TWI606115B - 一種鹼性化學機械拋光液 - Google Patents

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Description

一種鹼性化學機械拋光液
本發明涉及一種鹼性化學機械拋光液，更具體地說，涉及一種用於阻擋層的鹼性化學機械拋光液。
化學機械拋光(CMP)，是實現晶圓表面平坦化的最有效方法。
阻擋層通常介於二氧化矽和銅線之間，用於阻擋銅離子向介電層擴散的作用。拋光時，首先阻擋層之上的銅被去除。由於此時銅的拋光速度很快，會形成各種缺陷(例如：蝶形缺陷dishing和侵蝕erosion)。在拋光銅時，通常要求銅拋光步驟先停止在阻擋層上，然後換另外一種專用的阻擋層拋光液，去除阻擋層(例如鉭)，同時對蝶形缺陷dishing和侵蝕erosion進行修正，實現全局平坦化。
商業化的阻擋層拋光液有酸性和鹼性兩種，各有優缺點。例如酸性阻擋層拋光液對銅的拋光速度容易透過雙氧水調節，且雙氧水穩定，但是對二氧化矽和TiN的拋光速度較慢。
鹼性阻擋層拋光液對銅的拋光速度不容易透過雙氧水調 節，且雙氧水不穩定，但是對二氧化矽和TiN的拋光速度較快。
隨著技術的不斷發展，Low-K材料被引入半導體制程，這樣，阻擋層的拋光液、在繼銅、鉭、二氧化矽之後，對Low-K材料的拋光速度也提出了更高的要求。
在現有的阻擋層拋光技術中，US7241725、US7300480用亞胺、肼、胍提升阻擋層的拋光速度。US7491252B2用鹽酸胍提升阻擋層的拋光速度。US7790618B2用到亞胺衍生物和聚乙二醇硫酸鹽表面活性劑，用於阻擋層的拋光。以上專利提高了阻擋層的拋光速度，但是不能很好地保護細線區的侵蝕(erosion)。
CN101665664A用季銨鹽陽離子表面活性劑可抑制低介電材料(例如BD)的拋光速度。所述的陽離子季銨鹽含有C8以上的長鏈，但是C8以上長鏈的大多數季銨鹽型陽離子表面活性劑會顯著抑制二氧化矽(OXIDE)的拋光速度，而阻止拋光。
EP2119353A1使用poly(methyl vinyl ether)用於含Low-K材料的阻擋層的拋光。US2008/0276543A1用甲脒、胍類以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物用於阻擋層的拋光。這些配方在銅線細線區，尤其是在鹼性拋光條件下，容易形成很深的侵蝕(Erosion)，晶圓(wafer)表面平坦度的問題需要通過其他方法解決。
EP0373501B1公開了一種精拋液，用有機聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)調節拋光液的流體力學特性，改善晶 圓表面的平坦度，減少缺陷。但是這種精拋液，不能用於含有金屬材料(銅、鉭)的拋光。
在以上現有技術中，並沒有一種拋光液可以在調節二氧化矽、low-K材料、阻擋層、銅等多種材料拋光速度的同時，做到很好地保護、調節細線區的侵蝕(erosion)，同時矽片具有較高的全局平整度。
本發明所要解決的技術問題是提供一種鹼性化學機械拋光液。在調節阻擋層、介電層、銅等多種材料拋光速度的同時，做到很好地保護細線區的侵蝕(erosion)，同時晶圓具有較高的全局平整度。
本發解決上述技術問題所採用的技術方案是：一種鹼性化學機械拋光液，包含研磨顆粒，唑類化合物，絡合劑，選自C1~C4季銨鹼中的一種或者多種，氧化劑，調節晶圓表面平整度的表面活性劑和水。
在本發明中，所述的研磨顆粒為氣相SiO2和/或溶膠SiO2，優選溶膠SiO2。
在本發明中，所述的研磨顆粒濃度為質量百分比含量為5~25wt%。
在本發明中，所述的唑類化合物選自三氮唑及其衍生物，優選BTA和/或TTA及其衍生物，其中，優選TTA及其衍生物。
在本發明中，所述的唑類化合物的質量百分比含量為 0.02~0.2wt%。
在本發明中，所述的絡合劑為氨基酸、檸檬酸和/或有機磷酸。其中，所述的有機磷酸優選為羥基亞乙基二磷酸(HEDP)和/或2-磷酸丁烷-1，2，4-三羥酸(JH-906)，更優選為為羥基亞乙基二磷酸(HEDP)。
在本發明中，所述的有機酸質量百分比含量為0.05~0.4wt%。
在本發明中，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多種，優選TBAH。
在本發明中，所述的C1~C4季銨鹼的質量百分比含量為0.05~1wt%。
在本發明中，所述的氧化劑為過氧化氫及其衍生物，優選過氧化氫。
在本發明中，所述的氧化劑的質量百分比含量為0.1~1wt%。
在本發明中，所述的調節晶圓表面平整度的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
在本發明中，所述的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的質量百分比含量為0.01~1wt%。
在本發明中，所述的拋光液pH值為9~12。
在本發明中，所述拋光液還包含pH值調節劑，其中，pH值調節劑為鹼或酸，其中，所述的鹼為KOH，所述的酸為HNO3。
如上所述的拋光液可應用在拋光阻擋層。
聚乙烯吡咯烷酮可應用在調節晶圓表面的平整度。
C1~C4季銨鹼可應用在有效控制銅線細線區的侵蝕。
本發明所用試劑、原料以及產品均市售可得。
本發明的積極進步效果在於：
1)通過調節多種材料的拋光速度，顯著提高晶圓表面的平整度。
2)有效控制銅線細線區的侵蝕(erosion)，同時配方中含有C1~C4季銨鹼，不同於含C8以上的季銨鹽表面活性劑，不會形成泡沫，還可以作為有機鹼，調節pH值，優於KOH，不引入金屬離子。
下麵通過具體實施例進一步闡述本發明的優點，但本發明的保護範圍不僅僅局限於下述實施例。
按照表1中各實施例的成分及其比例配製拋光液，混合均勻。
(其中，IRGAMET 42＊為TTA衍生物)(TTA為甲基苯 駢三氮唑，市售可得)
進一步將表1中的拋光液配方根據下述實驗條件進行試驗。
拋光條件：Mirra機台，fujibo pad，轉速93/87，拋光壓力：1.5psi.Slurry流量200mL/min.在Mirra機台中輸入上述參數，對8吋的二氧化矽晶圓，BD晶圓，銅晶圓和含有銅線細線區的晶圓進行1min地拋光，清洗、乾燥、檢測並得到表2的拋光結果。
從對比例1、2可以看出，沒有季銨鹼和PVP存在下，銅線的細線區侵蝕(erosion)嚴重，晶圓表面平整度不好。實施例1至9中，加入了C1~C4季銨鹼和PVP，銅線的細線區侵蝕(erosion)顯著改善，晶圓全局平坦化的效果更好。
綜合而言，採用本發明的拋光液在調節二氧化矽、阻擋層、銅等多種材料拋光速度的同時，做到很好地保護細線區的侵蝕(erosion)，提高了晶圓表面平整度。應當理解的是，本發明所述wt%均指的是質量百分比含量。
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。

Claims (23)

  1. 一種鹼性化學機械拋光液，含有：研磨顆粒，唑類化合物，絡合劑，選自C1~C4季銨鹼中的一種或者多種，氧化劑，調節晶圓表面平整度的表面活性劑和水，其中所述的C1~C4季銨鹼的質量百分比含量為0.05~1wt%，所述的鹼性化學機械拋光液pH值為9~12。
  2. 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒為氣相SiO2和/或溶膠SiO2。
  3. 根據請求項2所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒為溶膠SiO2。
  4. 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的研磨顆粒濃度為質量百分比含量為5~25wt%。
  5. 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的唑類化合物選自三氮唑及其衍生物。
  6. 根據請求項5所述的拋光液，其中所述的三氮唑及其衍生物為BTA和/或TTA及其衍生物。
  7. 根據請求項6所述的拋光液，其中所述的三氮唑為TTA及其衍生物。
  8. 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的唑類化合物的質量百分比含量為0.02~0.2wt%。
  9. 根據請求項1所述的拋光液，其特徵在於，所述的絡合劑為氨基酸、檸檬酸和/或有機磷酸。
  10. 根據請求項9所述的拋光液，其中所述的有機磷酸為羥基亞乙基二磷酸(HEDP)和/或2-磷酸丁烷-1，2，4-三羥酸(JH- 906)。
  11. 根據請求項10所述的拋光液，其中所述的有機磷酸為羥基亞乙基二磷酸(HEDP)。
  12. 根據請求項9所述的拋光液，其中有機磷酸質量百分比含量為0.05~0.4wt%。
  13. 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多種。
  14. 根據請求項13所述的拋光液，其中所述的C1~C4季銨鹼為TBAH。
  15. 請求項根據請求項1所述的拋光液，其中所述的氧化劑為過氧化氫及其衍生物。
  16. 根據請求項15所述的拋光液，其中所述的氧化劑為過氧化氫。
  17. 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的氧化劑的質量百分比含量為0.1~1wt%。
  18. 根據請求項1所述的拋光液，其中所述的調節晶圓表面平整度的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
  19. 根據請求項18所述的拋光液，其中所述的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的質量百分比含量為0.01~1wt%。
  20. 請求項根據請求項1所述的拋光液，另包含pH值調節劑，其中，pH值調節劑為鹼或酸。
  21. 根據請求項20所述的拋光液，其中所述的鹼為KOH。
  22. 根據請求項20所述的拋光液，其中所述的酸為HNO3。
  23. 一種如請求項1-22任一項所述的拋光液在拋光阻擋層中的應用。
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