碱性抛光液在抑制铜钽阻挡层电偶腐蚀的应用的制作方法

本发明属于化学机械抛光领域，具体涉及一种碱性抛光液在抑制铜钽阻挡层电偶腐蚀的应用。

背景技术：

在双大马士革工艺取代传统金属刻蚀工艺后，为防止Cu离子进入SiO₂介质中成为杂质，进行Cu电镀之前需要在介质表面淀积一层扩散阻挡层。阻挡层(例如Ta/TaN)热学性质稳定，薄膜电阻率低，可以有效防止Cu离子向介质层的扩散，并提高Cu和介质的黏附效果。随着GLSI(Great Large Scale IC,极大规模集成电路)中器件特征尺寸的不断减小、集成度的不断提高以及布线层数的不断增加，化学机械抛光(CMP)成为唯一能够实现晶圆表面全局平坦化的技术。

大马士革工艺中的CMP主要分为三个步骤：第一步是粗抛，目的是快速去除晶圆表面的大量Cu。第二步是精抛，目的是去除残余Cu。第三步是阻挡层抛光，目的是去掉阻挡层。但是在第三步阻挡层抛光时，由于铜钽之间存在电位差，在抛光过程中铜钽离子与抛光液形成原电池，发生电偶腐蚀。电偶腐蚀的产生严重影响器件的稳定性与可靠性。因此研究抛光液以实现铜钽电位差降低以及腐蚀电流的降低是解决电偶腐蚀的有效手段。

V.R.K.Gorantla报导了使用双氧水的催化分解对Cu与Ta电偶腐蚀进行的研究，结果表明虽然铜钽电位差有了一定的降低，但并不能达到电偶腐蚀的要求，且其抛光液的稳定性比较差。Subramanian Tamilmani报导了酸性条件下，抛光液PH值对铜钽电偶腐蚀的研究。他们提出在PH为4时，采用副作用大的抑制剂苯丙三氮唑(BTA)使得电偶腐蚀可以被抑制，但是并不能达到理想的效果，且BTA的存在使得CMP后清洗困难，极易造成有机物沾污，影响器件可靠性。因此Ta与Cu之间的电偶腐蚀成为微电子技术发展必须攻克且一直没有很好解决的技术难题，直接影响了芯片的优品率、成品率与可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种不含不稳定的氧化剂和副作用大的抑制剂的碱性抛光液在抑制铜钽阻挡层电偶腐蚀的应用，降低了Ta与Cu之间的电位差，降低了腐蚀电流，使Ta与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制。

为实现本发明的目的所采用的技术方案为：

一种碱性抛光液在抑制铜钽阻挡层电偶腐蚀的应用，所述的碱性抛光液以多羟基多氨基化合物作为螯合剂以及pH调节剂；所述的多羟基多氨基化合物在所述的碱性抛光液中的质量百分比为0.1％-2％，所述的碱性抛光液的pH值为9-10.5；

所述的多羟基多氨基化合物为羟乙基乙二胺、四羟乙基乙二胺、三乙醇胺的一种或者几种进行混合。

所述的碱性抛光液还包括下述组分组成，以质量份百分比计：SiO₂水溶胶20-50％,复合型非离子表面活性剂1-5％，余量为去离子水。

所述的SiO₂水溶胶的质量浓度为20％-50％，SiO₂的粒径为50-60nm，所述的复合型非离子表面活性剂为：O_Ⅱ-7((C₁₀H₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇-H)、O_Ⅱ-10((C₁₀H₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₁₀-H)、O₂₀(C_12-18H_25-37-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇-H)的一种或几种混合。

优选的，所述的碱性抛光液包括：以质量份百分比计，SiO₂水溶胶40％,复合型非离子表面活性剂3％；多羟基多氨基化合物0.5％；

其中，所述的复合型非离子表面活性剂为O₂₀(C_12-18H_25-37-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇-H)，所述的多羟基多氨基化合物为羟乙基乙二胺。

所述的碱性抛光液的制备方法采用下述步骤：

1)取所述的复合型非离子表面活性剂以及所述的螯合剂加入到SiO₂水溶胶中，进行搅拌；

2)将步骤1)中得到的溶液加入去离子水中进行定容，边加入边搅拌即可得到碱性抛光液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用在碱性抛光液中添加特殊的含有羟基及氨基的化合物作为螯合剂，该螯合剂使铜在抛光液中的电位降低，并在钽表面形成一层钝化层，使钽在抛光液中的电位较小程度的降低，从而达到降低两者之间电位差的目的，同时腐蚀电流降低，腐蚀速率得到控制；选用的鳌合剂可与对铜发生反应，生成可溶性的大分子鳌合物，在较小作用下即可脱离晶片表面，同时可起到缓冲和缓蚀的作用。选用复合型非离子活性剂克服了现有技术中采用采用副作用大且清洗空难的的抑制剂，可使抛光表面吸附物处理易清洗的物理吸附状态，有利于表面沾污物的去除，同时减少损伤层，提高晶片表面质量的均匀性。CMP中应用碱性抛光液的螯合剂使得Ta与Cu之间的电偶腐蚀得到了很好的抑制。该碱性抛光液中未使用氧化剂，客服了现有技术中氧化剂的存在使抛光液的稳定性较差的缺陷。同时该碱性抛光液的配置过程方便合理，不易形成凝胶。

附图说明

图1是本发明的实施例1中Ta与Cu之间的塔菲尔曲线图示意图。

图2是本发明实施例2中Ta与Cu之间的塔菲尔曲线图示意图

图3是本发明实施例3中Ta与Cu之间的塔菲尔曲线图示意图

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。

以配制1000g抛光液为例：

实施例一

取30gO_Ⅱ-7((C₁₀H₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇-H)及5g羟乙基乙二胺，将其加入到200g粒径为50-60nm且质量分数为40％SiO₂水溶胶中，同时进行搅拌,最后用去离子水补齐至1000g，得到pH＝9碱性抛光液。

速率实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机，工作压力为1psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。对直径3inch、厚度为2mm的铜片(纯度为99.99％)和直径3inch、厚度为2mm的钽片(纯度为99.99％)进行抛光，测得铜与钽的平均去除速率：铜为15.3nm/min,钽为22.4nm/min，去除速率高，速率选择比好。表面粗糙度：铜为0.2nm，钽为0.5nm，局部平坦化效果好。

图1示出，铜钽电偶腐蚀电位为1mV,铜钽电偶腐蚀电流密度为0.02μA/cm2，铜钽电偶腐蚀非常弱。

实施例二

取1g O_Ⅱ-10((C₁₀H₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₁₀-H)及1g四羟乙基乙二胺，将其加入到300g粒径为50-60nm且质量分数为20％SiO₂水溶胶中，同时进行搅拌,最后用去离子水补齐至1000g，得到碱性抛光液。

速率实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机，工作压力为1psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。

对直径3inch、厚度为2mm的铜片(纯度为99.99％)和直径3inch、厚度为2mm的钽片(纯度为99.99％)进行抛光，测得铜与钽的平均去除速率：铜为83nm/min,钽为102nm/min，去除速率高，速率选择比好。表面粗糙度：铜为1nm，钽为2nm，局部平坦化效果好。

图2示出，铜钽电偶腐蚀电位为2mV,铜钽电偶腐蚀电流密度为0.2μA/cm2，铜钽电偶腐蚀弱。

实施例三

取10g O₂₀(C_12-18H_25-37-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇-H)及20g三乙醇胺，将其加入到500g粒径为50-60nm且质量分数为50％的SiO₂水溶胶中，同时进行搅拌,最后用去离子水补齐至1000g，得到碱性抛光液。

速率实验：用配制好的抛光液在Alpsitec-E460E型抛光机，工作压力为1psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。

对直径3inch、厚度为2mm的铜片(纯度为99.99％)和直径3inch、厚度为2mm的钽片(纯度为99.99％)进行抛光，测得铜与钽的平均去除速率：铜为53nm/min,钽为62nm/min，去除速率高，速率选择比好。表面粗糙度：铜为2nm，钽为5nm，局部平坦化效果好。

图3示出，铜钽电偶腐蚀电位为5mV,铜钽电偶腐蚀电流密度为2μA/cm2，铜钽电偶腐蚀弱。

工作原理：鳌合剂是一种多羟基多氨基大分子的螯合物，可以有效在钽表面生成一层钝化层，使钽的电位出现较小程度的降低，同时将Cu2+进行络合，使铜的电位较大程度的降低，因此实现电位差的降低，同时腐蚀电流也得到降低。又因为复合型非离子表面活性剂本身具有浸润、分散、渗透和增溶的特性，可以显著降低溶剂表面张力和物质界面应力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。