一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液及其制备方法和应用

本发明涉及半导体芯片制造铜互连化学机械抛光领域，具体涉及一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在集成电路技术节点发展到0.25μm～0.35μm时，化学机械抛光(cmp)技术就成为了ic制作的关键工艺，也正式成为唯一可以能够全局平坦化的技术。铜作为器件的互连线出现在芯片制造中实现了芯片集成度的迅速增加，并使芯片的性能不断提高。但由于其阻挡层ta/tan高的阻抗，致使20nm节点一下的铜因尺寸过小和电子散射等原因，产生了信号延迟等质量问题。为此，为改善铜互连在低节点制程中的缺陷，导电性更好的金属钴膜被用来作为铜线的阻挡层。这个体系的产生给化学机械抛光技术的应用带来新的挑战。比如：阻挡层钴的厚度仅为2nm，且钴是比较活泼的金属，容易受到化学腐蚀，且易于与铜形成电偶腐蚀，造成腐蚀缺陷。另外，为了防止出现蝶形坑，要控制铜钴之间的抛光速率比，在抛光过量铜的过程中尽可能不要对钴有大的抛光速率。或者说，为了实现大量铜的安全抛光，希望抛光能够自动止于钴阻挡层。

2、目前，更多的研究都集中如果解决钴阻挡层抛光时不要引起蝶形质量缺陷，从而尽可能实现铜钴抛光去除率比例接近1:1，同时希望解决铜钴电偶腐蚀。比如：腐蚀抑制剂(苯并三氮唑、1,2,4-三氮唑)等用来解决电偶腐蚀，同时选择合适的络合剂、氧化剂来调节金属溶解来控制铜钴抛光速率比接近1:1。

3、然而，在进行阻挡层抛光之前，必须要对大马士革镀铜工艺填充的过量铜进行抛光，这个环节的抛光速度往往比阻挡层的抛光速度要快很多，如果不能自动止于钴阻挡层，很有可能会出现抛光过头的现象，给生产带来更大的不良率。

4、申请号为cn202211345251.4的中国专利公开了一种抑制铜钴电偶腐蚀的碱性抛光液及其制备方法，包括以下质量分数的原料组分：氨基多羧酸型螯合剂0.3-2％、bta抑制剂0.03-0.15％、过氧化氢氧化剂0.05-0.2％，其余为去离子水；所述氨基多羧酸型螯合剂为亚氨基二琥珀酸四钠。但是上述专利只解决的铜钴电偶腐蚀，并没有解决钴的抛光抑制。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液及其制备方法和应用，该抛光液用于以金属钴作为阻挡层时的铜互连层的抛光，在铜化学机械抛光过程中实现铜高速去除的同时，钴材料具有极低甚至趋于零的去除速率，从而获得较大的铜钴去除速率选择比，同时实现铜钴之间极低的电偶腐蚀差。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明目的之一在于一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，包括以下质量分数的原料组分：氨基多羧酸型螯合剂0.02-2％、吡啶杂环羧基类络合剂0.1-3％、抑制剂0.01-0.5％、氧化剂0.5-4.5％，其余为去离子水；

4、其中，所述吡啶杂环羧基类络合剂为喹啉羧酸(qa)或吡啶二羧酸。

5、进一步地，所述氨基多羧酸螯合剂为乙二胺四乙酸(edta)或亚氨基二琥珀酸四钠(ids)。

6、进一步地，所述氧化剂为双氧水。

7、进一步地，所述抑制剂为苯丙三氮唑(bta)或3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4h-1,2,4-三唑(taz)。

8、进一步地，所述氨基多羧酸型螯合剂的质量分数为0.02％、1％或2％。

9、进一步地，所述吡啶杂环羧基类络合剂的质量分数为0.1％、1％或3％。

10、进一步地，所述抑制剂的质量分数为0.01％、0.08％、0.5％或0.1％。

11、进一步地，所述氧化剂的质量分数为0.5％、2％或4.5％。

12、本发明目的之二在于一种如上所述用于芯片铜互连平坦化的抛光液的制备方法，包括如下制备方法：

13、取氧化剂、吡啶杂环羧基类络合剂、氨基多羧酸螯合剂和抑制剂依次加入去离子水中混合，得到混合液；

14、调节混合液ph呈碱性，即得用于芯片铜互连平坦化的抛光液。优选地，调节混合液ph为10，所采用ph调节剂为koh水溶液。

15、本发明目的之三在于一种如上所述用于芯片铜互连平坦化的抛光液在化学机械抛光中的应用，适用于以金属钴作为阻挡层时的铜互连层。该抛光液在进行抛光时，所使用的磨料为胶体sio2。优选地，抛光液在进行抛光时其物理参数为：压力：1psi；抛盘转速:70rpm；抛头转速:40rpm；抛光液流速:100ml/min；抛光时间:5min。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、(1)本发明提供的抛光液中铜钴的电偶腐蚀被消除，降低了铜抛光过程中金属电位差过大的引起质量缺陷的风险。

18、(2)本发明提供了具有较大铜钴速率选择比的抛光液，可以在较快的去除过量铜的情况下，抛光自动终止在钴阻挡层，防止过度抛光导致钴膜的损伤。

19、(3)本发明不需要使用高酸性抛光液促进铜钴抛光去除率，避免了机器的腐蚀，提高了抛光过程中的可控性，利于工业大规模推广。

技术特征：

1.一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，包括以下质量分数的原料组分：氨基多羧酸型螯合剂0.02-2％、吡啶杂环羧基类络合剂0.1-3％、抑制剂0.01-0.5％、氧化剂0.5-4.5％，其余为去离子水；

2.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述氨基多羧酸螯合剂为乙二胺四乙酸或亚氨基二琥珀酸四钠。

3.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述氧化剂为双氧水。

4.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述抑制剂为苯丙三氮唑或3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4h-1,2,4-三唑。

5.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述氨基多羧酸型螯合剂的质量分数为0.02％、1％或2％。

6.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述吡啶杂环羧基类络合剂的质量分数为0.1％、1％或3％。

7.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述抑制剂的质量分数为0.01％、0.08％、0.5％或0.1％。

8.根据权利要求1所述的一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液，其特征在于，所述氧化剂的质量分数为0.5％、2％或4.5％。

9.一种如权利要求1-8任一项所述用于芯片铜互连平坦化的抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下制备方法：

10.一种如权利要求1-8任一项所述用于芯片铜互连平坦化的抛光液在化学机械抛光中的应用，其特征在于，适用于以金属钴作为阻挡层的铜互连层。

技术总结本发明涉及一种用于芯片铜互连平坦化的抛光液及其制备方法和应用，属于半导体芯片制造铜互连化学机械抛光领域，包括以下质量分数的原料组分：氨基多羧酸型螯合剂0.02‑2％、吡啶杂环羧基类络合剂0.1‑3％、抑制剂0.01‑0.5％、氧化剂0.5‑4.5％，其余为去离子水；所述吡啶杂环羧基类络合剂为喹啉羧酸或吡啶二羧酸。与现有技术相比，本发明提供的抛光液中铜钴的电偶腐蚀被消除，降低了铜抛光过程中金属电位差过大的引起质量缺陷的风险；且具有较大铜钴速率选择比的抛光液，可以在较快的去除过量铜的情况下，抛光自动终止在钴阻挡层，防止过度抛光导致钴膜的损伤。技术研发人员：万传云,张玫姣,李小涛,刘佳旗,盛星耀,程旺旺受保护的技术使用者：上海应用技术大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4