[发明专利]一种化学机械抛光液及其应用

说明书

本发明提供了一种化学机械抛光液及其使用方法。具体的，所述化学机械抛光液包含研磨颗粒，络合剂，氮唑类腐蚀抑制剂，磺酸类表面活性剂，烷醇酰胺表面活性剂和氧化剂。本发明中的化学机械抛光液可应用于金属铜互连的抛光，具有较高的金属铜抛光速率，并且对钽的去除速率低，从而具有较高的铜/钽去除速率选择比，同时可以改善抛光后铜线的碟形凹陷和介质层侵蚀。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。

背景技术

随着半导体技术的发展，电子部件的微小化，一个集成电路中包含了数以百万计的 晶体管。在运行过程中，在整合了如此庞大数量的能迅速开关的晶体管，传统的铝或是铝合金互连线，使得信号传递速度降低，而且电流传递过程中需要消耗大量能源，在一 定意义上，也阻碍了半导体技术的发展。为了进一步发展，人们开始寻找采用拥有更高 电学性质的材料取代铝的使用。众所周知，铜的电阻小，拥有良好的导电性，这加快了 电路中晶体管间信号的传递速度，还可提供更小的寄生电容能力，较小电路对于电迁移 的敏感性。这些电学优点都使得铜在半导体技术发展中拥有良好的发展前景。

但在铜的集成电路制造过程中发现，铜会迁移或扩散进入到集成电路的晶体管区域， 从而对于半导体的晶体管的性能产生不利影响，因而铜的互连线只能以镶嵌工艺制造， 即：在第一层里形成沟槽，在沟槽内填充铜阻挡层和铜，形成金属导线并覆盖在介电层上。然后通过化学机械抛光将介电层上多余的铜/铜阻挡层除去，在沟槽里留下单个互连线。铜的化学机械抛光过程一般分为3个步骤，第1步是先用较高的下压力，以快且高 效的去除速率除去衬底表面上大量的铜并留下一定厚度的铜，第2步用较低去除速率去 除剩余的金属铜并停在阻挡层，第3步再用阻挡层抛光液去除阻挡层及部分介电层和金 属铜，实现平坦化。

铜抛光一方面要尽快去除阻挡层上多余的铜，另一方面要尽量减小抛光后铜线的碟 形凹陷。在铜抛光前，金属层在铜线上方有部分凹陷。抛光时，介质材料上的铜在主体压力下(较高)易于被去除，而凹陷处的铜所受的抛光压力比主体压力低，铜去除速率 小。随着抛光的进行，铜的高度差会逐渐减小，达到平坦化。但是在抛光过程中，如果 铜抛光液的化学作用太强，静态腐蚀速率太高，则铜的钝化膜即使在较低压力下(如铜 线凹陷处)也易于被去除，导致平坦化效率降低，抛光后的碟形凹陷增大。

随着集成电路的发展，一方面，在传统的IC行业中，为了提高集成度，降低能耗，缩短延迟时间，线宽越来越窄，介电层使用机械强度较低的低介电(low-k)材料，布线 的层数也越来越多，为了保证集成电路的性能和稳定性，对铜化学机械抛光的要求也越 来越高。要求在保证铜的去除速率的情况下降低抛光压力，提高铜线表面的平坦化，控 制表面缺陷。另一方面，由于物理局限性，线宽不能无限缩小，半导体行业不再单纯地 依赖在单一芯片上集成更多的器件来提高性能，而转向于多芯片封装。硅通孔(TSV) 技术作为一种通过在芯片和芯片之间、晶圆与晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互 连的最新技术而得到工业界的广泛认可。TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大， 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工艺是结合传统的IC 工艺形成贯穿硅基底的铜穿孔，即在TSV开口中填充铜实现导通，填充后多余的铜也需 要利用化学机械抛光去除达到平坦化。与传统IC工业不同，由于硅通孔很深，填充后表 面多余的铜通常有几到几十微米厚。为了快速去除这些多余的铜。通常需要具有很高的 铜去除速率，同时抛光后的表面平整度好。为了使铜在半导体技术中更好的应用，人们 不断尝试新的抛光液的改进。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种化学机械抛光液，在CMP过程中实现较高的金属铜薄膜去除率，同时能够改善抛光后铜线的碟形凹陷(dishing)和介 质层侵蚀(Erosion)。

本发明公开了一种化学机械抛光液，包括：二氧化硅研磨颗粒，络合剂，磺酸类表面活性剂，烷醇酰胺表面活性剂，氮唑类腐蚀抑制剂和氧化剂。