[發明專利]基于銅互連中以金屬釕作為粘附阻擋層的拋光工藝的拋光液

無效

• 申請號: 201210038521.7
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102604542A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 曾旭;屈新萍
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于微電子工藝技術領域，具體涉及一種用于微電子拋光工藝的拋光液。

背景技術

隨著超大規模集成電路（ULSI）技術向更小器件尺寸發展，為了降低互連的IC延遲，要求增加互連線的電導，?因此采用無籽晶銅互連技術，也就是Cu直接電鍍在粘附阻擋層上，越來越受到重視。目前正在使用的鉭（Ta）具有相對高的電阻率（Ta電阻率為14?μ?·cm），且不能作為銅直接電鍍的籽晶層，所以傳統的Cu粘附層/阻擋層（Ta）/TaN已經不能滿足器件日益縮小的要求。與Ta相比，釕（Ru）有更低的電阻率（Ru電阻率為～7?μ?·cm），與Cu具有更好的粘附性，?并且可以實現Cu的直接電鍍，因此成為超薄Cu電鍍籽晶層的熱門材料。我們的實驗結果表明，Ru與氮化鉭（TaN）薄膜一起具有非常優良的Cu擴散阻擋性能，因此，在互連工藝中引入Ru將會極大的提高整個互連體系的性能。

Ru為銀白色金屬，密度為12.30g/cm³，熔點2310℃，化合價有+2，+3，+4，+8價。化學性質很穩定且非常堅硬。普通的酸包括王水對Ru在常溫下基本沒有腐蝕作用。傳統的低氧化性的化學機械拋光液對Ru只有極小的腐蝕作用，拋光速率低于5nm/min。文獻報道，在酸性條件下（pH<8.3），拋光Ru過程中會生成有毒且易氣化的氧化物RuO₄。因此，對Ru的拋光液的設計，必須使用強氧化性的氧化劑來獲得較高的拋光速率，并且為了防止RuO₄，拋光液的pH值必須大于8.3。同時考慮到在pH>10的時候，強堿性的拋光液容易造成low-k介質的損傷，因此，pH值選擇在8.5-9.5最佳。但是，在堿性條件下，Cu的表面會生成一層很厚的氧化層，使Cu的腐蝕速率小于Ru，導致在拋光過程中，Ru的拋光速率過快，容易造成溝槽中Ru的溶解而導致Cu的脫附。

所以在含強氧化劑的拋光液中加入Ru腐蝕抑制劑十分必要。加入合適的抑制劑后，不僅可以降低Ru的拋光速率，而且該抑制劑對Cu的氧化物具有螯合作用，加快了Cu的拋光速率，使Ru與Cu的拋光速率達到1：1，提高了Ru作為Cu互連粘附阻擋層的可靠性。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠防止Ru與Cu的拋光速度不一致而引起可靠性問題用于微電子拋光工藝的拋光液。

本發明提供的用于微電子拋光工藝的拋光液，即在基于銅（Cu）互連中以金屬釕（Ru）作為粘附阻擋層的拋光工藝的拋光液，可以有效抑制Ru的拋光速率同時提高Cu的拋光速率，使Ru與Cu拋光速率接近或達到1:1，因而可防止因Ru與Cu的拋光速度不一致而引起的可靠性問題。?該拋光液原料組分按重量百分數計如下：

抑制劑??0.001-10?%?，

氧化劑??0.1-10?%，

研磨顆粒?1-25?%，

表面活性劑??0.001-5?%，

余量為水；

上述原料混合后，通過pH值調節劑調節pH值至8.5-9.5。

作為優選，上述拋光液原料組分按重量百分數計如下：?

抑制劑?0.0075-0.01?%，

氧化劑?0.5-4?%，

研磨顆粒?2-7?%，

表面活性劑?0.05-0.1%，

余量為水。

本發明中，所述抑制劑選自同時含有一個或多個氨基，以及羧基的有機酸中的任意一種，或這些有機酸中幾種；抑制劑優選氨基酸，所述氨基酸可選自亞氨基二乙酸，乙二胺四乙酸（EDTA），甘氨酸，谷氨酸、亮氨酸、精氨酸中的任意一種，或其中幾種。抑制劑的作用是降低Cu和Ru在拋光液中的靜態腐蝕速率，使Ru與Cu拋光速率接近或達到1:1，有助于增大拋光平坦化速率以及減低蝶形坑缺陷和防止溝槽側壁粘附層的溶解。?

所述氧化劑選自氧化氫、過硫酸銨、高碘酸鉀、溴酸鉀、過硼酸鹽、硝酸鈰銨中的任意一種，或其中的幾種。氧化劑的作用是將金屬Cu，Ru以及其余阻擋層金屬氧化為相應的金屬氧化物、氫氧化物或者離子。其中，優選高碘酸鉀作為氧化劑。