[发明专利]碱性铜粗抛液提高GLSI多层铜布线铜膜粗抛一致性的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学机械抛光领域，尤其涉及一种碱性铜粗抛液提高GLSI多层铜布线 铜膜粗抛一致性的应用。

背景技术

随着微电子学的迅猛发展，多层金属互连层数高达10层以上，集成电路已经发展 至极大规模(GLSI)阶段，并实现大规模生产。双大马士革工艺后，晶圆表面本身存在高低 差。铜布线层表面的平整度对聚焦很重要，为了满足图像分辨率和光刻要求的纳米精度，每 层均必须进行平坦化。而化学机械平坦化(CMP)是国际公认的唯一的一种能对晶片表面提 供局部以及全局平坦化的技术。晶圆表面的平坦化需要由3次平坦化完成：铜膜粗抛(P1)、 精抛(P2)、阻挡成抛光(P3)，每一步缺陷的增加都会导致更多缺陷的产生以及芯片功能的 下降。粗抛工序是多层铜布线化学机械平坦化(CMP)第一步，决定了后续步骤的成功与否。

目前，针对粗抛存在的各种问题，国际主流为酸性抛光，随着特征尺寸的减小，难 以满足铜膜化学机械平坦化的工艺平坦化要求，尤其含有副作用较大的腐蚀抑制剂BTA等， 极易腐蚀设备，虽在铜膜表面形成了保护层来实现表面平坦化，但不溶于水的Cu-BTA保护 层不利于后清洗，且导致可靠性劣化。而碱性抛光中，铜的氧化物和氢氧化物不溶解，通过 CMP过程很难被清除。铜膜粗抛过程中需要凸处满足高去除速率，降低高低差，达到全局一 致性。由于晶圆表面本身存在高低差，在CMP过程中因温度、线速率不一致，导致CMP一致性 差。粗抛过后，表面残余铜不一致，高低差更为严重，为后续进行的精抛蝶形坑进一步加深， 使得整个集成电路制造的电性能、成品率和优品率下降。针对粗抛一致性问题，目前常用方 法为调整压力来达到一致性，但是这样的后果使得表面划痕加重，铜膜易脱落。对于直径为 300mm的晶圆片，抛光布制备1.5cm²格子的条件下，提高表面一致性难度更大。因此实现较 好的铜膜表面全局一致性是铜膜粗抛过程中亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种碱性铜粗抛液提高GLSI多层 铜布线铜膜粗抛一致性的应用，利用碱性铜粗抛液中FA/OⅠ型非离子表面活性剂的物理吸 附特性，加快表面质量传递，有利于表面沾污物的去除，同时减少损伤层，降低表面张力，提 高温度分布一致性，使GLSI多层铜布线铜膜在高速率下达到粗抛高一致性。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种碱性铜粗抛液提高GLSI多层铜 布线铜膜粗抛一致性的应用，主要由SiO₂水溶胶磨料、FA/OⅠ型非离子表面活性剂、FA/OⅡ 型螯合剂和双氧水组成碱性铜粗抛液，其特征是：所述碱性铜粗抛液的FA/OⅠ型表面活性剂 在GLSI多层铜布线CMP铜膜的高速率下提高粗抛高一致性的应用。

所述碱性铜粗抛液pH>7。

所述碱性铜粗抛液主要组分按重量％计，

质量浓度2-60wt％以及粒径60-150nm的纳米SiO₂水溶胶磨料0.5-50％

FA/OⅠ型非离子表面活性剂0.1-10％

FA/OⅡ型螯合剂0.5-5％

双氧水0.1-5％。

所述碱性铜粗抛液的制备方法，按重量％计，首先取2-60％粒径为60-150nm的纳 米SiO₂水溶胶，边搅拌边加入0.1-10％活性剂,随后将0.5-5％的螯合剂用去离子水稀释后 边搅拌边加入上述混合溶液，然后加去离子水至1L，最后加入0.1-5％的氧化剂。

有益效果：与现有技术相比，本发明碱性铜粗抛液组分中各种成分的协同作用，使 GLSI多层铜布线铜膜在高速率下达到粗抛高一致性。选用FA/OⅠ型非离子表面活性剂可使 抛光表面吸附物处理易清洗的物理吸附状态，有利于表面沾污物的去除，同时减少损伤层， 降低表面张力，提高晶片表面质量的均匀性，加快表面质量传递，提高温度分布一致性，达 到铜膜表面全局一致性；选用FA/OⅡ型螯合剂可与晶片表面残留的金属离子发生反应，生 成可溶性的大分子螯合物，在较小作用下即可脱离晶片表面，同时起到缓冲和缓蚀的作用； 选用纳米SiO₂水溶胶磨料可有效提高抛光去除速率和表面质量；选用氧化剂可使表面铜膜 转化为铜离子，克服反应势能被螯合剂迅速络合。实现凸处快反应，凹处自钝化，具有较高 的凹凸速率选择性，有效地避免使用腐蚀抑制剂等，实现了高速率下的高一致性效果。