一种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物及其应用的制作方法

本发明涉及化学机械抛光，具体涉及一种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物及其应用。

背景技术：

1、金属cu是半导体工业中广泛应用的互联金属。cu的电阻率比al低(约低35％)，能大大降低互连线的rc延迟以及功耗，提高了信号的传输速度和电路集成度；cu有着更强的抗电迁移性能，提升了电路的可靠性。这些优点使得cu作为互联金属在集成电路中得到了广泛的应用。

2、但是，金属cu作为互联材料也存在一些问题。cu容易扩散进入si和sio2导致相邻金属导线之间短路，引起器件失效；并且cu和sio2等介电层的粘附性比较差，影响了cu的大马士革工艺填充。因此在沉积铜之前，会先将铜阻挡层沉积在介电层上，以便于后续cu的均匀填充。目前广泛应用阻挡层为ta/tan。

3、化学机械抛光是cu互联平坦化的最有效的工艺方法。半导体产业中cu cmp一般分为三步。第一步为去除大量的cu；第二步为去除残留的cu并停止在阻挡层上；第三步为阻挡层的抛光。由于前两步中cu的去除速率和选择性比较高，在抛光完成后会产生碟形坑(dishing)和介电侵蚀(erosion)，这使得晶圆的表面平整度无法符合光刻和封装的要求。这对第三步的阻挡层抛光带来了更多的挑战。针对不同的抛光材料，阻挡层抛光需要调节可控的铜和阻挡层速率选择比，从而可进行dishing和erosion的有效修复，保证晶圆表面的平坦化；并且要求更低的金属离子残留，以保证稳定的电气性能。

4、为了获得相应的铜与阻挡层选择比，调控配方中的络合剂和抑制剂是常用的方法。甘氨酸和bta是cu抛光中常用的抑制剂和络合剂，例如专利cn111378376a，cn111378378a等。甘氨酸对于铜有着强络合作用，导致需要大量的抑制剂bta来抑制铜的速率。而bta的大量加入又会导致残留清洗等其他问题。

5、因此，仍旧需要开发一种适用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物，能够调节铜和阻挡层材料的抛光选择性，改善抛光后的dishing和erosion，获得较好的晶圆表面质量。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物，通过加入新的络合剂和抑制剂，从而实现了cu与阻挡层的速率选择比要求，对于dishing和erosion进行了有效的修复。

2、本发明的另一目的在于提供这种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物的应用。

3、为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

4、一种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物，以化学机械抛光组合物总质量计，所述化学机械抛光组合物包括：磨料1-20wt％、络合剂0.1-2wt％、抑制剂0.005-0.3wt％、氧化剂0.1-2wt％、表面活性剂0.05-4wt％、ph调节剂和余量的去离子水。

5、在一个优选的实施方案中，以化学机械抛光组合物总质量计，所述化学机械抛光组合物包括：磨料10wt％、络合剂1wt％、抑制剂0.15wt％、氧化剂0.8wt％、表面活性剂0.5-1.5wt％、ph调节剂和余量的去离子水。

6、在一个具体的实施方案中，所述磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆粒子中的一种或多种，优选为二氧化硅。

7、在一个具体的实施方案中，所述络合剂为有机酸，选自甘氨酸、胍乙酸、柠檬酸、已二酸二酰肼中的至少任一种；优选地，所述络合剂为双组分有机酸，选自甘氨酸、胍乙酸、柠檬酸、已二酸二酰肼中的两种；更优选地，所述双组分络合剂为柠檬酸和己二酸二酰肼，其中柠檬酸占双组分络合剂总质量的10-50wt％。

8、在一个具体的实施方案中，所述抑制剂为2,2'-二氨基二苯二硫。

9、在一个具体的实施方案中，所述氧化剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵中一种或多种，优选为双氧水。

10、在一个具体的实施方案中，所述ph调节剂为koh或hno3；优选地，所述化学机械抛光组合物的ph控制在9-11之间。

11、在一个具体的实施方案中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，脂肪醇聚氧乙烯醚中的任一种，优选选自聚乙烯吡咯烷酮中的pvp k17，pvp k30，pvp k60，更优选为pvp k60。

12、另一方面，前述的化学机械抛光组合物在铜阻挡层的化学机械抛光中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、采用新颖的络合剂和抑制剂的组合，解决了cu和阻挡层的速率选择性问题，对于dishing和erosion实现了有效的修复，并且减轻了bta带来的有机残留。

技术特征：

1.一种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物，其特征在于，以化学机械抛光组合物总质量计，所述化学机械抛光组合物包括：磨料1-20wt％、络合剂0.1-2wt％、抑制剂0.005-0.3wt％、氧化剂0.1-2wt％、表面活性剂0.05-4wt％、ph调节剂和余量的去离子水。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，以化学机械抛光组合物总质量计，所述化学机械抛光组合物包括：磨料10wt％、络合剂1wt％、抑制剂0.15wt％、氧化剂0.8wt％、表面活性剂0.5-1.5wt％、ph调节剂和余量的去离子水。

3.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆粒子中的一种或多种，优选为二氧化硅。

4.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述络合剂为有机酸，选自甘氨酸、胍乙酸、柠檬酸、已二酸二酰肼中的至少任一种；优选地，所述络合剂为双组分有机酸，选自甘氨酸、胍乙酸、柠檬酸、已二酸二酰肼中的两种；更优选地，所述双组分络合剂为柠檬酸和己二酸二酰肼，其中柠檬酸占双组分络合剂总质量的10-50wt％。

5.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述抑制剂为2,2'-二氨基二苯二硫。

6.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵中一种或多种，优选为双氧水。

7.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，脂肪醇聚氧乙烯醚中的任一种，优选选自聚乙烯吡咯烷酮中的pvp k17，pvp k30，pvp k60，更优选为pvp k60。

8.根据权利要求1或2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述ph调节剂为koh或hno3。

9.根据权利要求8所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述化学机械抛光组合物的ph控制在9-11之间。

10.权利要求1～9任一项所述的化学机械抛光组合物在铜阻挡层的化学机械抛光中的应用。

技术总结本发明公开了一种用于铜阻挡层的化学机械抛光组合物及其应用，所述化学机械抛光组合物包含：磨料、络合剂、抑制剂、氧化剂、表面活性剂、pH调节剂和去离子水。本发明的化学机械抛光组合物用于铜阻挡层的CMP过程后，可以有效的改善抛光后的平坦化效果，修复dishing和erosion，获得表面质量比较好的晶圆。技术研发人员：朱林君,卞鹏程,李国庆,王庆伟,王瑞芹,王永东,徐贺,崔晓坤受保护的技术使用者：万华化学集团电子材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2