一种碱性化学机械抛光液的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于阻挡层的碱性化学机械抛光液，含有研磨颗粒、聚乙烯醇和氧化剂，其中，所述抛光液还含有铜腐蚀抑制剂A和铜腐蚀抑制剂B，其中，所述铜腐蚀抑制剂B既有铜腐蚀抑制作用，也具备络合作用。该抛光液可以适度调节对铜表面的腐蚀抑制强度，控制铜的抛光速度，同时可以更好地保护、抑制对铜宽线区和细线区的腐蚀。
【专利说明】一种碱性化学机械抛光液
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种化学机械抛光液，更具体地说，涉及一种碱性化学机械抛光液。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的不断发展，集成电路的器件尺寸缩小、布线层数增加，金属铜被广泛用作互连线路的材料，铜比铝的优势在于具有较低的电阻率，而且对电迁移具有高阻抗。但为了防止铜溶于介电材料，所以在铜和介电材料之间需要覆盖一层扩散阻挡层，常规的阻挡层材料包括钽、氮化钽、钛、氮化钛等。
[0003]铜的化学机械抛光(CMP)工艺一般分为两步，第一步用一种抛光液快速去除阻挡层上面覆盖的铜金属，该抛光液通常具有很高铜的抛光速率和低的阻挡层抛光速率，以便快速去除阻挡层表面多余的铜后停止在阻挡层上。第二步用一种抛光液去除阻挡层和少量的介电层，通过调节阻挡层、介电层和铜之间不同的去除速度，实现全局平坦化。
[0004]目前的阻挡层抛光液按照酸碱性可以分为两类，酸性阻挡层抛光液和碱性阻挡层抛光液。
[0005]当前涉及酸性抛光液的专利有很多，比如CN1312845A专利，该专利中公开了一种酸性阻挡层抛光液，其含有金属磨料和大量大分子的表面活性剂。但该抛光液存在抛光表面损伤，且为对设备腐蚀污染严重的酸性物质。
[0006]碱性的阻挡层抛光液也存在，比如:US7241725，US7300480,US7491252, US7790618采用含有亚胺类物质、以及BTA的碱性抛光液用于阻挡层的抛光。亚胺类物质，例如碳酸胍作为络合剂，提高钽的抛光速度。在上述专利中，采用单一络合剂BTA，对铜表面的腐蚀保护不足，或者需要较大的用量，不·及TTA等抑制剂。加入碳酸胍等络合剂会显著降低抛光液的胶体稳定性。
[0007]上述现有技术使用的均为单一腐蚀抑制剂，对铜腐蚀的抑制效果非常有限。且均有使用络合剂。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的问题是提供一种阻挡层抛光液，可以适度调节对铜表面的腐蚀抑制强度，控制铜的抛光速度。可以更好保护、抑制对铜宽线区和细线区的腐蚀。可以在不加常规络合剂就可以调控适度的铜抛光速度。最终实现快速全局平坦化、消除表面缺陷，提升抛光产品的性能。
[0009]本发明的碱性化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、聚乙烯醇和氧化剂，其中，所述抛光液还含有铜腐蚀抑制剂A和铜腐蚀抑制剂B，其中，所述铜腐蚀抑制剂B既有铜腐蚀抑制作用，也具备络合作用。
[0010]在本发明中，所述铜腐蚀抑制剂B是1，2，4-三氮唑(TAZ)。
[0011]在本发明中，所述铜腐蚀抑制剂B的质量百分比含量是0.005-0.lwt%。优选地，所述铜腐蚀抑制剂B的质量百分比含量是0.01-0.03Wt%。[0012]在本发明中，所述铜腐蚀抑制剂A是三氮唑及其衍生物。优选地，所述铜腐蚀抑制剂A是苯骈三氮唑(BTA)，甲基苯骈三氮唑(TTA)和/或其衍生物。
[0013]在本发明中，所述铜腐蚀抑制剂A的质量百分比含量是0.005-0.3wt%。优选地，所述铜腐蚀抑制剂A的质量百分比含量是0.04-0.1wt %。
[0014]在本发明中，所述的研磨颗粒为二氧化硅。
[0015]在本发明中，所述的研磨颗粒的质量百分比含量是l_20wt % O优选地,所述的研磨颗粒的质量百分比含量是10_15wt%。
[0016]在本发明中，所述的聚乙烯醇是PVA1788和/或PVA1799。
[0017]在本发明中，所述的聚乙烯醇的质量百分比含量是0.05-0.4wt%。优选地，所述的聚乙烯醇的质量百分比含量是0.1-0.2wt%。
[0018]在本发明中，所述的氧化剂为双氧水。
[0019]在本发明中，所述的氧化剂的质量百分比含量是0.1-1wt %。
[0020]在本发明中，所述抛光液的pH值为8至12。
[0021 ] 在本发明中，所述抛光液还含有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮为K17，K15和/或K30。 [0022]在本发明中，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量百分比含量是0.1-0.5wt%。
[0023]在本发明中，所述抛光液不包含络合剂。
[0024]上述任一项化学机械抛光液，可应用在阻挡层的抛光中。
[0025]本发明的铜腐蚀抑制剂A和铜腐蚀抑制剂B可应用在调节铜表面抛光中提高腐蚀抑制强度中。优选地，所述铜腐蚀抑制剂A为苯骈三氮唑(BTA)，甲基苯骈三氮唑(TTA)和/或其衍生物，所述铜腐蚀抑制剂B为1，2，4-三氫唑(TAZ)。
[0026]与选用单一的铜的腐蚀抑制剂相比，双抑制剂体系具有如下优点:
[0027]1:可以适度调节对铜表面的腐蚀抑制强度，控制铜的抛光速度。单抑制剂如TTA，对铜表面的抑制作用很强，造成铜的抛光速率太低；如果换成TAZ，对铜表面的抑制作用又较弱，铜的抛光速度较快，并且铜表面保护不好。如果将TTA和TAZ合用，TAZ和TTA之间有竞争，TAZ和铜的络合速度相对较快，抢占了部分TTA和铜络合的位置，这样对铜表面的保护力度，介于TTA和TAZ中间，抛光速度适中。
[0028]2:可以更好保护、抑制对铜宽线区和细线区的腐蚀。不同的铜腐蚀抑制剂，由于自身分子结构大小不同，对宽线区的铜以及细线区的铜的保护效果不同。有些抑制剂，对细线区保护较好，而有的抑制剂对宽线区保护较好，将两者合用，可以兼顾宽线和细线区的腐蚀。这样可以达到Dishing (碟形缺陷)和Erosion (侵蚀)均匀一致,芯片单元内的均匀性(Within Dieuniformity)显著提高。
[0029]3:可以不加常规络合剂就可以实现合适的铜抛光速度。由于不添加络合剂，进一步降低了添加剂的含量，显著提高研磨颗粒的胶体稳定性，延长产品的保质期，使产品质量更稳定。
[0030]4:加入PVA可降低fang (局部侵蚀)。
【具体实施方式】
[0031]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。
[0032]制备实施例
[0033]表1给出了本发明的化学机械抛光液配方。以下所述百分含量均为质量百分比含量。
[0034]下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受具体实施例的限制。下述实施例中，百分比均为质量百分比。
[0035]给出了本发明的化学机械抛光液实施例1-10及对比例1-3的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用PH调节剂调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。
[0036]抛光条件:抛光机台为Logitech (英国)1PM52型,FUJIBO抛光垫,4cmX 4cm正方形晶圆(Wafer),研磨压力1.5psi,研磨台转速70转/分钟,研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/分钟。
[0037]
【权利要求】
1.一种碱性化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、聚乙烯醇和氧化剂，其中，所述抛光液还含有铜腐蚀抑制剂A和铜腐蚀抑制剂B，其中，所述铜腐蚀抑制剂B既有铜腐蚀抑制作用，也具备络合作用。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂B是1，2，4_三氮唑(TAZ)0
3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂B的质量百分比含量是 0.005-0.1wt % ο
4.根据权利要求3所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂B的质量百分比含量是 0.01-0.03wt%o
5.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂A是三氮唑及其衍生物。
6.根据权利要求5所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂A是苯骈三氮唑(BTA)，甲基苯骈三氮唑TTA和/或其衍生物。
7.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂A的质量百分比含量是 0.005-0.3wt%0
8.根据权利要求7所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂A的质量百分比含量是 0.04-0.1wt % ο
9.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的研磨颗粒为二氧化硅。
10.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的研磨颗粒的质量百分比含量是l-20wt% ο
11.根据权利要求10所述的抛光液，其特征在于:所述的研磨颗粒的质量百分比含量是 10-15wt%o
12.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的聚乙烯醇是PVA1788和/或PVAI799。
13.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的聚乙烯醇的质量百分比含量是0.05-0.4wt%。
14.根据权利要求13所述的抛光液，其特征在于:所述的聚乙烯醇的质量百分比含量是 0.1-0.2wt%o
15.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的氧化剂为双氧水。
16.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述的氧化剂的质量百分比含量是0.1-1wt % ο
17.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述抛光液的pH值为8至12。
18.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述抛光液还含有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0
19.根据权利要求18所述的抛光液，其特征在于:所述聚乙烯吡咯烷酮为K17，K15和/ 或 K30。
20.根据权利要求18所述的抛光液，其特征在于:所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量百分比含量是0.1-0.5wt%o
21.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述抛光液不包含络合剂。
22.根据权利要求1-21任一项所述的抛光液，其在阻挡层抛光中的应用。
23.铜腐蚀抑制剂A和铜腐蚀抑制剂B在调节铜表面抛光中提高腐蚀抑制强度中的应用。
24.根据权利要求23所述的应用，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂A为苯骈三氮唑(BTA)，甲基苯骈三氮唑(TTA)和/或其衍生物，所述铜腐蚀抑制剂B为1，2，4_三氮唑(TAZ)0·
【文档编号】C23F3/04GK103849317SQ201210496768
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】王晨, 王雨春, 何华锋 申请人:安集微电子（上海）有限公司