一種用于鈷阻擋層拋光的化學(xué)機(jī)械拋光液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液，尤其涉及一種用于鈷阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光 液。
【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路一般包括數(shù)百萬(wàn)個(gè)活化電子元件。這些活化電子元件通過(guò)多層金屬化的 互連層連接件安裝在硅基材中，這些原本互相分離的活化電子元件通過(guò)金屬化的通路和觸 點(diǎn)連接，從而形成完整的功能電路和部件。銅由于其具有良好的導(dǎo)電性而被廣泛用作金屬 導(dǎo)線，但是銅具有快速遷移的特性，容易擴(kuò)散穿過(guò)介電層而導(dǎo)致相鄰金屬線之間漏電，從而 導(dǎo)致器件特性退化并且可能不能發(fā)揮作用。因此，通常在銅的沉積之前將擴(kuò)散阻擋層施加 到基材上。工業(yè)上已廣泛接受鉭及氮化鉭作為阻擋層材料使用。但是隨著集成電路工業(yè)的 發(fā)展，特別是到了在32nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，隨著橫截面積的縮小，晶界和表面散射效應(yīng)都 將使電阻升高，這很可能意味著傳統(tǒng)的TaN/Ta/Cu結(jié)構(gòu)將無(wú)法繼續(xù)延續(xù)。采用電離物理氣 相沉積（PVD)工藝，TaN阻擋層可以等比例縮小到約8nm。采用ALD沉積的TaN無(wú)法與銅形 成良好的粘結(jié)。金屬鈷是良好的粘結(jié)材料，但是由于其無(wú)法抑制銅的擴(kuò)散，因此還需要TaN 或TiN的阻擋層。目前，業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)以Co為阻擋層材料的互連結(jié)構(gòu)。
[0003] 銅的互連只能以鑲嵌工藝制造，即：在第一層里形成溝槽，在溝槽內(nèi)填充銅阻擋層 和銅，形成金屬導(dǎo)線并覆蓋在介電層上。然后通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光將介電層上多余的銅/銅 阻擋層除去，在溝槽里留下單個(gè)互連線。
[0004] 在整個(gè)半導(dǎo)體基材的拋光工藝中，平坦化技術(shù)已成為與光刻和刻蝕同等重要、且 相互依賴的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。而化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)工藝便是目前最有效、最成 熟的平坦化技術(shù)。化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)是集清洗、干燥、在線檢測(cè)、終點(diǎn)檢測(cè)等技術(shù)于一體的 化學(xué)機(jī)械平坦化技術(shù)，是集成電路向微細(xì)化、多層化、平坦化、薄型化發(fā)展，和集成電路提高 生產(chǎn)效率、降低成本、晶圓全局平坦化的必備技術(shù)。CMP工藝就是使用一種含磨料的混合物 和拋光墊拋光晶圓表面。在典型的化學(xué)機(jī)械拋光方法中，將襯底直接與旋轉(zhuǎn)拋光墊接觸，在 襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在襯底背面保持向下的力，將磨 料和化學(xué)活性溶液(通常稱為拋光液或拋光漿料）涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的晶圓 薄膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行拋光過(guò)程。在銅互連工藝過(guò)程中，化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程一般分為3 個(gè)步驟，第1步是先用較高的下壓力，以快且高效的去除速率除去襯底表面上大量的銅，第 2步是在快要接近阻擋層時(shí)降低下壓力，降低去除速率拋光剩余的金屬銅并停在阻擋層，第 3步再用阻擋層拋光液去除阻擋層及部分介電層和金屬銅，實(shí)現(xiàn)平坦化。
[0005] 在化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，漿料組合物的選擇則是CMP步驟中一個(gè)重要步驟，使用 時(shí)，拋光物漿料的有效成分會(huì)與被拋光基材發(fā)生反應(yīng)，從而改變拋光效果。選用合適的拋光 漿料，不僅可以加速基材的拋光速率，還可有效提高基材表面平整度，使得集成電路擁有更 好的運(yùn)作性能。因而針對(duì)不同的基材，需要選用不同的拋光漿料，從而增強(qiáng)基材的拋光效 果。
[0006] 在銅制程工藝中，阻擋層的平坦化目的是清除晶圓表面的阻擋層金屬和介質(zhì)材料 并將金屬銅和層間介質(zhì)的厚度控制在工藝要求的范圍，形成互連。由于新型的阻擋層材料 鈷在酸性條件下容易產(chǎn)生腐蝕，需要開(kāi)發(fā)與鈷材料兼容的阻擋層拋光液。本專利旨在提供 一種適用于鈷阻擋層的拋光液，其具有較高的二氧化硅、鈷和氮化鉭的去除速率，銅的速率 可調(diào)。而且不產(chǎn)生金屬鈷和銅的腐蝕。
[0007]CN1400266公開(kāi)了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化硅磨料，胺類化合 物和非離子表面活性劑，然而其中的含胺類的堿性拋光液易對(duì)銅產(chǎn)生腐蝕。CN101372089A 公開(kāi)了一種堿性阻擋層拋光液，該拋光液包含二氧化硅磨料，腐蝕抑制劑，氧化劑，非離子 氟表面活性劑，芳族磺酸氧化劑化合物。然而，該拋光液的阻擋層的拋光速率較低，產(chǎn)率較 低。CN101012356A公開(kāi)了一種酸性阻擋層拋光液，該拋光液包含氧化劑，部分被鋁覆蓋的二 氧化硅顆粒，抑制劑和絡(luò)合劑，但是該酸性拋光液事實(shí)上并不涉及對(duì)鈷的拋光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種適用于鈷阻擋層拋光的化學(xué)機(jī)械拋光液，該拋光液包含至少一 種研磨顆粒、唑類化合物、絡(luò)合劑、聚烷氧化物和氧化劑。
[0009] 其中研磨顆?？蔀楸绢I(lǐng)域常用研磨顆粒，如二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、摻 雜鋁的二氧化硅和/或聚合物顆粒等；研磨顆粒的質(zhì)量百分比濃度較佳的為1~20%，更佳 的為3~10% ;研磨顆粒的粒徑較佳的為20~200nm，更佳的為20~120nm。
[0010] 其中唑類化合物，較佳的選自下列中的一種或多種：苯并三氮唑、甲基苯并三氮 唑、1，2, 4 -三氮唑、3 -氨基-1，2, 4 -三氮唑、4 -氨基-1，2, 4 -三氮唑、3, 5 -二氨基-1， 2,4 -三氮唑、1 -羥基一苯并三氮唑、5 -羧基-3 -氨基-1，2, 4 -三氮唑、3 -氨基-5 -巰 基-1，2, 4 -三氮唑、5 -羧基-苯并三氮唑、5 -苯基四氮唑、1 -苯基-5 -巰基-四氮唑、 5 -乙酸-1H-四氮唑、5 -甲基-四氮唑和5 -氨基-四氮唑。唑類化合物的質(zhì)量百分比濃 度較佳的為〇. 005~2%，更佳的為0. 01~1%。
[0011] 其中絡(luò)合劑為有機(jī)酸、有機(jī)磷酸和氨羧化合物中的一種或多種。較佳的選自下 列中的一種或多種：乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、2 -膦酸丁 烷-1，2,4 -三羧酸、氨基三亞甲基膦酸、羥基亞乙基二膦酸，乙二胺四亞甲基膦酸、二乙烯 三胺五亞甲基膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、和多氨基多醚基亞甲基膦酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己 烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸、亞氨基二乙酸、氨三 乙酸、甘氨酸和/或脯氨酸。絡(luò)合劑的質(zhì)量百分比的濃度較佳的為〇. 01~3%，更佳的為 0? 05 ~1%。
[0012] 聚烷氧化物為DISPERBYK- 2090,DISPERBYK- 2091中的一種或多種。聚烷氧化物 的濃度為〇. 005~1%，更佳為0. 01~0. 5%。
[0013] 其中氧化劑較佳的選自下列中的一種或多種：過(guò)氧化氫、過(guò)氧乙酸，過(guò)硫酸鉀和/ 或過(guò)硫酸銨。氧化劑