[发明专利]一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液及其使用方法。

背景技术

在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，随着互连层数的增加和工艺特征尺寸的缩小，对硅片表面平整度的要求也越来越高，如果没有平坦化的能力，在半导体晶圆上创建复杂和密集的结构是非常有限的，化学机械抛光方法CMP就是可实现整个硅片平坦化的最有效的方法。

CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液（通常称为抛光液或抛光浆料）涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。

随着集成电路技术向超深亚微米（32、28nm）方向发展，因特征尺寸减小而导致的寄生电容愈加严重的影响着电路的性能，为减小这一影响，就必须采用超低介电材料（ULK）来降低相邻金属线之间的寄生电容，目前较多采用超低介电材料为Coral，在CMP过程中除了要严格控制表面污染物指标以及杜绝金属腐蚀外，还要具有较低的蝶形凹陷和抛光均一性才能保证更加可靠的电性能，特别是阻挡层的平坦化过程中需要在更短的时间和更低的压力下快速移除阻挡层金属，封盖氧化物并能很好的停止在超低介电材料表面，形成互连线，而且对小尺寸图形不敏感。这就对CMP提出了更高的挑战，因为通常超低介电材料为参杂碳的氧化硅，与二氧化硅具有相似的表面性，要控制停止层的残留厚度，就要有很强的选择比的调控能力，还要有很高的稳定性和易清洗等特征。本专利旨在提供一种适合于ULK-铜互连制程中的阻挡层抛光液，在较温和的条件下具有高的阻挡层去除速率和超低介电材料界面的工艺停止特性，并能很好的控制蝶形凹陷，金属腐蚀和表面污染物指标。

现有技术技术中，CN1400266公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包含二氧化硅磨料，胺类化合物和非离子表面活性剂该抛光液会对铜产生腐蚀。CN101372089A公开了一种碱性阻挡层抛光液，该抛光液包含二氧化硅磨料，腐蚀抑制剂，氧化剂，非离子氟表面活性剂，芳族磺酸氧化剂化合物，该抛光液的阻挡层的抛光速率较低，产率较低。CN101012356A公开了一种酸性阻挡层抛光液，该抛光液包含氧化剂，部分被铝覆盖的二氧化硅颗粒，抑制剂和络合剂，该酸性抛光液存在对铜腐蚀严重的缺陷。

CN1699444A公开了一种适用于抛光半导体基底的抛光组合物，该组合物包括热塑性聚合物，聚乙烯吡咯烷酮。然而，在该篇专利中，在热塑性聚合物中罗列了多种聚合物，且其在实施例中指出，热塑性聚合物和聚乙烯吡咯烷酮具有协同作用，通过聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的加入可增大铜的抛光速率。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种适合于ULK-铜互连制程中的阻挡层抛光，具有高的阻挡层（TaN/Ta）的抛光速率，并满足阻挡层抛光工艺中对二氧化硅（Teos）、铜和超低介电材料（ULK）的去除速率及去除速率选择比的要求，且对半导体器件表面的缺陷有很强的矫正能力，污染物残留少，稳定性高的抛光液。

本发明提供了一种应用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液，该抛光液包含研磨颗粒、唑类化合物、络合剂、聚丙烯酸类化合物和/或其盐、聚乙烯吡咯烷酮及其盐，氧化剂和水。

其中研磨颗粒可为本领域常用研磨颗粒，如二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铈、掺杂铝的二氧化硅和/或聚合物颗粒等；研磨颗粒的质量百分比浓度较佳的为1～20%，更佳的为2～10%；研磨颗粒的粒径较佳的为20～150nm，更佳的为30～120nm。

其中唑类化合物，较佳的选自下列中的一种或多种：苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑，5-苯基四氮唑，巯基苯基四氮唑，苯并咪唑，萘并三唑和/或2-巯基-苯并噻唑。唑类化合物的质量百分比浓度较佳的为0.001～2%，更佳的为0.01～1%。

其中络合剂为有机酸、有机磷酸和/或氨羧化合物中的一种或多种。较佳的选自下列中的一种或多种：乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、和/或甘氨酸。络合剂的质量百分比的浓度较佳的为0.001～2%，更佳的为0.01～1%。