一种用于阻挡层钌的碱性抛光液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于阻挡层钌的碱性抛光液及其制备方法，所述抛光液由下述组分组成，按重量百分比计硅溶胶1—5％，乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)0.5‑5％，过氧化氢0.5‑4％，非离子界表面活性剂0.1‑10％，去离子水余量；所述碱性抛光液的pH值为9—13；所述抛光液可以使Ru和Cu达到较高的抛光速率，抛光过程中化学作用增强明显，可控性高，可以使Ru和Cu达到良好的速率选择比；在抛光过程中Ru和Cu的电偶腐蚀低，可以有效抑制降低电偶腐蚀；抛光之后表面光滑平坦，全局平坦性高，粗糙度小；污染小，提高器件的可靠性，高pH值条件下仍旧稳定,且后清洗简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于微电子领域的抛光液及其制备方法，尤其是一种用于阻挡层钌的碱性抛光液及其制备方法。
技术介绍
随着集成电路制备技术的不断发展与进步，电路的布线层数越来越多，同时特征尺寸也在不断的减小。尤其当特征尺寸低至22nm节点甚至更低的时候，传统的阻挡层工艺材料Ta/TaN结构将使芯片出现很多致命问题，比如铜互连电阻将会上升，使铜互联延迟时间会上升，降低芯片可靠性，同时电镀Cu的铜籽晶层厚度太厚，很难达到工业要求。为了克服这些缺点，一些新材料的性质被人们逐渐的发现并且利用，惰性金属Ru由于自身的一些性质，被选为下一节点新型阻挡层材料，Ru(7uΩ.cm)相比较于Ta(14uΩ.cm)有更低的电阻率，并且能够实现Cu的无籽晶直接电镀，被认为是下一代超大规模集成电路最适合的新型阻挡层材料。在微电子行业当中，超精密化学机械抛光是能够实现全局的平坦化的唯一加工,而芯片制造过程中每一层都需要全局平坦化，所以新型阻挡层Ru的CMP需要进一步发展。随着微电子行业的不断发展，对化学机械抛光的要求也不断提高，由于碱性环境适合微电子生产的环境，因此研究开发碱性抛光液以适应微电子行业的迅速发展，是该领域亟待解决的难题之一。Ru为银白色的铂族金属，化学性质稳定，硬度大，化合价有+2，+4，+6，+,8。普通的酸包括王水在常温下对Ru基本没有腐蚀作用，所以如果不加入氧化剂的话，Ru的抛光速率很低，只靠单纯的机械作用很难有较高的速率，Ru在酸性环境下会生成有毒的RuO4，在碱性环境中会生成RuO4—，和RuO42—，可以在溶液中被螯合走，因此碱性抛光液是最适合于Ru的抛光液。H.Cui研究了各种常见的氧化剂(W/O,H2O2,K3Fe(CN)6,KIO3,NaCLO4,NaIO4,KCLO4,K2S2O4)对Ru的CMP影响，得出结论NaIO4和NaCLO4能够对Ru达到很快的抛光速率，然而此次实验是在抛光压力为6psi的条件下所进行的，压力太大，并不不适用于工业生产的工作压力，而且NaCLO4,NaIO4将会引入Na+，Na+将会为后期的清洗工作带来很大的困难，这将会在工艺中引入二次污染，对于工业生产来说，这些都是不可取的。曾旭采用高碘酸钾和甘氨酸为主要成分,氢氧化钾作为pH调节剂制备的抛光液，甘氨酸价格成本比较高，而且以高碘酸钾(KIO4)为氧化剂的时候，Ru和Cu之间的电偶腐蚀较为严重，速率选择比有待进一步提高，而且高碘酸钾(KIO4)和氢氧化钾(KOH)将会在工业生产中带来K+，K+将会在工艺中带来造成二次污染，降低芯片的成品率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于阻挡层钌的碱性抛光液。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供上述用于阻挡层钌的碱性抛光液的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种用于阻挡层钌的碱性抛光液，由下述组分组成，按重量百分比计所述碱性抛光液的pH值为9—13,其中，所述非离子界表面活性剂为FA/O表面活性剂、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OⅡ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OⅡ-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12一18H25一37-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)的一种或几种任意混合。优选的，上述用于阻挡层钌的碱性抛光液，由下述组分组成，按重量百分比计所述碱性抛光液的pH值为9。优选的，上述用于阻挡层钌的碱性抛光液，所述硅溶胶的粒径30nm—90nm，分散度在±5％之间。优选的，上述用于阻挡层钌的碱性抛光液，所述乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)不含金属离子，同时可以作为pH调节剂、缓冲剂和螯合剂。优选的，上述用于阻挡层钌的碱性抛光液，所述过氧化氢不含金属离子，作为氧化剂在碱性介质下可溶。上述用于阻挡层钌的碱性抛光液的制备方法，具体步骤如下：先取部分离子水，然后按照顺序依次逐级边搅拌边放入组方量的乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)、非离子界表面活性剂和过氧化氢，最后将硅溶胶放入混合好的液体当中，整个混合过程不停搅拌直至导入完毕。本专利技术的有益效果是：上述用于阻挡层钌的碱性抛光液，可以使Ru和Cu达到较高的抛光速率，抛光过程中化学作用增强明显，可控性高，可以使Ru和Cu达到良好的速率选择比；在抛光过程中Ru和Cu的电偶腐蚀低，可以有效抑制降低电偶腐蚀；抛光之后表面光滑平坦，全局平坦性高，粗糙度小；污染小，提高器件的可靠性，高pH值条件下仍旧稳定,且后清洗简单；其制备方法简单，适合规模化工业生产的需要。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术所述技术方案作进一步的详细说明。实施例1配置1000g抛光液：取500g离子水，然后取乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)5g，FA/0非离子活性剂5g,过氧化氢5g，按照顺序边搅拌边倒入去离子水中；取磨料硅溶胶10g，其粒径30nm-90nm,分散度±5％在之间，边搅拌边倒入混合好的液体当中，其余用去离子水补平，得到1000g抛光液,pH为9。实施例2配置1000g抛光液：取500g离子水，然后取乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)20g，表面活性剂聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)100g,过氧化氢10g，按照顺序边搅拌边倒入去离子水中；取磨料硅溶胶20g，其粒径30nm-90nm,分散度±5％在之间，边搅拌边倒入混合好的液体当中，其余用去离子水补平，得到1000g抛光液,pH为10。实施例3配置1000g抛光液：取500g离子水，然后取乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)30g，表面活性剂OⅡ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)40g,过氧化氢20g，按照顺序边搅拌边倒入去离子水中；取磨料硅溶胶20g，其粒径30nm-90nm,分散度±5％在之间，边搅拌边倒入混合好的液体当中，其余用去离子水补平，得到1000g抛光液,pH为13。实施例4配置1000g抛光液：取500g离子水，然后取乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)40g，表面活性剂OⅡ-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)40g，过氧化氢20g，按照顺序边搅拌边倒入去离子水中；取磨料硅溶胶20g，其粒径30nm-90nm,分散度±5％在之间，边搅拌边倒入混合好的液体当中，其余用去离子水补平，得到1000g抛光液,pH为11.5。实施例5配置1000g抛光液：取500g离子水，然后取乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)50g，表面活性剂O-20(C12一18H25一37-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)1g,过氧化氢40g，按照顺序边搅拌边倒入去离子水中；取磨料硅溶胶50g，其粒径30nm-90nm,分散度±5％在之间，边搅拌边倒入混合好的液体当中，其余用去离子水补平，得到1000g抛光液,pH为9。所述碱性抛光液使用过程中，抛光机工作压力2psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。在此配比条件下，Ru和Cu的抛光速率选择比较为接近，其中Ru和Cu的去除速率可以分别达到40nm/min,41nm/min，糙度可以达到4.5nm，Ru和Cu之间得到电偶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于阻挡层钌的碱性抛光液，其特征在于：由下述组分组成，按重量百分比计所述碱性抛光液的pH值为9—13,其中，所述非离子界表面活性剂为FA/O表面活性剂、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OⅡ‑7((C10H21‑C6H4‑O‑CH2CH2O)7‑H)、OⅡ‑10((C10H21‑C6H4‑O‑CH2CH2O)10‑H)、O‑20(C12一18H25一37‑C6H4‑O‑CH2CH2O)7‑H)的一种或几种任意混合。

【技术特征摘要】
1.一种用于阻挡层钌的碱性抛光液，其特征在于：由下述组分组成，按重量百分比计所述碱性抛光液的pH值为9—13,其中，所述非离子界表面活性剂为FA/O表面活性剂、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OⅡ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OⅡ-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12一18H25一37-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)的一种或几种任意混合。2.根据权利要求1所述的用于阻挡层钌的碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辰伟，刘玉岭，郑环，周建伟，高宝红，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12