[發明專利]一種化學機械拋光液

在審

• 申請號: 201811614024.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN111378367A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 姚穎;荊建芬;黃悅銳;李恒;蔡鑫元;卞鵬程
• 申請（專利權）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 北京大成律師事務所 11352
• 代理人: 李佳銘;王芳

本發明公開了一種化學機械拋光液，所述拋光液包含研磨顆粒、金屬緩蝕劑、絡合劑、氧化劑，磷酸酯類表面活性劑和水。本發明的拋光液解決了在拋光過程中超低介電常數材料(ULK)去除速率選擇比不易控制的問題，并滿足阻擋層拋光工藝中對鉭、二氧化硅(TEOS)、銅和超低介電常數材料(ULK)的去除速率及去除速率選擇比的要求，且對半導體器件表面的形貌有很強的矯正能力，快速實現平坦化，提高工作效率，降低生產成本。

技術領域

本發明涉及拋光液技術領域，尤其涉及一種用于集成電路制造領域阻擋層、介質層平坦化的化學機械拋光液。

背景技術

在集成電路制造中，互連技術的標準在提高，隨著互連層數的增加和工藝特征尺寸的縮小，對硅片表面平整度的要求也越來越高，如果沒有平坦化的能力，在半導體晶圓上創建復雜和密集的結構是非常有限的，化學機械拋光工藝(CMP)就是實現整個硅片平坦化的最有效的方法。

CMP工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊拋光集成電路表面。在典型的化學機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液(通常稱為拋光液或拋光漿料)涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發生化學反應開始進行拋光過程。

隨著集成電路技術向45nm及以下技術節點發展以及互連布線密度的急劇增加，互連系統中電阻、電容帶來的RC耦合寄生效應迅速增長，影響了器件的速度。為減小這一影響，就必須采用低介電常數材料(k≤2.8)來降低相鄰金屬線之間的寄生電容。目前在45nm技術節點以下，工業界普遍采用的是超低介電常數材料(ULK，k≤2.5)。超低介電常數材料(ULK)的引入給工藝技術尤其是化學機械拋光工藝(CMP)帶來極大的挑戰。在阻擋層的平坦化過程中需要在更短的時間和更低的壓力下快速移除阻擋層和二氧化硅(TEOS)，并能很好地控制超低介電常數材料(ULK)的殘留厚度，實現晶圓的平坦化。但是由于ULK材料具有高度的多孔性及低硬度的性質，在拋光過程中易產生材料的坍塌和剝離等機械損傷問題，所以對在拋光過程中控制ULK材料的殘留厚度提出了更高的挑戰，這就需要拋光液對ULK材料的去除速率有很強的調控能力，而且在拋光過程中，還需要嚴格控制表面污染物指標以及杜絕金屬腐蝕。這對拋光液的性能和工藝可靠性提出了更高的要求。

目前市場上已存在多種應用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液，如CN105219274A公開了一種用于低k介電材料拋光的化學機械拋光液，該拋光液采用一種包含親水部分和親油部分的不含有機硅的非離子型表面活性劑和一種包含親水部分和親油部分的含有有機硅的非離子型表面活性劑的組合來控制低k介電材料的拋光速率，但未提及該表面活性劑對其他材料的拋光速率的影響。專利CN101372089A公開了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包括二氧化硅磨料、腐蝕抑制劑、氧化劑、非離子氟表面活性劑、芳族磺酸氧化劑化合物；該拋光液的阻擋層的拋光速率較低，導致產率較低。CN101016440A公開了一種用于阻擋層拋光的酸性拋光液，其含有二氧化硅磨料，季銨鹽，陰離子表面活性劑，腐蝕抑制劑和氧化劑，其中的陰離子表面活性劑是用于提高低k介電材料的拋光速率。CN103160207A和CN103865400A都公開了磷酸酯表面活性劑在銅化學機械拋光液中的應用，通過加入磷酸酯表面活性劑，有效的降低了銅在低下壓力下的去除速率，且保證銅在拋光過程中無腐蝕現象產生。但并未涉及該磷酸酯表面活性劑對ULK材料的去除速率的影響。

因此，為了克服現有化學機械拋光液中超低介電材料(ULK)的去除速率不易控制的缺陷，以及克服現有化學拋光液在拋光過程中阻擋層拋光速率低、拋光后形貌不易修復等問題，亟待尋求新的化學機械拋光液。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種化學機械拋光液，該化學機械拋光液通過選擇磷酸酯類表面活性劑以及通過調節磷酸酯類表面活性劑的含量來控制ULK材料的去除速率，且對鉭、銅和二氧化硅(TEOS)的去除速率無明顯的影響，滿足拋光過程中對襯底拋光速率選擇比的要求。