TW201723113A - 一種用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液及其使用方法，該拋光液包含研磨顆粒、唑類化合物、有機膦酸、非離子表面活性劑及氧化劑。本發明的化學機械拋光液可以在滿足阻擋層拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比要求的同時，對半導體器件表面的缺陷有很強的矯正能力，且能夠快速實現平坦化，提高工作效率，降低生產成本。
Description
本發明涉及一種化學機械拋光液，尤其涉及一種用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液及其使用方法。
在如今的積體電路製造領域內，互連技術的工藝標準不斷提高，具體表現為互連工藝的層數逐漸增加，同時其特徵尺寸不斷縮小，因此對矽片表面平整度的要求也越來越高。因為如果不能實現平坦化，則在半導體晶圓上創建複雜和密集的結構會非常有限，目前，化學機械拋光方法（CMP）是可實現整個矽片平坦化的最有效的方法。 CMP工藝是一種通過化學和機械力獲得表面平坦化的加工方法。典型的化學機械拋光方法主要利用固相反應的拋光原理，具體為，將襯底直接與旋轉拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液（通常稱為拋光液或拋光漿料）塗於墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發生化學反應開始進行拋光過程。 然而，隨著積體電路技術向超深亞微米（32、28nm）方向發展，因特徵尺寸減小而導致的寄生電容愈加嚴重的影響著電路的性能，為減小這一影響，就必須採用超低介電材料（ULK）來降低相鄰金屬線之間的寄生電容，目前較多採用超低介電材料為Coral，因此，在CMP過程中除了要嚴格控制表面污染物指標以及杜絕金屬腐蝕外，還要具有較低的蝶形凹陷和拋光均一性才能保證更加可靠的電性能，特別是在阻擋層的平坦化過程中，需要在更短的時間和更低的壓力下快速移除阻擋層金屬、封蓋氧化物，並能很好的停止在超低介電材料表面，形成互連線，而且對小尺寸圖形不敏感。這就對CMP提出了更高的挑戰，因為通常超低介電材料為參雜碳的氧化矽，其具有與二氧化矽相似的表面性，所以要控制停止層的殘留厚度，就要有很強的選擇比的調控能力，還要有很高的穩定性和易清洗等特徵。 目前，關於拋光液的報導可以分為鹼性與酸性兩類，例如CN1400266公開了一種鹼性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化矽磨料、胺類化合物和非離子表面活性劑，該拋光液會對銅產生腐蝕；CN101372089A公開了一種鹼性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化矽磨料、腐蝕抑制劑、氧化劑、非離子氟表面活性劑和芳族磺酸氧化劑化合物，該拋光液的阻擋層的拋光速率較低，且產率較低；CN101012356A公開了一種酸性阻擋層拋光液，該拋光液包含氧化劑、部分被鋁覆蓋的二氧化矽顆粒、抑制劑和絡合劑，該酸性拋光液存在對銅腐蝕嚴重的缺陷。 本發明旨在提供一種適合於ULK-銅互連制程中的阻擋層拋光液，其在較溫和的條件下具有高的阻擋層去除速率和超低介電材料介面的工藝停止特性，並能很好的控制蝶形凹陷，金屬腐蝕和表面污染物指標。
本發明所要解決的問題是提供一種適合於ULK-銅互連制程中的阻擋層拋光，具有高的阻擋層（TaN/Ta）的拋光速率，並滿足阻擋層拋光工藝中對二氧化矽（Teos）、銅和超低介電材料（ULK）的去除速率及去除速率選擇比的要求，且對半導體器件表面的缺陷有很強的矯正能力，拋光後污染物殘留少，自身穩定性高的拋光液。 本發明提供了一種應用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，該拋光液包含研磨顆粒、唑類化合物、有機膦酸、非離子表面活性劑和氧化劑。 其中，所述研磨顆粒為二氧化矽，研磨顆粒的含量為1~20wt%，更佳的為2~10wt%；研磨顆粒的粒徑較佳的為20~150nm，更佳的為30~120nm。 其中，所述唑類化合物較佳的選自下列中的一種或多種：苯並三氮唑、甲基苯並三氮唑、5-苯基四氮唑、巰基苯基四氮唑、苯並咪唑，萘並三唑、2-巰基-苯並噻唑。所述唑類化合物的含量較佳的為0.001~2wt%，更佳的為0.01~1wt%。 其中，所述有機膦酸較佳的選自下列中的一種或多種：羥基亞乙基二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、乙二胺四亞甲基膦酸、二乙烯三胺五亞甲基膦酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三膦酸、多氨基多醚基亞甲基膦酸等，所述有機膦酸的含量為0.001~2wt%，更佳的為0.01~1wt%。 其中，所述非離子表面活性劑較佳的選自下列中的一種或多種：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)、陶氏化學公司的TritonCF-10、陶氏化學公司的TritonCF-21、陶氏化學公司的TritonDF-12、陶氏化學公司的TritonDF-16和陶氏化學公司的TritonDF-18。所述非離子表面活性劑的含量較佳的為0.001~0.5wt%，更佳的為0.01~0.2wt%。 其中，所述氧化劑較佳的選自下列中的一種或多種：過氧化氫、過氧乙酸，過硫酸鉀、過硫酸銨。所述氧化劑的含量較佳的為0.01~5wt%，更佳的為0.1~2wt%。 其中，所述化學機械拋光液的pH值為8.0~12.0，更佳的為9.0~11.0。 另外，本發明的化學機械拋光液還可以包含pH調節劑和殺菌劑等其他本領域添加劑。 本發明的積極進步效果在於：本發明的化學機械拋光液可以滿足阻擋層拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比要求，對半導體器件表面的缺陷有很強的矯正能力，能夠快速實現平坦化，提高工作效率，降低生產成本。
下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不以此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。 表1給出了對比拋光液1~3和本發明的拋光液1~15的各組分配比，按表中所給的配方，將除氧化劑以外的其他組分混合均勻，用KOH或HNO3
調節到所需要的pH值。使用前加氧化劑，並用水補充總量至100wt%，混合均勻即可得到所需的拋光液。 本發明所用試劑及原料均市售可得。 表1 對比拋光液1~3和本發明的拋光液1~15的配方
效果實施例1 採用對比拋光液1~3和本發明的拋光液1~9按照下述條件對銅(Cu)、鉭（Ta）、二氧化矽（TEOS）和超低介電材料（ULK）進行拋光。拋光條件：拋光機台為8’’Mirra機台，拋光墊為Fujibo pad，下壓力為1.5psi，轉速為拋光盤/拋光頭=93/87rpm，拋光液流速為150ml/min，拋光時間為1min。 表2 對比拋光液1~3和本發明拋光液1~9對銅(Cu)、鉭（Ta）、二氧化矽（TEOS）和超低介電材料（ULK）的去除速率及拋光效果
由表2可見，與對比拋光液1和對比拋光液2相比，本發明的拋光液可以獲得較高的阻擋層Ta和二氧化矽（TEOS）的去除速率，同時獲得較低的超低介電材料ULK的去除速率，能在拋光過程中較好的停止在超低介電材料ULK的表面。與對比拋光液3相比，使用二氧化矽作為研磨顆粒，能夠獲得無劃傷的銅的表面。 效果實施例2 採用對比拋光液1~2和本發明的拋光液1~7按照下述條件對帶有圖案的銅晶片進行拋光。拋光條件：拋光機台為8’’Mirra機台，拋光墊為Fujibo pad，下壓力為1.5psi，轉速為拋光盤/拋光頭=93/87rpm，拋光液流速為150ml/min，拋光時間為1min。 表3 對比拋光液1~2和本發明拋光液1~7對帶有圖案的銅晶片拋光後的矯正能力對比
其中，表中Dishing，是指阻擋層拋光前在金屬墊上的蝶形凹陷（埃），Erosion是指阻擋層在細線區域（50%line）上的侵蝕（埃），∆(Å)是指拋光後的矯正能力值。 由表3可以看出，與對比拋光液1和對比拋光液2相比，本發明的拋光液能較好的修正前程在晶圓上產生的碟形凹陷和侵蝕，獲得了較好的晶圓形貌。 應當理解的是，本發明所述wt%均指的是重量百分含量。 以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
無
Claims (20)
- 一種用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述化學機械拋光液包含研磨顆粒、唑類化合物、有機膦酸、非離子表面活性劑和氧化劑。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述研磨顆粒為二氧化矽。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述研磨顆粒的含量為2~20wt%。
- 如請求項3所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述研磨顆粒的含量5~15wt%。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述研磨顆粒的粒徑為10~150nm。
- 如請求項5所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述研磨顆粒的粒徑為20~120nm。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述唑類化合物選自苯並三氮唑、甲基苯並三氮唑、5-苯基四氮唑、巰基苯基四氮唑、苯並咪唑、萘並三唑、2-巰基-苯並噻唑中的一種或多種。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述唑類化合物的含量為0.001~2wt%。
- 如請求項8所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述唑類化合物的含量為0.01~1wt%。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述有機膦酸選自羥基亞乙基二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、乙二胺四亞甲基膦酸、二乙烯三胺五亞甲基膦酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三膦酸、多氨基多醚基亞甲基膦酸中的一種或多種。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述有機膦酸的含量為0.001~2wt%。
- 如請求項11所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述有機膦酸的含量為0.01~1wt%。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述非離子表面活性劑選自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)、TritonCF-10、TritonCF-21、TritonDF-12、TritonDF-16、TritonDF-18中的一種或多種。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述非離子表面活性劑的含量為0.001~0.5wt%。
- 如請求項14所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述非離子表面活性劑的含量為0.01~0.2wt%。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述氧化劑選自過氧化氫、過氧乙酸，過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種或多種。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述氧化劑的含量為0.01~5wt%。
- 如請求項17所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述氧化劑的含量為0.1~2wt%。
- 如請求項1所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述化學機械拋光液的pH值為8.0~12.0。
- 如請求項19所述的用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液，其中，所述化學機械拋光液的pH值為9.0~11.0。
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