一种化学机械抛光液及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种碱性化学机械抛光液，尤其涉及一种抛光阻挡层的化学机械抛 光液。
【背景技术】
[0002] 化学机械抛光（CMP)，是实现芯片表面平坦化的最有效方法。
[0003] 阻挡层通常介于二氧化硅和铜线之间，起到阻挡铜离子向介电层扩散的作用。抛 光时，首先阻挡层之上的铜被去除。由于此时铜的抛光速度很快，会形成各种缺陷(例如：蝶 形缺陷dishing,和侵蚀erosion)。在抛光铜时，通常要求铜CMP先停止在阻挡层上，然后 换另外一种专用的阻挡层抛光液，去除阻挡层(例如钽)，同时对蝶形缺陷（dishing)和侵蚀 (erosion)进行修正，实现全局平坦化。
[0004] 商业化的阻挡层抛光液有酸性和碱性两种，各有优缺点。例如酸性阻挡层抛光液 对铜的抛光速度容易通过双氧水调节，且双氧水稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度 较慢；碱性阻挡层抛光液对铜的抛光速度不容易通过双氧水调节，且双氧水不稳定，但是对 二氧化硅和TiN的抛光速度较快。
[0005] 钽是阻挡层常用的金属。在现有的抛光技术中，US7241725、US7300480用亚胺、肼、 胍提升阻挡层的抛光速度。US7491252B2用盐酸胍提升阻挡层的抛光速度。US7790618B2 用到亚胺衍生物和聚乙二醇硫酸盐表面活性剂，用于阻挡层的抛光。CN200510030871. 9用 有机膦酸、聚丙烯酸类、氧化剂提高钽的抛光速度。US20080276543用碳酸胍类化合物提高 钽的抛光速度。
[0006] CN200710199423. 0用混合二氧化硅、多元羧酸(或氨基酸)、表面活性剂用于铜的 抛光。实现的技术效果是铜的蝶形凹陷被显著降低。这篇专利的抛光对象是铜，不是针对 阻挡层钽。同时，申请人发现，这篇专利最优化的二氧化硅含量是0.1~3%。如果大于这 个含量，阻挡层会被抛光。因此，这篇专利技术不适合抛光阻挡层。CN200710199423.0由 于不是用于阻挡层抛光，没对L0W-K材料的抛光速度进行调节，因此用CN200710199423. 0 的技术方案、在用于含L0W-K材料阻挡层进行抛光时，细线区的侵蚀会很严重。同样， CN200710199423. 0所用多元羧酸（或氨基酸）也会造成严重的侵蚀。CN200710199423. 0最 优化的氧化剂是APS (过硫酸铵)，这种氧化剂在碱性PH条件下，分解很快。生产上要现配 现用，并且因为氧化剂分解，会造成抛光速度不稳定。
[0007] 在抛光液中常用到表面活性剂改善抛光性能。环氧乙烷（E0)和环氧丙烷（P0)共 聚物是常用到的表面活性剂。例如TWI227728B中使用环氧乙烷（E0)和环氧丙烷（P0)共聚 物，用于阻挡层的抛光。这些表面活性剂没有大幅提升钽的抛光速度，相反，对钽的抛光速 度略有抑制。同样地，CN200980000271用环氧乙烷（E0)和环氧丙烷（P0)共聚物用于铜的 抛光，提高抛光选择性，其抛光目的是实现非常高的铜的速度（>4000A/min)，同时抑制钽的 抛光速度（〈l〇〇A/min)。
[0008] 在以上提到的专利中，钽和二氧化硅的抛光速度都不足够快。同时，以上专利都没 有提供抑制图形芯片细线区侵蚀（erosion)的方法。
[0009] 本发明提供一种可以大幅提高钽和二氧化硅的抛光速度、同时有效抑制侵蚀的方 法。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种化学机械抛光液，其可以大幅提高钽和二氧化硅的抛 光速度、并控制铜的抛光速度，从而有效抑制侵蚀。
[0011] 研磨剂可以选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁、有机聚合物、氧化铈等具有研 磨属性的颗粒或分散液。从胶体稳定性角度考虑，选用二氧化硅最佳。
[0012] 本发明的一方面在于提供一种碱性化学机械抛光液，含有水、至少两种不同种类 的二氧化硅研磨剂、有机磷酸络合剂、腐蚀抑制剂、聚乙烯吡咯烷酮（PVP )、氧化剂。
[0013] 其中，该化学机械抛光液还进一步含有E0P0共聚物(环氧乙烯环氧丙烯共聚物)。 分子量2000~3900。该E0P0共聚物可从市场购得，例如的dow陶氏化学的TERGIT0L? L-61。（L-61 分子量 2000, L-62 分子量 2500, L-64 分子量 2700, L-81 分子量 2750, L-101 分子量3900)。
[0014] 其中，两种不同种类的二氧化硅研磨剂，其中一种是胶体二氧化硅研磨剂、另一种 是气相二氧化硅研磨剂。
[0015] 其中，胶体二氧化硅研磨剂含量1~15wt%，气相二氧化硅研磨剂含量3~20wt%。
[0016] 其中，有机磷酸络合剂是羟基乙叉二膦酸（HEDP)、氨基三甲叉膦酸（ATMP)和/或 2_膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA)。有机膦酸络合剂的加入可提高铜的抛光速度。
[0017] 其中，有机磷酸络合剂含量是0? 01%~0? 2wt%。
[0018] 其中，腐蚀抑制剂是唑类化合物。优选地，腐蚀抑制剂是苯骈三氮唑（BTA)。腐蚀 抑制剂的加入可抑制铜的腐蚀。
[0019] 其中，腐蚀抑制剂浓度是0? 01%~0? lwt%。
[0020] 其中，聚乙烯吡咯烷酮浓度是0. 05%~0. 5wt%。
[0021] 其中，聚乙烯吡咯烷酮的分子量为2000~50000,可使用本领域常见的一些聚乙 烯吡咯烷酮产品，例如K12，K17，K30等。优选K17 (分子量约8000)。聚乙烯吡咯烷酮的加 入可抑制低介电材料，例如BD材料的抛光速率。
[0022] 其中，氧化剂是无机氧化剂和/或有机氧化剂，其中无机氧化剂选自卤素类氧化 剂，过硫酸盐、高锰酸盐、双氧水。有机氧化剂为有机过氧化物。优选地，卤素类氧化剂选自 溴酸盐、碘酸盐、高碘酸盐，所述的有机过氧化物选自过氧乙酸、过氧化苯甲酸。
[0023] 其中，过氧化氢的含量是0? 1%~2. Owt%。
[0024] 其中，化学机械抛光液PH值是9-12。
[0025] 其中，E0P0共聚物含量0? 04~0? 08wt%。
[0026] 本发明的另一方面在于提供前述化学机械抛光液在抛光阻挡材料中的应用。
[0027] 本发明所用试剂及原料均市售可得。
[0028] 上述试剂在浆料中的浓度均为质量百分数。
[0029] 本发明的积极进步效果在于：本发明的抛光液可以提高钽和二氧化硅的抛光速 度，提高了芯片生产的产量和效率，进一步降低了生产成本。同时，本发明的抛光液降低了 抛光过程中的侵蚀，提高了产品的抛光质量。采用的EO、PO共聚物，生物可降解，更加环保。【具体实施方式】
[0030] 本发明所用试剂及原料均市售可得。本发明的抛光液由上述成分简单均匀混合即 可制得。
[0031] 下面通过具体实施例对本发明的化学机械抛光液进行详细描述，以使更好的理解 本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。实施例中各成分百分比均为质量百分比。
[0032] 制备实施例
[0033]表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例和对比例配方。以下所述百分含量均 为质量百分比含量。配方中所用化学试剂均为市面采购。按照表1中各实施例以及对比实 施例的成分及其比例配制抛光液，混合均匀，用水补足质量百分比至100%。用K0H或HN03 调节到所需要的pH值。其中抛光条件为：抛光机台为Mirra, fujibo抛光垫，200mmWafer， 研磨压力1. 5psi,研磨台转速93转/分钟，研磨头自转转速87转/分钟，抛光液滴加速度 150ml/min〇
[0034] 表1本发明的化学机械抛光液实施例和对比例配方
[0035]
【主权项】
1. 一种碱性化学机械抛光液，含有水、至少两种不同种类的二氧化硅研磨剂、有机磷酸 络合剂、腐蚀抑制剂、聚乙烯吡咯烷酮、氧化剂。
2. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述化学机械抛光液还进一步含有EOPO共聚 物。
3. 根据权利要求1的化学机械抛光液，其中所述的两种不同种类的二氧化硅研磨剂， 其中一种是胶体二氧化硅研磨剂、另一种是气相二氧化硅研磨剂。
4. 根据权利要求3的化学机械抛光液，所述的胶体二氧化硅研磨剂含量1~15wt%，所 述的气相二氧化娃研磨剂含量3~20wt%。
5. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的有机磷酸络合剂是羟基乙叉二膦酸 (HEDP )、氨基三甲叉膦酸（ATMP )和/或2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA )。
6. 根据权利要求5的化学机械抛光液，所述的有机磷酸络合剂含量是0.01%~ 0. 2wt%〇
7. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的腐蚀抑制剂是唑类化合物。
8. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的腐蚀抑制剂是苯骈三氮唑（BTA)。
9. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的腐蚀抑制剂浓度是0. 01%~0. lwt%。
10. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的聚乙烯吡咯烷酮浓度是0.05%~ 0. 5wt%〇
11. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量为2000~ 50000。
12. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的氧化剂是无机氧化剂和/或有机氧化 齐?，其中所述无机氧化剂选自卤素类氧化剂，过硫酸盐、高锰酸盐、双氧水，有机氧化剂为有 机过氧化物。
13. 根据权利要求12的化学机械抛光液，所述的卤素类氧化剂选自溴酸盐、碘酸盐、高 碘酸盐，所述的有机过氧化物选自过氧乙酸、过氧化苯甲酸。
14. 根据权利要求13的化学机械抛光液，所述的过氧化氢的含量是0. 1%~2. Owt%。
15. 根据权利要求1的化学机械抛光液，所述的化学机械抛光液PH值是9-12。
16. 根据权利要求2的化学机械抛光液，所述EOPO共聚物含量0. 04~0. 08wt%。
17. 根据权利要求2的化学机械抛光液，所述EOPO共聚物分子量2000~3900。
18. -种如以上任一权利要求所述的化学机械抛光液在抛光阻挡材料中的应用。
【专利摘要】本发明涉及一种碱性化学机械抛光液，含有水、至少两种不同种类的二氧化硅研磨剂、有机磷酸络合剂、腐蚀抑制剂、聚乙烯吡咯烷酮、氧化剂。本发明的抛光液可以大幅提高钽和二氧化硅的抛光速度、并控制铜的抛光速度，从而有效抑制侵蚀。
【IPC分类】C09G1-02
【公开号】CN104650738
【申请号】CN201310596267
【发明人】王晨, 周仁杰, 何华锋
【申请人】安集微电子（上海）有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月22日