[发明专利]一种碱性抛光液及抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性抛光液及抛光方法，尤其涉及一种碱性阻挡层化抛光液及其抛光方法。

背景技术

化学机械抛光（CMP），是实现芯片表面平坦化的最有效方法。

阻挡层通常介于二氧化硅和铜线之间，起到阻挡铜离子向介电层扩散的作用。抛光时，首先阻挡层之上的铜被去除。由于此时铜的抛光速度很快，会形成各种缺陷（例如：蝶形缺陷dishing,和侵蚀erosion）。在抛光铜时，通常要求铜CMP先停止在阻挡层上，然后换另外一种专用的阻挡层抛光液，去除阻挡层（例如钽），同时对蝶形缺陷dishing和侵蚀erosion进行修正，实现全局平坦化。

商业化的阻挡层抛光液有酸性和碱性两种，各有优缺点。例如酸性阻挡层抛光液对铜的抛光速度容易通过双氧水调节，且双氧水稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较慢；

碱性阻挡层抛光液对铜的抛光速度不容易通过双氧水调节，且双氧水不稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较快。

除此以外，无论是在酸性抛光还是碱性抛光条件下，经常遇到边缘过度侵蚀（edge-over-erosion,EOE）的问题，其形状又被称作“犬牙”（fang）。通常发生在阻挡层抛光之后。在大块的铜结构边缘，会有二氧化硅等电介质的缺失，形成沟槽。有些时候也会看到由于电偶腐蚀引起的铜的缺失。EOE现象，降低了芯片表面的平坦度，在导电层、介电层一层一层向上叠加时，会继续影响上一层的平坦度，导致抛光后，每一层的表面凹陷处，可能会有铜的残留，导致漏电、短路，因而影响半导体的稳定性。

随着技术的不断发展，Low-K材料被引入半导体制程，这样，阻挡层的抛光液、在继铜、钽、二氧化硅之后，对Low-K材料的抛光速度也提出了更高的要求。在现有的阻挡层抛光技术中，US7241725、US7300480用亚胺、肼、胍提升阻挡层的抛光速度。US7491252B2用盐酸胍提升阻挡层的抛光速度。US7790618B2用到亚胺衍生物和聚乙二醇硫酸盐表面活性剂，用于阻挡层的抛光。以上专利提高了阻挡层的抛光速度，但是不能很好地保护细线区的侵蚀（erosion）。

CN101665664A用季铵盐阳离子表面活性剂可抑制低介电材料（例如BD）的抛光速度。所述的阳离子季铵盐含有C8以上的长链，但是C8以上长链的大多数季铵盐型阳离子表面活性剂会显著抑制二氧化硅（OXIDE）的抛光速度，会阻止抛光。

EP2119353A1使用poly(methyl vinyl ether)用于含Low-K材料的阻挡层的抛光。US2008/0276543A1用甲脒、胍类以及聚乙烯吡咯烷酮（PVP)的混合物用于阻挡层的抛光。这些配方在铜线细线区，尤其是在碱性抛光条件下，容易形成很深的侵蚀（Erosion）,硅片（wafer）表面平坦度的问题需要通过其他方法解决。

EP0373501B1公开了一种精抛液，用有机聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）调节抛光液的流体力学特性，改善硅片表面的平坦度，减少缺陷。但是这种精抛液，不能用于含有金属材料（铜、钽）的抛光，且无法解决边缘过度侵蚀（EOE）问题。

在以上现有技术中，并没有一种抛光液可以在调节二氧化硅、low-K材料、阻挡层、铜等多种材料抛光速度的同时，做到很好地保护、调节细线区的侵蚀（erosion），同时硅片具有较高的全局平整度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何使抛光液在调节多种材料的抛光速度的同时，保证细线区不被侵蚀，并使硅片具有较高的全局平整度。

本发明主要提供了一种碱性阻挡层抛光液，其包含：研磨颗粒，唑类化合物，络合剂，C₁～C₄季胺碱，调节硅片表面平整度的表面活性剂和聚羧酸烷基铵盐。这种抛光液可以在碱性条件性很好的控制铜的抛光速率，降低铜细线的侵蚀，抑制铜细线边缘的过度侵蚀，提高不同材料的亲水性，有利于抛光及实现全局平坦化。

该抛光液中采用的研磨颗粒为二氧化硅（SiO₂），浓度为质量百分比含量3～15%，优选浓度为3～10%。

唑类化合物选自所述唑类化合物及其衍生物，选自三氮唑及其衍生物的一种或多种。三氮唑及其衍生物为苯骈三氮唑（BTA），甲基苯骈三氮唑（TTA）及其衍生物中的一种或多种，优选苯并三氮唑及其衍生物中的一种或多种。唑类化合物的浓度为质量百分比0.005%～0.1wt%，优选浓度为0.005%～0.05wt%。