本發(fā)明屬于化學機械拋光，涉及一種多層銅互連阻擋層用拋光液及其制備方法。

背景技術：

1、目前超大規(guī)模集成電路芯片集成度已達幾十億個元器件，特征尺寸已經進入納米級別，這就要求微電子工藝中的幾百道工序，尤其是多層布線、襯底、介質等必須要經過化學機械平坦化(cmp)。超大規(guī)模集成電路布線正由傳統(tǒng)的鋁布線工藝向銅布線工藝轉化。與al相比，cu布線具有電阻率低、抗電遷移率高，rc延遲時間短等優(yōu)勢，這使得cu布線能夠代替al成為半導體制作中的互聯(lián)金屬。但是銅具有快速遷移的特性，容易擴散穿過介電層從而導致相鄰的銅金屬線之間漏電，進而導致器件特性失效。通常，在銅的沉積之前，先將擴散阻擋層沉積到介電基材上，工業(yè)上已廣泛使用的阻擋層材料是tan/ta。

2、通常，銅布線的化學機械拋光分為兩步：首先除去大量的銅并停止于阻擋層邊緣；接著去除殘余的銅和阻擋層金屬。在拋光過程中，既需要實現(xiàn)高的材料去除速率(mrr)，同時拋光后的表面缺陷也需嚴格控制。在銅的凸處和凹處需要形成高低速率差，而且需保證銅和阻擋層的去除速率選擇比。另外，阻擋層拋光時，由于cu和正硅酸乙酯(teos)等多種材料同時存在，使得每種材料的去除速率不能夠得到很好的控制，會導致碟形坑和蝕坑的加劇，影響了芯片的成品率和良率。

3、cn106244028a公開了一種堿性拋光液在抑制銅鉭阻擋層電偶腐蝕的應用，堿性拋光液的原料組成有：多羥基多氨基螯合劑、ph調節(jié)劑、研磨顆粒和水。其中，多羥基多氨基螯合劑使銅在拋光液中的電位降低，并在鉭表面形成一層鈍化層，使鉭在拋光液中的電位較小程度的降低，從而達到降低兩者之間電位差的目的，同時腐蝕電流降低，腐蝕速率得到控制，進而能夠改善cmp后銅的表面粗糙度。但是上述的堿性拋光液不能調控銅和阻擋層的去除速率選擇比，并且在拋光結束后，具有較低的缺陷校正能力和較高的表面污染物指標。

4、綜上所述，提供一種多層銅互連阻擋層用拋光液，以解決現(xiàn)有銅互連阻擋層拋光技術中去除率選擇性、產品表面容易存在金屬離子污染、產品穩(wěn)定性差和較高的表面污染物等問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種多層銅互連阻擋層用拋光液及其制備方法，所述多層銅互連阻擋層用拋光液能夠有效解決銅互連阻擋層拋光過程中去除率選擇性、產品表面易存在金屬離子污染、產品穩(wěn)定性差和較高的表面污染物等問題。

2、為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、本發(fā)明提供了一種多層銅互連阻擋層用拋光液，以質量百分數(shù)計，所述多層銅互連阻擋層用拋光液包括以下組分：二氧化硅磨料0.1-30％，表面活性劑0.1-5％，復合螯合劑0.1-10％，殺菌劑0.1-5％，余量為溶劑；

4、所述復合螯合劑由檸檬酸鉀和碳酸鉀組成；

5、所述多層銅互連阻擋層用拋光液的ph值為10-11，例如可以是10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8或10.9等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

6、本發(fā)明中，所述二氧化硅磨料的質量百分含量為0.1-30％，例如可以是1％、5％、10％、15％、20％、25％或28％等，所述表面活性劑的質量百分含量為0.1-5％，例如可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或4.5％等，所述復合螯合劑的質量百分含量為0.1-10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％等，所述殺菌劑的質量百分含量為0.1-5％，例如可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或4.5％等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

7、本發(fā)明提供的拋光液，通過二氧化硅磨料、表面活性劑、復合螯合劑和殺菌劑的相互配合，結合采用檸檬酸鉀和碳酸鉀復配螯合劑，使其拋光過程中能夠實現(xiàn)對各種材料的拋光速率和選擇比的控制，同時具有較高的缺陷校正能力和較低的表面污染物指標，有利于提高芯片的成品率和良率。

8、值得說明的是，所述復合螯合劑選用檸檬酸鉀和碳酸鉀進行復配，teos在堿性環(huán)境下表面有帶負電荷，磨料sio2表面也帶有負電荷，根據(jù)同種電荷相互排斥的原理，表面均帶有負電荷的磨料和teos之間的斥力使得機械作用減弱，teos去除速率較低，而復合螯合劑中含有k+，其加入使磨料和teos之間的靜電斥力減弱，增大了兩者之間的機械作用，提高了teos的去除速率；拋光液使用前需加入氧化劑(過氧化氫)，其會與銅發(fā)生反應，形成cu2+離子狀態(tài)，然后復合螯合劑水解出的檸檬酸根離子和碳酸根離子去螯合cu2+，加快cu的去除。因此，選用特定組成的復合螯合劑可用來控制不同材料的拋光速率選擇，速率選擇性可控可調。

9、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，以質量百分數(shù)計，所述多層銅互連阻擋層用拋光液包括以下組分：二氧化硅磨料20-30％，表面活性劑0.1-5％，復合螯合劑5-10％，殺菌劑0.1-2％，余量為溶劑。

10、本發(fā)明中，通過進一步優(yōu)選各組分的質量占比，進一步提高了拋光液在拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比的控制。

11、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述二氧化硅磨料的平均粒徑為75-90nm，例如可以是77nm、78nm、80nm、82nm、85nm、86nm或88nm等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

12、本發(fā)明中，所述二氧化硅磨料中所含金屬離子(不包括鉀離子)的總含量≤100ppm。

13、值得說明的是，通過控制二氧化硅磨料的平均粒徑范圍，不僅避免了拋光過程對材料表面的刮傷及劃痕，滿足了拋光平坦度的要求，同時確保了較高的拋光效率。

14、優(yōu)選地，所述二氧化硅磨料為球形結構。

15、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述檸檬酸鉀和碳酸鉀的質量比為1:(0.8-1.2)，例如可以是1:0.85、1:0.9、1:0.95、1:1、1:1.05、1:1.1或1:1.15等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為1:1。

16、值得說明的是，通過控制檸檬酸鉀和碳酸鉀的質量比范圍，使得拋光過程中能夠實現(xiàn)對各種材料的拋光速率和選擇比更精確的控制，有利于提高芯片的成品率和良率。

17、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述表面活性劑包括非離子表面活性劑。

18、本發(fā)明中，所述非離子表面活性劑包括但不限于：聚氧乙烯失水山梨醇酯、聚乙烯醇、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚丙烯酰胺或聚乙二醇等。

19、優(yōu)選地，所述殺菌劑包括卡松和/或bit-20。

20、優(yōu)選地，所述溶劑包括水。

21、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述多層銅互連阻擋層用拋光液的ph值為10-10.4，例如可以是10.1、10.2或10.3等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

22、優(yōu)選地，所述多層銅互連阻擋層用拋光液還包括ph調節(jié)劑。

23、優(yōu)選地，所述ph調節(jié)劑包括氨水、氫氧化鉀或硝酸中的任意一種或至少兩種的組合。

24、第二方面，本發(fā)明提供了一種如第一方面所述的多層銅互連阻擋層用拋光液的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

25、(1)混合溶劑、表面活性劑和復合螯合劑，進行第一攪拌，得到第一混合溶液；

26、(2)混合二氧化硅磨料和步驟(1)所得第一混合溶液，進行第二攪拌，得到第二混合溶液；

27、(3)混合殺菌劑和步驟(2)所得第二混合溶液，進行第三攪拌，而后依次進行雙級過濾和罐裝，得到所述多層銅互連阻擋層用拋光液。

28、本發(fā)明中，步驟(1)所述混合的方式為：將表面活性劑、檸檬酸鉀和碳酸鉀加入水中。

29、本發(fā)明提供的制備方法操作簡便、耗時短，適合大規(guī)模工業(yè)化生產。

30、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(2)所述第二攪拌后還包括：向其中加入ph調節(jié)劑至ph值為10-11，并進行攪拌。

31、優(yōu)選地，所述攪拌的時間為20-40min，例如可以是22min、25min、28min、30min、32min、35min、36min或38min等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

32、優(yōu)選地，所述攪拌處理的轉速為180-220r/min，例如可以是185r/min、190r/min、195r/min、200r/min、205r/min、210r/min或215r/min等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

33、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述第一攪拌、第二攪拌和第三攪拌的轉速均為180-220r/min，例如可以是185r/min、190r/min、195r/min、200r/min、205r/min、210r/min或215r/min等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

34、優(yōu)選地，所述第二攪拌和第三攪拌的時間均為50-70min，例如可以是52min、55min、58min、60min、62min、65min、66min或68min等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

35、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，步驟(3)所述雙級過濾包括依次進行的第一過濾和第二過濾。

36、優(yōu)選地，所述第一過濾的精度為0.9-1.1μm，例如可以是0.92μm、0.95μm、0.96μm、0.98μm、1μm、1.02μm、1.05μm、1.06μm或1.08μm等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

37、優(yōu)選地，所述第二過濾的精度為0.4-0.6μm，例如可以是0.42μm、0.45μm、0.46μm、0.48μm、0.5μm、0.52μm、0.55μm、0.58μm或0.59μm等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

38、本發(fā)明中，所述拋光液在進行拋光操作前，還需向其加入質量百分含量為0.1-2％的氧化劑，即向100g拋光液中加入0.1-2g的氧化劑；所述氧化劑包括雙氧水。

39、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：

40、(1)本發(fā)明提供的多層銅互連阻擋層用拋光液，通過二氧化硅磨料、表面活性劑、復合螯合劑和殺菌劑的相互配合，結合控制磨料的粒徑范圍以及選用特定比例的檸檬酸鉀和碳酸鉀復配螯合劑，使其拋光過程中能夠實現(xiàn)對各種材料的拋光速率和選擇比的控制，同時具有較高的缺陷校正能力和較低的表面污染物指標，有利于提高芯片的成品率和良率；

41、(2)本發(fā)明提供的多層銅互連阻擋層用拋光液由二氧化硅磨料、表面活性劑、復合螯合劑、殺菌劑和水組成，價格低廉，成分簡單，穩(wěn)定性優(yōu)異；所述制備方法操作簡便、耗時短，適合大規(guī)模工業(yè)化生產。