[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液。

背景技术

在铜制程的大马氏工艺中，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，这一阶段的抛光直接决定着器件的电性能和可靠性，尤其是进入45纳米制程后，对平坦化的效率，各种材料的去除速率，表面污染物数量，残留颗粒物的尺寸，表面缺陷的程度以及表面的吸附特征都有了更高的要求，尤其是对金属的腐蚀和表面污染物控制已经达到新的高度和精度。一般来讲在45纳米制程中现已采用机械强度较弱的低介电材料，并与其上覆盖二氧化硅层以保护介质层在抛光中受损，阻挡层的厚度也进一步降低，在100多埃左右，表面颗粒物的残留也降低至100以下甚至更低，此外对晶圆级和切片级的抛光均一性都尽可能的低(＜3％)，绝对禁止金属上产生各种形式的腐蚀现象。铜金属的表面粗糙度和形貌均要达到要求。另外随着全球半导体行业降低成本的要求越来越高，对CMP浆料的综合使用成本也要降低到一定的水平，保证抛光性能达标后，浆料的浓缩又可以进一步降低成本。

发明内容

本发明的目的是在上述的背景下，提供一种抛光速率高，选择比可调，表面污染物指标满足要求，成本低的阻挡层抛光液。

本发明的提供一种用于金属铜互连阻挡层平坦化的化学机械抛光液，它包括：

a：一种磨料颗粒，

b：一种金属螯合剂，

c：，一种二氧化硅抛光促进剂。

d：组合金属防腐蚀剂，

e：一种辅助清洗剂

f：一种氧化剂

其中，磨料颗粒是二氧化硅溶胶，或者发烟二氧化硅水分散体，颗粒的粒径为20-250nm，最优的为30-150nm。磨料颗粒的含量为2-30wt％，最好的是5-20wt％。

其中，金属螯合剂是一元或多元有机酸或者有机膦例如HEDP(羟基亚乙基二膦酸)、PBTCA(2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸)、HPAA(2-羟基膦酰基乙酸)、草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸，酒石酸等。金属螯合剂的浓度是在0.01-1wt％，最好的是在0.1-0.5wt％。

其中，氧化剂为过氧化物或者过硫化物。氧化剂的浓度为0.01-1wt％。

其中，组合金属防腐蚀剂为：唑类化合物例如BTA(苯骈三氮唑)或者BTA的衍生物；以及，水溶性聚合物例如聚炳烯酸或者丙烯酸共聚物。其中BTA及其衍生物的浓度为0.01-0.5wt％，最优的为0.1-0.2％；水溶性聚合物的浓度为0.01％-0.5wt％，最优的为0.05-0.2％。

其中，二氧化硅抛光促进剂为季铵盐或季铵碱，具体为四甲基卤化铵，四乙基卤化铵，四丙基卤化铵，四丁基卤化铵，四甲基氢氧化铵，四乙基氢氧化铵，四丙基氢氧化铵，四丁基氢氧化铵等。优选的为四丁基氟化氨，四丙基溴化铵，四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵。二氧化硅抛光促进剂的浓度为质量百分比10ppm到0.5％，优选的为质量百分比100ppm到0.2％。

本发明还包括辅助清洗剂，具体为一种或多种为烷基磷酸酯盐类阴离子表面活性剂，例如：烷基磷酸酯二乙醇胺盐，烷基磷酸酯三乙醇胺盐，磷酸烷基十二烷基磷酸酯铵盐，十二烷基磷酸酯钾盐，十四烷基磷酸酯钾盐，十六烷基磷酸酯钾盐等。该辅助清洗剂的含量为0.005-0.2wt％，优选的为0.01-0.1wt％。

本发明抛光液的pH值在2-5，最好的为2.5-3.5。

磨料颗粒是浆料机械力的来源，它主要是用于去除金属氧化物和介质材料。

本发明的有益效果如下：

本发明包括金属螯合剂，能够是螯合被氧化的金属铜离子，形成水溶性物质，随抛光液排放，避免金属化合物残留在抛光垫和晶圆表面；氧化剂能够氧化金属铜至离子状态，易于被磨料机械力移除；金属腐蚀抑制剂体系能够保护金属铜表面，避免产生腐蚀，保护凹处的金属铜不被氧化，保证整个晶圆表面不产生缺陷和材料侵蚀，另外还能够调节铜的去除对双氧水的敏感程度；二氧化硅抛光促进剂能够提高二氧化硅的去除速率，调整氧化物与金属的抛光选择比；辅助清洗组分能够保证抛光后的晶圆容易清洗，降低颗粒物残留数量。

附图说明

图1为未添加辅助清洗剂烷基磷酸酯的晶圆表面；

图2为添加表面活性剂烷基磷酸酯后的晶圆表面；

图3为水溶性聚合物的添加量对铜去除速率的影响；

图4为水溶性聚合物存在下Cu对双氧水浓度变化的敏感程度。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步阐述本发明。