CN104479560B - 一种适用于低下压力的集成电路铜抛光液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于低下压力的集成电路铜抛光液，属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域。本发明的抛光液包含磨粒、氧化剂和去离子水、含复合抑制剂、复合络合剂和硅溶胶桥联剂。本发明能够在低下压力(1psi以下)条件下实现铜抛光的高去除速率和高表面均匀度。

Description

一种适用于低下压力的集成电路铜抛光液

技术领域

本发明属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域，特别涉及一种去除速率高和表面均匀度高的铜抛光液。

背景技术

化学机械抛光(CMP)是目前公认的实现材料局部和全局平坦化的最有效方法，广泛应用于IC制程的表面平坦化处理。铜已经作为IC集成电路的中间层引线，而且铜的CMP作为微型器件的主要加工工艺，各国均在加紧攻关研究。影响铜CMP全局平坦化的关键因素是抛光液，它决定整个抛光工艺和抛光结果是否理想。另外，随着微电子技术的不断发展，集成电路向高集成化、特征尺寸微细化方向发展。为了尽可能降低由于特征尺寸不断减小而产生的严重互连延迟，在集成电路制造工艺中，已逐渐倾向于应用更低介电常数的电介质材料和具有更低电阻率、更优抗电子迁移性能的铜互连线代替铝互联线。然而，拥有更低介电常数的电介质材料，在传统的化学机械抛光条件下很容易因为应力过大而造成对铜互连线严重损伤，使集成电路失效。因此，开发适用于低下压力的铜抛光液成为应用低介电常数电介质材料和铜互连线的集成电路制造工艺中的关键技术。一般，减小下压力会对包括抛光速率在内的CMP总体性能产生不利影响。例如，采用成熟的商用铜抛光组合物进行铜抛光，压力为5.0psi时抛光速率为333.3nm/min，而当压力减小到约0.5psi时，抛光速率减小至101.9nm/min，相差3倍左右。因此，减小压力抛光会严重的影响生产能力。一般而言，均匀度低于5％将不利于后道工序和操作，随着抛光压力降低，抛光后铜表面的均匀性控制变得更为困难。因此，开发一种去除速率高、表面均匀度好的铜抛光液的任务既紧迫又很有必要。

发明内容

本发明针对现在技术存在着的缺陷，提出了一种适用于低下压力的铜抛光液。本发明能够在低下压力(1psi以下)条件下实现铜抛光的高去除速率和高表面均匀度。

一种适用于低下压力的集成电路铜抛光液，该抛光液包含磨粒、氧化剂和去离子水，其特征在于，该抛光液还包含磨粒、氧化剂和去离子水、含复合抑制剂、复合络合剂和硅溶胶桥联剂。

本发明所述的组分配比为：

所述的低下压力为1psi以下。

所述磨粒为酸性氧化硅磨粒，粒径在1～100nm范围内，pH小于4。

所述复合抑制剂为唑类化合物与自组装缓蚀剂的混合物。

所述的唑类化合物为含氮唑类化合物，有一氮唑、二氮唑或三氮唑，一氮唑、1,3-苯骈二氮唑、1,3-二氮唑、1,2-二氮唑、苯骈三氮唑、咪唑、1-羟基苯并三氮唑、2-巯基苯并咪唑、1,2,4-三氮唑、5-甲基苯骈三氮唑、1,2,3-三氮唑、3-氨基三氮唑-5-羧酸、3-氨基-1,2,4-三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、5-甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基四氮唑、1-苯基-5-巯基四氮唑中的一种或几种；

所述的自组装缓蚀剂是主链为聚醚结构，末端活性官能团为胺基的聚合物，包括双官能、三官能，分子量从230到5000，如二官能团的(D-230、D-400、D-2000、D-4000)，三官能团的(T-403、T-5000)；

所述复合络合剂为膦酸类与氨基酸的混合物。

所述膦酸是氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、2-羟基膦酰基乙酸、二己烯三胺五亚甲基膦酸、2-膦酰基-1,2,4-丁烷三羧酸、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸四钠和二己烯三胺五亚甲基膦酸钠中的一种或几种；

所述的氨基酸为甘氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、组氨酸、精氨酸中的一种或多种；

所述硅溶胶桥联剂为多羟基、或多醚基的聚合物，选自聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚氧化乙烯和环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

所述氧化剂为过氧化氢(HPO)及其衍生物、过氧化脲(UHPO)、过氧甲酸(FPOA)、过氧乙酸(EPOA)、过碳酸钠(SPC)、过硫酸(PSA)及其盐、高碘酸(PIA)及其盐、高氯酸(PCA)及其盐、氯酸(CA)及其盐、次氯酸(HCA)及其盐、钼酸(MA)及其盐、硝酸(NA)及其盐中的一种或多种。

为保证氧化剂氧化效果，本发明中所述氧化剂可在抛光前临时加入。

本发明所述适用于低下压力(1psi以下)的铜抛光液，可采用本领域常用的方法制备，比如，将各成分按配比加入去离子水中搅拌均匀即可。

本发明的适用于低下压力(1psi以下)的铜抛光液，具有如下优点：

1.本发明铜抛光液中的抑制剂，能够在铜表面形成更加疏松的钝化膜，在保护铜表面的同时维持高去除速率；

2.本发明铜抛光液中的络合剂，能够在低下压力(1psi以下)条件下，有效提高抛光后铜表面均匀性，表面非均匀度小于5％；

3.本发明铜抛光液还有工艺简单、价格便宜、成本低等优点

附图说明

图1为本采用发明实施例与比较例抛光后铜表面的均匀性示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的阐述，当然无论如何不应解释为限制本发明的范围。

具体实施例：

将配置后的抛光液用于抛光实验，抛光实验参数如下：

抛光机：12英寸化学机械抛光机(Strasbaugh 6EG型)，配有1个抛光头，可抛1片12英寸镀铜片(从华力半导体定制，镀铜层厚度为2微米)；

抛光转盘转速：100转/min；

抛光头转速：95转/min；

抛光镀铜片规格：直径300mm；

抛光时间：1min；

抛光垫：IC 1000-XY/SUBA IV20型复合抛光垫；

抛光液流量：80ml/min；

抛光压力：0.5-1psi；

抛光温度：25℃

抛光速率：采用ResMap-273型四探针测量仪测试抛光前后镀铜片厚度，计算去除速率；

抛光后铜片表面均匀性检测：采用ResMap-273型四探针测量仪连续在晶片直径上测试81个点，进行连续测厚，非均匀度＝(厚度标准偏差/厚度平均值)×100％。

由实施例可见，在本发明所述抛光工艺条件下的最佳抛光组合液中各组分含量为(实施例4)：含平均粒径50nm的pH为2.6的胶体二氧化硅磨粒2wt％，含HPO 2wt％和0.5wt％UHPO氧化剂，含复合抑制剂0.05％5-羧基苯并三氮唑+0.05％苯骈三氮唑及0.02％D2000，含复合络合剂0.2％2-羟基膦酰基乙酸及2％甘氨酸，含0.1％壬基酚聚氧乙烯醚，抛光组合液在0.8PSI压力下抛光后的镀铜片表面非均匀度低至1.76％，去除速率达6261.78埃/min。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出相应的调整和改进，这些调整和改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于低下压力的集成电路铜抛光液，其特征在于，该抛光液包含磨粒、氧化剂和去离子水、含复合抑制剂、复合络合剂和硅溶胶桥联剂；所述组分配比为：

所述的低下压力为1psi以下；

所述磨粒为酸性氧化硅磨粒，粒径在1～100nm范围内，pH小于4；

所述复合抑制剂为唑类化合物与自组装缓蚀剂的混合物；

所述的唑类化合物为含氮唑类化合物，有一氮唑，二氮唑中的1,3-苯骈二氮唑、1,3-二氮唑、1,2-二氮唑，三氮唑中的苯骈三氮唑、1-羟基苯骈三氮唑、1,2,4-三氮唑、5-甲基苯骈三氮唑、1,2,3-三氮唑、3-氨基三氮唑-5-羧酸、3-氨基-1,2,4-三氮唑、5-羧基苯骈三氮唑，咪唑中的2-巯基苯骈咪唑，5-甲基四氮唑，5-苯基四氮唑，5-氨基四氮唑，1-苯基-5-巯基四氮唑中的一种或几种；

所述的自组装缓蚀剂是二官能团的D-230、D-400、D-2000、D-4000，三官能团的T-403、T-5000中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述复合络合剂为膦酸与氨基酸的混合物。

3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于，所述膦酸是氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、2-羟基膦酰基乙酸、二己烯三胺五亚甲基膦酸、2-膦酰基-1,2,4-丁烷三羧酸、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸四钠和二己烯三胺五亚甲基膦酸钠中的一种或几种；所述的氨基酸为甘氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、谷氨酸、组氨酸、精氨酸中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述硅溶胶桥联剂为多羟基、或多醚基的聚合物，选自聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚氧化乙烯和环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过碳酸钠、过硫酸及其盐、高碘酸及其盐、高氯酸及其盐、氯酸及其盐、次氯酸及其盐、钼酸及其盐、硝酸及其盐中的一种或多种。