[发明专利]一种硅通孔阻挡层碱性抛光液

说明书

本发明为一种硅通孔阻挡层碱性抛光液，包括甘氨酸、精氨酸和唑类化合物，所述精氨酸的加入质量至少为甘氨酸加入质量的1倍，精氨酸含有胍基，精氨酸里的胍基与唑类化合物联合使用时，调配钽和铜的去除速率比。精氨酸分子结构既包含氨基、羟基提供螯合作用，同时精氨酸自带包含胍基，且为碱性氨基酸，作为钽的速率提升剂加速去除钽，通过调整精氨酸中的胍基含量调节金属钽和铜的去除速率选择比，唑类化合物既与氨基、羟基作用，也与胍基作用，既能起到缓蚀金属铜的作用，还能起到良好的修正碟形坑作用。

技术领域

本发明涉及一种硅通孔阻挡层碱性抛光液。

背景技术

近年来，2.5DIC和3DIC的市场越来越大，主要原因之一就是硅通孔技术(ThoughSilicon Via,TSV)的迅猛发展。TSV铜膜通过化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing,CMP)除去，只留下通孔中的铜。为了防止铜向衬底扩散形成高阻铜硅化物，以及解决Cu与介质层SiO₂黏附性差等问题，在铜层和隔离介质层之间，往往采用金属钛、钽、或者氮化钛、氮化钽作为阻挡层，这些都需要在CMP中去除；而在阻挡层抛光的过程中同时需要将隔离层二氧化硅去除，并停止在Si₃N₄层，不可损失绝缘层。

与芯片铜布线大马士革工艺的阻挡层抛光工艺相比，硅通孔的阻挡层抛光过程中，也需要去除不同的材料层--包括硅材料、IC中各种绝缘或导电的(铜，钽、钛或它们的氮化物)薄膜层。但是，二者还是存在重大区别的：一般大马士革工艺CMP要求介质层、钽去除速率低于1000A/min，铜趋近于0；而硅通孔工艺要求抛光液对每种材料单独具有较高的去除速率，同时更重要的是，具备合适的抛光选择比，才能实现对铜膜CMP工艺阶段高低差较大缺陷的最大矫正，并停止在氮化硅层，同时通孔内不能产生较大的碟形坑、通孔边缘出不能产生界面腐蚀等。

阻挡层材料抛光液要求控制氧化硅的去除速率，通常是加入有机季铵盐。专利CN1696235B阻挡层抛光溶液提出加入有机季铵盐，以控制氧化硅材料的相对去除速率，该专利的实施条件是在酸性介质下，pH7。专利CN109251673A一种化学机械抛光液提出使用聚季铵盐控制氧化硅的去除速率，其pH值为3.5-5.5酸性环境。专利CN 105802509B一种组合物在阻挡层抛光中的应用提出使用四甲基氢氧化铵与烷基苯磺酸类化合物，以抑制lowk介质去除速率，该专利的适用环境为pH＝2-5。另一方面，阻挡层材料抛光液要求抑制铜的去除速率，提高钽的去除速率，现有技术一般直接使用硝酸胍、硫酸胍、磷酸胍、碳酸胍、盐酸胍、盐酸二甲双胍和盐酸吗啉胍等来提高钽的去除速率。

综上所述，现有技术为了实现阻挡层介质材料快速的去除速率，往往采用酸性环境，且其中加入有机季铵盐。但是随着微电子技术节点的发展，阻挡层抛光液逐渐改变为弱碱性环境，有机季铵盐属于阳离子型表面活性剂，主要适用于酸性环境，如果在碱性环境中使用，会破坏二氧化硅胶体双电层稳定性，造成胶体团聚，产生晶圆表面的严重划伤，降低成品率，而为了提高阻挡层钽的速率，加入亚胺、肼、胍，这类化合物在酸性条件下可以稳定存在，但在碱性条件下，亚胺、肼、胍均不稳定，易水解为氨和尿素，而且胍、肼和亚胺的生物毒性都较大，肼属于极毒、易爆，不利于环境保护。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅通孔阻挡层碱性抛光液，可以获得更快的阻挡层和二氧化硅介质去除速率，可调节的钽、二氧化硅介质层和铜层去除速率选择比，有效修正TSV铜膜CMP阶段的碟形坑，降低阻挡层抛光缺陷，综合性能优异的环保抛光液。

本发明的技术方案为：

一种硅通孔阻挡层碱性抛光液，包括甘氨酸、精氨酸和唑类化合物，其特征为：所述精氨酸的加入质量至少为甘氨酸加入质量的1倍，该抛光液中还包括有羟甲基纤维素钠，精氨酸含有胍基，精氨酸里的胍基与唑类化合物联合使用时，调配钽和铜的去除速率比。