性物質。
鹼性的阻擋層拋光液，比如：CN101302405A專利，該專利公開了一種鹼性阻擋層拋光液，其含有聚乙烯基吡咯烷酮和亞胺，碳酸鹽、抑制劑、絡合劑。但其在拋光過程中會產生大量的泡沫，使拋光液在拋光墊和拋光表面的分佈不均衡，而且影響拋光液的穩定性。
CN1400266專利，該專利含有胺和非離子表面活性劑。但該拋光液在拋光時對阻擋層的表面損失比較厲害。
本發明所要解決的問題是提供一種滿足阻擋層拋光階段的要求，具有高的阻擋層(Ta/TaN)去除速率，可適應不同拋光過程中封蓋材料(TEOS)、金屬Cu的去除速率和選擇比要求，且快速矯正半導體器件表面所存在的缺陷的能力強，污染物殘留少，穩定性高的鹼性化學機械拋光液。
本發明提供了一種鹼性化學機械拋光液，用於拋光阻擋層。其同時含有：研磨顆粒，唑類化合物，C1~C4季銨鹼的一種或者多種，氧化劑，水和pH調節劑，拋光液的pH值為8~12，優選為9~12。
其中，研磨顆粒，選自SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、CeO2、TiO2和Si3N4中的一種或多種，優選SiO2。其濃度範圍：1%~40%；優選：1%~20%。
其中，唑類化合物，選自三氮唑及其衍生物、四氮唑及其衍生物和噻唑及其衍生物中的一種或者多種，優選三氮唑及其衍生物，較佳的為苯並三氮唑(BTA)和/或甲基苯並三氮唑(TTA)，進一步優選TTA。唑類化合物的濃度範
圍：0.002%~5%。
其中，C1~C4季銨鹼，選自四甲基氫氧化銨(TMAH)、四丁基氫氧化銨(TBAH)、丁基三甲基氫氧化銨、三丁基甲基氫氧化銨中的一種或者多種。其濃度範圍：0.005%~5%。
其中，氧化劑包括過氧化氫、溴酸鹽、高碘酸鹽、次氯酸鹽、過氧化脲、過氧乙酸、過硫酸鹽和單過硫酸鹽的一種或多種，優選過氧化氫。氧化劑的濃度範圍：0.01%~5%，優選範圍：0.01%~2%。
其中，pH值調節劑，包括各類鹼或者各類酸。其中，鹼優選KOH；酸優選HNO3。
本發明的拋光液所具備的有益效果是：滿足阻擋層拋光階段的要求，具有高的阻擋層(Ta/TaN)去除速率，可適應不同拋光過程中封蓋材料(TEOS)、金屬Cu的去除速率和選擇比要求，且快速矯正半導體器件表面所存在的缺陷的能力強，污染物殘留少，穩定性高。
下面用實施例來進一步說明本發明，但本發明並不受其限制。下述實施例中，百分比均為質量百分比含量，其定義為(個別成份之重量/總重量)x100%。
給出了本發明的化學機械拋光液實施例1-14及對比例1-2的配方，按表1中所列組分及其含量，在去離子水中混合均勻，用pH調節劑調到所需pH值，即可制得化學機械拋光液。表2中顯示的是實施例1-14、對比例1-2對不同材料的去除速率和矯正能力進行比較。
拋光條件：拋光機台為Logitech(英國)1PM52型，FUJIBO拋光墊，4cm×4cm正方形晶圓(Wafer)，研磨壓力1.5psi，研磨台轉速70轉/分鐘，研磨頭自轉轉速150轉/分鐘，拋光液滴加速度100 ml/分鐘。
通過對比例1-2和實施例1-6對比發現，在磨料、氧化劑、唑類的基礎上，加入C1-C4的季銨鹼中的一種或者多種，不影響銅，鉭和Teos的去除速率。
通過實施例1-3和對比例1-2對比發現，加入單一一種C1-C4的季銨鹼後，拋光液對寬線區和細線區的缺陷有一定矯正能力。
通過實施例1-6和對比例1-2對比發現，當加入C1-C4的季銨鹼兩種或者兩種以上時，拋光液對寬線區和細線區的缺陷矯正明顯提高，能在短時間矯正半導體器件的缺陷表面，從而實現平坦化。
通過實施例1-6對比發現，TTA比BTA更能降低銅的去除速率，在缺陷矯正能力方面優於BTA。
Claims (17)
- 一種鹼性化學機械拋光液，含有：研磨顆粒，唑類化合物，C1~C4季銨鹼的一種或者多種，氧化劑，水和pH調節劑，所述拋光液的pH值為8~12，其特征在于，所述的唑类化合物為BTA和/或TTA。
- 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒選自SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、CeO2、TiO2和Si3N4中的一種或多種。
- 根據請求項2所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒為SiO2。
- 根據請求項1或2所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒濃度為品質百分比含量1%~40%。
- 根據請求項4所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒濃度為品質百分比含量1%~20%。
- 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的唑类化合物為TTA。
- 根據請求項6所述的拋光液，其中所述的唑類化合物的品質百分比含量為0.002%~5%。
- 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的C1~C4季銨鹼選自TMAH、TBAH、丁基三甲基氫氧化銨和三丁基甲基氫氧化銨中的一種或者多種。
- 根據請求項8所述的拋光液，其中所述的C1~C4季銨鹼的品質百分比含量為0.005%~5%。
- 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的氧化劑為選自過氧化氫、溴酸鹽、高碘酸鹽、次氯酸鹽、過氧化脲、過氧乙酸、過硫酸鹽和單過硫酸鹽的一種或多種。
- 根據請求項10所述的拋光液，其中所述的氧化劑為過氧化氫。
- 根據請求項11所述的拋光液，其中所述的氧化劑的品質百分比含量為0.01%~5%。
- 根據請求項12所述的拋光液，其中所述的氧化劑的品質百分比含量為0.01%~2%。
- 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的pH值調節劑為鹼或酸。
- 根據請求項14所述的拋光液，其中所述的鹼為KOH。
- 根據請求項14所述的拋光液，其中所述的酸為HNO3。
- 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的拋光液pH值為9~12。
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