[发明专利]一种用于铜互连的化学机械抛光液及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜互连的化学机械抛光液及工艺。

背景技术

传统的铜互连抛光工艺通常分为3个步骤，第一步用高去除速率去除大量的铜并留下一定的厚度，第二步将剩下的铜去除并过抛以保证无铜残留。在前2步中通常使用铜化学机械抛光液，铜的抛光速率较高，通常会造成铜的碟形凹陷。第三步用阻挡层抛光液去除阻挡层及部分的介电层和铜线，达到平坦化。为了校正铜抛光造成的碟形凹陷，阻挡层抛光液的铜抛光速率通常较低，造成阻挡层的抛光较长，是产能的瓶颈。原有工艺不能兼顾高产能和高平坦化的要求。

US20090045164A1揭示了一种低介电材料抛光的“通用”阻挡层化学机械抛光液的抛光方法。该方法包括几个抛光步骤：首先用阻挡层抛光液去除阻挡层，在抛光覆盖层(Cap layer)时向抛光液中加入添加剂来降低低介电材料(low-k)的去除速率，改变了覆盖层与低介电材料(low-k)的选择比，从而使抛光停在低介电材料(low-k)上。

US20030008599A1揭示了一种化学机械抛光方法。该方法通过在抛光过程的不同阶段引入氧化剂和还原剂来改变铜抛光速率，降低抛光后铜的碟形凹陷。

US20100130101A1揭示了一种化学机械抛光方法，该方法通过用两条管路将不同的抛光液成分引入到抛光垫上，在线混合成抛光液用于抛光。通过调节不同成分的流量来调节抛光速率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，揭示了一种用于铜互连的化学机械抛光液和抛光工艺，通过改变抛光工艺流程(1步去除铜+2步去除阻挡层/介电层)，产能得到提高，同时铜抛光后的碟形凹陷小且无金属残留。通过在第二步抛光时使用一种低研磨颗粒含量，高的钽去除速率的抛光液，可降低抛光液生产成本，本发明包括了铜抛光液、阻挡层抛光液和低介电材料抛光液在不同抛光盘上的供给选择以及在不同抛光步骤的工艺整合。

本发明提供的一种用于铜互连抛光的工艺方法，包括以下步骤：

步骤A：用铜化学机械抛光液去除铜并停在阻挡层表面；

步骤B：用阻挡层化学机械抛光液去除阻挡层和部分二氧化硅覆盖层(Cap layer)；

步骤C：用介电材料抛光液去除部分二氧化硅覆盖层、部分低介电材料和部分铜。

在本发明中，所述步骤A、B、C的抛光压力为1.0～2.0psi，抛光头的转速为50～120rpm。

在本发明中，所述步骤A中的铜抛光液的铜抛光速度至少为5000埃/分钟。

在本发明中，所述铜抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。

在本发明中，所述阻挡层抛光液包含研磨颗粒、络合剂、腐蚀抑制剂和碳酸胍。

在本发明中，所述介电材料抛光液包含研磨颗粒、络合剂、氧化剂和腐蚀抑制剂。

在本发明中，所述的研磨颗粒选自二氧化硅、氧化铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、高分子研磨颗粒中的一种或多种。

在本发明中，所述铜抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为0.2～1％。

在本发明中，所述阻挡层抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为3～6％。

在本发明中，所述介电材料抛光液的研磨颗粒的重量百分比浓度为5～10％。

在本发明中，所述的络合剂选自氨羧化合物及其盐、有机羧酸及其盐、有机膦酸及其盐和有机胺中的一种或多种。优选地，所述的氨羧化合物选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、环己二胺四乙酸、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种或多种；所述的有机羧酸选自醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、乳酸、没食子酸和磺基水杨酸中的一种或多种；所述的有机膦酸选自2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羟基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一种或多种；所述的有机胺选自乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种；所述的盐为钾盐、钠盐和/或铵盐。

在本发明中，所述的络合剂的含量为重量百分比0.05～5％。优选地，所述的络合剂的含量为重量百分比0.05～3％。