[发明专利]一种化学机械抛光液及其应用

说明书

技术领域

本发明公开了一种碱性化学机械抛光液，尤其涉及一种抛光阻挡层的化学机械抛光液。

背景技术

化学机械抛光（CMP），是实现芯片表面平坦化的最有效方法。

阻挡层通常介于二氧化硅和铜线之间，起到阻挡铜离子向介电层扩散的作用。抛光时，首先阻挡层之上的铜被去除。由于此时铜的抛光速度很快，会形成各种缺陷（例如：蝶形缺陷dishing,和侵蚀erosion）。在抛光铜时，通常要求铜CMP先停止在阻挡层上，然后换另外一种专用的阻挡层抛光液，去除阻挡层（例如钽），同时对蝶形缺陷（dishing）和侵蚀（erosion）进行修正，实现全局平坦化。

商业化的阻挡层抛光液有酸性和碱性两种，各有优缺点。例如酸性阻挡层抛光液对铜的抛光速度容易通过双氧水调节，且双氧水稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较慢；碱性阻挡层抛光液对铜的抛光速度不容易通过双氧水调节，且双氧水不稳定，但是对二氧化硅和TiN的抛光速度较快。

钽是阻挡层常用的金属。在现有的抛光技术中，US7241725、US7300480用亚胺、肼、胍提升阻挡层的抛光速度。US7491252B2用盐酸胍提升阻挡层的抛光速度。US7790618B2用到亚胺衍生物和聚乙二醇硫酸盐表面活性剂，用于阻挡层的抛光。CN200510030871.9用有机膦酸、聚丙烯酸类、氧化剂提高钽的抛光速度。US20080276543用碳酸胍类化合物提高钽的抛光速度。

CN200710199423.0用混合二氧化硅、多元羧酸（或氨基酸）、表面活性剂用于铜的抛光。实现的技术效果是铜的蝶形凹陷被显著降低。这篇专利的抛光对象是铜，不是针对阻挡层钽。同时，申请人发现，这篇专利最优化的二氧化硅含量是0.1～3%。如果大于这个含量，阻挡层会被抛光。因此，这篇专利技术不适合抛光阻挡层。CN200710199423.0由于不是用于阻挡层抛光，没对LOW-K材料的抛光速度进行调节，因此用CN200710199423.0的技术方案、在用于含LOW-K材料阻挡层进行抛光时，细线区的侵蚀会很严重。同样，CN200710199423.0所用多元羧酸（或氨基酸）也会造成严重的侵蚀。CN200710199423.0最优化的氧化剂是APS（过硫酸铵），这种氧化剂在碱性PH条件下，分解很快。生产上要现配现用，并且因为氧化剂分解，会造成抛光速度不稳定。

在抛光液中常用到表面活性剂改善抛光性能。环氧乙烷（EO)和环氧丙烷（PO)共聚物是常用到的表面活性剂。例如TWI227728B中使用环氧乙烷（EO)和环氧丙烷（PO)共聚物，用于阻挡层的抛光。这些表面活性剂没有大幅提升钽的抛光速度，相反，对钽的抛光速度略有抑制。同样地，CN200980000271用环氧乙烷（EO)和环氧丙烷（PO)共聚物用于铜的抛光，提高抛光选择性，其抛光目的是实现非常高的铜的速度（>4000A/min），同时抑制钽的抛光速度(<100A/min)。

在以上提到的专利中，钽和二氧化硅的抛光速度都不足够快。同时，以上专利都没有提供抑制图形芯片细线区侵蚀（erosion）的方法。

本发明提供一种可以大幅提高钽和二氧化硅的抛光速度、同时有效抑制侵蚀的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学机械抛光液，其可以大幅提高钽和二氧化硅的抛光速度、并控制铜的抛光速度，从而有效抑制侵蚀。

研磨剂可以选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁、有机聚合物、氧化铈等具有研磨属性的颗粒或分散液。从胶体稳定性角度考虑，选用二氧化硅最佳。

本发明的一方面在于提供一种碱性化学机械抛光液，含有水、至少两种不同种类的二氧化硅研磨剂、有机磷酸络合剂、腐蚀抑制剂、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、氧化剂。

其中，该化学机械抛光液还进一步含有EOPO共聚物（环氧乙烯环氧丙烯共聚物）。分子量2000～3900。该EOPO共聚物可从市场购得，例如的dow陶氏化学的TERGITOL^TM L-61。(L-61分子量2000，L-62分子量2500，L-64分子量2700，L-81分子量2750，L-101分子量3900)。

其中，两种不同种类的二氧化硅研磨剂，其中一种是胶体二氧化硅研磨剂、另一种是气相二氧化硅研磨剂。

其中，胶体二氧化硅研磨剂含量1～15wt%，气相二氧化硅研磨剂含量3～20wt%。