本發(fā)明涉及一種化學(xué)機械拋光液及其應(yīng)用，尤其涉及一種應(yīng)用于阻擋層的堿性拋光液。

背景技術(shù)：

化學(xué)機械拋光(cmp)，是實現(xiàn)芯片表面平坦化的最有效方法。

阻擋層通常介于二氧化硅和銅線之間，起到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。由于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cmp先停止在阻擋層上，然后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(jìn)行修正，實現(xiàn)全局平坦化。

鉭是阻擋層常用的金屬。在現(xiàn)有的拋光技術(shù)中，有一些方法可以提高阻擋層的拋光速度，如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，用于阻擋層的拋光。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，low-k材料被引入半導(dǎo)體制程。對于含有l(wèi)ow-k材料的阻擋層拋光中，要求氧化硅(teos)的拋光速度要大于或等于low-k材料的拋光速度。只有這樣才能保證拋光速度從開始時的“很快”，緩慢降低，在拋光停止前達(dá)到一個合理的速度，保證teos/bd/ulk/cu四者之間有一個合適的選擇比，從而實現(xiàn)全局平坦化(圖1)。這是繼銅、鉭、二氧化硅材料之后，對阻擋層的拋光液在拋光速度方面提出了更高的要求。

目前，商業(yè)化的阻擋層拋光液有酸性和堿性兩種，各有優(yōu)缺點。酸性阻擋層拋光液對銅的拋光速度容易通過雙氧水調(diào)節(jié)，且雙氧水穩(wěn)定，但是對二氧化硅和tin的拋光速度較慢；而堿性阻擋層拋光液對銅的拋光速度不容易通過雙氧水調(diào)節(jié)，且雙氧水不穩(wěn)定，但是對二氧化硅和tin的拋光速度較快。

已知的堿性拋光液應(yīng)用于含有l(wèi)ow-k材料的阻擋層拋光通常具有一個缺點:teos拋光速度會顯著大于low-k材料的拋光速度，因為low-k材料的機械強度相對于teos較弱。為了抑制low-k材料的拋光速度較快，通常會選擇加入拋光速度抑制劑，選擇性地抑制low-k材料的拋光速度。這是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作，因為拋光速度抑制劑通常會同時抑制teos和low-k材料的拋光速度，這樣會導(dǎo)致二氧化硅拋不動，拋光速度慢。更常見的情況是low-k材料的拋光速度雖然能夠被部分抑制，但是難以實現(xiàn)拋光速度小于teos。最終不能實現(xiàn)很好的平坦化。

另外，國內(nèi)外有專利記載，通過加入表面活性劑來抑制low-k材料的拋光速度，例如cn101665664a中采用季銨鹽陽離子表面活性劑抑制低介電材料(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，但是大多數(shù)季銨鹽型陽離子表面活性劑會顯著抑制二氧化硅(oxide)的拋光速度，會阻止拋光，而且拋光液體系很不穩(wěn)定，這是原因陽離子電荷中和了拋光顆粒表面的負(fù)電，降低了靜電排斥；又如，ep2119353a1使用poly(methylvinylether)用于含low-k材料的拋光，但是聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑，會在low-k材料表面強烈吸附，難以清洗，同時造成測量誤差。再如，us2008/0276543a1將甲脒、胍類以及聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的混合物用于阻擋層的拋光，但是聚乙烯吡咯烷酮(pvp)對low-k材料拋光速度的抑制效果差別很大，以ulk為例，pvp對其拋光速度的抑制效果很不明顯。

所以需要尋找更合適的low-k材料抑制劑，實現(xiàn)拋光時，拋光速度從上層到下層，逐漸減慢，最終實現(xiàn)合適的teos/bd/ulk/cu選擇比，從而 實現(xiàn)全局平坦化。

除上述問題，無論是在酸性拋光還是堿性拋光條件下，經(jīng)常遇到邊緣過度侵蝕(edge-over-erosion,eoe)的問題，其形狀又被稱作“犬牙”(fang)。通常發(fā)生在阻擋層拋光之后。在大塊的銅結(jié)構(gòu)邊緣，會有二氧化硅等電介質(zhì)的缺失，形成溝槽。有些時候也會看到由于電偶腐蝕引起的銅的缺失。eoe現(xiàn)象，降低了芯片表面的平坦度，在導(dǎo)電層、介電層一層一層向上疊加時，會繼續(xù)影響上一層的平坦度，導(dǎo)致拋光后，每一層的表面凹陷處，可能會有銅的殘留，導(dǎo)致漏電、短路，因而影響半導(dǎo)體的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種堿性化學(xué)機械拋光液，尤其是一種應(yīng)用于含有l(wèi)ow-k材料的阻擋層堿性拋光液。所述的堿性拋光液能在抑制low-k材料的拋光速率的同時，保持較高的teos的拋光速率，可以改善金屬拋光過程中產(chǎn)生的蝶形缺陷和缺蝕，最終實現(xiàn)全局平坦化。

本發(fā)明中公開一種堿性化學(xué)機械拋光液，其包含研磨顆粒、唑類化合物，磷酸，氯化銨，low-k材料抑制劑，氧化劑和水。

其中，所述研磨顆粒較佳為二氧化硅，其含量為5-20wt％。

其中，所述唑類化合物較佳為苯并三氮唑(bta),三氮唑(taz),甲基苯并三氮唑(tta)，其含量為0.02-0.3wt％。

其中，所述磷酸的質(zhì)量百分比為0.05-0.4％。

其中，所述氯化銨的質(zhì)量百分比為0-0.03％。

其中，所述端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇共聚物的low-k材料抑制劑。其結(jié)構(gòu)式為下述的任一種：

結(jié)構(gòu)1

結(jié)構(gòu)2

結(jié)構(gòu)3

此處，r為氫或甲基，所述low-k材料抑制劑的活潑氫當(dāng)量(aminehydrogenequivalentweight，簡寫ahev值)為80-1100，其含量為0.01-0.2％。

其中，所述的過氧化氫質(zhì)量百分比為0.1-2％。

其中，所述的拋光液的ph值為9-11。

其中，所述的堿性拋光液中還包括水和ph調(diào)節(jié)劑等本領(lǐng)域常見添加劑。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

1)本發(fā)明的拋光液通過加入low-k材料抑制劑能抑制low-k材料的拋光速度，實現(xiàn)氧化硅(teos)的拋光速度大于或等于low-k材料的拋光速度，其在阻擋層拋光方面具有良好的應(yīng)用前景。

2)本發(fā)明的拋光液可以有效改善拋光后基材表明的蝶形缺陷和缺蝕現(xiàn)象，從而實現(xiàn)基材的全局平坦化。

附圖說明

圖1為拋光液用于阻擋層拋光的硅片切面圖

具體實施方式

本發(fā)明的堿性拋光液可按下述方法制備：將除氧化劑以外的其他組分按比例混合均勻，用ph調(diào)節(jié)劑(如koh或hno3)調(diào)節(jié)到所需要的ph值，使用前加氧化劑，混合均勻即可。其中，水為余量。

本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。

下面通過具體實施例進(jìn)一步闡述發(fā)明的優(yōu)點，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于下述實施例。

按照表1中各實施例以及對比實施例的成分及其比例配制拋光液。表1和表2中的濃度為質(zhì)量百分比。其中拋光條件為：mirra拋光機臺，fujibo拋光墊，拋光壓力1.5psi,拋光液流量140ml/min,拋光盤/拋光頭轉(zhuǎn)速：103/97rpm。

表1實施例(examples)中拋光液的組分和含量

表2對比例中拋光液的組分和含量

如表3所示，對比例1，2表明，不加low-k材料抑制劑，low-k的拋光速度會很快，會造成很深的蝶形缺陷和缺蝕，對比例3，4表明，加入low-k材料抑制劑以后，low-k的拋光速度會被抑制到小于teos(二氧化硅)，缺蝕會有一定程度的改善，但是仍然不能達(dá)到工藝要求。實施例1-6表明，用本發(fā)明的配方，可以實現(xiàn)low-k的拋光速度小于teos(二氧化硅)的拋光速度，同時顯著改善蝶形缺陷和缺蝕。

表3實施例和對比例的拋光情況

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。