[發明專利]一種化學機械拋光液及其應用

有效

• 申請號: 201811635515.3
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN111378378B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 馬健;荊建芬;楊俊雅;宋凱;蔡鑫元;汪國豪;卞鵬程
• 申請（專利權）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類號: C11D1/12
• 分類號: C11D1/12
• 代理公司: 北京大成律師事務所 11352
• 代理人: 李佳銘;王芳

本發明提供了一種化學機械拋光液，包含二氧化硅研磨顆粒，腐蝕抑制劑，絡合劑，氧化劑，烴基磺酸鹽類陰離子表面活性劑，金屬表面缺陷改善劑。本發明拋光液的優點在于：1)本發明的拋光液對銅的拋光速率高，對鉭的拋光速率低，從而具有較高的銅/鉭拋光速率選擇比；2)本發明的拋光液可以改善拋光后銅線的碟型凹陷和介質層侵蝕；3)本發明的拋光液可以改善拋光后銅表面粗糙度，減少表面缺陷。

技術領域

本發明涉及化學機械拋光領域，尤其涉及一種化學機械拋光液及其應用。

背景技術

隨著半導體技術的發展，電子部件的微小化，銅作為一種具有良好導電性的材料，而被廣泛應用于電子元件電路中。由于銅的電阻小，從而可以加快電路中晶體管間信號的傳遞速度，還可提供更小的寄生電容能力，較小的電遷移的敏感性。這些電學優點都使得銅在半導體技術發展中擁有良好的發展前景。

但在銅的集成電路制造過程中發現，銅會遷移或擴散進入到集成電路的晶體管區域，從而對于半導體的晶體管的性能產生不利影響，因而銅的互連線只能以鑲嵌工藝制造，即：在第一層里形成溝槽，在溝槽內填充銅阻擋層和銅，形成金屬導線并覆蓋在介電層上。然后通過化學機械拋光將介電層上多余的銅/銅阻擋層除去，在溝槽里留下單個互連線。銅的化學機械拋光過程一般分為3個步驟：第1步，先用較高的下壓力，以快且高效的去除速率除去襯底表面上大量的銅并留下一定厚度的銅，第2步，用較低的去除速率去除剩余的金屬銅并停在阻擋層，第3步，再用阻擋層拋光液去除阻擋層及部分介電層和金屬銅，實現平坦化。

銅拋光的過程中，一方面要盡快去除阻擋層上多余的銅，另一方面要盡量減小拋光后銅線的碟型凹陷。在銅拋光前，金屬層在銅線上方有部分凹陷。拋光時，介質材料上的銅在較高的主體壓力下易于被去除，而凹陷處的銅所受的拋光壓力比主體壓力低，銅去除速率小。隨著拋光的進行，銅的高度差會逐漸減小，達到平坦化。但是在拋光過程中，如果銅拋光液的化學作用太強，靜態腐蝕速率太高，則銅的鈍化膜即使在較低壓力下(如銅線凹陷處)也易于被去除，導致平坦化效率降低，拋光后的碟型凹陷增大。

隨著集成電路的發展，一方面，在傳統的IC行業中，為了提高集成度，降低能耗，縮短延遲時間，線寬越來越窄，介電層使用機械強度較低的低介電(low-k)材料，布線的層數也越來越多，為了保證集成電路的性能和穩定性，對銅化學機械拋光的要求也越來越高。要求在保證銅的去除速率的情況下降低拋光壓力，提高銅線表面的平坦化，控制表面缺陷。另一方面，由于物理局限性，線寬不能無限縮小，半導體行業不再單純地依賴在單一芯片上集成更多的器件來提高性能，而轉向于多芯片封裝。

硅通孔(TSV)技術作為一種通過在芯片和芯片之間、晶圓與晶圓之間制作垂直導通，實現芯片之間互連的最新技術而得到工業界的廣泛認可。TSV能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。目前的TSV工藝是結合傳統的IC工藝形成貫穿硅基底的銅穿孔，即在TSV開口中填充銅實現導通，填充后多余的銅也需要利用化學機械拋光去除達到平坦化。與傳統IC工業不同，由于硅通孔很深，填充后表面多余的銅通常有幾到幾十微米厚。為了快速去除這些多余的銅。通常需要具有很高的銅拋光速率，同時拋光后的表面平整度好。而現有的拋光液，在拋光后會產生碟型凹陷、介質層侵蝕，以及銅殘留和腐蝕等缺陷。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種化學機械拋光液及其應用，通過使用粒徑尺寸較大、分布指數范圍寬的研磨顆粒，添加腐蝕抑制劑，烴基磺酸鹽類陰離子表面活性劑以及金屬表面缺陷改善劑，從而具有較高的銅拋光速率和較低的鉭阻擋層的拋光速率，提高拋光液對銅與鉭阻擋層的拋光選擇比，并且改善了拋光后銅線的碟型凹陷和介質層侵蝕，同時改善拋光后銅表面粗糙度和表面缺陷。

具體地，本發明提供了一種化學機械拋光液，包括二氧化硅研磨顆粒，腐蝕抑制劑，絡合劑，氧化劑，烴基磺酸鹽類陰離子表面活性劑，金屬表面缺陷改善劑，其中，所述二氧化硅研磨顆粒的平均粒徑為60-140nm，粒徑分布指數為0.1-0.6，所述化學機械拋光液的pH值為5-8。