[发明专利]一种基于金属Co的抛光工艺的抛光液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及微电子工艺中技术领域，具体涉及一种用于微电子抛光工艺的抛光液及其应用。

背景技术

随着超大规模集成电路（ULSI）技术向更小器件尺寸发展，后端铜互连的尺寸也随之缩小。为减小互连延时，铜互连结构中的阻挡层和粘附层越来越薄，传统的铜粘附层/阻挡层-Ta/TaN已经不能满足要求，因为Ta相对的高电阻率，以及Ta不能作为铜直接电镀的籽晶层。金属钴（Co）价格相对便宜，和铜有很好的粘附性，Cu在Co上容易成核，同时Co的电阻率较低，同时也能作为铜的直接电镀籽晶层。钴或者钴的合金作为铜互连结构中铜的粘附层已经有一些实验报道。

在目前的化学机械抛光过程中，为减少低K介质在化学机械抛光过程中的损伤，目前使用的大多数铜和阻挡层的抛光液是酸性的。但实验发现，在含有氧化剂（H₂O₂）的酸性溶液中，铜和钴都极易溶解，这使得在抛光过程中，铜钴的抛光速率过快，容易导致铜的蝶形坑（dishing）出现。而钴的溶解很容易造成沟槽中钴的溶解进而导致铜的脱附。所以在酸性抛光液中加入抑制剂十分必要。加入合适的抑制剂后，可以避免酸性抛光液中钴抛光速度过快。同时能有效抑制铜互连结构中沟槽侧壁处钴的溶解，有效提高钴作为铜粘附层的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于微电子抛光工艺的抛光液，该抛光液可以有效抑制酸性抛光液中钴化学自腐蚀速率，防止因抛光速度过快可能引起的可靠性问题。 

为实现以上目的，本发明提供了一种基于金属Co的抛光工艺的抛光液，其中，该抛光液组分包含以下按重量百分数计的原料：

抑制剂 0.01-2 % ，

氧化剂 0-5 %，

研磨颗粒 0.1-10 %，

螯合剂 0.001-10 %，

余量为水；

上述原料通过pH值调节剂调节至该抛光液的pH值为3-5；

所述抑制剂选自含S、N或同时含S和N的五元杂环衍生物中的任意一种以上；抑制剂的作用是降低铜和钴在抛光液中的静态腐蚀速率，有助于增大抛光平坦化速率以及减低蝶形坑缺陷和防止沟槽侧壁粘附层的溶解。 

所述氧化剂选自过氧化氢，过硫酸铵，高碘酸钾，高氯酸钾中的任意一种以上；氧化剂的作用是将金属铜、钴以及阻挡层金属氧化为相应的金属氧化物、氢氧化物或者金属离子。其中，优选过氧化氢作为氧化剂。氧化剂在抛光液中所占重量百分数为0-5%；其中，优选氧化剂所占重量百分数为0.5%-5%。

所述的研磨颗粒选自二氧化硅，二氧化铈，三氧化二铝中的任意一种以上；研磨颗粒的作用是通过机械摩擦去除与研磨颗粒接触的金属或者金属的反应物，达到机械去除的目的。其中，优选二氧化硅溶胶作为研磨颗粒。所述研磨颗粒的粒径大小会影响抛光速率和粗糙度，本发明选择粒子直径为10-100nm的研磨颗粒。

所述的螯合剂选择：氨基酸或柠檬酸或二者的混合物；螯合剂的作用是与抛光表面以及抛光液中的金属离子形成螯合物，有助于减小抛光液中的金属颗粒和抛光金属表面的金属离子污染。

上述的基于金属Co的抛光工艺的抛光液，其中，所述的抛光液组分包含以下按重量百分数计的原料：

抑制剂 0.01-1 % ，

氧化剂 0.5-2 %，

研磨颗粒 1-5 %，

螯合剂 0.4%，

余量为水。

上述的基于金属Co的抛光工艺的抛光液，其中，所述的作为抑制剂的五元杂环衍生物中环内含有2个杂原子。

进一步地，所述的抑制剂选择苯并三氮唑，2-巯基噻唑啉、2-巯基苯骈噻唑，咪唑，2-氨基苯并咪唑，2-巯基苯并咪唑，2-甲基苯并咪唑中的任意一种以上。其中，优选苯并三氮唑、2-巯基噻唑啉的混合物作为抑制剂。苯并三氮唑和2-巯基噻唑啉能同时有效抑制铜和钴的静态腐蚀。 

上述的基于金属Co的抛光工艺的抛光液，其中，所述的螯合剂可选自于氨基酸中的一种或者几种，如甘氨酸，谷氨酸，亮氨酸，精氨酸；以及其他有机酸，如柠檬酸。其中优选地，甘氨酸作为螯合剂。

上述的基于金属Co的抛光工艺的抛光液，其中，所述的pH值调节剂选择稀释的硝酸、硫酸、稀醋酸、盐酸、氢化化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的任意一种以上；优选稀释的硝酸和氢氧化钾。