[发明专利]一种集成电路铜布线的无磨粒化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明属于微电子加工领域中的化学机械抛光技术，特别是涉及一种集成电路铜布线的无磨粒化学机械抛光液。

背景技术

随着IC(integrated circuit，集成电路)向VLSI/ULSI(very largescale integrated circuit/ultra large scale integrated circuit，大规模集成电路)的发展，器件尺寸进入深亚微米阶段，不断向微细、复杂、三维化方向发展。根据摩尔定律，到2014年作为特征尺寸的布线宽度将达到35nm。市场要求IC芯片具有更快的运算速度、更好的可靠性、更低的功耗、更小的噪音和更低的成本，在这种情况下，铜互连布线作为铝互连布线的替代产品应运而生。

Cu作为互连布线金属与Al相比其优点主要表现在：电阻率低，Cu的电阻率为1.7μΩ·cm，仅为Al的55％；寄生电容小，因为Cu电阻率低、导电性好，在承受相同电流时，Cu互连线截面积比Al互连线小，因而相邻连线间寄生电容C小，信号串扰小，也就是说Cu互连线的时间常数RC比Al互连线小，信号传输速率快；Cu布线电阻小，使其芯片功耗比Al互连线功耗低，利于电池供电的笔记本电脑和移动通讯设备；耐电迁移性能要远比Al好，与Al布线相比，抗电迁移性可以提高两个数量级，很大程度上可避免因应力迁移而产生连线空洞，造成芯片失效；Cu互连线芯片制造成本低。

化学机械抛光作为一种全局平面化工艺广泛应用于集成电路和计算机磁头/硬磁盘等超精密表面加工领域。化学机械抛光通过抛光过程中化学作用和机械作用的协同而去除材料。铜布线抛光作为集成电路生产过程中的关键工艺之一，其抛光后表面质量直接影响到IC器件的性能、质量和成品率。由于金属铜与以往所应用的铝、钨等材料在机械性能(如硬度)和化学性能方面的不同，为提高抛光后铜布线表面质量，减少甚至消除缺陷，有必要研究用于铜布线层抛光的抛光液作用机理，以及抛光模型等以更好地指导抛光液的研究，减少抛光后缺陷。

传统化学机械抛光液中通常含有抛光磨粒，如SiO₂、Al₂O₃和MnO₂等，抛光过程中抛光磨粒提供一定的机械作用实现抛光材料的去除。但是，Cu作为一种软金属材料，作为抛光磨粒的硬质颗粒很容易对样品表面造成划痕缺陷；抛光液中化学成分和离子浓度等都对抛光磨粒的表面电位产生一定的影响而在很大程度上引起抛光磨粒的聚合，同时为提高抛光后表面质量，抛光磨粒尺寸越来越小，有研究表明当颗粒尺寸接近于双电层厚度时，很容易造成双电层的压迫而引起颗粒团聚，这些都会加剧样品表面的划痕；同时为了改善抛光液中抛光磨粒的分散性，有机分散剂的存在，又在一定程度上将抛光液复杂化而使抛光液成本提高；另外，抛光液中抛光磨粒会在抛光后铜布线表面粘着，为抛光后清洗增加了一定的难度；而且，磨粒抛光液中，在一定的pH范围内，抛光磨粒和抛光样品表面以相反的电荷形式存在，这会加剧抛光后铜布线表面的颗粒粘着。但是无磨粒抛光过程由于弱的机械作用而使材料去除率较低。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种在保证抛光后表面质量的基础上提高无磨粒抛光的抛光去除率的抛光液。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种集成电路铜布线的无磨粒化学机械抛光液，包括：去离子水、氧化剂、络合剂，其中，络合剂为2～40毫摩尔每升，氧化剂所占的质量百分含量为1～20％，其余为去离子水。

其中，所述氧化剂所占的质量百分含量为2～5％。

其中，所述氧化剂为分子中含有过氧基-O-O-的过氧化物，包括金属过氧化物、过氧化氢、过氧酸盐和有机过氧化物，比如，双氧水、过乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和过硫酸铵等。

其中，所述络合剂优选为4～12毫摩尔每升，络合剂为有机膦酸类络合剂，例如：乙二胺四亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸、己二胺四亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二乙烯三胺五亚甲基膦酸，膦酰基羟基乙酸，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸，多氨基多醚基甲叉膦酸等，优选为二乙烯三胺五亚甲基膦酸，2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸，多氨基多醚基甲叉膦酸，其中，二乙烯三胺五亚甲基膦酸为最佳选择。

其中，所述无磨粒化学机械抛光液还包括：杂环类缓蚀剂和杂环类缓蚀剂的复配用缓蚀剂，所占的质量百分含量分别为：0.05～0.5％、0.02～0.5％。

其中，所述杂环类缓蚀剂为含N、S等杂原子的杂环缓蚀剂，如氮唑、咪唑、噻唑类杂环缓蚀剂，优选为亚乙基硫脲，其质量百分比优选为0.1～0.3％。