[发明专利]一种金属铜的抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光液，具体的涉及一种抛光金属铜的抛光液。

背景技术

在130nm以下的半导体工艺制程中，金属铜已被广泛用作互连线路材料。 Cu互连线路的化学机械抛光是现今全面平坦化工艺中广泛应用的技术。不同的 制程对铜的抛光速率有着不同的技术要求。采用工艺条件的优化来调节铜的去 除速率是业界常用的方法。已有很多文献报道不同的抛光液配方，以达到不同 的选择比来调节Cu的表面形貌和去除速率。例如：

专利文献US 6217416B1采用二氧化硅磨料颗粒、杂环化合物、氧化剂和 有机酸组成的抛光液，得到了不同Cu/Ta的去除速率选择比来适应不同阶段的 抛光要求。

专利文献US 6568997B2采用高分子磨料颗粒、不饱和羧酸聚合物、成膜剂、 络合剂和其它添加剂组成的抛光液来进行铜互连线的抛光。

专利文献US7138073B2采用不同比例的复合络合剂、表面活性剂和氧化硅 磨料颗粒组成的抛光液来进行Cu器件的抛光。

在Cu的化学机械抛光过程中，分两个阶段：快速去除阶段和软着陆阶段(如 图1所示)。大马士革工艺就是先在沟槽中沉积一种大约100～250A的扩散阻挡 层(金属钽/氮化钽)，然后生长铜晶种，最后是电镀金属铜将沟槽填充。经过 CMP形成铜互连线路，抛光过程首先是快速去除结构上部的大部分的金属铜， 然后再降低抛光速率以保证表面形貌达到工艺要求，磨去剩余的铜并停止在阻 挡层，无金属残留。所以在这两个阶段采用的抛光工艺是不同的。

在化学机械抛光过程中，Cu的去除速率对下压力变化的敏感程度一直是业 界关注的焦点。尤其是在90nm以下的制程中，采用了机械强度相对较低的低k 材料，因此要求化学机械抛光在较低的下压力下进行。既要保证低k材料的机 械完整性，又要对Cu的初抛具有较高的去除速率，这是Cu化学机械抛光技术 中所面临的挑战之一。相关的文献报道也不多见。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了适应不同的化学机械抛光工艺的制程和 阶段对Cu的抛光速率的要求，而提供一种Cu的去除速率对下压力变化的敏感 度较高的抛光液。

本发明的抛光液含有：磨料、氧化剂、水和下述络合剂中的一种或多种： 嘧啶及其衍生物、带氨基和/或巯基的三唑环、哌啶及其衍生物，哌嗪及其衍生 物。

其中，所述的哌啶衍生物较佳的为如式I所示的化合物；所述的哌嗪衍生 物较佳的为如式II所示的化合物；

    式I       式II

其中，R₁和R₂独自的为C₁-C₄的烷基或羧基，n为0～6。

其中，所述的络合剂较佳的选自乙胺嘧啶、4-氨基-1，2，4-三氮唑、5-巯基-3- 氨基-1，2，4三唑、哌啶、2-哌啶甲酸和哌嗪六水中的一种或多种。

上述络合剂在低下压力的条件下，可在铜表面形成一层保护膜，阻止Cu的 去除，使得Cu去除速率较低，当增大压力后，形成的保护膜在磨料粒子的机械 力作用下受到破坏，使得与铜离子的络合反应快速进行，而使得去除速率大幅 提高。

其中，当选用哌嗪及其衍生物(如哌嗪六水)时，本发明的抛光液在较高 的下压力下具有较高的Cu去除速率，适合大量快速去除阶段的抛光，保证快速 去除大部分Cu，节约时间；而在较低的下压力下该抛光液具有较低的Cu去除 速率，适合缓慢去除阶段的抛光，可保证较好的表面形貌的同时使抛光停止在 阻挡层上。

其中，当选用带氨基和/或巯基的三唑环(如5-巯基-3-氨基-1，2，4三唑)时， 本发明的抛光液具有的Cu去除速率对下压力的变化最为敏感，但Cu去除速率 相对较低。

其中，所述的络合剂的含量较佳的为质量百分比0.1～5％，更佳的为质量百 分比0.2～3％。

其中，所述的磨料可选用本领域常用磨料，如SiO₂和Al₂O₃等。所述的磨 料的含量较佳的为质量百分比0.1～20％。

其中，所述的氧化剂较佳的选自有机或无机过氧化物和/或过硫化物，优选 过氧化氢、过硫酸盐和过氧化苯甲酰；所述的氧化剂的含量较佳的为质量百分 比0.1～10％。