一种化学机械抛光液的制作方法

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种化学机械抛光液。

背景技术：

1、随着半导体集成电路的技术发展，电子元器件的微小化，特征尺寸已经进入了纳米级别，而一个集成电路中包含了数以百万计的晶体管，在运行过程中需确保如此庞大数量的晶体管可迅速开关。传统上使用的铝或铝合金互连线，具有信号传递速度低，电流传递过程中需要消耗大量能源等缺点，难以推动半导体集成电路技术的发展进程。因此，集成电路的布线需由传统的铝布线工艺向新型的具备高速电学信号传递能力的材料转化。而与铝相比，铜布线具备电阻率低，抗电迁移率高，电阻电容延迟(rc delay)时间短等优点，因而铜布线拥有良好的导电性，可加快集成电路中晶体管间信号的传递速度，还具有更小的寄生电容能力，较小电路对于电迁移的敏感性等优点。因此铜布线可取代铝成为半导体集成电路中的互联金属，在半导体集成电路的技术发展中拥有良好的发展前景。

2、但在铜的集成电路制造过程中发现，无法对铜材进行有效的等离子蚀刻或湿法蚀刻，因而铜布线工艺目前普遍采用的技术方案是双大马士革(dual damascene)镶嵌工艺，即：在第一层里形成沟槽，在沟槽内填充铜阻挡层和铜，形成金属导线并覆盖在介电层上。然后通过化学机械抛光(cmp)工艺将介电层上多余的铜/铜阻挡层除去，在沟槽里留下单个互连线。铜的化学机械抛光过程一般分为3个步骤，第1步是先用较高的下压力，以快且高效的去除速率除去衬底表面上大量的铜并留下一定厚度的铜，第2步用较低去除速率去除剩余的金属铜并停在阻挡层，第3步再用阻挡层抛光液去除阻挡层及部分介电层和金属铜，实现平坦化。

3、随着晶圆尺寸变大、有源器件数量增加、特征尺寸变小，平坦化效果也需满足更加苛刻的要求，铜抛光一方面要尽快去除阻挡层上多余的铜，另一方面需要在抛光后得到尽可能平整的表面，小的表面损伤，即得到足够小的表面粗糙度，以及减少在抛光过程中会在铜表面形成多种缺陷，包括有机物残留、颗粒吸附、表面腐蚀和划伤等，它们都会影响器件的可靠性、电性能等性能，更严重的可能会导致器件功能失效使得成品率降低。

4、随着集成电路的发展，一方面，在传统的ic行业中，为了提高集成度，降低能耗，缩短延迟时间，线宽越来越窄，介电层使用机械强度较低的低介电(low-k)材料，布线的层数也越来越多，为了保证集成电路的性能和稳定性，对铜化学机械抛光的要求也越来越高。通常要求在保证铜的去除速率的情况下降低抛光压力，提高铜线表面的平坦化，控制表面缺陷。另一方面，由于物理局限性，线宽不能无限缩小，半导体行业不再单纯地依赖在单一芯片上集成更多的器件来提高性能，而转向于多芯片封装。硅通孔(tsv)技术作为一种通过在芯片和芯片之间、晶圆与晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术而得到工业界的广泛认可。tsv能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。目前的tsv工艺是结合传统的ic工艺形成贯穿硅基底的铜穿孔，即在tsv开口中填充铜实现导通，填充后多余的铜也需要利用化学机械抛光去除达到平坦化。与传统ic工业不同，由于硅通孔很深，填充后表面多余的铜通常有几到几十微米厚。为了快速去除这些多余的铜。通常需要具有很高的铜去除速率，同时抛光后的表面平整度好，表面形成的缺陷少，这对铜的抛光工艺提出了新的挑战。

技术实现思路

1、本发明提供了一种化学机械抛光液，能够显著降低抛光后晶圆表面的粗糙程度和缺陷数量，同时抑制铜表面的腐蚀。

2、具体而言，本发明提供一种化学机械抛光液，包括研磨颗粒，含氮杂环类腐蚀抑制剂，络合剂，非离子表面活性剂和氧化剂，所述络合剂为氨羧化合物及其盐。

3、优选的，所述非离子表面活性剂包括如式(i)的化合物，

4、

5、其中，r1-r5为氢原子或链状脂肪酸，所述链状脂肪酸选自软脂酸，硬脂酸，月桂酸，豆蔻酸，花生酸，豆蔻油酸，棕榈油酸，菜籽油酸，亚油酸，油酸，丁酸，甲酸，乙酸中的一种或多种。

6、优选的，n为1-3；

7、优选的，所述非离子表面活性剂的质量百分比浓度为0.01％-0.3％。

8、优选的，所述研磨颗粒为二氧化硅

9、优选的，所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.05％-1.0％

10、优选的，所述研磨颗粒的平均粒径为20-120nm。

11、优选的，所述含氮杂环化合物选自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、5-羧基-3-氨基-1，2，4-三氮唑、3-氨基-5-巯基-1，2，4-三氮唑、5-乙酸-1h-四氮唑、巯基苯并噻唑、甲基苯并三氮唑、5-苯基-1-h-四氮唑、5-甲基四氮唑和5-氨基-1h-四氮唑中的一种或两种。

12、优选的，所述含氮杂环化合物的质量百分比浓度为0.001％-0.5％。

13、优选的，所述络合剂选自甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、组氨酸、赖氨酸中的一种或多种。所述络合剂的质量百分比含量为0.1％-3.0％。

14、优选的，所述氧化剂为过氧化氢，质量百分比浓度为0.05％-3.0％。

15、优选的，所述化学机械抛光液的ph值为5.0-8.0。

16、本发明的化学机械抛光液中，还可以含有本领域常用的添加剂如ph调节剂，杀菌剂等。本发明的抛光液可以浓缩配置，使用前用去离子水稀释到本发明的浓度范围并添加氧化剂即可使用。

17、与现有技术相比，本发明的优势在于：1)本发明具有较高的铜去除速率；2)本发明的抛光液能够显著降低抛光后晶圆表面的粗糙程度和缺陷数量，同时抑制铜表面的腐蚀。

技术特征：

1.一种化学机械抛光液，其特征在于，包括

2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，

3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，

4.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，

5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，

6.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，

7.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢，质量百分比浓度为0.05％-3.0％。

8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的ph值为5.0-8.0。

技术总结本发明揭示了一种用于铜抛光的化学机械抛光液，该抛光液包括研磨颗粒，含氮杂环类腐蚀抑制剂、络合剂、非离子表面活性剂以及氧化剂，所述络合剂为氨羧化合物及其盐。采用本领域的化学机械抛光液在保持较高的铜去除速率的同时，能够显著改善铜表面的粗糙度，减少表面缺陷数量，抑制抛光液对铜表面的腐蚀。技术研发人员：郑闪闪,李昀,荆建芬,马健,杨俊雅,李瑾琳,周文婷,周靖宇,王曦,刘天奇,王苗苗,王正受保护的技术使用者：安集微电子科技（上海）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4