一種酸性化學機械拋光液制造技術

本發(fā)明專利技術涉及一種酸性化學機械拋光液，其含有：含硅化合物、研磨顆粒、唑類化合物、酸、兩性表面活性劑、氧化劑以及水。該酸性CMP拋光液的pH值為3?6。該拋光液可以在酸性拋光環(huán)境下，滿足阻擋層拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比要求，同時對半導體器件表面的缺陷有很強的矯正能力，能夠實現(xiàn)快速平坦化，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。

Acid chemical mechanical polishing liquid

The invention relates to an acid chemical mechanical polishing liquid, which comprises silicon compounds, abrasive particles, azole compounds, an acid, an amphoteric surfactant, an oxidant and water. The acidity of CMP slurry pH value 3 6. The polishing solution can be polished in acidic environment, meet the barrier in the process of polishing the polishing rate of various materials and selection requirements and defects on the surface of a semiconductor device has a strong correction ability, can achieve rapid flattening, improve work efficiency, reduce production costs.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種酸性化學機械拋光液
本專利技術涉及一種化學機械拋光液，尤其涉及一種酸性化學機械拋光液。
技術介紹
隨著半導體技術的不斷發(fā)展，集成電路的器件尺寸不斷縮小，集成電路的布線層數(shù)越來越多，進而對布線金屬的性能提出了更高的需求，金屬銅因具有比鋁更低的電阻率且對電遷移具有高阻抗，被廣泛用于互連線路。但銅會溶于介電材料，所以在集成電路的布線工藝中，為了防止銅溶于介電材料，需要在銅和介電材料之間需要覆蓋一層擴散阻擋層，常規(guī)的阻擋層材料包括鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦等。半導體制造工藝中，通常需要進過拋光工藝，實現(xiàn)器件表面的平坦化。但是，由于布線層數(shù)的增多，對每一層集成電路的平坦化技術提出了更高的要求。由IBM公司在二十世紀80年代首創(chuàng)的化學機械拋光(CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。化學機械拋光(CMP)是一種由化學作用、機械作用以及這兩種作用相結合而實現(xiàn)平坦化的技術。銅的CMP工藝一般分為兩步，第一步用一種拋光液快速去除阻擋層上面覆蓋的銅金屬，該拋光液通常具有很高的銅的拋光速率和低的阻擋層的拋光速率，以便快速去除阻擋層表面多余的銅，然后停止在阻擋層上；第二步用一種阻擋層拋光液去除阻擋層和少量的介電層。通過去除阻擋層、介電層和銅之間不同的選擇比，實現(xiàn)集成電路的平坦化。在半導體的CMP領域，常用的化學機械拋光液主要分酸性和堿性兩種。涉及酸性拋光液的專利有很多，比如CN1312845A專利，該專利中公開了一種酸性阻擋層拋光液，其含有金屬磨料和大量大分子的表面活性劑，但該拋光液存在拋光表面損傷，且為對設備腐蝕污染嚴重的酸性物質；堿性的阻擋層拋光液，比如：專利CN101302405A，其公開了一種堿性阻擋層拋光液，其含有聚乙烯基吡咯烷酮和亞胺，碳酸鹽、抑制劑、絡合劑；但其在拋光過程中會產(chǎn)生大量的泡沫，使拋光液在拋光墊和拋光表面的分布不均衡，而且影響拋光液的穩(wěn)定性；又如專利CN1400266，該專利公開了一種含有胺和非離子表面活性劑的化學機械拋光液。但該拋光液在拋光時對阻擋層的表面損失比較嚴重。綜上可見，堿性漿料的穩(wěn)定性比較好，但存在沒有合適的氧化劑，以及在拋光過程中易造成表面濁點和輕微劃傷的問題。酸性漿料在這方面表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。其可以在研磨顆粒濃度較低的情形下達到較高的拋光速率。但是酸性漿料中磨料顆粒的尺寸會隨著存儲時間的延長，漿料中化學組分的作用而逐漸長大，當粒徑大于120納米以后，會出現(xiàn)沉降分層等現(xiàn)象，嚴重影響拋光質量，造成產(chǎn)品失效。所以控制磨料粒子的長大，延長使用壽命是酸性漿料急于解決的問題。兩性表面活性劑除了有良好的表明活性，還具有去污、分散、潤濕等作用，另外，其能夠與多種材料相容，易于生物降解等。因此，將兩性表面活性劑應用于化學機械拋光液中，可以大大提高拋光液的拋光能力，同時能夠快速矯正半導體器件表面所存在的缺陷。本專利技術通過在拋光液中使用兩性表面活性劑，制備拋光后污染物殘留少，自身穩(wěn)定性高的化學機械拋光液。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提供一種滿足阻擋層拋光階段需求的化學機械拋光液，其具有高的阻擋層(Ta/TaN)去除速率，可適應不同拋光過程中封蓋材料(TEOS)、金屬Cu的去除速率和選擇比要求，且能夠快速矯正半導體器件表面所存在的缺陷，拋光后污染物殘留少，自身穩(wěn)定性高。具體為，本專利技術公開了一種應用于阻擋層平坦化的化學機械拋光液，該拋光液包含研磨顆粒、含硅有機化合物、唑類化合物、有機/無機酸、兩性表面活性劑、氧化劑和水。其中，所述的研磨顆粒選自SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、CeO2、TiO2和Si3N4中的一種或多種，優(yōu)選SiO2；所述研磨顆粒的含量較佳的為1～15wt％，更佳的為1～10wt％；所述的研磨顆粒的粒徑較佳的為20～100nm。其中，所述的含硅有機化合物可以用下述通式表示：通式：此處，R為不能水解的取代基，通常為烷基，含有1-50個碳原子，以1-10個碳原子為佳，3-7個碳原子最佳；該長碳鏈上的碳原子還可以繼續(xù)被氧、氮、硫、膦、鹵素、硅等其他原子繼續(xù)取代；A，B為相同的或不同的可水解的取代基或羥基；C可以是可水解基團或羥基，也可以是不可水解的烷基取代基；D是連接在R上的有機官能團；A，B和C通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基、羥基等，這些基團水解時即生成硅醇(Si(OH)3)，而與無機物質結合，形成硅氧烷。D是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、丙稀酸基、丙烯酰氧基、巰基或脲基等，這些反應基可與有機物質反應而與其結合。且所述含硅的有機化合物較佳的選自3-氨基丙基三乙氧基硅烷(商品名KH-550)、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-570)、γ-巰丙基三乙氧基硅烷(商品名KH-580)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(商品名KH-602)、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-792)、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(商品名KH-902)中的一種或多種。所述的含硅有機化合物的含量較佳的為0.01～1wt％，更佳的為0.01～0.5wt％。其中，所述的唑類化合物較佳的選自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、5-苯基四氮唑、巰基苯基四氮唑、苯并咪唑、萘并三唑、5-氨基四氮唑、1,2,4-三氮唑、3-氨基-1,2,4三氮唑、4-氨基-1,2,4三氮唑、3,5-二氨基-1,2,4三氮唑、2-巰基-苯并噻唑。所述的唑類化合物的含量較佳的為0.001～1wt％，更佳的為0.01～0.5wt％。其中，所述的有機/無機酸較佳的選自乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、己二酸、酒石酸、磷酸、硼酸中的一種或多種。所述的有機/無機酸的含量較佳的為0.001～2wt％，更佳的為0.05～0.5wt％。其中，所述兩性表面活性劑較佳的為甜菜堿型、氧化銨型和/或咪唑啉兩性表面活性劑，優(yōu)選為十二烷基乙氧基磺基甜菜堿、十二烷基羥丙基磺基甜菜堿、十四烷基酰胺丙基羥丙基磺基甜菜堿、烷基二甲基羥丙基磷酸酯甜菜堿、月桂酰胺丙基氧化銨、咪唑啉兩性表面活性劑中的一種或多種；所述的兩性表面活性劑的含量較佳的含量為0.005～1.5wt％，更佳的為0.05～0.5wt％。其中，所述的氧化劑較佳的選自過氧化氫、過氧乙酸，過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種或多種。所述的氧化劑的含量較佳的為0.01～5wt％，更佳的為0.1～1wt％。其中，所述的化學機械拋光液的PH值為3.0-6.0，更佳的為4.0-6.0。其中，所述的化學機械拋光液還可以包含pH調節(jié)劑和殺菌劑等其他本領域常用添加劑。本專利技術的積極技術效果在于：1)通過添加兩性表明活性劑，提高本專利技術的拋光及去污能力。2)通過加入含硅有機化合物，使得拋光液具有優(yōu)良的二氧化硅等介電層去除速率以及鉭等阻擋層的去除速率；3)本專利技術的拋光液同時可降低超低介電材料ULK的去除速率；4)提供了一種酸性條件下穩(wěn)定的拋光液配方，其可以在研磨顆粒固含量較低(2～10wt％)的情形下，達到堿性拋光液研磨顆粒含量在30-50wt％之間才能達到的研磨速率；5)本專利技術的化學機械拋光液可以制備成濃縮產(chǎn)品，便于儲存與運輸。具體實施方式下面通過實施例的方式進一步說明本專利技術，但并不以此將本專利技術限制在所述的實施例范圍本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種酸性化學機械拋光液，包含研磨顆粒、含硅有機化合物、唑類化合物、有機/無機酸、兩性表面活性劑、氧化劑和水。

【技術特征摘要】
1.一種酸性化學機械拋光液，包含研磨顆粒、含硅有機化合物、唑類化合物、有機/無機酸、兩性表面活性劑、氧化劑和水。2.如權利要求1所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒選自SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、CeO2、TiO2和Si3N4中的一種或多種。3.如權利要求2所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒為SiO2。4.如權利要求1所述的化學機械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的含量為1～15wt％。5.如權利要求4所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的含量為1～10wt％。6.如權利要求1所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述研磨顆粒的粒徑為20～100nm。7.如權利要求1所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅有機化合物具有下述通式：其中，R為不能水解的取代基，A，B為相同的或不同的可水解的取代基或羥基；C是可水解基團或羥基，或是不可水解的烷基取代基；D為連接在R上的有機官能團，選自乙烯基、氨基、環(huán)氧基、丙烯酸基、丙烯酰氧基、巰基或脲基。8.如權利要求7所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅有機化合物的通式中的R為烷基，其中含有1-10個碳原子。9.如權利要求8所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述烷基，含有3-7個碳原子，且所述烷基碳鏈上的碳原子被氧、氮、硫、膦、鹵素或硅原子取代；A，B和C分別選自氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基或羥基。10.如權利要求9所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅有機化合物選自3-氨基丙基三乙氧基硅烷(商品名KH-550)、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-570)、γ-巰丙基三乙氧基硅烷(商品名KH-580)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(商品名KH-602)、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(商品名KH-792)和/或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(商品名KH-902)中的一種或多種。11.如權利要求1所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述的含硅有機化合物的含量為0.01～1wt％。12.如權利要求11所述的酸性化學機械拋光液，其特征在于，所述含硅有機化合物的含量為0.01～0.5wt％。13.如權利要求1所述的酸性...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：高嫄，荊建芬，潘依君，蔡鑫元，
申請(專利權)人：安集微電子科技上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31