[發明專利]一種化學機械拋光液

在審

• 申請號: 201911407778.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN113122145A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 倪宇飛;姚穎;荊建芬;黃悅銳;馬健;楊俊雅;蔡鑫元;汪國豪;陸弘毅
• 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

本發明提供一種化學機械拋光液，包括研磨顆粒、金屬腐蝕抑制劑、絡合劑、氧化劑以及聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物表面活性劑。本申請的化學機械拋光液可以有效減少和控制介電材料與銅線邊界處的邊緣過度侵蝕的產生，在保持較高的鉭和二氧化硅的去除速率的同時，對低介電常數材料的去除速率有顯著抑制作用，滿足阻擋層拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比的要求，能很好的控制拋光后的碟型凹陷，滿足先進制程中對拋光界面平整度的嚴苛要求。

技術領域

本發明涉及一種化學機械拋光液。

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(CMP)方法就是可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，就必須采用低電容的低介電常數(低k)絕緣材料來降低相鄰金屬線之間的寄生電容，由于低介電常數材料的機械強度變弱，因而該材料的引入給工藝技術尤其是化機械拋光工藝帶來極大的挑戰。在CMP過程中不僅需要滿足阻擋層拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比的要求，而且要控制拋光后界面的表面平整度。如圖1所示，在阻擋層CMP過程中容易出現的介電層與金屬邊緣的過度侵蝕(Edge-Over-Erosion,EOE)，以及拋光后銅線容易出現蝶型(Dishing)凹陷。EOE在一些相關文獻和專利中又稱為“犬牙”(Fang)或者邊緣裂縫刻蝕(Seam)，該現象的產生是由于銅線邊緣處介電材料的磨蝕引起的。EOE較大時會產生嚴重的后果，因而需要在拋光過程中將該現象減到最低程度或將其消除。蝶型凹陷，即銅線內出現凹陷，用介質層與Cu線內的最低點之間的高度差表示大小。碟型凹陷出現的原因主要是在銅布線的CMP過程中，由于銅、阻擋層、介質層材料物理化學性質均不同，不同材料的拋光速率也不一致，銅去除速率過快而阻擋層材料和介質層材料去除慢，容易造成局部過拋，產生嚴重的碟型凹陷。

發明內容

為了解決在集成電路制造中的銅互連制程中的阻擋層拋光過程中，化學機械拋光液對各種材料的拋光速率和選擇比，拋光后界面平整度和邊緣過度侵蝕控制的要求，本發明提供一種化學機械拋光液，包括研磨顆粒、金屬腐蝕抑制劑、絡合劑、氧化劑、水，以及聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物表面活性劑。

其中，所述聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物表面活性劑的結構如下：

其中，x，y，z為大于等于0的整數，x+z400且y100。

當x+z遠大于y時，此時表面活性劑的HLB值(表面活性劑的親水親油平衡值)較大，體現出較強的親水性，在本領域的應用中此類表面活性劑通常被用作潤濕劑或者O/W(即親水型)乳化劑。此時，如果加入表面活性劑的濃度過高，會導致拋光液在生產，運輸和使用過程中產生大量的泡沫，因此存在最佳的濃度窗口；

當x+z遠小于y時，此時表面活性劑的HLB值較小，表現為較強的親油性，有顯著的消泡效應，也可作為W/O(即親油型)乳化劑；當該類表面活性劑在體系中大量加入時，由于其親水性較差，會存在難以分散和溶解的現象，過量加入會導致部分表面活性劑在體系中分層、拋光液不穩定等現象。