一種用于銅互連的化學(xué)機(jī)械拋光液及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種用于銅互連拋光的工藝方法，包括以下步驟：步驟A：用銅化學(xué)機(jī)械拋光液去除銅并停在阻擋層表面；步驟B：用阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液去除阻擋層和部分二氧化硅覆蓋層(Cap?layer)；步驟C：用介電材料拋光液去除部分二氧化硅覆蓋層、部分低介電材料和部分銅。該拋光方法通過(guò)改變拋光工藝流程(1步去除銅+2步去除阻擋層/介電層)，產(chǎn)能得到提高，同時(shí)銅拋光后的碟形凹陷小且無(wú)金屬殘留。通過(guò)在第二步拋光時(shí)使用一種低研磨顆粒含量，高的鉭去除速率的拋光液，可降低拋光液生產(chǎn)成本，本發(fā)明包括了銅拋光液、阻擋層拋光液和低介電材料拋光液在不同拋光盤上的供給選擇以及在不同拋光步驟的工藝整合。
【專利說(shuō)明】—種用于銅互連的化學(xué)機(jī)械拋光液及工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銅互連的化學(xué)機(jī)械拋光液及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的銅互連拋光工藝通常分為3個(gè)步驟，第一步用高去除速率去除大量的銅并留下一定的厚度，第二步將剩下的銅去除并過(guò)拋以保證無(wú)銅殘留。在前2步中通常使用銅化學(xué)機(jī)械拋光液，銅的拋光速率較高，通常會(huì)造成銅的碟形凹陷。第三步用阻擋層拋光液去除阻擋層及部分的介電層和銅線，達(dá)到平坦化。為了校正銅拋光造成的碟形凹陷，阻擋層拋光液的銅拋光速率通常較低，造成阻擋層的拋光較長(zhǎng)，是產(chǎn)能的瓶頸。原有工藝不能兼顧高產(chǎn)能和高平坦化的要求。
[0003]US20090045164A1揭不了一種低介電材料拋光的“通用”阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液的拋光方法。該方法包括幾個(gè)拋光步驟:首先用阻擋層拋光液去除阻擋層，在拋光覆蓋層(Caplayer)時(shí)向拋光液中加入添加劑來(lái)降低低介電材料(low-k)的去除速率，改變了覆蓋層與低介電材料(low-k)的選擇比,從而使拋光停在低介電材料(low-k)上。
[0004]US20030008599A1揭不了一種化學(xué)機(jī)械拋光方法。該方法通過(guò)在拋光過(guò)程的不同階段引入氧化劑和還原劑來(lái)改變銅拋光速率，降低拋光后銅的碟形凹陷。
[0005]US20100130101A1揭示了一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，該方法通過(guò)用兩條管路將不同的拋光液成分引入到拋光墊上，在線混合成拋光液用于拋光。通過(guò)調(diào)節(jié)不同成分的流量來(lái)調(diào)節(jié)拋光速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，揭示了一種用于銅互連的化學(xué)機(jī)械拋光液和拋光工藝，通過(guò)改變拋光工藝流程(I步去除銅+2步去除阻擋層/介電層)，產(chǎn)能得到提高，同時(shí)銅拋光后的碟形凹陷小且無(wú)金屬殘留。通過(guò)在第二步拋光時(shí)使用一種低研磨顆粒含量，高的鉭去除速率的拋光液，可降低拋光液生產(chǎn)成本，本發(fā)明包括了銅拋光液、阻擋層拋光液和低介電材料拋光液在不同拋光盤上的供給選擇以及在不同拋光步驟的工藝整合。
[0007]本發(fā)明提供的一種用于銅互連拋光的工藝方法，包括以下步驟:
[0008]步驟A:用銅化學(xué)機(jī)械拋光液去除銅并停在阻擋層表面；
[0009]步驟B:用阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液去除阻擋層和部分二氧化硅覆蓋層(Caplayer)；
[0010]步驟C:用介電材料拋光液去除部分二氧化硅覆蓋層、部分低介電材料和部分銅。
[0011]在本發(fā)明中，所述步驟A、B、C的拋光壓力為1.0~2.0psi，拋光頭的轉(zhuǎn)速為50~120rpmo
[0012]在 本發(fā)明中，所述步驟A中的銅拋光液的銅拋光速度至少為5000埃/分鐘。
[0013]在本發(fā)明中，所述銅拋光液包含研磨顆粒、絡(luò)合劑、氧化劑和腐蝕抑制劑。[0014]在本發(fā)明中，所述阻擋層拋光液包含研磨顆粒、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑和碳酸胍。
[0015]在本發(fā)明中，所述介電材料拋光液包含研磨顆粒、絡(luò)合劑、氧化劑和腐蝕抑制劑。
[0016]在本發(fā)明中，所述的研磨顆粒選自二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、高分子研磨顆粒中的一種或多種。
[0017]在本發(fā)明中，所述銅拋光液的研磨顆粒的重量百分比濃度為0.2~1%。
[0018]在本發(fā)明中，所述阻擋層拋光液的研磨顆粒的重量百分比濃度為3~6%。
[0019]在本發(fā)明中，所述介電材料拋光液的研磨顆粒的重量百分比濃度為5~10%。
[0020]在本發(fā)明中，所述的絡(luò)合劑選自氨羧化合物及其鹽、有機(jī)羧酸及其鹽、有機(jī)膦酸及其鹽和有機(jī)胺中的一種或多種。優(yōu)選地，所述的氨羧化合物選自甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸選自醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、乳酸、沒食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸選自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的有機(jī)胺選自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種；所述的鹽為鉀鹽、鈉鹽和/或銨鹽。
[0021]在本發(fā)明中，所述的絡(luò)合劑的含量為重量百分比0.05~5%。優(yōu)選地，所述的絡(luò)合劑的含量為重量百分比0.05~3%。
[0022]在本發(fā)明中，所述的氧化劑為過(guò)氧化氫、過(guò)氧化脲、過(guò)氧甲酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硫酸鹽、過(guò)碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。
[0023]在本發(fā)明中，所述的氧化劑的含量為重量百分比0.05~5%。
[0024]在本發(fā)明中，所述的腐蝕抑制劑為氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶類化合物中的一種或多種。優(yōu)選地，所述的氮唑類化合物選自苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羥基-苯并三氮唑、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、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2,4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巰基-四氮唑中的一種或多種；所述的咪唑類化合物選自苯并咪唑和2-巰基苯并咪唑中的一種或多種；所述的噻唑類化合物選自2-巰基-苯并噻唑、2-巰基噻二唑和5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑中的一種或多種；所述的吡啶選自2，3- 二氨基吡啶、2-氨基吡啶和2-吡啶甲酸中的一種或多種；所述的嘧啶為2-氨基嘧啶。
[0025]在本發(fā)明中，所述的腐蝕抑制劑的含量為重量百分比0.001~2%。優(yōu)選地，所述的腐蝕抑制劑的含量為重量百分比0.005~I %。
[0026]在本發(fā)明中，所述的拋光液還可以含有至少一種陰離子表面活性劑。
[0027]在本發(fā)明中，所述的陰離子表面活性劑為聚丙烯酸類表面活性劑、磷酸酯類表面活性劑。
[0028]在本發(fā)明中，所述的表面活性劑的含量為重量百分比0.0005~1%。
[0029]本發(fā)明的拋光工藝具備突出的技術(shù)效果:[0030]1、通過(guò)工藝整合合理分配各拋光盤的拋光時(shí)間，提高產(chǎn)能；
[0031]2、通過(guò)使用低研磨顆粒含量的阻擋層拋光液，降低使用成本；
[0032]3、通過(guò)工藝改進(jìn)減小銅拋光后的碟形凹陷且無(wú)金屬殘留。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0034]效果實(shí)施例
[0035]表1給出了本發(fā)明的銅化學(xué)機(jī)械拋光液的實(shí)施例1~5和對(duì)比例I，表2給出了本發(fā)明的介電材料化學(xué)機(jī)械拋光液的實(shí)施例6~10和對(duì)比例2，表3給出了本發(fā)明的阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液的實(shí)施例11~15，按表中所給配方，將除氧化劑以外的其他組分混合均勻，用水補(bǔ)足質(zhì)量百分比至100%。用KOH或HN03調(diào)節(jié)到所需要的pH值。使用前加氧化劑，混合均勻即可。
[0036]表1銅拋光液實(shí)施例1~5和對(duì)比例I
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于銅互連拋光的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A:用銅化學(xué)機(jī)械拋光液去除銅并停在阻擋層表面； 步驟B:用阻擋層化學(xué)機(jī)械拋光液去除阻擋層和部分二氧化硅覆蓋層(Caplayer)； 步驟C:用介電材料拋光液去除部分二氧化硅覆蓋層、低介電材料和部分銅。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述步驟A、B、C的拋光壓力為1.0~2.0psi，拋光頭的轉(zhuǎn)速為50~120rpm。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，其中所述銅拋光液包含研磨顆粒、絡(luò)合劑、氧化劑和腐蝕抑制劑。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述阻擋層拋光液包含研磨顆粒、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑和碳酸胍。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述介電材料拋光液包含研磨顆粒、絡(luò)合劑、氧化劑和腐蝕抑制劑。
6.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述的研磨顆粒選自二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的 二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、高分子研磨顆粒中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于，所述銅拋光液的研磨顆粒的重量百分比濃度為0.2~1%。
8.如權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征在于，所述阻擋層拋光液的研磨顆粒的重量百分比濃度為3~6%。
9.如權(quán)利要求5所述的工藝方法，其特征在于，所述介電材料拋光液的研磨顆粒的重量百分比濃度為5~10%。
10.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述的絡(luò)合劑選自氨羧化合物及其鹽、有機(jī)羧酸及其鹽、有機(jī)膦酸及其鹽和有機(jī)胺中的一種或多種。
11.如權(quán)利要求10所述的工藝方法，其特征在于，所述的氨羧化合物選自甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己二胺四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸為選自醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、乳酸、沒食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸選自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的有機(jī)胺選自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種；所述的鹽為鉀鹽、鈉鹽和/或銨鹽。
12.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述的絡(luò)合劑的含量為重量百分比0.05~5%。
13.如權(quán)利要求12所述的工藝方法，其特征在于，所述的絡(luò)合劑的含量為重量百分比0.05 ~3%。
14.如權(quán)利要求3或5所述的工藝方法，其特征在于，所述的氧化劑為過(guò)氧化氫、過(guò)氧化脲、過(guò)氧甲酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硫酸鹽、過(guò)碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。
15.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述的氧化劑的含量為重量百分比0.05~5%。
16.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述的腐蝕抑制劑為氮唑、咪唑、噻唑、吡啶和嘧啶類化合物中的一種或多種。
17.如權(quán)利要求16所述的工藝方法，其特征在于，所述的氮唑類化合物選自苯并三氮唑、5-甲基苯并三氮唑、5-羧基苯并三氮唑、1-羥基-苯并三氮唑、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、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巰基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1H-四氮唑、5-甲基四氮唑、5-苯基四氮唑、5-氨基-1H-四氮唑和1-苯基-5-巰基-四氮唑中的一種或多種；所述的咪唑類化合物選自苯并咪唑和2-巰基苯并咪唑中的一種或多種；所述的噻唑類化合物選自2-巰基-苯并噻唑、2-巰基噻二唑和5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑中的一種或多種；所述的吡啶選自2，3-二氨基吡唆、2-氨基吡啶和2-吡啶甲酸中的一種或多種；所述的嘧啶為2-氨基嘧啶。
18.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于，所述的腐蝕抑制劑的含量為重量百分比0.001~2%。
19.如權(quán)利要求18所述的工藝方法，其特征在于，所述的腐蝕抑制劑的含量為重量百分比0.005~1%。
20.如權(quán)利要求3-5 任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于:所述的拋光液還可以含有至少一種陰離子表面活性劑。
21.如權(quán)利要求20所述的工藝方法，其特征在于:所述的陰離子表面活性劑為聚丙烯酸類表面活性劑、磷酸酯類表面活性劑。
22.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的工藝方法，其特征在于:所述的表面活性劑的含量為重量百分比0.0005~1%。
23.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述步驟A中的銅拋光液的銅拋光速度至少為5000埃/分鐘。
【文檔編號(hào)】C09G1/02GK103898510SQ201210584552
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】荊建芬, 張建, 蔡鑫元, 姚穎, 陳寶明, 周文婷 申請(qǐng)人:安集微電子（上海）有限公司