[發(fā)明專利]一種化學(xué)機(jī)械拋光液

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710171600.4
• 申請日: 2007-11-30
• 公開（公告）號: CN101451049A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳國棟;宋偉紅;姚穎;包建鑫;王淑敏
• 申請（專利權(quán)）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類號: C09G1/18
• 分類號: C09G1/18;H01L21/304
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務(wù)所
• 代理人: 李佳銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝中的一種化學(xué)機(jī)械拋光液。

背景技術(shù)

在集成電路的制造中，半導(dǎo)體硅晶片上有許多包含多重溝槽的電介質(zhì)層，這些填充有金屬導(dǎo)線的溝槽在電介質(zhì)層內(nèi)排列形成電路互連圖案，圖案的排列通常具有金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)和雙重金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)。這些鑲嵌結(jié)構(gòu)先采用阻擋層覆蓋電介質(zhì)層，再用金屬覆蓋阻擋層。這些金屬至少需要充滿溝槽從而形成電路互連。隨著集成電路的器件尺寸縮小、布線層數(shù)增加，由于銅具有比鋁更好的抗電遷移能力和高的導(dǎo)電率，現(xiàn)已替代鋁成為深亞微米集成電路的導(dǎo)線材料。而阻擋層主要采用鉭或氮化鉭，用以阻止銅擴(kuò)散至鄰近的電介質(zhì)層。

在芯片的制造過程中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)用來平坦化芯片表面。這些平坦化的芯片表面有助于多層集成電路的生產(chǎn)，且防止將電介層涂覆在不平表面上引起的畸變。銅CMP工藝通常分為兩步：第一步工藝是用特殊設(shè)計的拋光液迅速去除互連金屬銅；第二步工藝是用特殊設(shè)計的拋光液去除阻擋層和少量電介質(zhì)層，提供平坦的拋光表面。為實現(xiàn)拋光表面平坦化的效果，銅CMP的第二步拋光工藝中，拋光液通常需要具有特定的選擇性，在去除阻擋層和部分電介質(zhì)層的同時，不會造成作為互連導(dǎo)線的銅的過度凹陷。

在采用低介電材料(low-k?materials)的情況下，阻擋層和低k介質(zhì)層之間可能有一層、兩層或三層覆蓋層，頂部覆蓋層可用于形貌修正，而底部覆蓋層被用來作為拋光終止層，以保護(hù)下面的低k介質(zhì)層免受來自化學(xué)和機(jī)械的損傷。頂部覆蓋層可以是TEOS或氮化硅(SiN)，而低部覆蓋層可以是TEOS、碳化硅(SiC)、氮氧化硅(SiON)、氮碳化硅(SiCN)、SiN或低k介質(zhì)層本身。通常，低k介質(zhì)CDO(carbon?doped?oxide)被用來作為終止層。在一些電路設(shè)計方案中，需要對TEOS層選擇性地去除，但同時最小限度地去除其他覆蓋層。然而，在另一些電路設(shè)計方案中，卻需要全部去除覆蓋層而停止在低k介質(zhì)層上。因此在CMP拋光液的設(shè)計中，需要獲得合適的TEOS、SiN、SiC、SiON、SiCN和CDO的拋光速率以及它們之間的選擇比，從而滿足電路設(shè)計的各種需求。

CMP拋光液對半導(dǎo)體器件的拋光機(jī)理是：首先通過化學(xué)作用改變拋光基材表面的組成和電化學(xué)特性，然后通過機(jī)械研磨作用去除這些已經(jīng)發(fā)生改變的基材表面。在互連金屬銅的拋光過程中，金屬銅表面首先被氧化劑所氧化，然后拋光液中的絡(luò)合劑吸附在已被氧化的銅的表面，并形成絡(luò)合物，最后這些銅的氧化層和絡(luò)合物被磨料去除。但是，由于TEOS層(二氧化硅)具有較強(qiáng)的化學(xué)惰性，不能被化學(xué)試劑氧化和絡(luò)合，因此現(xiàn)在的拋光液主要通過兩種方式來提高拋光液對TEOS層的拋光速率：(1)拋光液的磨料含量較高，一般磨料含量高于10wt％，以強(qiáng)化拋光液的機(jī)械研磨作用去除TEOS層，例如專利US?7253111。但是較高的拋光磨料容易造成對拋光基材表面的機(jī)械損傷；(2)拋光液的pH較高，在堿性環(huán)境下(pH＝10～11.5)，拋光液中的-OH基團(tuán)在TEOS基材表面形成較多的-SiOH基團(tuán)，強(qiáng)化拋光磨料與TEOS層表面的化學(xué)作用，例如專利US7276180。但是在堿性環(huán)境下，其他一些金屬離子和磨料顆粒容易吸附在基材表面并難以去除，從而形成較多的表面污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了滿足Cu的化學(xué)機(jī)械拋光工藝的阻擋層拋光階段中，對TEOS需具有較高的去除速率，以及與其它材料合適的選擇比的要求，克服現(xiàn)有技術(shù)方法因增大磨料含量或pH易造成的表面劃傷，顆粒殘留的缺陷，而提供一種夠具有較高的TEOS的拋光速率，較高的TEOS對SiN、BD、SiC和SiON中的一種或多種材料的去除速率選擇比，且可獲得較好的表面形貌的化學(xué)機(jī)械拋光液。

本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液含有水，還含有摻雜金屬的二氧化硅和下述速率促進(jìn)劑中的一種或多種：有機(jī)酸、氟化物、氨水以及季銨鹽及其衍生物。摻雜金屬的二氧化硅與所述的速率促進(jìn)劑的配合使用可使得本發(fā)明拋光液具有較高的電介質(zhì)(TEOS)的拋光速率。

其中，所述的摻雜金屬的二氧化硅為在骨架結(jié)構(gòu)中引入金屬元素的二氧化硅。在二氧化硅的骨架結(jié)構(gòu)中引入金屬離子是為了增強(qiáng)二氧化硅的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。所述的金屬較佳的為鋁、鋯、鈰、金、銀、鐵、鉻或鉬，更佳的為鋁。所述的摻雜金屬的二氧化硅的粒徑較佳的為20～80nm。所述的摻雜金屬的二氧化硅的用量較佳的為質(zhì)量百分比1～20％，，更佳的為質(zhì)量百分比3～15％，最佳為質(zhì)量百分比3～10％。