碱性抛光液在低压力下提高glsi铜布线铜膜去除速率的应用

碱性抛光液在低压力下提高glsi铜布线铜膜去除速率的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学机械抛光，尤其设及一种碱性抛光液在低压力下提高化SI铜布线 铜膜去除速率的应用。
【背景技术】
[0002] 金属铜由于其突出的电学性质，使得铜布线占据了集成电路金属互连线的大部分 市场。随着器件尺寸的减小、晶圆尺寸的增大和金属布线层数的增多，每一层平坦化的好坏 都影响着最后集成电路成品的工作性能。化学机械抛光是目前唯一可W实现局部和全局平 坦化的技术，化学机械抛光技术的成熟与否直接影响着集成电路的发展。
[0003] 化学机械抛光要求低压的原因：（1)随着微电子技术的发展，集成电路的集成度越 来越高，金属布线层数目前已达十Ξ层，铜膜变得越来越薄，如果在化学机械抛光中工作压 力过大，容易引起铜膜脱落。（2)为了降低电阻-电容延迟时间，低介电常数介质材料在集成 电路中广泛使用，然而多孔脆性的低介电常数材料会因抛光压力过大而崩塌。（3)抛光垫具 有弹性，抛光压力的增大会造成铜膜表面低凹处的去除速率过快，高低速率差变小，不利于 平坦化。
[0004] 针对铜布线的化学机械抛光，国际上多采用酸性抛光液。其原理是:铜被氧化后容 易与酸反应形成可溶性的铜盐，从而达到去除铜的目的。而随着集成电路向28nm及W下快 速发展，酸性抛光液越来越不适合在化学机械抛光中使用，原因有：（1)去除速率偏低。酸性 抛光液中多使用抑制腐蚀剂来降低铜表面低凹处的化学反应速率，达到平坦化目的。但是 抑制腐蚀剂的使用又会整体降低铜的去除速率，酸性抛光液较低的去除速率难W达到工业 需要。（2)抛光压力过大。为提高抛光速率，工业上通常采用提高抛光压力的方法，运就与低 介电常数材料要求的低抛光压力矛盾。（3)环保压力。酸性抛光液对环境污染严重，会腐蚀 设备，造成金属离子污染，引起工件性能下降。抑制腐蚀剂多具有毒性。近年来有多篇文献 报道，新型阻挡层材料Ru在酸性抛光液中，会生成可挥发的有毒的Ru〇4。
[000引根据《国际半导体技术发展路线图》的预测，到2024年，晶体管的最小线宽将达到 7nm左右。因此急需开发能够在低压条件下对极大规模集成电路铜布线铜膜有较快去除速 率的方法。迫于酸性抛光液难W克服的瓶颈，业界把目光转向碱性路线的化学机械抛光方 法。碱性路线首要解决问题即为铜的氧化物和氨氧化物比如化0、化20、化0H、Cu (0H) 2在碱性 条件下不溶于水的问题。目前，河北工业大学微电子研究所自主研发的FA/0型大分子馨合 剂解决了铜的氧化物在碱性条件下不溶解的国际难题，通过大分子馨合物与铜离子的结 合，在低压下对铜膜达到了较快的去除速率，满足了工业需要。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种碱性抛光液在低压力下提高 化SI铜布线铜膜去除速率的应用，碱性抛光液中的FA/0型馨合剂含有多径基多胺基的碱性 大分子，对溶液中的铜离子有极强的络合作用，其反应产物稳定存在且易溶于水，实现了在 低机械压力下对铜膜的高去除速率。
[0007] 本发明为实现上述目的，采用W下技术方案：一种碱性抛光液在低压力下提高 化SI铜布线铜膜去除速率的应用，主要由Si化磨料、氧化剂、活性剂和馨合剂组成的碱性抛 光液，其抑值9~13,其特征是:所述碱性抛光液的馨合剂在低机械压力下对铜膜的高去除 速率的应用。
[0008] 所述碱性抛光液将W下成分按重量％均匀混合制成，
[0009] 纳米Si〇2磨料5~80%，去离子水 10~80%
[0010] 氧化剂 0.5~6%活性剂：0.5~5%
[00川馨合剂 3~6 %。
[0012] 所述纳米Si化磨料的浓度为20~80wt%、粒径为50~120皿。
[0013] 所述馨合剂为FA/On型馨合剂、FA/0IV型馨合剂或甘氨酸中的一种或多种混合。
[0014] 所述活性剂为FA/0I型非离子表面活性剂、十二烷基酪聚氧乙締酸或辛基酪聚氧 乙締酸中的一种或多种混合。
[0015] 所述氧化剂为出化、KC1化或KN03中的一种。
[0016] 有益效果：与现有技术相比，本发明的碱性抛光液利用FA/0型馨合剂含有多径基 多胺基的碱性大分子，对溶液中的铜离子有极强的络合作用，其反应产物稳定存在且易溶 于水，实现了在低机械压力下对铜膜的高去除速率。使用双氧水作为抛光液中的氧化剂，氧 化产物为水，对整个铜布线化学机械抛光环境无影响。FA/0型馨合剂可高效地与铜离子反 应，增强了化学机械抛光中的化学作用，配合机械作用，实现了 W化学作用为主，机械作用 为辅的化学机械抛光。较小的机械作用，提高了抛光后晶圆质量，又节约了能源，延长了设 备使用寿命。使用表面活性剂提高了抛光界面上的质量传递作用，有助于提高去除速率和 抛光后晶圆表面质量。使用较低的抛光压力有效解决了抛光后晶圆表面可能存在的踏边、 局部过抛等问题，同时节约了能源，延长了设备寿命。碱性抛光液中不含腐蚀抑制剂，所含 化学组分不腐蚀设备，不污染环境，环保压力小。所用的纳米Si化研磨磨料在碱性抛光液中 稳定存在。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合较佳实施例详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0018] 本实施例提供了一种碱性抛光液在低压力下提高GLSI铜布线铜膜去除速率的应 用，主要由Si化磨料、氧化剂、活性剂和馨合剂组成的碱性抛光液，其抑值9~13,所述碱性 抛光液的馨合剂在低机械压力下对铜膜的高去除速率的应用。所述碱性抛光液将W下成分 按重量％均匀混合制成，
[0019] 纳米Si〇2磨料5~80%，去离子水10~80%
[0020] 氧化剂 0.5~6%活性剂：0.5~5%
[0021 ] 馨合剂 3~6 %。
[0022] 所述纳米Si化磨料的浓度为20~80wt%、粒径为50~120皿。
[0023] 所述馨合剂为FA/On型馨合剂、FA/0IV型馨合剂或甘氨酸中的一种或多种混合。
[0024] 所述活性剂为FA/0I型非离子表面活性剂、十二烷基酪聚氧乙締酸或辛基酪聚氧 乙締酸中的一种或多种混合。