[发明专利]一种适用于低下压力的弱酸性铜抛光液

说明书

技术领域

本发明属于微电子辅助材料及超精密加工工艺技术领域，特别涉及一种去除速率高、颗粒残留少、无离子污染的铜弱酸性抛光液。

背景技术

化学机械抛光(CMP)是目前公认的实现材料局部和全局平坦化的最有效方法，广泛应用于IC制程的表面平坦化处理。铜已经作为IC集成电路的中间层引线，而且铜的CMP作为微型器件的主要加工工艺，各国均在加紧攻关研究。影响铜CMP全局平坦化的关键因素是抛光液，它决定整个抛光工艺和抛光结果是否理想。国际上，铜CMP的抛光液按pH值主要分为两类：酸性(pH小于7)抛光液和碱性(pH大于7)抛光液。酸性抛光液的研制与开发主要有美国的Cabot、Motorola、Rodel等公司。由于铜在酸性溶液中腐蚀速率高，酸性范围内氧化剂多，抛光选择高，所以目前国际上开发的铜CMP抛光液以酸性抛光液为主流。其主要成分有氧化剂、抗蚀剂、pH调制剂和磨料。但是酸性抛光液腐蚀性大，对设备要求高。为了降低CMP对设备的腐蚀，一些研究单位对碱性抛光液就行了研究和开发。碱性抛光液的主要成分有氧化剂、络合剂、pH值调制剂和磨料等。但是在强碱性的环境中找到氧化势高的组分比较难，可用的氧化剂有Fe(NO3)3、K3Fe(CN)3、NH4OH、NaClO3、NH4NO3、NaCrO4等，这同时带来一些问题，即金属离子的污染和毒性，不利于后道工序和操作。因此，开发一种去除速率高、颗粒残留少、无离子污染，对设备腐蚀性小的铜弱酸性抛光液的任务既紧迫又很有必要。

另外，随着微电子技术的不断发展，集成电路向高集成化、特征尺寸微细化方向发展。为了尽可能降低由于特征尺寸不断减小而产生的严重互连延迟，在集成电路制造工艺中，已逐渐倾向于应用更低介电常数的电介质材料和具有更低电阻率、更优抗电子迁移性能的铜互连线代替铝互联线。然而，拥有更低介电常数的电介质材料，在传统的化学机械抛光条件下很容易因为应力过大而造成对铜互连线严重损伤，使集成电路失效。因此，开发适用于低下压力的铜抛光液成为应用低介电常数电介质材料和铜互连线的集成电路制造工艺中的关键技术。一般，减小下压力会对包括抛光速率在内的CMP总体性能产生不利影响。例如，采用成熟的商用铜抛光组合物进行铜抛光，压力为5.0psi时抛光速率为333.3nm/min，而当压力减小到约0.5psi时，抛光速率减小至101.9nm/min，相差3倍左右。因此，减小压力抛光会严重的影响生产能力。

美国罗门哈斯公司提出了一种用于铜的低下压力抛光组合物和方法(CN1644644A)，适用于在至少小于3.0psi的下压力下抛光半导体晶片上的铜，其中添加的含磷化合物可增加铜的去除，实施例中1.0psi压力下，添加磷酸铵前后抛光去除速率分别为150.0nm/min和266.3nm/min。US6,620,037采用不添加缓蚀剂(如BTA)的抛光组合物进行铜抛光以期提升抛光速率，然而该组合物仍需要3.0psi或更大的下压力以便有效的去除铜(3.0psi时抛光速率为234.6nm/min)。CN201110065350.2提供了适用于在1.0psi(6.89kPa)以下的压力下抛光半导体晶片上铜的水性组合物，含有适用于低下压力弱机械作用情况下的含硫腐蚀平衡剂，抛光液为碱性抛光液，去除速率可达1457.7nm/min(1PSI)，但表面粗糙度在1nm左右。上述专利主要考虑的是在低下压力条件下如何提高铜材料去除速率，对低下压力条件下如何实现兼顾去除速率高、颗粒残留少、无离子污染，对设备腐蚀性小的铜抛光液还有待进一步研究。

本发明中，我们采用新型抑制剂、络合剂及硅溶胶稳定剂，在低下压力(1psi以下)条件下，实现了一种高去除速率、颗粒残留少、无离子污染、对设备腐蚀性小的弱酸性铜抛光液。

发明内容

本发明针对现在技术存在着的缺陷，提出了一种适用于低下压力(1psi以下)的铜抛光液。本发明能够在低下压力(1psi以下)条件下实现铜抛光的高去除速率、颗粒残留少和无离子污染。

一种适用于低下压力的弱酸性铜抛光液，其特征在于，该抛光液包含磨粒、氧化剂、去离子水、抑制剂、络合剂和硅溶胶稳定剂；该抛光液的pH值为5～7，低下压力为小于等于1psi的抛光压力；

该抛光液的各组分配比为：

所述磨粒为酸性氧化硅磨粒，粒径在1～100nm范围内，pH小于4。