[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

本发明公开了一种化学机械抛光液，所述抛光液包含研磨颗粒、金属缓蚀剂、络合剂、氧化剂，磷酸酯类表面活性剂和水。本发明的抛光液解决了在抛光过程中超低介电常数材料(ULK)去除速率选择比不易控制的问题，并满足阻挡层抛光工艺中对钽、二氧化硅(TEOS)、铜和超低介电常数材料(ULK)的去除速率及去除速率选择比的要求，且对半导体器件表面的形貌有很强的矫正能力，快速实现平坦化，提高工作效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及抛光液技术领域，尤其涉及一种用于集成电路制造领域阻挡层、介质层平坦化的化学机械抛光液。

背景技术

在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，随着互连层数的增加和工艺特征尺寸的缩小，对硅片表面平整度的要求也越来越高，如果没有平坦化的能力，在半导体晶圆上创建复杂和密集的结构是非常有限的，化学机械抛光工艺(CMP)就是实现整个硅片平坦化的最有效的方法。

CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。

随着集成电路技术向45nm及以下技术节点发展以及互连布线密度的急剧增加，互连系统中电阻、电容带来的RC耦合寄生效应迅速增长，影响了器件的速度。为减小这一影响，就必须采用低介电常数材料(k≤2.8)来降低相邻金属线之间的寄生电容。目前在45nm技术节点以下，工业界普遍采用的是超低介电常数材料(ULK，k≤2.5)。超低介电常数材料(ULK)的引入给工艺技术尤其是化学机械抛光工艺(CMP)带来极大的挑战。在阻挡层的平坦化过程中需要在更短的时间和更低的压力下快速移除阻挡层和二氧化硅(TEOS)，并能很好地控制超低介电常数材料(ULK)的残留厚度，实现晶圆的平坦化。但是由于ULK材料具有高度的多孔性及低硬度的性质，在抛光过程中易产生材料的坍塌和剥离等机械损伤问题，所以对在抛光过程中控制ULK材料的残留厚度提出了更高的挑战，这就需要抛光液对ULK材料的去除速率有很强的调控能力，而且在抛光过程中，还需要严格控制表面污染物指标以及杜绝金属腐蚀。这对抛光液的性能和工艺可靠性提出了更高的要求。

目前市场上已存在多种应用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，如CN105219274A公开了一种用于低k介电材料抛光的化学机械抛光液，该抛光液采用一种包含亲水部分和亲油部分的不含有机硅的非离子型表面活性剂和一种包含亲水部分和亲油部分的含有有机硅的非离子型表面活性剂的组合来控制低k介电材料的抛光速率，但未提及该表面活性剂对其他材料的抛光速率的影响。专利CN101372089A公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包括二氧化硅磨料、腐蚀抑制剂、氧化剂、非离子氟表面活性剂、芳族磺酸氧化剂化合物；该抛光液的阻挡层的抛光速率较低，导致产率较低。CN101016440A公开了一种用于阻挡层抛光的酸性抛光液，其含有二氧化硅磨料，季铵盐，阴离子表面活性剂，腐蚀抑制剂和氧化剂，其中的阴离子表面活性剂是用于提高低k介电材料的抛光速率。CN103160207A和CN103865400A都公开了磷酸酯表面活性剂在铜化学机械抛光液中的应用，通过加入磷酸酯表面活性剂，有效的降低了铜在低下压力下的去除速率，且保证铜在抛光过程中无腐蚀现象产生。但并未涉及该磷酸酯表面活性剂对ULK材料的去除速率的影响。

因此，为了克服现有化学机械抛光液中超低介电材料(ULK)的去除速率不易控制的缺陷，以及克服现有化学抛光液在抛光过程中阻挡层抛光速率低、抛光后形貌不易修复等问题，亟待寻求新的化学机械抛光液。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种化学机械抛光液，该化学机械抛光液通过选择磷酸酯类表面活性剂以及通过调节磷酸酯类表面活性剂的含量来控制ULK材料的去除速率，且对钽、铜和二氧化硅(TEOS)的去除速率无明显的影响，满足抛光过程中对衬底抛光速率选择比的要求。