本發(fā)明屬于化學(xué)機(jī)械拋光，涉及一種用于降低銅互連阻擋層表面缺陷的拋光液及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路芯片集成度已達(dá)幾十億個元器件，特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米級，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(zhì)必須要經(jīng)過化學(xué)機(jī)械平坦化(cmp)。大規(guī)模集成布線的材料正由傳統(tǒng)的a1向cu轉(zhuǎn)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(dǎo)體制作中的互聯(lián)金屬。

2、但是，目前還沒有對銅材進(jìn)行有效地等離子蝕刻或濕法蝕刻，以使銅互連在集成電路中充分形成的技術(shù)，因此，是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局和局部平坦化的關(guān)鍵工藝技術(shù)。通常，銅布線的化學(xué)機(jī)械拋光分為3個步驟，分別在3個拋光盤上進(jìn)行：第一步采用較高的下壓力，以快且高效的去除速率去除襯底表面上大量的銅并留下一定厚度的銅；第二步采用較低的下壓力，以較低的去除速率去除少量剩余的金屬銅并停在阻擋層上；第三步再用阻擋層拋光液去除阻擋層、部分介電層和少量的金屬銅，從而實現(xiàn)平坦化。然而為了有效的去除金屬銅，第二步拋光中為了有效去除銅互連表面殘余銅，在cmp過程中通常進(jìn)行一定時間的過拋，但在過拋過程中會產(chǎn)生并加深碟形坑、蝕坑。因此，最后的阻擋層cmp需要有一定的銅和介質(zhì)去除速率選擇比以實現(xiàn)對碟形凹陷和蝕坑的有效修正。

3、但現(xiàn)有拋光液在拋光結(jié)束后，具有較低的缺陷校正能力和較高的表面污染物指標(biāo)，碟形凹陷和蝕坑的缺陷不能得到有效修正；同時現(xiàn)有拋光液存在穩(wěn)定性差、金屬離子污染等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于降低銅互連阻擋層表面缺陷的拋光液及其制備方法，所述拋光液能夠滿足拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比要求，而且能有效地矯正和控制銅拋光后的碟形凹陷、蝕坑的缺陷。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于降低銅互連阻擋層表面缺陷的拋光液，所述拋光液包括以下組分：二氧化硅磨料、抑制劑、表面活性劑、絡(luò)合劑、殺菌劑、ph調(diào)節(jié)劑，余量為溶劑；

4、所述表面活性劑由質(zhì)量比為(1.5-2.5):1的聚乙二醇和羥乙基纖維素組成。

5、本發(fā)明提供的拋光液，通過二氧化硅磨料、抑制劑、表面活性劑、絡(luò)合劑和殺菌劑的相互配合，結(jié)合采用特定比例的聚乙二醇和羥乙基纖維素作為表面活性劑，能夠滿足拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比要求，而且能有效地矯正和控制銅拋光后的碟形凹陷、蝕坑的缺陷。

6、值得說明的是，采用本發(fā)明特定表面活性劑的拋光液，其一在銅表面的接觸角較小，浸潤性增加，因此可在銅表面可以充分鋪展開，在拋光過程中流動性加以改善，從而降低機(jī)械摩擦，減少cu表面的劃傷缺陷；其二表面活性劑分子包裹在磨料顆粒周圍，增大了磨料粒子之間的斥力，從而有效避免了顆粒間吸附形成的團(tuán)聚物，進(jìn)而減少了因顆粒團(tuán)聚造成的劃傷和sio2團(tuán)聚物沾污等缺陷。另外，本發(fā)明提供的特定復(fù)配表面活性劑，其分散性和潤濕性均較優(yōu)，不僅在cmp后能獲得更好的表面質(zhì)量，還能夠提高拋光液的穩(wěn)定性。

7、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二氧化硅磨料的質(zhì)量百分含量為0.1-30％，例如可以是1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％或28％等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

8、優(yōu)選地，所述二氧化硅磨料中所含金屬離子的總含量≤100ppm，例如可以是90ppm、80ppm、70ppm、60ppm、50ppm、40ppm或30ppm等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

9、本發(fā)明中，所述二氧化硅磨料中所含金屬離子的總含量不包括二氧化硅磨料中鉀離子的含量。

10、優(yōu)選地，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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

11、本發(fā)明中，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。

12、優(yōu)選地，所述二氧化硅磨料為球形結(jié)構(gòu)。

13、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述抑制劑的質(zhì)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，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

14、優(yōu)選地，所述抑制劑包括含氮唑類化合物。

15、優(yōu)選地，所述含氮唑類化合物包括苯并三氮唑。

16、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述表面活性劑的質(zhì)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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

17、值得說明的是，本發(fā)明通過控制表面活性劑的加入量范圍，在保證拋光速率的同時，使產(chǎn)品表面的缺陷明顯減少，提高產(chǎn)品良率。

18、優(yōu)選地，所述聚乙二醇的相對分子質(zhì)量為200-600，例如可以是200、400或600等，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

19、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述絡(luò)合劑的質(zhì)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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

20、優(yōu)選地，所述絡(luò)合劑包括檸檬酸鉀。

21、優(yōu)選地，所述殺菌劑的質(zhì)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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

22、優(yōu)選地，所述殺菌劑包括卡松和/或bit-20。

23、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述ph調(diào)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、優(yōu)選地，所述ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

25、優(yōu)選地，所述溶劑包括水。

26、第二方面，本發(fā)明提供了一種如第一方面所述的拋光液的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

27、(1)混合溶劑、表面活性劑、絡(luò)合劑和抑制劑，進(jìn)行第一攪拌，得到第一混合溶液；

28、(2)混合二氧化硅磨料和步驟(1)所得第一混合溶液，進(jìn)行第二攪拌，而后向其加入ph調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)ph后進(jìn)行第三攪拌，得到第二混合溶液；

29、(3)混合殺菌劑和步驟(2)所得第二混合溶液，進(jìn)行第四攪拌，而后依次進(jìn)行雙級過濾和罐裝，得到所述拋光液。

30、本發(fā)明中，步驟(1)所述混合的方式為：將聚乙二醇、羥乙基纖維素和抑制劑加入水中。

31、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(chǎn)。

32、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一攪拌、第二攪拌、第三攪拌和第四攪拌的轉(zhuǎn)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(nèi)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(shù)方案，步驟(2)所述第二攪拌的時間為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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

34、優(yōu)選地，步驟(2)所述第三攪拌的時間為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(nèi)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(shù)方案，步驟(3)所述第四攪拌的時間為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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

36、優(yōu)選地，步驟(3)所述雙級過濾包括依次進(jìn)行的第一過濾和第二過濾。

37、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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

38、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(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。

39、本發(fā)明中，所述拋光液在進(jìn)行拋光操作前，還需向其加入質(zhì)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。

40、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

41、(1)本發(fā)明提供的拋光液，通過二氧化硅磨料、抑制劑、表面活性劑、絡(luò)合劑和殺菌劑的相互配合，結(jié)合采用特定比例的聚乙二醇和羥乙基纖維素作為表面活性劑，能夠滿足拋光過程中對各種材料的拋光速率和選擇比要求，而且能有效地矯正和控制銅拋光后的碟形凹陷、蝕坑的缺陷，有利于提高芯片的成品率和良率；

42、(2)本發(fā)明提供的拋光液由二氧化硅磨料、抑制劑、表面活性劑、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(chǎn)。