本發(fā)明涉及一種用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液及其使用方法。

背景技術：

在集成電路制造中，互連技術的標準在提高，隨著互連層數(shù)的增加和工藝特征尺寸的縮小，對硅片表面平整度的要求也越來越高，如果沒有平坦化的能力，在半導體晶圓上創(chuàng)建復雜和密集的結構是非常有限的，化學機械拋光方法cmp就是可實現(xiàn)整個硅片平坦化的最有效的方法。

cmp工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊拋光集成電路表面。在典型的化學機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉(zhuǎn)拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉(zhuǎn)，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液(通常稱為拋光液或拋光漿料)涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發(fā)生化學反應開始進行拋光過程。

隨著集成電路技術向超深亞微米(32、28nm)方向發(fā)展，特征尺寸減小而導致的寄生電容愈加嚴重的影響著電路的性能，為減小這一影響，就必須采用超低介電材料(ulk)來降低相鄰金屬線之間的寄生電容，目前較多采用超低介電材料為coral，在cmp過程中除了要嚴格控制表面污染物指標以及杜絕金屬腐蝕外，還要具有較低的蝶形凹陷和拋光均一性才能保證更加可靠的電性能，特別是阻擋層的平坦化過程中需要在更短的時間和更低的壓力下快速移除阻擋層金屬、封蓋氧化物，并能很好的停止在超低介電材料表面，形成互連線，而且對小尺寸圖形不敏感。這就對cmp提出了更高的挑戰(zhàn)，因為通常超低介電材料為摻雜碳的氧化硅，與二氧化硅具有相似的表面 性，要控制停止層的殘留厚度，就要有很強的選擇比的調(diào)控能力，還要有很高的穩(wěn)定性和易清洗等特征。

cn1400266公開了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化硅磨料，胺類化合物和非離子表面活性劑，但是該專利中的拋光液會對銅產(chǎn)生腐蝕。cn101372089a公開了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化硅磨料，腐蝕抑制劑，氧化劑，非離子氟表面活性劑，芳族磺酸氧化劑化合物，但是該專利中的拋光液對阻擋層的拋光速率較低，產(chǎn)率較低。cn101012356a公開了一種酸性阻擋層拋光液，該拋光液包含氧化劑，部分被鋁覆蓋的二氧化硅顆粒，抑制劑和絡合劑，但是該酸性拋光液存在對銅腐蝕嚴重的缺陷。

本專利旨在提供一種適合于ulk-銅互連制程中的阻擋層拋光液，在較溫和的條件下具有高的阻擋層去除速率和超低介電材料界面的工藝停止特性，并能很好的控制蝶形凹陷，金屬腐蝕和表面污染物指標。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種適合于ulk-銅互連制程中的阻擋層拋光，具有高的阻擋層(tan/ta)的拋光速率的拋光液，該拋光液可以滿足阻擋層拋光工藝中對二氧化硅(teos)、銅和超低介電材料(ulk)的去除速率及去除速率選擇比的要求，穩(wěn)定性高，且對半導體器件表面的缺陷有很強的矯正能力，污染物殘留少。

本發(fā)明提供了一種化學機械拋光液，包含研磨顆粒、腐蝕抑制劑、銅表面保護劑、絡合劑、聚乙烯吡咯烷酮，氧化劑和水。

其中，所述研磨顆粒為本領域常用研磨顆粒，如二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、摻雜鋁的二氧化硅和聚合物顆粒中的一種或幾種；所述研磨顆粒的質(zhì)量百分比濃度為2-20％，優(yōu)選為5-15％；所述研磨顆粒的粒徑為10-150nm，優(yōu)選為20-120nm。

其中，所述腐蝕抑制劑為：苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、5-苯基四氮唑、巰基苯基四氮唑、苯并咪唑、萘并三唑，和2-巰基-苯并噻唑中的一種 或幾種。所述腐蝕抑制劑的質(zhì)量百分比濃度為0.001-1％，優(yōu)選為0.01-0.5％。

其中，所述銅表面保護劑為：5-氨基四氮唑、1,2,4-三氮唑、3-氨基-1,2,4三氮唑、4-氨基-1,2,4三氮唑和3,5-二氨基-1,2,4三氮唑中的一種或幾種。銅表面保護劑的質(zhì)量百分比濃度為0.001-1％，優(yōu)選為0.01-0.5％。

其中，所述絡合劑為有機酸、有機磷酸和氨基酸中的一種或幾種。所述有機酸為乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述有機膦酸為2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸中的一種或幾種；所述氨基酸為甘氨酸。所述絡合劑質(zhì)量百分比的濃度為0.001-2％，優(yōu)選為0.01-1％。

其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1000-1000000，優(yōu)選為1000-500000。聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量百分比濃度為0.001-2.0％，優(yōu)選為0.01-1.0％。

其中，所述氧化劑為：過氧化氫、過氧乙酸、過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或幾種。氧化劑的質(zhì)量百分比濃度為0.01-5％，優(yōu)選為0.1-2％。

其中，所述化學機械拋光液的ph值為8.0-12.0，優(yōu)選為9.0-11.0。

本發(fā)明的化學機械拋光液還包含ph調(diào)節(jié)劑和殺菌劑等其他本領域添加劑。

本發(fā)明的拋光液中，除上述組分外，余量為水。

本發(fā)明的化學機械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。

本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明通過組合使用腐蝕抑制劑和銅表面保護劑，解決了在拋光過程中因拋光機臺出故障產(chǎn)生的芯片靜態(tài)腐蝕問題。

附圖說明

圖1為采用對比拋光液2拋光后semtech854圖形測試晶圓的表面形貌的 sem圖；

圖2為采用本發(fā)明拋光液1拋光后semtech854圖形測試晶圓的表面形貌的sem圖；

圖3為采用對比拋光液2浸漬30分鐘后semtech854圖形測試晶圓的表面形貌的sem圖；

圖4為采用本發(fā)明拋光液1浸漬30分鐘后semtech854圖形測試晶圓的表面形貌的sem圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不以此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例

表1給出了對比拋光液1～5和本發(fā)明的拋光液1～13，按表中所給的配方，將除氧化劑以外的其他組分混合均勻，用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。水為余量。

表1對比拋光液1～5和本發(fā)明的拋光液1～13的組分和含量

效果實施例1

采用對比拋光液1～4和本發(fā)明的拋光液1～9按照下述條件對銅(cu)、鉭(ta)、二氧化硅(teos)和超低介電材料(ulk)進行拋光。拋光條件：拋光機臺為8”mirra機臺，拋光墊為fujibopad，下壓力為1.5psi，轉(zhuǎn)速為拋光盤/拋光頭＝93/87rpm，拋光液流速為150ml/min，拋光時間為1min。

表2對比拋光液1～5和本發(fā)明拋光液1～9對銅(cu)、鉭(ta)、二氧化硅(teos)和超低介電材料(ulk)的去除速率及銅(cu)的靜態(tài)腐蝕速率

由表2可見，與對比拋光液1相比，本發(fā)明的拋光液可以獲得較高的阻擋層ta和二氧化硅(teos)的去除速率，同時獲得較低的超低介電材料ulk的去除速率，能使拋光較好的停止在超低介電材料ulk的表面。由對比拋光液1～4的拋光結果可以看出，腐蝕抑制劑的使用降低了銅的腐蝕速率，但過度抑制了銅的拋光速率。即使調(diào)節(jié)腐蝕抑制劑的用量，也不能調(diào)節(jié)銅的拋光速率。而通過加入了銅表面活性劑，可以有效的將銅的拋光速率調(diào)節(jié)至適當?shù)乃剑瑫r也很好地保護了銅的表面。由對比拋光液5的拋光結果可以看出，用二氧化鈰作為研磨顆粒會對銅的表面造成嚴重的劃傷。

效果實施例2

采用對比拋光液1～2和本發(fā)明的拋光液1～3按照下述條件對semtech854圖形測試晶圓進行拋光。拋光條件：拋光機臺為8”mirra機臺，拋光墊為fujibopad，下壓力為1.5psi，轉(zhuǎn)速為拋光盤/拋光頭＝93/87rpm，拋光液流速為150ml/min，拋光時間為1min。

表3對比拋光液1、2和本發(fā)明拋光液1～3對semtech854圖形測試晶圓拋光后的矯正能力對比

其中，上表中dishing是指阻擋層拋光前在金屬墊上的蝶形凹陷(埃)，erosion是指阻擋層在細線區(qū)域(50％line)上的侵蝕(埃)，是指拋光后的矯正能力值。

由表3可以看出，對比拋光液2由于銅的拋光速率過低，進而矯正過度，產(chǎn)生了銅的突出現(xiàn)象，而與對比拋光液相比，本發(fā)明的拋光液能較好的修正前程在晶圓上產(chǎn)生的蝶形凹陷和侵蝕，獲得了較好的晶圓形貌。

效果實施例3

采用對比拋光液2和本發(fā)明拋光液1按照下述條件對semtech854圖形測試晶圓進行拋光。拋光條件：拋光機臺為8”mirra機臺，拋光墊為fujibopad，下壓力為1.5psi，轉(zhuǎn)速為拋光盤/拋光頭＝93/87rpm，拋光液流速為150ml/min，拋光時間為1min。

圖1和圖2分別采用對比拋光液2和本發(fā)明拋光液1拋光后semtech854圖形測試晶圓的表面形貌的sem圖。

圖3和圖4分別采用對比拋光液2和本發(fā)明拋光液1浸漬30分鐘后semtech854圖形測試晶圓的表面形貌的sem圖。

由圖1～4對比可以看出，本發(fā)明的拋光液采用腐蝕抑制劑和銅表面保護劑的組合有效抑制了金屬腐蝕，特別是對銅線區(qū)域有很好的保護，圖形片經(jīng)過本發(fā)明的拋光液拋光后和浸漬后，表面仍然清晰銳利，未發(fā)現(xiàn)金屬腐蝕現(xiàn)象，且無污染顆粒殘留。

應當理解的是，本發(fā)明所述wt％均指的是質(zhì)量百分含量。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，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。對于本領域技術人員而言，任何對本發(fā)明進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，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。