一种碱性的阻挡层化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术提供一种用于阻挡层抛光的碱性抛光液，含有:(a)研磨颗粒(b)唑类化合物(c)磷酸(d)氯化铵(e)端基有氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇共聚物的Low‑K材料抑制剂(f)氧化剂(g)水。该抛光液通过加入端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物可以选择性抑制Low‑K材料的抛光速度，改善芯片表面的蝶形缺陷和局部侵蚀。

An alkaline barrier chemical mechanical polishing fluid

The present invention provides a method for alkaline polishing, polishing barrier layer containing abrasive particles: (a) (b) compounds (c) phosphate (d) ammonium chloride (E) with polyethylene glycol, Low amino terminal K material inhibitors of poly propylene glycol, ethylene glycol and propylene glycol copolymer (f) the oxidant (G) water. The polishing solution by adding polyethylene glycol copolymer, amino terminated poly propylene glycol, ethylene glycol and propylene glycol can selectively inhibit Low K speed polishing materials, improve the butterfly defects and local erosion on the surface of chip.

【技术实现步骤摘要】
一种碱性的阻挡层化学机械抛光液
本专利技术涉及一种化学机械抛光液及其应用，尤其涉及一种应用于阻挡层的碱性抛光液。
技术介绍
化学机械抛光(CMP)，是实现芯片表面平坦化的最有效方法。阻挡层通常介于二氧化硅和铜线之间，起到阻挡铜离子向介电层扩散的作用。抛光时，首先阻挡层之上的铜被去除。由于此时铜的抛光速度很快，会形成各种缺陷(例如：蝶形缺陷dishing,和侵蚀erosion)。在抛光铜时，通常要求铜CMP先停止在阻挡层上，然后换另外一种专用的阻挡层抛光液，去除阻挡层(例如钽)，同时对蝶形缺陷dishing和侵蚀erosion进行修正，实现全局平坦化。钽是阻挡层常用的金属。在现有的抛光技术中，有一些方法可以提高阻挡层的抛光速度，如US7241725、US7300480用亚胺、肼、胍提升阻挡层的抛光速度。US7491252B2用盐酸胍提升阻挡层的抛光速度。US7790618B2用到亚胺衍生物和聚乙二醇硫酸盐表面活性剂，用于阻挡层的抛光。随着技术的不断发展，Low-K材料被引入半导体制程。对于含有Low-K材料的阻挡层抛光中，要求氧化硅(TEOS)的抛光速度要大于或等于Low-K材料的抛光速度。只有这样才能保证抛光速度从开始时的“很快”，缓慢降低，在抛光停止前达到一个合理的速度，保证TEOS/BD/ULK/Cu四者之间有一个合适的选择比，从而实现全局平坦化(图1)。这是继铜、钽、二氧化硅材料之后，对阻挡层的抛光液在抛光速度方面提出了更高的要求。目前，商业化的阻挡层抛光液有酸性和碱性两种，各有优缺点。酸性阻挡层抛光液对铜的抛光速度容易通过双氧水调节，且双氧水稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较慢；而碱性阻挡层抛光液对铜的抛光速度不容易通过双氧水调节，且双氧水不稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较快。已知的碱性抛光液应用于含有Low-K材料的阻挡层抛光通常具有一个缺点:TEOS抛光速度会显著大于Low-K材料的抛光速度，因为Low-K材料的机械强度相对于TEOS较弱。为了抑制Low-K材料的抛光速度较快，通常会选择加入抛光速度抑制剂，选择性地抑制Low-K材料的抛光速度。这是一项非常具有挑战性的工作，因为抛光速度抑制剂通常会同时抑制TEOS和Low-K材料的抛光速度，这样会导致二氧化硅抛不动，抛光速度慢。更常见的情况是Low-K材料的抛光速度虽然能够被部分抑制，但是难以实现抛光速度小于TEOS。最终不能实现很好的平坦化。另外，国内外有专利记载，通过加入表面活性剂来抑制Low-K材料的抛光速度，例如CN101665664A中采用季铵盐阳离子表面活性剂抑制低介电材料(例如BD)的抛光速度。所述的阳离子季铵盐含有C8以上的长链，但是大多数季铵盐型阳离子表面活性剂会显著抑制二氧化硅(OXIDE)的抛光速度，会阻止抛光，而且抛光液体系很不稳定，这是原因阳离子电荷中和了抛光颗粒表面的负电，降低了静电排斥；又如，EP2119353A1使用poly(methylvinylether)用于含Low-K材料的抛光，但是聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，会在Low-K材料表面强烈吸附，难以清洗，同时造成测量误差。再如，US2008/0276543A1将甲脒、胍类以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物用于阻挡层的抛光，但是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对low-K材料抛光速度的抑制效果差别很大，以ULK为例，PVP对其抛光速度的抑制效果很不明显。所以需要寻找更合适的Low-K材料抑制剂，实现抛光时，抛光速度从上层到下层，逐渐减慢，最终实现合适的TEOS/BD/ULK/Cu选择比，从而实现全局平坦化。除上述问题，无论是在酸性抛光还是碱性抛光条件下，经常遇到边缘过度侵蚀(edge-over-erosion,EOE)的问题，其形状又被称作“犬牙”(fang)。通常发生在阻挡层抛光之后。在大块的铜结构边缘，会有二氧化硅等电介质的缺失，形成沟槽。有些时候也会看到由于电偶腐蚀引起的铜的缺失。EOE现象，降低了芯片表面的平坦度，在导电层、介电层一层一层向上叠加时，会继续影响上一层的平坦度，导致抛光后，每一层的表面凹陷处，可能会有铜的残留，导致漏电、短路，因而影响半导体的稳定性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种碱性化学机械抛光液，尤其是一种应用于含有Low-K材料的阻挡层碱性抛光液。所述的碱性抛光液能在抑制Low-K材料的抛光速率的同时，保持较高的TEOS的抛光速率，可以改善金属抛光过程中产生的蝶形缺陷和缺蚀，最终实现全局平坦化。本专利技术中公开一种碱性化学机械抛光液，其包含研磨颗粒、唑类化合物，磷酸，氯化铵，Low-K材料抑制剂，氧化剂和水。其中，所述研磨颗粒较佳为二氧化硅，其含量为5-20wt％。其中，所述唑类化合物较佳为苯并三氮唑(BTA),三氮唑(TAZ),甲基苯并三氮唑(TTA)，其含量为0.02-0.3wt％。其中，所述磷酸的质量百分比为0.05-0.4％。其中，所述氯化铵的质量百分比为0-0.03％。其中，所述端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇共聚物的Low-K材料抑制剂。其结构式为下述的任一种：结构1结构2结构3此处，R为氢或甲基，所述Low-K材料抑制剂的活泼氢当量(aminehydrogenequivalentweight，简写AHEV值)为80-1100，其含量为0.01-0.2％。其中，所述的过氧化氢质量百分比为0.1-2％。其中，所述的抛光液的pH值为9-11。其中，所述的碱性抛光液中还包括水和pH调节剂等本领域常见添加剂。本专利技术的技术效果在于：1)本专利技术的抛光液通过加入Low-K材料抑制剂能抑制Low-K材料的抛光速度，实现氧化硅(TEOS)的抛光速度大于或等于Low-K材料的抛光速度，其在阻挡层抛光方面具有良好的应用前景。2)本专利技术的抛光液可以有效改善抛光后基材表明的蝶形缺陷和缺蚀现象，从而实现基材的全局平坦化。附图说明图1为抛光液用于阻挡层抛光的硅片切面图具体实施方式本专利技术的碱性抛光液可按下述方法制备：将除氧化剂以外的其他组分按比例混合均匀，用pH调节剂(如KOH或HNO3)调节到所需要的pH值，使用前加氧化剂，混合均匀即可。其中，水为余量。本专利技术所用试剂及原料均市售可得。下面通过具体实施例进一步阐述专利技术的优点，但本专利技术的保护范围不仅仅局限于下述实施例。按照表1中各实施例以及对比实施例的成分及其比例配制抛光液。表1和表2中的浓度为质量百分比。其中抛光条件为：Mirra抛光机台，Fujibo抛光垫，抛光压力1.5PSI,抛光液流量140mL/min,抛光盘/抛光头转速：103/97RPM。表1实施例(Examples)中抛光液的组分和含量表2对比例中抛光液的组分和含量如表3所示，对比例1，2表明，不加Low-K材料抑制剂，Low-K的抛光速度会很快，会造成很深的蝶形缺陷和缺蚀，对比例3，4表明，加入Low-K材料抑制剂以后，Low-K的抛光速度会被抑制到小于TEOS(二氧化硅)，缺蚀会有一定程度的改善，但是仍然不能达到工艺要求。实施例1-6表明，用本专利技术的配方，可以实现Low-K的抛光速度小于TEOS(二氧化硅)的抛光速度，同时显著改善蝶形缺陷和缺蚀。表3实施例和对比例的抛光情况以上对本专利技术的具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性的阻挡层抛光液，含有研磨颗粒，唑类化合物，磷酸，氯化铵，氧化剂，水和Low‑K材料抑制剂，其特征在于，所述Low‑K材料抑制剂为端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物。

【技术特征摘要】
1.一种碱性的阻挡层抛光液，含有研磨颗粒，唑类化合物，磷酸，氯化铵，氧化剂，水和Low-K材料抑制剂，其特征在于，所述Low-K材料抑制剂为端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物。2.如权利要求1所述碱性的阻挡层抛光液，其特征在于，所述端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物结构为下述的任一种：R为氢或甲基。3.如权利要求2所述的碱性的阻挡层抛光液，其特征在于，所述端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物的活泼氢当量为80-1100。4.如权利要求2所述的碱性的阻挡层抛光液，其特征在于，所述端基含氨基的聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇共聚物的质量百分比含量为0.01-0.2％。5.如权利要求1所述的碱性的阻挡层抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为二氧化硅。6.如权利要求1所述的碱性的阻挡层抛光液，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：何华锋，王晨，李星，
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