本發(fā)明提出了一種酸性拋光液，其具有長期的穩(wěn)定性，用于阻擋層拋光，可以實(shí)現(xiàn)硅片的全局平坦化。

背景技術(shù)：

化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)，是實(shí)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(kuò)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(shí)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，例如，美國專利7241725和美國專利7300480采用亞胺、肼、胍提升阻擋層的拋光速度。美國專利7491252b2采用鹽酸胍提升阻擋層的拋光速度。美國專利7790618b2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(shí)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(diǎn)。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。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，對銅的腐蝕問題難以解決。

國內(nèi)外已有專利記載，通過加入表面活性劑來抑制low-k材料的拋光速度，例如中國專利101665664a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，從而阻止拋光；又如，歐洲專利2119353a1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(qiáng)烈吸附，難以清洗，同時造成測量誤差。再如，美國專利2008/0276543a1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。因此，上述各種阻擋層拋光液不能實(shí)現(xiàn)很好的平坦化。

而且，堿性拋光液通常具有這樣一個缺點(diǎn)，teos拋光速度會顯著大于low-k材料的拋光速度，因?yàn)閘ow-k材料的機(jī)械強(qiáng)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(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)閽伖馑俣纫种苿┩ǔ瑫r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(shí)現(xiàn)拋光速度小于teos。最終不能實(shí)現(xiàn)很好的平坦化。與此同時，low-k材料的抑制劑或影響拋光液穩(wěn)定性，或不能高倍濃縮。

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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種酸性拋光液，尤其涉及一種應(yīng)用于含有l(wèi)ow-k材料的阻擋層拋光的酸性拋光液。所述的酸性拋光液具有長期的顆粒穩(wěn)定性；同時，該酸性拋光液可以實(shí)現(xiàn)teos的拋光速度大于或等于low-k材料的拋光速度，保證拋光后，晶圓的蝶形缺陷和局部侵蝕少，從而實(shí)現(xiàn)全局平坦化。

本發(fā)明中所述的酸性拋光液含有研磨顆粒，硅烷偶聯(lián)劑，唑類化合物，有機(jī)膦酸絡(luò)合劑，聚乙烯亞胺型表面活性劑，氧化劑和水。

其中，所述的研磨顆粒為二氧化硅，其含量為1-15wt％。

其中，所述的硅烷偶聯(lián)劑為端基含氨基的硅烷偶聯(lián)劑，優(yōu)選為3-氨基丙基三乙氧基硅烷(商品名kh550)或氨丙基甲基二乙氧基硅烷(商品名kh902)，其含量為0.01-0.2wt％。

其中，所述的唑類化合物為苯并三氮唑(bta),三氮唑(taz),甲基苯并三氮唑(tta)，其質(zhì)量百分比濃度為0.01-0.5％。

其中，所述的有機(jī)膦酸絡(luò)合劑為2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(pbtca)和羥基亞乙基二膦酸(hedp)質(zhì)量百分比濃度為0.01-0.3％。

其中，所述的聚乙烯亞胺型表面活性劑質(zhì)量百分比濃度為0.01-0.2％。

其中，所述的氧化劑為雙氧水，其質(zhì)量百分比濃度為0.1-2％。

其中，所述的拋光液的ph值較佳為2-6。

其中，所述的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)明提出的酸性拋光液，利用拋光液在酸性條件下，易于找到合適的研磨顆粒以提高氧化硅(teos)的拋光速度和low-k材料的拋光速度比，大幅降低硅片表面的蝶形缺陷和缺蝕，可以實(shí)現(xiàn)全局平坦化。

2)本發(fā)明的酸性拋光液通過加入硅烷偶聯(lián)劑和聚乙烯亞胺協(xié)同作用，可以提高拋光液中研磨顆粒的穩(wěn)定性。

3)通過提高拋光液的穩(wěn)定，有利于拋光效果的穩(wěn)定，從而拋光硅片的合格率提升，產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高。

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(shí)施方式

本發(fā)明的酸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(shí)施例進(jìn)一步闡述發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于下述實(shí)施例。

按照表1和2中各實(shí)施例及對比實(shí)施例的成分及其比例配制拋光液。表1和表2中的含量和濃度都為質(zhì)量百分比濃度。其中，拋光晶圓(wafer)為含有l(wèi)ow-k材料的bd854圖形硅片。拋光條件為：mirra拋光機(jī)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(shí)施例(examples)中拋光液的組分和含量

pbtca：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸；hedp：羥基亞乙基二膦酸；kh550：3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

kh902：氨丙基甲基二乙氧基硅烷

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，不含表面活性劑的拋光液，會造成很深的蝶形缺陷和缺蝕，對比例3、4表明，加了表面活性劑以后，蝶形缺陷和缺蝕會有一定程度的改善，但是仍然不能達(dá)到工藝要求，同時,表面活性劑破壞了拋光液的穩(wěn)定性，拋光液迅速沉淀。實(shí)施例1-6表明，用本發(fā)明的配方，即利用表面活性劑和硅烷偶聯(lián)劑的協(xié)同作用，既顯著改善蝶形缺陷和缺蝕，同時又顯著提高了拋光液的穩(wěn)定性。

表3實(shí)施例和對比例的拋光情況

以上對本發(fā)明的具體實(shí)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(shí)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)。