堿性拋光液改善cmp中阻擋層表面粗糙度的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于化學機械拋光領域，尤其涉及一種堿性拋光液改善CMP中阻擋層表面粗糙度的應用。
【背景技術】
[0002]在極大規模集成電路(GLSI)多層布線化學機械平坦(CMP)中，拋光后的表面粗糙度過高，會造成噪聲增加、電特性一致性差、會影響器件頻率特性如增加RC延遲時間等，從而影響集成度、可靠性、優品率及降低成本。而影響表面粗糙度的因素很多，涉及到拋光的工藝條件(如溫度、壓力、流量等)、拋光液的組成、拋光布的選擇等等。傳統的銅互連拋光工藝通常分為3個步驟:第一步用高去除速率去除大量的銅并留下一定的厚度;第二步將剩下的銅去除并過拋以保證無銅殘留，在前兩步中通常使用銅化學機械拋光液，銅的拋光速率較高，通常會造成銅的碟形凹陷；第三步用阻擋層拋光液去除阻擋層及部分的介電層和銅線，達到平坦化。為了校正銅拋光造成的碟形凹陷，阻擋層拋光液的銅拋光速率通常較低，造成阻擋層的拋光較長，而且銅布線粗糙度大，是產能的瓶頸。原有工藝不能兼顧高產能和高平坦化的要求。
[0003]US20090045164AI公開了一種低介電材料拋光的/通用O阻擋層化學機械拋光液的拋光方法，該方法包括幾個拋光步驟:首先用阻擋層拋光液去除阻擋層，在拋光覆蓋層時向拋光液中加入添加劑來降低低介電材料的去除速率，改變了保護層與低介電材料的選擇比，從而使拋光停在低介電材料上。US20030008599AI公開了一種化學機械拋光方法〃該方法通過在拋光過程的不同階段引入氧化劑和還原劑來改變銅拋光速率，降低拋光后銅的碟形凹陷。US20100130101AI公開了一種化學機械拋光方法，該方法通過用兩條管路將不同的拋光液成分引入到拋光墊上，在線混合成拋光液用于拋光〃通過調節不同成分的流量來調節拋光速率。上述的專利方法都沒有提及拋光后能夠有效改善表面粗糙度的問題。
[0004]表面粗糙度是極大規模集成電路制造中的一項重要參數，用來表征CMP前后表面質量的好壞，表面粗糙度越低說明拋光后的表面質量越高，也說明使用的拋光液和工藝條件是最優選擇。極大規模集成電路制造行業亟待解決提高控制表面粗糙度一直是CMP的技術難題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種堿性拋光液改善CMP中阻擋層表面粗糙度的應用，堿性拋光液中的FA/ΟΙ表面活性劑可以加快拋光產物的質量傳遞，使得阻擋層片表面凸凹處的去除速率不同，有利于減小凹凸處高低差，降低表面粗糙度，實現了拋光表面平坦化。
[0006]本發明為實現上述目的，采用以下技術方案:一種堿性拋光液改善CMP中阻擋層表面粗糙度的應用，主要由復合磨料、FA/ΟΠ螯合劑、FA/ΟΙ表面活性劑和超純水組成堿性拋光液，其特征是:所述FA/ΟΙ表面活性劑具有的滲透能力特性，降低表面張力與鋪展效應，加快了凸處的質量傳遞，有效改善阻擋層表面粗糙度的應用。
[0007]所述堿性拋光液主要組分為按重量百分比計，包括顆粒粒徑為20_100nm的磨料1-30%、FA/0I表面活性劑0.01-5%、FA/0 II型鰲合劑0.1-10%，超純水補足含量至重量百分比100%，pH值優選為9-12。
[0008]有益效果:與現有有技術相比，本發明使用的堿性拋光液中的FA/0I表面活性劑具有較強的滲透能力，它可以滲入晶片表面與吸附物之間，并不斷擴展，并將吸附物托起，有利于拋光液將反應物與生成物輸運出去;FA/0 I表面活性劑分子利用潤濕作用快速在片子表面鋪展開，形成一層均勻致密的保護層，有利于拋光后清洗;拋光液中FA/0 I表面活性劑可以加快拋光產物的質量傳遞，使得晶片的阻擋層表面凸凹處的去除速率不同，有利于減小凹凸處高低差，降低表面粗糙度，實現了拋光表面平坦化。
【附圖說明】
[0009]圖1是活性劑加快拋光產物質量傳遞示意圖；
[0010]圖2是活性劑對表面粗糙度的影響示意圖；
[0011 ]圖3是不同濃度活性劑對表面粗糙度的影響示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合較佳實施例詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0013]本實施例提供了一種堿性拋光液改善CMP中阻擋層表面粗糙度的應用，主要由復合磨料、FA/0 Π螯合劑、FA/ΟΙ表面活性劑和超純水組成堿性拋光液，所述FA/ΟΙ表面活性劑具有的滲透能力特性，有效改善阻擋層表面粗糙度的應用。
[0014]所述堿性拋光液主要組分為按重量百分比計，包括顆粒粒徑為20-100nm的磨料1-30%、FA/0I表面活性劑0.01-5%、FA/0 II型鰲合劑0.1-10%，超純水補足含量至重量百分比100%，pH值優選為9-12。超純水的電阻率為18.1ΜΩ.cm。
[0015]FA/ΟΠ型鰲合劑及FA/ΟΙ型表面活性劑均為天津晶嶺微電子材料有限公司市售商品O
[0016]FA/ΟΙ表面活性劑為0n-7( (C1H21-C6HrO-CH2CH2O)7-H)、0n-10( (C1H21-C6HrO-0120120)^)-11)4-20((:^8!?-37-C6H4-0-CH2CH20)7-H)或 JFC 的一種或幾種混合。
[0017]工作原理
[0018]如圖1所示，FA/0I表面活性劑具有較強的滲透能力，其可以滲入片子表面與吸附物之間，并不斷擴展，有利于拋光液將拋光攜帶的反應產物產物輸運出去。另外，FA/0 I表面活性劑的親水基團幾乎占整個分子的2/3-4/5，向拋光液中加入表面活性劑，活性劑分子利用潤濕作用快速在片子表面鋪展開，形成一層均勻致密的保護層，同時，活性劑分子吸附時，以非極性碳氫鏈與固體連接為主，而親水性的聚氧乙烯鏈則延伸到水中，形成了防止拋光產物吸附的空間屏障，有利于拋光后清洗。為了降低的表面粗糙度，本文在拋光液中引入了少量的I型表面活性劑。這主要是因為FA/0 I表面活性劑可以加快凸處的反應物的質量傳遞，而凹處由于滯流層厚，降低了質量傳遞。正是由于活性劑的存在，使得阻擋層片表面凸凹處的去除速率不同，如圖2所示，在凸處I，2，3去除速率快，在凹處4，5，6，7去除速率慢。有利于減小了凹凸處高低差，降低表面粗糙度，實現了拋光表面平坦化。
[0019]對比試驗
[0020]準備5組對比試驗，FA/ΟΙ表面活性劑的用量分別為每升Oml，5ml，1ml ,15ml,20ml，2