一种用于铜互连的化学机械抛光液及工艺的制作方法
【专利摘要】一种用于铜互连抛光的工艺方法，包括以下步骤：步骤A：用铜化学机械抛光液去除铜并停在阻挡层表面；步骤B：用阻挡层化学机械抛光液去除阻挡层、二氧化硅覆盖层(Cap?layer)和部分铜；步骤C：用低介电材料抛光液去除部分低介电材料和部分铜。该工艺方法通过改变抛光工艺流程（1步去除铜+2步去除阻挡层/介电层），产能得到提高，通过在第三步抛光时使用低研磨颗粒含量的抛光液，可降低低介电材料(BD)的去除速率，使抛光能较好的停在低介电材料上，同时铜抛光后的碟形凹陷小且无金属残留。
【专利说明】—种用于铜互连的化学机械抛光液及工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铜互连的化学机械抛光液及工艺。
【背景技术】
[0002] 传统的铜互连抛光工艺通常分为3个步骤，第一步用高去除速率去除大量的铜并留下一定的厚度，第二步将剩下的铜去除并过抛以保证无铜残留。在前2步中通常使用铜化学机械抛光液，铜的抛光速率较高，通常会造成铜的碟形凹陷。第三步用阻挡层抛光液去除阻挡层及部分的介电层和铜线，达到平坦化。为了校正铜抛光造成的碟形凹陷，阻挡层抛光液的铜抛光速率通常较低，造成阻挡层的抛光较长，是产能的瓶颈。原有工艺不能兼顾高产能和高平坦化的要求。
[0003]US20090045164A1揭不了一种低介电材料抛光的“通用”阻挡层化学机械抛光液的抛光方法。该方法包括几个抛光步骤:首先用阻挡层抛光液去除阻挡层，在抛光覆盖层(Caplayer)时向抛光液中加入添加剂来降低低介电材料(low-k)的去除速率，改变了覆盖层与低介电材料(low-k)的选择比,从而使抛光停在低介电材料(low-k)上。
[0004]US20030008599A1揭不了一种化学机械抛光方法。该方法通过在抛光过程的不同阶段引入氧化剂和还原剂来改变铜抛光速率，降低抛光后铜的碟形凹陷。
[0005]US20100130101A1揭示了一种化学机械抛光方法，该方法通过用两条管路将不同的抛光液成分引入到抛光垫上，在线混合成抛光液用于抛光。通过调节不同成分的流量来调节抛光速率。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，揭示了一种用于铜互连的化学机械抛光液和抛光工艺，通过改变抛光工艺流程(I步去除铜+2步去除阻挡层/介电层)，产能得到提高，通过在第三步抛光时使用低研磨颗粒含量的抛光液，可降低低介电材料(BD)的去除速率，使抛光能较好的停在低介电材料上，同时铜抛光后的碟形凹陷小且无金属残留。本发明包括了铜抛光液、阻挡层抛光液和低介电材料抛光液在不同抛光盘上的供给选择以及在不同抛光步骤的工艺整合。
[0007]本发明提供的一种用于铜互连抛光的工艺方法，包括以下步骤:
[0008]步骤A:用铜化学机械抛光液去除铜并停在阻挡层表面；
[0009]步骤B:用阻挡层化学机械抛光液去除阻挡层、二氧化硅覆盖层(Caplayer)和部分铜；
[0010]步骤C:用低介电材料抛光液去除部分低介电材料和部分铜。
[0011]在本发明中，所述步骤A、B、C的抛光压力为1.0~2.0psi，抛光头的转速为50~120rpmo
[0012]在本发明中，所述步骤A中的铜抛光液的铜抛光速度至少为5000埃/分钟。
[0013]在本发明中，所述铜抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。[0014]在本发明中，所述阻挡层抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。
[0015]在本发明中，所述低介电材料抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。
[0016]在本发明中，所述的研磨颗粒选自二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、高分子研磨颗粒中的一种或多种。
[0017]在本发明中，所述铜抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为0.2~1%。所述阻挡层抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为5~10%。所述低介电材料抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为2~6%。
[0018]在本发明中，所述的络合剂选自氨羧化合物及其盐、有机羧酸及其盐、有机膦酸及其盐和有机胺中的一种或多种。
[0019]在本发明中，所述的氨羧化合物选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一种或多种；所述的有机羧酸选自醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、没食子酸和磺基水杨酸中的一种或多种；所述的有机膦酸选自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羟基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种；所述的有机胺选自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种；所述的盐为钾盐、钠盐和/或铵盐。
[0020]在本发明中，所述的络合剂的含量为重量百分比0.05~5%。优选地，所述的络合剂的含量为重量百分比0.05~3%。
[0021 ] 在本发明中，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。
[0022]在本发明中，所述的氧化剂的含量为重量百分比0.05~5%。
[0023]在本发明中，所述的腐蚀抑制剂选自氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶类化合物中的一种或多种。
[0024]在本发明中，所述的氮唑类化合物选自苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羟基一苯并三氮唑、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、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-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巯基-四氮唑中的一种或多种；所述的咪唑类化合物选自苯并咪唑和2-巯基苯并咪唑中的一种或多种；所述的噻唑类化合物选自2-巯基-苯并噻唑、2-巯基噻二唑和5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑中的一种或多种；所述的吡啶选自2，3-二氨基吡啶、2-氨基吡啶和2-吡啶甲酸中的一种或多种；所述的嘧啶为2-氨基嘧啶。
[0025]在本发明中，所述的腐蚀抑制剂的含量为重量百分比0.001~2%。
[0026]在本发明中，所述的腐蚀抑制剂的含量为重量百分比0.005~1%。
[0027]在本发明中，所述的抛光液还可以含有至少一种阴离子表面活性剂。
[0028]在本发明中，所述的阴离子表面活性剂为聚丙烯酸类表面活性剂、磷酸酯类表面活性剂。[0029]在本发明中，所述的表面活性剂的含量为重量百分比0.0005~1%。
[0030]本发明的抛光工艺具备突出的技术效果:
[0031]1、通过工艺整合合理分配各抛光盘的抛光时间，提高产能；
[0032]2、通过使用低研磨颗粒含量的低介电材料抛光液，降低使用成本；
[0033]3、通过工艺改进减小铜抛光后的碟形凹陷且无金属残留。
【具体实施方式】
[0034]下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0035]效果实施例
[0036]表1给出了本发明的铜化学机械抛光液的实施例1飞和对比例1，表2给出了本发明的阻挡层化学机械抛光液的实施例6~10和对比例2，表3给出了本发明的低介电材料化学机械抛光液的实施例11~15，按表中所给配方，将除氧化剂以外的其他组分混合均匀，用水补足质量百分比至100%。用KOH或HNO3调节到所需要的pH值。使用前加氧化剂，混合均匀即可。
[0037]表1铜抛光液实施例1~5和对比例1
[0038]
【权利要求】
1.一种用于铜互连抛光的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A:用铜化学机械抛光液去除铜并停在阻挡层表面； 步骤B:用阻挡层化学机械抛光液去除阻挡层、二氧化硅覆盖层和部分铜； 步骤C:用低介电材料抛光液去除部分低介电材料和部分铜。
2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤A、B、C的抛光压力为1.0~2.0psi，抛光头的转速为50~120rpm。
3.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述铜抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。
4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述阻挡层抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。
5.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述低介电材料抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。
6.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的研磨颗粒选自二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、高分子研磨颗粒中的一种或多种。
7.如权利要 求3所述的工艺方法，其特征在于，所述铜抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为0.2~1%。
8.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，所述阻挡层抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为5~10%。
9.如权利要求5所述的工艺方法，其特征在于，所述低介电材料抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为2~6 %。
10.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的络合剂选自氨羧化合物及其盐、有机羧酸及其盐、有机膦酸及其盐和有机胺中的一种或多种。
11.如权利要求10所述的工艺方法，其特征在于，所述的氨羧化合物选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一种或多种；所述的有机羧酸选自醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、没食子酸和磺基水杨酸中的一种或多种；所述的有机膦酸选自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羟基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种；所述的有机胺选自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；所述的盐为钾盐、钠盐和/或铵盐。
12.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的络合剂的含量为重量百分比0.05~5%。
13.如权利要求12所述的工艺方法，其特征在于，所述的络合剂的含量为重量百分比0.05 ~3%。
14.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧化脲、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸盐、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高锰酸钾和硝酸铁中的一种或多种。
15.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的氧化剂的含量为重量百分比0.05~5%。
16.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的腐蚀抑制剂选自氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶类化合物中的一种或多种。
17.如权利要求16所述的工艺方法，其特 征在于，所述的氮唑类化合物选自苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羟基一苯并三氮唑、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、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-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巯基-四氮唑；所述的咪唑类化合物选自苯并咪唑和2-巯基苯并咪唑；所述的噻唑类化合物选自2-巯基-苯并噻唑、2-巯基噻二唑和5-氨基-2-巯基-1，3，4-噻二唑；所述的吡啶选自2，3-二氨基吡啶、2-氨基吡啶和2-吡啶甲酸中的一种或多种；所述的嘧啶为2-氨基嘧啶。
18.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述的腐蚀抑制剂的含量为重量百分比0.001~2%。
19.如权利要求18所述的工艺方法，其特征在于，所述的腐蚀抑制剂的含量为重量百分比0.005~1%。
20.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于:所述的抛光液还可以含有至少一种阴离子表面活性剂。
21.如权利要求20所述的工艺方法，其特征在于:所述的阴离子表面活性剂为聚丙烯酸类表面活性剂、磷酸酯类表面活性剂。
22.如权利要求3-5任一项所述的工艺方法，其特征在于:所述的表面活性剂的含量为重量百分比0.0005~1%。
23.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤A中的铜抛光液的铜抛光速度至少为5000埃/分钟。
【文档编号】C23F3/06GK103898512SQ201210584545
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】张建, 荆建芬, 蔡鑫元, 王雨春, 姚颖, 周文婷 申请人:安集微电子（上海）有限公司