一种用于阻挡层抛光的酸性抛光液制造技术

本发明专利技术提供一种用于阻挡层抛光的酸性抛光液，含有(a)研磨颗粒(b)端基含氨基的硅烷偶联剂(c)唑类化合物(d)有机膦酸络合剂(e)聚乙烯亚胺型表面活性剂(f)氧化剂(g)水。该抛光液可以有效降低蝶形缺陷和局部侵蚀，同时具有长期稳定性。

Acid polishing liquid for blocking layer polishing

The present invention provides a method for acidic polishing liquid barrier polishing, containing abrasive particles (a) (b) silane coupling agent containing amino terminal (c) azole compounds (d) organic phosphonic acid chelating agent (E) polyethylene imine surfactant (f) oxidant (g) water. The polishing solution can effectively reduce butterfly shape defects and local erosion, and has long-term stability simultaneously.

【技术实现步骤摘要】
一种用于阻挡层抛光的酸性抛光液
本专利技术提出了一种酸性抛光液，其具有长期的稳定性，用于阻挡层抛光，可以实现硅片的全局平坦化。
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，例如，美国专利7241725和美国专利7300480采用亚胺、肼、胍提升阻挡层的抛光速度。美国专利7491252B2采用盐酸胍提升阻挡层的抛光速度。美国专利7790618B2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。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。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，对铜的腐蚀问题难以解决。国内外已有专利记载，通过加入表面活性剂来抑制Low-K材料的抛光速度，例如中国专利101665664A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，从而阻止抛光；又如，欧洲专利2119353A1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，美国专利2008/0276543A1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。因此，上述各种阻挡层抛光液不能实现很好的平坦化。而且，碱性抛光液通常具有这样一个缺点，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。与此同时，Low-K材料的抑制剂或影响抛光液稳定性，或不能高倍浓缩。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
本专利技术涉及一种酸性抛光液，尤其涉及一种应用于含有Low-K材料的阻挡层抛光的酸性抛光液。所述的酸性抛光液具有长期的颗粒稳定性；同时，该酸性抛光液可以实现TEOS的抛光速度大于或等于Low-K材料的抛光速度，保证抛光后，晶圆的蝶形缺陷和局部侵蚀少，从而实现全局平坦化。本专利技术中所述的酸性抛光液含有研磨颗粒，硅烷偶联剂，唑类化合物，有机膦酸络合剂，聚乙烯亚胺型表面活性剂，氧化剂和水。其中，所述的研磨颗粒为二氧化硅，其含量为1-15wt％。其中，所述的硅烷偶联剂为端基含氨基的硅烷偶联剂，优选为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)，其含量为0.01-0.2wt％。其中，所述的唑类化合物为苯并三氮唑(BTA),三氮唑(TAZ),甲基苯并三氮唑(TTA)，其质量百分比浓度为0.01-0.5％。其中，所述的有机膦酸络合剂为2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)和羟基亚乙基二膦酸(HEDP)质量百分比浓度为0.01-0.3％。其中，所述的聚乙烯亚胺型表面活性剂质量百分比浓度为0.01-0.2％。其中，所述的氧化剂为双氧水，其质量百分比浓度为0.1-2％。其中，所述的抛光液的pH值较佳为2-6。其中，所述的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)本专利技术提出的酸性抛光液，利用抛光液在酸性条件下，易于找到合适的研磨颗粒以提高氧化硅(TEOS)的抛光速度和Low-K材料的抛光速度比，大幅降低硅片表面的蝶形缺陷和缺蚀，可以实现全局平坦化。2)本专利技术的酸性抛光液通过加入硅烷偶联剂和聚乙烯亚胺协同作用，可以提高抛光液中研磨颗粒的稳定性。3)通过提高抛光液的稳定，有利于抛光效果的稳定，从而抛光硅片的合格率提升，产品质量进一步提高。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酸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和2中各实施例及对比实施例的成分及其比例配制抛光液。表1和表2中的含量和浓度都为质量百分比浓度。其中，抛光晶圆(Wafer)为含有Low-K材料的BD854图形硅片。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PBTCA：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸；HEDP：羟基亚乙基二膦酸；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，不含表面活性剂的抛光液，会造成很深的蝶形缺陷和缺蚀，对比例3、4表明，加了表面活性剂以后，蝶形缺陷和缺蚀会有一定程度的改善，但是仍然不能达到工艺要求，同时,表面活性剂破坏了抛光液的稳定性，抛光液迅速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻挡层抛光的酸性抛光液，含有研磨颗粒，硅烷偶联剂，唑类化合物，有机膦酸络合剂，聚乙烯亚胺型表面活性剂，氧化剂和水。

【技术特征摘要】
1.一种阻挡层抛光的酸性抛光液，含有研磨颗粒，硅烷偶联剂，唑类化合物，有机膦酸络合剂，聚乙烯亚胺型表面活性剂，氧化剂和水。2.如权利要求1所述的阻挡层抛光的酸性抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为二氧化硅。3.如权利要求1所述的阻挡层抛光的酸性抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒含量为1-15wt％。4.如权利要求1所述的阻挡层抛光的酸性抛光液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为端基含氨基的硅烷偶联剂。5.如权利要求4所述的阻挡层抛光的酸性抛光液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或氨丙基甲基二乙氧基硅烷。6.如权利要求1所述的用于阻挡层抛光的酸性抛光液，其特征在于，所述硅烷偶联剂含量为0.01-0.2wt％。7.如权利要求1所述的阻挡层抛光的酸性抛光液，其特征在于，所述唑类化合物为苯并三氮唑(BTA)或甲基苯并三氮唑(TTA)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星，王晨，何华锋，
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