本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光，具體為采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法。

背景技術(shù)：

1、通過(guò)電鍍技術(shù)(electrochemicalplating,ecp)可將銅金屬填充到布線槽內(nèi)，由于線槽和阻擋層上面同時(shí)鍍銅，電鍍結(jié)束后圖形片表面將存在高低差，銅cmp的目的消除表面高低差，實(shí)現(xiàn)平坦化。國(guó)際傳統(tǒng)平坦化技術(shù)路線是：拋光液中加入緩蝕劑苯并三氮唑(benzotriazole,bta)及其衍生物，產(chǎn)生有機(jī)鈍化膜保護(hù)凹處銅免受化學(xué)腐蝕，凸處依靠磨料提供的強(qiáng)機(jī)械作用獲得高拋光速率，這樣形成凹凸處高去除速率差以達(dá)到平坦化。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷發(fā)展，銅線條寬度變得更窄，拋光后表面缺陷將嚴(yán)重影響芯片生產(chǎn)成品率和可靠性，其中磨料是造成上述缺陷的根本原因。另外，超低k介質(zhì)材料的引入要求低壓力拋光，使得銅cmp工藝變得更加偏重于拋光液的化學(xué)作用而非機(jī)械作用，形成的bta有機(jī)鈍化膜不利于cmp后清洗，需要強(qiáng)機(jī)械力去除，容易損壞超低k介質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致介質(zhì)層表面分層脫落。未來(lái)銅拋光液的發(fā)展方向是：以化學(xué)作用為主，低壓力、弱堿性、無(wú)磨料無(wú)緩蝕劑拋光。

2、發(fā)明專利公開號(hào)cn101333419b公開了一種無(wú)磨粒堿性銅cmp拋光液并獲得了低劃傷、低粗糙度的拋光表面，但未涉及表面高低差平坦化效率的研究。一般來(lái)說(shuō)無(wú)磨料拋光主要依靠化學(xué)作用提高拋光速率，增強(qiáng)拋光液的化學(xué)作用會(huì)同時(shí)增加凹處和凸處的去除速率，無(wú)法消除表現(xiàn)高低差。按照傳統(tǒng)平坦化方法，磨料可提供強(qiáng)機(jī)械力去除凸處鈍化膜，提高線條凹凸速率差。對(duì)于無(wú)磨料拋光液，機(jī)械作用力弱，凸處鈍化膜無(wú)法有效去除，鈍化膜的存在阻礙了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，結(jié)果導(dǎo)致緩蝕劑同時(shí)抑制線條凸處和凹處的銅化學(xué)反應(yīng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)平坦化，如何解決以化學(xué)作用為主無(wú)磨料拋光液中銅線條凹凸處優(yōu)異的選擇性去除能力是制約其中廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。因此，發(fā)明一種采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法對(duì)于實(shí)現(xiàn)無(wú)磨料拋光十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，以解決上述背景技術(shù)提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，具體步驟如下：

3、步驟1：在無(wú)磨料和無(wú)緩蝕劑的條件下，選取大分子螯合劑2-6％、活性劑2-6％、氧化劑2-5％和ph調(diào)節(jié)劑4-6％以及去離子水制成粗拋液；

4、步驟2：向拋光機(jī)中添加粗拋液；

5、步驟3：利用拋光過(guò)程中晶圓表面凹凸處機(jī)械能量差，使得粗拋液中的大分子螯合劑在凸處螯合銅離子化學(xué)反應(yīng)速率快，凹處化學(xué)反應(yīng)速率慢，增強(qiáng)銅cmp拋光液化學(xué)作用的同時(shí)控制銅表面凹凸速率差；

6、步驟4：利用凹處去除速率低，凸處通過(guò)強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)獲得高拋光速率，以此產(chǎn)生凹凸處高速率差從而實(shí)現(xiàn)平坦化。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述大分子螯合劑包含一種或多種選自三(2-羥基乙基)銨乙二胺四乙酸鹽、羥乙基乙二胺三乙酸三鈉鹽、1,2,3,4,5,6-[六-(2-甲胺肟)乙氧基]己烷、二乙二胺四乙酸四羥基乙基乙二胺鹽的單體。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述大分子螯合劑的分子量是300-500g/mol。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述大分子螯合劑的分子量為400g/mol。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述活性劑為十二烷基硫酸銨。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述氧化劑為過(guò)氧化氫。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉。

13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)的ph為8-10。

14、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1中的粗拋液制備方法，具體步驟如下：取去離子水，先后攪拌加入活性劑和氧化劑，用ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ph為8-10，攪拌加入大分子螯合劑，攪拌均勻后用去離子水補(bǔ)齊所需重量，繼續(xù)攪拌均勻即可得粗拋光液。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、傳統(tǒng)cmp平坦化方法加入緩蝕劑抑制凹處銅的化學(xué)反應(yīng)，而凸處依靠磨料粒子去除緩蝕劑薄膜獲得高的拋光去除，從而產(chǎn)生高的速率差，本發(fā)明解決傳統(tǒng)方法拋光壓力高、機(jī)械作用大造成表面劃傷，同時(shí)緩蝕劑薄膜有毒、難清洗的問(wèn)題；

17、本發(fā)明在弱堿性無(wú)磨料無(wú)緩蝕劑條件下，拋光液對(duì)銅表面高低差具有較高修正能力，解決了傳統(tǒng)方法造成的拋光壓力高、表面劃傷多、難清洗的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述大分子螯合劑包含一種或多種選自三(2-羥基乙基)銨乙二胺四乙酸鹽、羥乙基乙二胺三乙酸三鈉鹽、1,2,3,4,5,6-[六-(2-甲胺肟)乙氧基]己烷、二乙二胺四乙酸四羥基乙基乙二胺鹽的單體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述大分子螯合劑的分子量是300-500g/mol。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述大分子螯合劑的分子量為400g/mol。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述活性劑為十二烷基硫酸銨。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述氧化劑為過(guò)氧化氫。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：所述ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)的ph為8-10。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用無(wú)磨料的銅cmp拋光液控制表面凹凸速率差的方法，其特征在于：步驟1中的粗拋液制備方法，具體步驟如下：取去離子水，先后攪拌加入活性劑和氧化劑，用ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ph為8-10，攪拌加入大分子螯合劑，攪拌均勻后用去離子水補(bǔ)齊所需重量，繼續(xù)攪拌均勻即可得粗拋光液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光術(shù)領(lǐng)域，具體公開了采用無(wú)磨料的銅CMP拋光液控制表面凹凸速率差的方法，旨在實(shí)現(xiàn)無(wú)磨料化學(xué)機(jī)械拋光，從而解決拋光過(guò)程中磨料作用造成的表面劃傷問(wèn)題，適用于包含銅金屬層的基底拋光液。本發(fā)明中拋光液包含分子量為300?500g/mol的大分子螯合劑，其中分子量為400g/mol為優(yōu)。利用大分子螯合劑配置的弱堿性銅拋光液在無(wú)磨料無(wú)緩蝕劑條件下，具有凹處去除速率低而凸處通過(guò)強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)獲得高拋光速率，以此產(chǎn)生凹凸處高速率差從而實(shí)現(xiàn)平坦化。本發(fā)明在弱堿性無(wú)磨料無(wú)緩蝕劑條件下，拋光液對(duì)銅表面高低差具有較高修正能力，解決了傳統(tǒng)方法造成的拋光壓力高、表面劃傷多、難清洗的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：欒曉東,邵沁霖,樊碩晨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7