[发明专利]一种碱性化学机械抛光液

说明书

本发明旨在提供一种用于抛光阻挡层的碱性化学机械抛光液，该抛光液由研磨颗粒、唑类化合物、磷酸、氯化铵、和双氧水组成，本发明通过添加平均粒径小于30nm的研磨颗粒,可以实现对低介电材料(low‑K)的抛光速度小于二氧化硅(TEOS)的抛光速率，同时抛光后，基材表面的犬牙(fang)和缺陷(Defect)现象得到显著改善。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光液领域，尤其涉及一种用于阻挡层的碱性化学机械抛光液。

背景技术

化学机械抛光(CMP)，作为半导体器件制造工艺中的必备工艺，是实现芯片表面平坦化的最有效方法。而抛光液作为CMP的关键要素之一，它的性能直接影响抛光后芯片表面的质量，因此它也成为半导体制造中的重要的、必不缺少的辅助材料。然而，应用于不同的基体材料，对化学机械抛光液的性能会有不同的要求。

例如，用于抛光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阻挡层时，首先要去除阻挡层之上的金属铜，但是应用于铜的抛光液其抛光速度很快，会在基材上形成各种缺陷(例如：蝶形缺陷dishing,和侵蚀erosion)，所以，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，其不但可以去除阻挡层材料(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，双氧水虽然稳定，但对二氧化硅和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，在此类抛光液中，双氧水表现不稳定，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，因为二氧化硅等电介质的缺失，形成沟槽。有时，也会发生由于电偶腐蚀引起的铜缺失的现象。EOE现象，会降低芯片表面的平坦度，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，导致在抛光后，每一层的表面凹陷处，可能会有铜的残留，导致漏电或者短路现象，因而会影响半导体的稳定性。

钽是阻挡层常用的金属。在现有的抛光技术中，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。

随着技术的不断发展，Low-K材料被引入半导体制程，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。目前在含有Low-K材料的阻挡层抛光中，要求氧化硅(TEOS)的抛光速度要大于或等于Low-K材料的抛光速度。只有这样才能保证抛光速度从开始时的“很快”，缓慢降低，在抛光停止前达到一个合理的速度，保证TEOS/BD/ULK/Cu四者之间有一个合适的选择比，从而实现全局平坦化。但是，目前的碱性抛光液通常具有这样一个缺点，就是:TEOS抛光速度会显著大于Low-K材料的抛光速度，因为Low-K材料的机械强度相对于TEOS较弱。为了抑制Low-K材料的抛光速度较快，通常会选择加入抛光速度抑制剂，选择性地抑制Low-K材料的抛光速度。这是一项非常具有挑战性的工作，因为抛光速度抑制剂通常会同时抑制TEOS和Low-K材料的抛光速度，这样会导致二氧化硅抛不动，抛光速度慢。更常见的情况是Low-K材料的抛光速度虽然能够被部分抑制，但是难以实现抛光速度小于TEOS。最终不能实现很好的平坦化。