一種鹼性化學機械拋光液的製作方法
2023-07-10 12:34:51
一種鹼性化學機械拋光液的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用於阻擋層拋光的鹼性拋光液，含有研磨顆粒，唑類化合物，絡合物，C1~C4季銨鹼，氧化劑，聚乙烯醇和水。該拋光液可以有效抑制邊緣過度侵蝕（EOE），同時還可以有效控制銅線細線區的侵蝕（erosion），實現全局平坦化。
【專利說明】一種鹼性化學機械拋光液
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鹼性化學機械拋光液，更具體地說，涉及一種用於阻擋層拋光的鹼性化學機械拋光液。
【背景技術】
[0002]化學機械拋光(CMP)，是實現晶片表面平坦化的最有效方法。
[0003]阻擋層通常介於二氧化矽和銅線之間，起到阻擋銅離子向介電層擴散的作用。拋光時，首先阻擋層之上的銅被去除。由於此時銅的拋光速度很快，會形成各種缺陷(例如:蝶形缺陷dishing,和侵蝕erosion)。在拋光銅時,通常要求銅CMP先停止在阻擋層上,然後換另外一種專用的阻擋層拋光液，去除阻擋層(例如鉭)，同時對蝶形缺陷dishing和侵蝕erosion進行修正，實現全局平坦化。
[0004]商業化的阻擋層拋光液有酸性和鹼性兩種，各有優缺點。例如酸性阻擋層拋光液對銅的拋光速度容易通過雙氧水調節，且雙氧水穩定，但是對二氧化矽和TiN的拋光速度較慢；
[0005]鹼性阻擋層拋光液對銅的拋光速度不容易通過雙氧水調節，且雙氧水不穩定，但是對二氧化矽和TiN的拋光速度較快。
[0006]除此以外，無論是在酸性拋光還是鹼性拋光條件下，經常遇到邊緣過度侵蝕(edge-OVer-eix)SiOn，E0E)的問題，其形狀又被稱作「犬牙」(fang)。通常發生在阻擋層拋光之後。在大塊的銅結構邊緣，會有二氧化矽等電介質的缺失，形成溝槽。有些時候也會看至岫於電偶腐蝕引起的銅的缺失。EOE現象，降低了晶片表面的平坦度，在導電層、介電層一層一層向上疊加時，會繼續影響上`一層的平坦度，導致拋光後，每一層的表面凹陷處，可能會有銅的殘留，導致漏電、短路，因而影響半導體的穩定性。
[0007]鉭是阻擋層常用的金屬。在現有的拋光技術中，US7241725、US7300480用亞胺、肼、胍提升阻擋層的拋光速度。US7491252B2用鹽酸胍提升阻擋層的拋光速度。US7790618B2用到亞胺衍生物和聚乙二醇硫酸鹽表面活性劑，用於阻擋層的拋光。
[0008]隨著技術的不斷發展，Low-K材料被引入半導體製程，阻擋層的拋光液、在繼銅、鉭、二氧化矽之後，對Low-K材料的拋光速度也提出了更高的要求。
[0009]CN101665664A用季銨鹽陽離子表面活性劑可抑制低介電材料(例如BD)的拋光速度。所述的陽離子季銨鹽含有CS以上的長鏈，但是大多數季銨鹽型陽離子表面活性劑會顯著抑制二氧化矽(OXIDE)的拋光速度，會阻止拋光。
[0010]EP2119353A1 使用 poly (methyl vinyl ether)用於含 Low-K 材料的拋光。
[0011]US2008/0276543A1用甲脒、胍類以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物用於阻擋層的拋光。
[0012]以上拋光技術中，都不同程度地存在邊緣過度侵蝕(edge - over - erosion, E0E)問題。針對這個問題，US20090283715A1採用聚丙烯酸及其共聚物抑制邊緣過度侵蝕(EOE)0 US2005/0208761A1用多糖抑制邊緣過度侵蝕(EOE)。[0013]在以上現有技術中，邊緣過度侵蝕(EOE)的抑制作用並不明顯。
[0014]EP0373501B1公開了一種精拋液，用有機聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)調節拋光液的流體力學特性，雖然可以改善矽片表面的平坦度，減少缺陷。但是這種精拋液，對金屬材料不適用，也無法解決邊緣過度侵蝕(EOE)問題。
【發明內容】
[0015]本發明所要解決的技術問題如何顯著抑制邊緣過度侵蝕(edge-over-erosion, E0E),抑制fang現象，同時提高wafer表面平坦度,有效地抑制銅線細線區的侵蝕(erosion)，實現全局平坦化。從而進一步提高晶片加工過程的穩定性和可靠性，推進技術進步。
[0016]本發明為解決上述技術問題提供了如下技術方案，一方面在於提供一種鹼性化學機械拋光液，含有:研磨 顆粒，唑類化合物，絡合劑，crc4季銨鹼，聚乙烯醇，氧化劑和水。
[0017]其中，該種拋光液還可以進一步含有調節矽片表面平整度的表面活性劑。
[0018]其中，該研磨顆粒為氣相SiO2和溶膠SiO2中的一種或多種。研磨顆粒濃度為質量百分比含量為5~25wt%。
[0019]其中唑類化合物選自三氮唑及其衍生物中的一種或多種。三氮唑及其衍生物為BTA、TTA及其衍生物中的一種或多種，優選為TTA及其衍生物中的一種或多種。唑類化合物的質量百分比含量為0.02~0.2wt%。。
[0020]其中，絡合劑為胺基酸、檸檬酸、有機膦酸。且有機膦酸為羥基亞乙基二膦酸(HEDP) ,2-磷酸丁烷-1，2，4-三羥酸(JH-906)中的一種或多種。
[0021]有機酸質量百分比含量為0.05 0.4wt%。
[0022]其中，C1X季銨鹼選自TMAH、TBAH、丁基三甲基氫氧化銨和三丁基甲基氫氧化銨中的一種或多種，優選TBAH。C1I4季銨鹼的質量百分比含量為0.05^1wt%o
[0023]其中，聚乙烯醇聚合度為1000至2000。聚乙烯醇質量百分比含量為0.1~0.5wt%.[0024]其中，氧化劑為過氧化氫及其衍生物。氧化劑的質量百分比含量為0.1~lwt%。
[0025]其中，調節矽片表面平整度的表面活性劑，為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和/或壬基酚聚氧乙烯醚。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的質量百分比含量為0.01~lwt%。壬基酚聚氧乙烯醚的質量百分比含量為0.002、.05wt%。
[0026]其中，拋光液的pH值為擴12。拋光液還包含pH值調節劑，其中，pH值調節劑為鹼或酸。鹼優選為Κ0Η。酸優選為ΗΝ03。
[0027]本發明的另一方面在於提供一種拋光液在拋光阻擋層中的應用，以及C1I4季銨鹼在有效控制銅線細線區的侵蝕中的應用。
[0028]本發明所用試劑、原料以及產品均市售可得。
[0029]本發明的積極進步效果在於:
[0030]1)顯著地抑制邊緣過度侵蝕(edge - over - erosion, E0E),抑制fang現象，
[0031]2)有效控制銅線細線區的侵蝕(erosion)，實現全局平坦化。配方中含有Cf C4季銨鹼，不同於含CS以上的季銨鹽表面活性劑，不會形成泡沫，
[0032]同時還可以作為有機鹼，調節PH值，優於Κ0Η，不引入金屬離子。【具體實施方式】
[0033]下面通過具體實施例進一步闡述本發明的優點，但本發明的保護範圍不僅僅局限於下述實施例。
[0034]按照表1中各實施例的成分及其比例配製拋光液，混合均勻。
[0035]表1本發明實施例1-11以及對比例1-2的配方
[0036]
【權利要求】
1.一種鹼性化學機械拋光液，含有:研磨顆粒，唑類化合物，絡合劑，C1~C4季銨鹼，聚乙烯醇，氧化劑和水。
2.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述拋光液還可以含有調節矽片表面平整度的表面活性劑。
3.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的研磨顆粒為氣相SiO2和溶膠SiO2中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的研磨顆粒濃度為質量百分比含量為5~25wt%。
5.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的唑類化合物選自三氮唑及其衍生物中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的拋光液，其特徵在於，所述的三氮唑及其衍生物為BTA、TTA及其衍生物中的一種或多種。
7.根據權利要求6所述的拋光液，其特徵在於，所述的三氮唑為TTA及其衍生物中的一種或多種。
8.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的唑類化合物的質量百分比含量為 0.02~0.2wt%0
9.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的絡合劑為胺基酸、檸檬酸、有機膦酸。
10.根據權利要求9所述的拋光液，其特徵在於，所述的絡合劑有機膦酸為羥基亞乙基二膦酸(HEDP) ,2-磷酸丁烷-1，2，4-三羥酸(JH-906)中的一種或多種。
11.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於所述有機酸質量百分比含量為0.05^0.4wt%。
12.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的C^C4季銨鹼選自TMAH、TBAH、丁基三甲基氫氧化銨和三丁基甲基氫氧化銨中的一種或多種。
13.根據權利要求12所述的拋光液，其特徵在於，所述的C1I4季銨鹼為TBAH。
14.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的C廣C4季銨鹼的質量百分比含量為0.05~lwt%。
15.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的聚乙烯醇的聚合度為1000至2000。
16.根據權利要求15所述的拋光液，其特徵在於，所述的聚乙烯醇質量百分比含量為0.1-0.5wt%.
17.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的氧化劑選自過氧化氫及其衍生物。
18.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的氧化劑的質量百分比含量為0.1~lwt%。
19.根據權利要求2所述的拋光液，其特徵在於:所述調節矽片表面平整度的表面活性劑，為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和或壬基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種。
20.根據權利要求19所述的拋光液，其特徵在於所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的質量百分比含量為0.01-1wt%o
21.根據權利要求19所述的拋光液，其特徵在於所述壬基酚聚氧乙烯醚的質量百分比含量為 0.002~0.05wt%o
22.根據權利要求1所述的拋光液，其特徵在於，所述的拋光液pH值為擴12。
23.根據權利要求22所述的拋光液，其特徵在於，所述的拋光液還包含pH值調節劑，其中，pH值調節劑為鹼或酸。
24.根據權利要求23所述的拋光液，其特徵在於，所述的鹼為KOH。
25.根據權利要求23所述的拋光液，其特徵在於，所述的酸為ΗΝ03。
26.如權利要求1-25任一項所述的拋光液在拋光阻擋層中的應用。
27.C1X季銨 鹼在有效控制銅線細線區的侵蝕中的應用。
【文檔編號】H01L21/321GK103773245SQ201210396269
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2012年10月17日
【發明者】王晨, 何華鋒 申請人:安集微電子（上海）有限公司