一种用于铜布线阻挡层钴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铜布线阻挡层钴的碱性抛光液及其制备方法，所述抛光液由下述组分组成，按重量百分比计所述碱性抛光液的pH值为7.5—10.5；通过将非离子界表面活性剂、多羟多胺螯合剂和硅溶胶依次于去离子水中逐级混合方式获得；所述碱性抛光液，对设备无腐蚀，稳定性好易清洗，弱碱性环境下易生成可溶性的化合物，从而易脱离表面，有效减低环境污染。

【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，尤其是一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液及其制备方法。
技术介绍
目前，超大规模集成电路的布线层数在不断增加，每一层都要求全局平面化，化学机械抛光是唯一能够实现全局平面化的方法。CMP的研究工作过去主要集中在美国以SEMTECH为主的联合体，在它的推动下CMP技术最早于1994年首先在美国进入工艺线应用。随后，日本于1995年初也开始将CMP工艺引入其0.5μm工艺线的氧化膜平面化工艺，钴的CMP报导开始于2010年，Heylen等人在国际互连技术会议上(IITC)报导了抛光液pH值以及Cu、Co之间电偶腐蚀的研究，结果表明在酸性抛光液中钴具有较高腐蚀速率同时Cu、Co之间电偶腐蚀Co作为阳极被加速腐烛，而使用碱性抛光液有利于提高抛光后片子的良率。同年Nishizawa报导了pH值以及H2O2浓度对Co腐蚀的影响，结论与Heylen的研究类似，他们提出在pH＝10的抛光液中Cu Co之间的电偶腐蚀可以被有效抑制。2012年Peethala等人提出在pH＝10的抛光液中加入BTA后Cu Co之间的电偶腐蚀会被进一步降低，而加入精氨酸可以提高Co在碱性抛光液中的抛光速率。2014年，Liang Jiang等研究了H2O2浓度对于Co的化学机械抛光特性的影响，使用酸性抛光液时去除速率达但其静态腐蚀速率也较高，达他们还发现在碱性条件下，Co发生自钝化，影响抛光特性。可见，新型阻挡层钴CMP的技术存在一系列的复杂化学和机械的作用，有许多影响参数如压力与温度，pH值等，涉及到金属物理，固体物理，材料学和微电子技术等多种学科，还存在着许多亟待解决的理论问题。目前全世界对钴的化学机械抛光过程都缺乏系统的研究，主要存在的问题包括：1)钴去除速率不高，且未考虑抛光后钴表面粗糙度差；2)钴铜速率选择性差；3)Co腐蚀、钴铜界面腐蚀严重。并且由于在化学机械抛光中，抛光液对抛光速率和抛光效果起着重要的作用，因此抛光液的配比一直作为商业机密而不被公开。专利CN102516875B与CN102304327A均提供了一种基于金属Co的抛光工艺的抛光液，该抛光液均为酸性(pH值范围3-5)，分别包含氧化剂，研磨颗粒，螯合剂，噻唑衍生物抑制剂，以及余量的水。该抛光液使用噻唑衍生物抑制剂有效抑制了铜和钴的静态腐蚀，因而有效降低抛光后缺陷的产生；使用过氧化氢，过硫酸铵，高碘酸钾，高氯酸钾等氧化剂也能有效抑制钴的静态腐蚀，防止了钴在抛光过程中的过腐蚀。但是实验发现，在含有氧化剂的酸性抛光液中，阻挡层材料钴易于溶解，造成沟槽中铜的脱附。所以开发碱性的钴阻挡层抛光液十分必要。
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铜布线阻挡层钴的碱性抛光液。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供上述用于铜布线阻挡层钴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：一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液，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7.5—10.5，其中，所述多羟多胺螯合剂为四羟基乙基乙二胺、乙二胺、三乙醇胺中的一种或任意混合，可以作为pH调节剂、缓冲剂和螯合剂；所述非离子界表面活性剂是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)的一种或任意混合。优选的，上述用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液，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10.5。优选的，上述用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液，所述硅溶胶的粒径50nm—90nm,分散度在±5％之间。上述用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液的制备方法，具体步骤如下：将非离子界表面活性剂、多羟多胺螯合剂和硅溶胶按组方量依次加入部分去离子水中，通过逐级混合的方式搅拌均匀，最后用去离子水补齐余量，继续搅拌均匀即可。本专利技术的有益效果是：上述用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液，对设备无腐蚀，稳定性好易清洗，弱碱性环境下易生成可溶性的化合物，从而易脱离表面，有效减低环境污染；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：取磨料硅溶胶10g，其粒径50nm-90nm，分散度±5％在之间，浓度为1％；分别加入四羟基乙基乙二胺5g，作为pH值调节剂、缓冲剂和螯合剂，不含金属离子，调节pH为7.5；聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)1g，去离子水为余量984g；具体制备方法如下：将非离子界表面活性剂、多羟多胺螯合剂和硅溶胶按组方量依次加入部分去离子水中，通过逐级混合的方式搅拌均匀，最后用去离子水补齐余量，继续搅拌均匀即可。试验监测：该抛光液pH为7.5、粒径为50-100nm。速率实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机，工作压力为1psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。对直径3inch、厚度为2mm的铜片(纯度为99.99％)和直径3inch、厚度为2mm的钴片(纯度为99.99％)进行抛光，测得铜与钴的平均去除速率：铜为530nm/min,钴为620nm/min，去除速率高，速率选择比好。表面粗糙度：铜为2nm，钴为5nm，平坦化效果好。铜钴电偶腐蚀电位为5mV,铜钴电偶腐蚀电流为2μA，铜钴电偶腐蚀弱。实施例2配置1000g抛光液：取磨料硅溶胶30g，其粒径50nm-90nm,分散度±5％在之间，浓度为3％；分别加入乙二胺30g，作为pH值调节剂、缓冲剂和螯合剂，不含金属离子，调节pH为8.5；OⅡ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)50g，去离子水为余量890g；制备方法同实施例1。试验监测：该抛光液pH为8.5、粒径为50-110nm。速率实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机，工作压力为1psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。对直径3inch、厚度为2mm的铜片(纯度为99.99％)和直径3inch、厚度为2mm的钴片(纯度为99.99％)进行抛光，测得铜与钴的平均去除速率：铜为830nm/min,钴为1020nm/min，去除速率高，速率选择比好。表面粗糙度：铜为1nm，钴为2nm，平坦化效果好。铜钴电偶腐蚀电位为2mV,铜钴电偶腐蚀电流为0.2μA，铜钴电偶腐蚀弱。实施例3配置1000g抛光液：取磨料硅溶胶50g，其粒径50nm-90nm,分散度±5％在之间，浓度为5％；分别加入三乙醇胺50g，作为pH值调节剂、缓冲剂和螯合剂，不含金属离子，调节pH为10.5；表面活性剂OⅡ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)100g，去离子水为余量800g；制备方法同实施例1。试验监测：该抛光液pH为10.5、粒径为40-100nm。速率实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机，工作压力为1psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液，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7.5—10.5，其中，所述多羟多胺螯合剂为四羟基乙基乙二胺、乙二胺、三乙醇胺中的一种或任意混合，可以作为pH调节剂、缓冲剂和螯合剂；所述非离子界表面活性剂是FA/O表面活性剂、聚氧乙烯仲烷基醇醚、OⅡ‑7((C10H21‑C6H4‑O‑CH2CH2O)7‑H)、OⅡ‑10((C10H21‑C6H4‑O‑CH2CH2O)10‑H)的一种或任意混合。

【技术特征摘要】
1.一种用于铜布线阻挡层钴的碱性抛光液，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7.5—10.5，其中，所述多羟多胺螯合剂为四羟基乙基乙二胺、乙二胺、三乙醇胺中的一种或任意混合，可以作为pH调节剂、缓冲剂和螯合剂；所述非离子界表面活性剂是FA/O表面活性剂、聚氧乙烯仲烷基醇醚、OⅡ-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OⅡ-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)的一种或任意混合。2.根据权利要...

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