一種用於鉭阻擋拋光的化學機械拋光液的製作方法
2023-04-29 13:03:01 3
專利名稱：一種用於鉭阻擋拋光的化學機械拋光液的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鉭阻擋拋光的化學機械拋光液，具體涉及一種含有含有研磨 顆粒，有機酸，聚丙烯酸類，金屬緩蝕劑，季胺鹼，氧化劑和水的化學機械拋光液。
背景技術：
在集成電路製造中，互連技術的標準在提高，隨著互連層數的增加和工藝特徵尺 寸的縮小，對矽片表面平整度的要求也越來越高，如果沒有平坦化的能力，在半導體晶圓上 創建複雜和密集的結構是非常有限的，化學機械拋光方法CMP就是可實現整個矽片平坦化 的最有效的方法。隨著IC器件特徵尺寸的縮小，阻擋層越來越薄，在90nm以下的製程中，阻擋層的 厚度只有100 250A，新型的絕緣層材料以及封蓋層材料(cappinglayer)不斷應用於各種 製程，例如低k材料，包括BD (Black Diamond)和Coral等已經得到工業應用的材料。這些 材料具有不同的化學組成和機械強度。阻擋層的CMP對拋光液的要求逐步提高以適應其機 械性能的改變。例如各種材料的拋光選擇比(尤其是TEOS和低k材料的選擇比)，金屬材 料表面腐蝕以及拋光均一性問題，都是新一代阻擋層拋光液所面臨的挑戰。目前工業上還 沒有一種拋光液能解決上述所有問題。US20050031789中公開了一種使用季銨鹽提高TEOS去除速率的酸性阻擋層拋光 液，該拋光液具有較好的阻擋層去除速率，具有較低的銅去除速率和可調的TEOS去除速 率，也可通過調節過氧化氫的含量有效地控制銅的去除速率，但該拋光液缺乏對低k材料 的去除速率的控制。CN02116761. 3公開了一種超大規模集成電路多層銅布線中銅與鉭的化 學機械全局平面化拋光液，該拋光液為鹼性，存在著表面汙染物難以控制以及合適的氧化 劑難以選擇的問題。US66383^5用硝酸銨或硝酸作氧化劑，儘管可以調節拋光速率選擇比， 但存在金屬腐蝕的潛在問題。本發明的化學機械拋光液具有較高的TEOS和低k材料(BD)的去除速率，且Cu的 去除速率可通過升高或降低氧化劑的含量來調節，滿足了阻擋層拋光過程中絕緣層材料和 金屬拋光速率選擇比的要求，本發明的化學機械拋光液可以防止金屬拋光過程中產生的局 部和整體腐蝕問題，並保證拋光後，晶圓表面缺陷和汙染物少。
發明內容
本發明解決的技術問題是為了滿足阻擋層拋光工藝階段的要求，提高了阻擋層 (Ta或TaN)的去除速率，滿足阻擋層拋光過程中絕緣層材料和金屬材料拋光速率選擇比的 要求，可防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，並減少了拋光後晶圓表面缺陷和汙 染物。本發明的用於鉭阻擋拋光的化學機械拋光液，含有研磨顆粒，有機酸，聚丙烯酸 類，金屬緩蝕劑，季胺鹼，氧化劑和水。本發明中，所述的研磨顆粒的質量百分含量為1 10%，所述的有機酸的質量百分含量為0. 01 1%，所述的聚丙烯酸類的質量百分含量為0. 01 0. 2%，所述的金屬緩 蝕劑的質量百分含量為0. 01 % 1 %，所述的季胺鹼的質量百分含量為0. 01 0. 2%，所述 的氧化劑的質量百分含量為0. 001 1%，餘量為水。本發明中，所述的研磨顆粒選自氧化矽、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒中的一 種或多種。本發明中，所述的研磨顆粒粒徑為20 200nm。本發明中，所述的有機酸選自草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、2-膦酸丁烷基_1，2， 4-三羧酸、羥基亞乙基二磷酸、氨基三亞甲基磷酸和/或胺基酸中的一種或多種。本發明中，所述的聚丙烯酸類的分子量為1000 20000，優選2000 5000。本發明中，所述的金屬緩蝕劑為唑類化合物。本發明中，所述的唑類化合物選自苯丙三氮唑、甲基苯並三氮唑、1，2，4-三氮唑、 3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4三氮唑和/或5-甲基-四氮唑中的一種或多種。本發明中，所述的季胺鹼為四甲基氫氧化銨和/或四丁基氫氧化銨。本發明中，所述的氧化劑選自過氧化氫、過氧化氫脲、過氧乙酸、過氧化苯甲醯、過 硫酸鉀和/或過硫酸銨中的一種或多種。本發明中，所述的化學機械拋光液的PH值為2. 0 5. 0。本發明中，所述的化學機械拋光液含有表面活性劑、穩定劑和/或殺菌劑。本發明的積極進步效果在於1、本發明的拋光液具有較高的阻擋層材料(Ta或TaN)的去除速率。2、本發明的拋光液具有較高的TEOS和低k材料(BD)的去除速率，且Cu的去除速 率可通過升高或降低氧化劑的含量而相應的升高或降低，滿足阻擋層拋光過程中絕緣層材 料和金屬拋光速率選擇比的要求。3、本發明的拋光液可以防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，提高產品良率。4、採用本發明的拋光液拋光後，晶圓具有完好的表面形貌和較低的表面汙染物殘
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圖1為採用對比例1拋光液拋光後晶圓表面形貌的SEM(掃描電鏡)圖。圖2為採用實施例1拋光液拋光後晶圓表面形貌的SEM(掃描電鏡)圖。
具體實施例方式製備實施例下面用實施例來進一步說明本發明，但本發明並不受其限制。下述實施例中，百分 比均為質量百分比。表1給出了本發明的化學機械拋光液實施例1 16及對比例1的配方，按表1中 所列組分及其含量，在去離子水中混合均勻，之後採用氫氧化鉀、氨水和硝酸調節至合適PH 值，即可製得各實施例的化學機械拋光液。表1本發明的化學機械拋光液製備實施例1 16以及對比例權利要求
1.一種用於鉭阻擋拋光的化學機械拋光液，含有研磨顆粒，有機酸，聚丙烯酸類，金屬 緩蝕劑，季胺鹼，氧化劑和水。
2.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的研磨顆粒的質量百分含量為1 10%，所述的有機酸的質量百分含量為0.01 1%，所述的聚丙烯酸類的質量百分含量為 0. 01 0. 2%，所述的金屬緩蝕劑的質量百分含量為0. 01% 1%，所述的季胺鹼的質量百 分含量為0. 01 0. 2%，所述的氧化劑的質量百分含量為0. 001 1%，餘量為水。
3.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的研磨顆粒選自氧化矽、氧化鋁、氧化 鈰和/或聚合物顆粒中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的研磨顆粒粒徑為20 200nm。
5.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的有機酸選自草酸、丙二酸、丁二酸、 檸檬酸、2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸、羥基亞乙基二磷酸、氨基三亞甲基磷酸和/或氨基 酸中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的聚丙烯酸類的分子量為1000 20000。
7.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的金屬緩蝕劑為唑類化合物。
8.根據權利要求7所述的化學機械拋光液，所述的唑類化合物選自苯丙三氮唑、甲基 苯並三氮唑、1，2，4_三氮唑、3-氨基-1，2，4-三氮唑、4-氨基-1，2，4三氮唑和/或5-甲 基-四氮唑中的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的季胺鹼為四甲基氫氧化銨和/或四 丁基氫氧化銨。
10.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的氧化劑選自過氧化氫、過氧化氫 脲、過氧乙酸、過氧化苯甲醯、過硫酸鉀和/或過硫酸銨中的一種或多種。
11.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，所述的化學機械拋光液的PH值為2.0 5. 0。
12.根據權利要求1所述的化學機械拋光液，含有表面活性劑、穩定劑和/或殺菌劑。
全文摘要
本發明公開了一種用於鉭阻擋拋光的化學機械拋光液，其含有研磨顆粒，有機酸，聚丙烯酸類，金屬緩蝕劑，季胺鹼，氧化劑和水。本發明的化學機械拋光液滿足了阻擋層拋光工藝階段的要求，提高了阻擋層(Ta或TaN)的去除速率，滿足了阻擋層拋光過程中絕緣層材料和金屬材料拋光速率選擇比的要求，可防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，並減少了拋光後晶圓表面缺陷和汙染物。
文檔編號C09G1/02GK102093817SQ20091020031
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者姚穎, 孫展龍, 宋偉紅, 荊建芬 申請人:安集微電子(上海)有限公司