一种用于钴阻挡层抛光的化学机械抛光液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于钴阻挡层的化学机械抛光 液。
【背景技术】
[0002] 集成电路一般包括数百万个活化电子元件。这些活化电子元件通过多层金属化的 互连层连接件安装在硅基材中，这些原本互相分离的活化电子元件通过金属化的通路和触 点连接，从而形成完整的功能电路和部件。铜由于其具有良好的导电性而被广泛用作金属 导线，但是铜具有快速迁移的特性，容易扩散穿过介电层而导致相邻金属线之间漏电，从而 导致器件特性退化并且可能不能发挥作用。因此，通常在铜的沉积之前将扩散阻挡层施加 到基材上。工业上已广泛接受钽及氮化钽作为阻挡层材料使用。但是随着集成电路工业的 发展，特别是到了在32nm及以下技术节点，随着横截面积的缩小，晶界和表面散射效应都 将使电阻升高，这很可能意味着传统的TaN/Ta/Cu结构将无法继续延续。采用电离物理气 相沉积（PVD)工艺，TaN阻挡层可以等比例缩小到约8nm。采用ALD沉积的TaN无法与铜形 成良好的粘结。金属钴是良好的粘结材料，但是由于其无法抑制铜的扩散，因此还需要TaN 或TiN的阻挡层。目前，业界已经开始开发以Co为阻挡层材料的互连结构。
[0003] 铜的互连只能以镶嵌工艺制造，即：在第一层里形成沟槽，在沟槽内填充铜阻挡层 和铜，形成金属导线并覆盖在介电层上。然后通过化学机械抛光将介电层上多余的铜/铜 阻挡层除去，在沟槽里留下单个互连线。
[0004] 在整个半导体基材的抛光工艺中，平坦化技术已成为与光刻和刻蚀同等重要、且 相互依赖的不可缺少的关键技术之一。而化学机械抛光（CMP)工艺便是目前最有效、最成 熟的平坦化技术。化学机械抛光系统是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术于一体的 化学机械平坦化技术，是集成电路向微细化、多层化、平坦化、薄型化发展，和集成电路提高 生产效率、降低成本、晶圆全局平坦化的必备技术。CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物 和抛光垫抛光晶圆表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，在 衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨 料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料）涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的晶圆 薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。在铜互连工艺过程中，化学机械抛光过程一般分为3 个步骤，第1步是先用较高的下压力，以快且高效的去除速率除去衬底表面上大量的铜，第 2步是在快要接近阻挡层时降低下压力，降低去除速率抛光剩余的金属铜并停在阻挡层，第 3步再用阻挡层抛光液去除阻挡层及部分介电层和金属铜，实现平坦化。
[0005] 在化学机械抛光工艺中，浆料组合物的选择则是CMP步骤中一个重要步骤，使用 时，抛光物浆料的有效成分会与被抛光基材发生反应，从而改变抛光效果。选用合适的抛光 浆料，不仅可以加速基材的抛光速率，还可有效提高基材表面平整度，使得集成电路拥有更 好的运作性能。因而针对不同的基材，需要选用不同的抛光浆料，从而增强基材的抛光效 果。
[0006] 在铜制程工艺中，阻挡层的平坦化目的是清除晶圆表面的阻挡层金属和介质材料 并将金属铜和层间介质的厚度控制在工艺要求的范围，形成互连。由于新型的阻挡层材料 钴在酸性条件下容易产生腐蚀，需要开发与钴材料兼容的阻挡层抛光液。本专利旨在提供 一种适用于钴阻挡层的抛光液，其具有较高的二氧化硅、钴和氮化钽的去除速率，铜的速率 可调。而且不产生金属钴和铜的腐蚀。
[0007]CN1400266公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包含二氧化硅磨料，胺类化合 物和非离子表面活性剂，然而其中的含胺类的碱性抛光液易对铜产生腐蚀。CN101372089A 公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包含二氧化硅磨料，腐蚀抑制剂，氧化剂，非离子 氟表面活性剂，芳族磺酸氧化剂化合物。然而，该抛光液的阻挡层的抛光速率较低，产率较 低。CN101012356A公开了一种酸性阻挡层抛光液，该抛光液包含氧化剂，部分被铝覆盖的二 氧化硅颗粒，抑制剂和络合剂，但是该酸性抛光液事实上并不涉及对钴的抛光。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了一种适用于钴阻挡层抛光的化学机械抛光液，该抛光液包含至少一 种研磨颗粒、唑类化合物、络合剂、聚烷氧化物和氧化剂。
[0009] 其中研磨颗粒可为本领域常用研磨颗粒，如二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、掺 杂铝的二氧化硅和/或聚合物颗粒等；研磨颗粒的质量百分比浓度较佳的为1~20%，更佳 的为3~10% ;研磨颗粒的粒径较佳的为20~200nm，更佳的为20~120nm。
[0010] 其中唑类化合物，较佳的选自下列中的一种或多种：苯并三氮唑、甲基苯并三氮 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、3, 5 -二氨基-1， 2,4 -三氮唑、1 -羟基一苯并三氮唑、5 -羧基-3 -氨基-1，2, 4 -三氮唑、3 -氨基-5 -巯 基-1，2, 4 -三氮唑、5 -羧基-苯并三氮唑、5 -苯基四氮唑、1 -苯基-5 -巯基-四氮唑、 5 -乙酸-1H-四氮唑、5 -甲基-四氮唑和5 -氨基-四氮唑。唑类化合物的质量百分比浓 度较佳的为〇. 005~2%，更佳的为0. 01~1%。
[0011] 其中络合剂为有机酸、有机磷酸和氨羧化合物中的一种或多种。较佳的选自下 列中的一种或多种：乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、2 -膦酸丁 烷-1，2,4 -三羧酸、氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸，乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯 三胺五亚甲基膦酸、2-羟基膦酸基乙酸、和多氨基多醚基亚甲基膦酸、乙二胺四乙酸、环己 烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸、亚氨基二乙酸、氨三 乙酸、甘氨酸和/或脯氨酸。络合剂的质量百分比的浓度较佳的为〇. 01~3%，更佳的为 0? 05 ~1%。
[0012] 聚烷氧化物为DISPERBYK- 2090,DISPERBYK- 2091中的一种或多种。聚烷氧化物 的浓度为〇. 005~1%，更佳为0. 01~0. 5%。
[0013] 其中氧化剂较佳的选自下列中的一种或多种：过氧化氢、过氧乙酸，过硫酸钾和/ 或过硫酸铵。氧化剂