一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术公开了一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法，该抛光液包含研磨颗粒、唑类化合物、有机磷酸、非离子表面活性剂及氧化剂。本发明专利技术的化学机械抛光液可以在满足阻挡层抛光过程中对各种材料的抛光速率和选择比要求的同时，对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力，且能够快速实现平坦化，提高工作效率，降低生产成本。

A chemical mechanical polishing fluid for planarization of barrier layers

The present invention discloses a chemical mechanical polishing liquid for barrier planarization and a method of use thereof, wherein the polishing liquid comprises abrasive particles, azole compounds, organic phosphoric acid, non-ionic surfactant and oxidant. The chemical mechanical polishing solution can satisfy the barrier layer during the polishing process of various materials polishing rate and selectivity requirements at the same time, the defect on the surface of a semiconductor device has a strong correction ability, and can quickly achieve planarization, improve work efficiency, reduce the production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液
本专利技术涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法
技术介绍
在如今的集成电路制造领域内，互连技术的工艺标准不断提高，具体表现为互连工艺的层数逐渐增加，同时其特征尺寸不断缩小，因此对硅片表面平整度的要求也越来越高。因为如果不能实现平坦化，则在半导体晶圆上创建复杂和密集的结构会非常有限，目前，化学机械抛光方法(CMP)是可实现整个硅片平坦化的最有效的方法。CMP工艺是一种通过化学和机械力获得表面平坦化的加工方法。典型的化学机械抛光方法主要利用固相反应的抛光原理，具体为，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。然而，随着集成电路技术向超深亚微米(32、28nm)方向发展，因特征尺寸减小而导致的寄生电容愈加严重的影响着电路的性能，为减小这一影响，就必须采用超低介电材料(ULK)来降低相邻金属线之间的寄生电容，目前较多采用超低介电材料为Coral，因此，在CMP过程中除了要严格控制表面污染物指标以及杜绝金属腐蚀外，还要具有较低的蝶形凹陷和抛光均一性才能保证更加可靠的电性能，特别是在阻挡层的平坦化过程中，需要在更短的时间和更低的压力下快速移除阻挡层金属、封盖氧化物，并能很好的停止在超低介电材料表面，形成互连线，而且对小尺寸图形不敏感。这就对CMP提出了更高的挑战，因为通常超低介电材料为参杂碳的氧化硅，其具有与二氧化硅相似的表面性，所以要控制停止层的残留厚度，就要有很强的选择比的调控能力，还要有很高的稳定性和易清洗等特征。目前，关于抛光液的报道可以分为碱性与酸性两类，例如CN1400266公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包含二氧化硅磨料、胺类化合物和非离子表面活性剂，该抛光液会对铜产生腐蚀；CN101372089A公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包含二氧化硅磨料、腐蚀抑制剂、氧化剂、非离子氟表面活性剂和芳族磺酸氧化剂化合物，该抛光液的阻挡层的抛光速率较低，且产率较低；CN101012356A公开了一种酸性阻挡层抛光液，该抛光液包含氧化剂、部分被铝覆盖的二氧化硅颗粒、抑制剂和络合剂，该酸性抛光液存在对铜腐蚀严重的缺陷。本专利技术旨在提供一种适合于ULK-铜互连制程中的阻挡层抛光液，其在较温和的条件下具有高的阻挡层去除速率和超低介电材料界面的工艺停止特性，并能很好的控制蝶形凹陷，金属腐蚀和表面污染物指标。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种适合于ULK-铜互连制程中的阻挡层抛光，具有高的阻挡层(TaN/Ta)的抛光速率，并满足阻挡层抛光工艺中对二氧化硅(Teos)、铜和超低介电材料(ULK)的去除速率及去除速率选择比的要求，且对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力，抛光后污染物残留少，自身稳定性高的抛光液。本专利技术提供了一种应用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，该抛光液包含研磨颗粒、唑类化合物、有机磷酸、非离子表面活性剂和氧化剂。其中，所述研磨颗粒为二氧化硅，研磨颗粒的含量为1～20wt％，更佳的为2～10wt％；研磨颗粒的粒径较佳的为20～150nm，更佳的为30～120nm。其中，所述唑类化合物较佳的选自下列中的一种或多种：苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、5-苯基四氮唑、巯基苯基四氮唑、苯并咪唑，萘并三唑、2-巯基-苯并噻唑。所述唑类化合物的含量较佳的为0.001～2wt％，更佳的为0.01～1wt％。其中，所述有机磷酸较佳的选自下列中的一种或多种：羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五亚甲基膦酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三膦酸、多氨基多醚基亚甲基膦酸等，所述有机磷酸的含量为0.001～2wt％，更佳的为0.01～1wt％。其中，所述非离子表面活性剂较佳的选自下列中的一种或多种：C10～18脂肪醇聚氧乙烯(n)醚(n＝7～30)、C8～9烷基酚聚氧乙烯(n)醚(n＝8～200)、C12～18脂肪胺聚氧乙烯(n)醚(n＝10～60)、陶氏化学公司的TritonCF-10、陶氏化学公司的TritonCF-21、陶氏化学公司的TritonDF-12、陶氏化学公司的TritonDF-16和陶氏化学公司的TritonDF-18。所述非离子表面活性剂的含量较佳的为0.001～0.5wt％，更佳的为0.01～0.2wt％。其中，所述氧化剂较佳的选自下列中的一种或多种：过氧化氢、过氧乙酸，过硫酸钾、过硫酸铵。所述氧化剂的含量较佳的为0.01～5wt％，更佳的为0.1～2wt％。其中，所述化学机械抛光液的PH值为8.0～12.0，更佳的为9.0～11.0。另外，本专利技术的化学机械抛光液还可以包含pH调节剂和杀菌剂等其他本领域添加剂。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术的化学机械抛光液可以满足阻挡层抛光过程中对各种材料的抛光速率和选择比要求，对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力，能够快速实现平坦化，提高工作效率，降低生产成本。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不以此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。表1给出了对比抛光液1～3和本专利技术的抛光液1～15的各组分配比，按表中所给的配方，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，用KOH或HNO3调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，并用水补充总量至100wt％，混合均匀即可得到所需的抛光液。本专利技术所用试剂及原料均市售可得。表1对比抛光液1～2和本专利技术的抛光液1～15的配方效果实施例1采用对比抛光液1～3和本专利技术的抛光液1～9按照下述条件对铜(Cu)、钽(Ta)、二氧化硅(TEOS)和超低介电材料(ULK)进行抛光。抛光条件：抛光机台为8”Mirra机台，抛光垫为Fujibopad，下压力为1.5psi，转速为抛光盘/抛光头＝93/87rpm，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为1min。表2对比抛光液1～3和本专利技术抛光液1～9对铜(Cu)、钽(Ta)、二氧化硅(TEOS)和超低介电材料(ULK)的去除速率及抛光效果由表2可见，与对比抛光液1和对比抛光液2相比，本专利技术的抛光液可以获得较高的阻挡层Ta和二氧化硅(TEOS)的去除速率，同时获得较低的超低介电材料ULK的去除速率，能在抛光过程中较好的停止在超低介电材料ULK的表面。与对比抛光液3相比，使用二氧化硅作为研磨颗粒，能够获得无划伤的铜的表面。效果实施例2采用对比抛光液1～2和本专利技术的抛光液1～7按照下述条件对带有图案的铜晶片进行抛光。抛光条件：抛光机台为8”Mirra机台，抛光垫为Fujibopad，下压力为1.5psi，转速为抛光盘/抛光头＝93/87rpm，抛光液流速为150ml/min，抛光时间为1min。表3对比抛光液1～2和本专利技术抛光液1～7对带有图案的铜晶片抛光后的矫正能力对比其中，表中Dishing，是指阻挡层抛光前在金属垫上的蝶形凹陷(埃)，Erosion是指阻挡层在细线区域(50％line)上的侵蚀(埃)，是指抛光后的矫正能力值。由表3可以看出，与对比抛光液1和对比抛光液2相比，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液包含研磨颗粒、唑类化合物、有机磷酸、非离子表面活性剂和氧化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液包含研磨颗粒、唑类化合物、有机磷酸、非离子表面活性剂和氧化剂。2.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为二氧化硅。3.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的含量为2～20wt％。4.如权利要求3所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的含量5～15wt％。5.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为10～150nm。6.如权利要求5所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的粒径为20～120nm。7.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述唑类化合物选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、5-苯基四氮唑、巯基苯基四氮唑、苯并咪唑、萘并三唑、2-巯基-苯并噻唑中的一种或多种。8.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述唑类化合物的含量为0.001～2wt％。9.如权利要求8所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述唑类化合物的含量为0.01～1wt％。10.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所述有机磷酸选自羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五亚甲基膦酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三膦酸、多氨基多醚基亚甲基膦酸中的一种或多种。11.如权利要求1所述的用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚颖，荆建芬，蔡鑫元，邱腾飞，宋凯，
申请(专利权)人：安集微电子科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31