[发明专利]碱性抛光液在低压力下提高GLSI铜布线铜膜去除速率的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学机械抛光，尤其涉及一种碱性抛光液在低压力下提高GLSI铜布线 铜膜去除速率的应用。

背景技术

金属铜由于其突出的电学性质，使得铜布线占据了集成电路金属互连线的大部分 市场。随着器件尺寸的减小、晶圆尺寸的增大和金属布线层数的增多，每一层平坦化的好坏 都影响着最后集成电路成品的工作性能。化学机械抛光是目前唯一可以实现局部和全局平 坦化的技术，化学机械抛光技术的成熟与否直接影响着集成电路的发展。

化学机械抛光要求低压的原因：(1)随着微电子技术的发展，集成电路的集成度越 来越高，金属布线层数目前已达十三层，铜膜变得越来越薄，如果在化学机械抛光中工作压 力过大，容易引起铜膜脱落。(2)为了降低电阻-电容延迟时间，低介电常数介质材料在集成 电路中广泛使用，然而多孔脆性的低介电常数材料会因抛光压力过大而崩塌。(3)抛光垫具 有弹性，抛光压力的增大会造成铜膜表面低凹处的去除速率过快，高低速率差变小，不利于 平坦化。

针对铜布线的化学机械抛光，国际上多采用酸性抛光液。其原理是：铜被氧化后容 易与酸反应形成可溶性的铜盐，从而达到去除铜的目的。而随着集成电路向28nm及以下快 速发展，酸性抛光液越来越不适合在化学机械抛光中使用，原因有：(1)去除速率偏低。酸性 抛光液中多使用抑制腐蚀剂来降低铜表面低凹处的化学反应速率，达到平坦化目的。但是 抑制腐蚀剂的使用又会整体降低铜的去除速率，酸性抛光液较低的去除速率难以达到工业 需要。(2)抛光压力过大。为提高抛光速率，工业上通常采用提高抛光压力的方法，这就与低 介电常数材料要求的低抛光压力矛盾。(3)环保压力。酸性抛光液对环境污染严重，会腐蚀 设备，造成金属离子污染，引起工件性能下降。抑制腐蚀剂多具有毒性。近年来有多篇文献 报道，新型阻挡层材料Ru在酸性抛光液中，会生成可挥发的有毒的RuO₄。

根据《国际半导体技术发展路线图》的预测，到2024年，晶体管的最小线宽将达到 7nm左右。因此急需开发能够在低压条件下对极大规模集成电路铜布线铜膜有较快去除速 率的方法。迫于酸性抛光液难以克服的瓶颈，业界把目光转向碱性路线的化学机械抛光方 法。碱性路线首要解决问题即为铜的氧化物和氢氧化物比如CuO、Cu₂O、CuOH、Cu(OH)₂在碱性 条件下不溶于水的问题。目前，河北工业大学微电子研究所自主研发的FA/O型大分子螯合 剂解决了铜的氧化物在碱性条件下不溶解的国际难题，通过大分子螯合物与铜离子的结 合，在低压下对铜膜达到了较快的去除速率，满足了工业需要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种碱性抛光液在低压力下提高 GLSI铜布线铜膜去除速率的应用，碱性抛光液中的FA/O型螯合剂含有多羟基多胺基的碱性 大分子，对溶液中的铜离子有极强的络合作用，其反应产物稳定存在且易溶于水，实现了在 低机械压力下对铜膜的高去除速率。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种碱性抛光液在低压力下提高 GLSI铜布线铜膜去除速率的应用，主要由SiO₂磨料、氧化剂、活性剂和螯合剂组成的碱性抛 光液，其pH值9～13，其特征是：所述碱性抛光液的螯合剂在低机械压力下对铜膜的高去除 速率的应用。

所述碱性抛光液将以下成分按重量％均匀混合制成，

纳米SiO₂磨料5～80％，去离子水10～80％

氧化剂0.5～6％活性剂：0.5～5％

螯合剂3～6％。

所述纳米SiO₂磨料的浓度为20～80wt％、粒径为50～120nm。

所述螯合剂为FA/OⅡ型螯合剂、FA/OⅣ型螯合剂或甘氨酸中的一种或多种混合。

所述活性剂为FA/OⅠ型非离子表面活性剂、十二烷基酚聚氧乙烯醚或辛基酚聚氧 乙烯醚中的一种或多种混合。

所述氧化剂为H₂O₂、KClO₃或KNO₃中的一种。