一种碱性抛光液及抛光方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于阻挡层抛光的碱性抛光液，其至少含有研磨颗粒，唑类化合物，络合剂，C1～C4季铵碱，氧化剂，调节硅片表面平整度的表面活性剂及聚羧酸烷基铵盐。该抛光液可以有效调节铜的抛光速率，控制铜细线区的侵蚀（erosion），抑制边缘过度侵蚀（edge-over-erosion,EOE），快速实现全局平坦化。
【专利说明】一种碱性抛光液及抛光方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碱性抛光液及抛光方法，尤其涉及一种碱性阻挡层化抛光液及其抛光方法。
【背景技术】
[0002]化学机械抛光(CMP)，是实现芯片表面平坦化的最有效方法。
[0003]阻挡层通常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作用。抛光时，首先阻挡层之上的铜被去除。由于此时铜的抛光速度很快，会形成各种缺陷(例如:蝶形缺陷dishing,和侵蚀erosion)。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，去除阻挡层(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。
[0004]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，且双氧水稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较慢；
[0005]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，且双氧水不稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较快。
[0006]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-eiOsion’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，会有二氧化硅等电介质的缺失，形成沟槽。有些时候也会看至岫于电偶腐蚀引起的铜的缺失。EOE现象，降低了芯片表面的平坦度，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，导致抛光后，每一层的表面凹陷处，可能会有铜的残留，导致漏电、短路，因而影响半导体的稳定性。
[0007]随着技术的不断发展，Low-K材料被引入半导体制程，这样，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。在现有的阻挡层抛光技术中，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。以上专利提高了阻挡层的抛光速度，但是不能很好地保护细线区的侵蚀(erosion)。
[0008]CN101665664A用季铵盐阳离子表面活性剂可抑制低介电材料(例如BD)的抛光速度。所述的阳离子季铵盐含有CS以上的长链，但是CS以上长链的大多数季铵盐型阳离子表面活性剂会显著抑制二氧化硅(OXIDE)的抛光速度，会阻止抛光。
[0009]EP2119353A1 使用 poly (methyl vinyl ether)用于含 Low-K 材料的阻挡层的抛光。US2008/0276543A 1用甲脒、胍类以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物用于阻挡层的抛光。这些配方在铜线细线区，尤其是在碱性抛光条件下，容易形成很深的侵蚀(Erosion)，硅片(wafer)表面平坦度的问题需要通过其他方法解决。
[0010]EP0373501B1公开了一种精抛液，用有机聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)调节抛光液的流体力学特性，改善硅片表面的平坦度，减少缺陷。但是这种精抛液，不能用于含有金属材料(铜、钽)的抛光，且无法解决边缘过度侵蚀(EOE)问题。
[0011 ] 在以上现有技术中，并没有一种抛光液可以在调节二氧化硅、1w-K材料、阻挡层、铜等多种材料抛光速度的同时，做到很好地保护、调节细线区的侵蚀(erosion)，同时硅片具有较高的全局平整度。
【发明内容】
[0012]本发明所要解决的技术问题是如何使抛光液在调节多种材料的抛光速度的同时，保证细线区不被侵蚀，并使硅片具有较高的全局平整度。
[0013]本发明主要提供了一种碱性阻挡层抛光液，其包含:研磨颗粒，唑类化合物，络合剂，C1~C4季胺碱，调节硅片表面平整度的表面活性剂和聚羧酸烷基铵盐。这种抛光液可以在碱性条件性很好的控制铜的抛光速率，降低铜细线的侵蚀，抑制铜细线边缘的过度侵蚀，提高不同材料的亲水性，有利于抛光及实现全局平坦化。
[0014]该抛光液中采用的研磨颗粒为二氧化硅(SiO2),浓度为质量百分比含量3~15%，优选浓度为3~10%。
[0015]唑类化合物选自所述唑类化合物及其衍生物，选自三氮唑及其衍生物的一种或多种。三氮唑及其衍生 物为苯骈三氮唑(BTA)，甲基苯骈三氮唑(TTA)及其衍生物中的一种或多种，优选苯并三氮唑及其衍生物中的一种或多种。唑类化合物的浓度为质量百分比
0.005% ~0.lwt%，优选浓度为 0.005% ~0.05wt%。
[0016]络合剂为氨基酸、柠檬酸、丙二酸、有机膦酸，有机膦酸为羟基亚乙基二膦酸(册0?)，2-磷酸丁烷-1，2，4-三羟酸(JH-906)中的一种或多种，络合剂的浓度为质量百分比0.05%~lwt%,优选浓度为0.05~0.5wt%0
[0017]C1~C4季铵碱选自四甲基氢氧化铵(TMAH)，四丁基氢氧化铵(TBAH)，丁基三甲基氢氧化铵和三丁基甲基氢氧化铵中的一种或多种，优选TBAH。C1-C4季铵碱的质量百分比含量为0.05~lwt%，优选浓度为0.05~0.5%。
[0018]调节硅片表面平整度的表面活性剂主要为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和/壬基酚聚氧乙烯醚，其质量百分比含量为0.01~lwt%，优选浓度为0.01~0.5wt%。
[0019]聚羧酸烷基铵盐选自聚丙烯酸烷基铵，聚马来酸烷基铵，丙烯酸和马来酸共聚物烷基铵等，优选聚丙烯酸烷基铵，其中烷基链长为C3_c18。聚羧酸烷基铵盐的浓度为质量百分比0.05%~1%，优选0.05%~0.5%。氧化剂选为过氧化氢，浓度为质量百分比0.1~1%。通过加入聚羧酸烷基胺盐可以调节铜的抛光速率，提高不同材料表面的亲水性以及降低铜细线的侵蚀(erosion)以及边缘腐蚀(Ε0Ε)。
[0020]抛光液的pH值为9~12。抛光液中还包含pH调节剂，其中pH调节剂为酸或碱。碱优选为Κ0Η，酸优选为HNO3。
[0021]本发明的积极进步效果在于:
[0022]1，加入了聚羧酸烷基铵盐调节铜抛光速率，降低铜细线的侵蚀，抑制铜细线边缘的过度侵蚀，提高不同材料表面的亲水性，有利于抛光和实现全局平坦化。
[0023]2，聚羧酸烷基铵盐和调节硅片表面平整度的表面活性剂的配合使用，增加了对铜细线的保护。[0024]3，研磨颗粒使用二氧化硅，质量百分比为3~15%，大大降低了成本。
【具体实施方式】
[0025]下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述实施例。
[0026]按照表1中各实施例以及对比实施例的成分及其比例配制抛光液，混合均匀，用水补足质量百分比至100%。用KOH或HNO3调节到所需要的pH值。其中IRGAMET42为市售钝化剂，为TTA衍生物。壬基 酹聚氧乙烯醚选用IGEPAL CO 850 (Ethoxylated nonylphenol)。
[0027]表1本发明具体实施例和对比例配方
[0028]
【权利要求】
1.一种碱性抛光液，其特征在于，包含:研磨颗粒，唑类化合物，络合剂，C1-C4季胺碱，调节硅片表面平整度的表面活性剂及聚羧酸烷基铵盐。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒为气相SiO2和溶胶SiO2中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒浓度为质量百分比含量为3~15wt%0
4.根据权利要求3所述的抛光液，其特征在于，所述的研磨颗粒浓度为质量百分比含量为3~10wt%。
5.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物选自三氮唑及其衍生物中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的抛光液，其特征在于，三氮唑及其衍生物为苯骈三氮唑(BTA)，甲基苯骈三氮唑(TTA)及其衍生物中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物的浓度为质量百分比 0.005% ~0.lwt%0
8.根据权利要求7所述的抛光液，其特征在于，所述的唑类化合物的浓度为质量百分比 0.005% ~0.05wt%o
9.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的络合剂为氨基酸、柠檬酸、丙二酸、有机膦酸中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的抛光液，其特征在于，所述的有机膦酸为羟基亚乙基二膦酸(HEDP) ,2-磷酸丁烷-1，2，4-三羟酸(JH-906)中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的络合剂的浓度为质量百分比0.05% ~lwt%0
12.根据权利要求11所述的抛光液，其特征在于，所述的络合剂的浓度为质量百分比0.05 ~0.5wt%0
13.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的C1~C4季铵碱选自四甲基氢氧化铵(TMAH)，四丁基氢氧化铵(TBAH)，丁基三甲基氢氧化铵和三丁基甲基氢氧化铵中的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的C1~C4季铵碱的质量百分比含量为0.05~lwt%。
15.根据权利要求14所述的抛光液，其特征在于，所述的C1~C4季铵碱的质量百分比含量为0.05~0.5wt%0
16.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的调节硅片表面平整度的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和/壬基酚聚氧乙烯醚。
17.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的调节硅片表面平整度的表面活性剂质量百分比含量为0.01~lwt%。
18.根据权利要求17所述的抛光液，其特征在于，所述的调节硅片表面平整度的表面活性剂质量百分比含量为0.01~0.5wt%。
19.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的聚羧酸烷基铵盐选自聚丙烯酸烷基铵，聚马来酸烷基铵，丙烯酸和马来酸共聚物烷基铵中的一种或多种。
20.根据权利要求19所述的抛光液，其特征在于，所述的聚羧酸烷基铵盐中烷基链长为 C3-C18。
21.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的聚羧酸烷基铵盐质量百分比0.05% ~lwt%。
22.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的聚羧酸烷基铵盐质量百分比0.05% ~0.5wt%。
23.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢。
24.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的氧化剂质量百分比0.1~1wt%。
25.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的抛光液pH值为9-12。
26.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述的抛光液还包含pH值调节剂，其中，pH值调节剂为碱或酸。
27.根据权利要求26所述的抛光液，其特征在于，所述的碱为Κ0Η，酸为ΗΝ03。
28.—种如权利要求1-27任一项所述的抛光液在抛光阻挡层中的应用。
29.一种聚羧酸烷基铵盐在调节铜抛光速率，降低铜细线的侵蚀，抑制铜细线边缘的过度侵蚀，提高不同材料表面的亲水性中的应用。
【文档编号】H01L21/321GK103965788SQ201310027550
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2013年1月24日
【发明者】周文婷, 王晨, 何华锋 申请人:安集微电子（上海）有限公司