刘玉岭 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
LIU, Xiaoyan (No.8, Guangrong RoadHongqiao District, Tianjin 0, 300130, CN)
河北工业大学 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
LIU, Yuling (No.8, Guangrong RoadHongqiao District, Tianjin 0, 300130, CN)
刘玉岭 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
| 权利要求书 1. 一种超大规模集成电路铜布线表面低压化学机械抛光方法， 其特征在于实施 步骤如下： ( 1 ) 将以下成分按重量％均匀混合制成抛光液： 纳米 Si02磨料： 35〜80%， 去离子水： 12〜60%， 氧化剂： 1〜3%， 活性剂： 1〜4% ， FA/OII型螯合剂： 0.5〜1.5%； (2) 采用上述抛光液进行抛光工艺的参数设定： 抛光压力： 2〜5 KPa ， 抛光温度： 20〜50°C， 流量： 120—250 ml/min ， 转速： 30〜60 rpm/min。 2. 根据权利要求 1所述的超大规模集成电路铜布线表面低压化学机械抛光方法， 其特征在于所述步骤 （1 ) 中的纳米 Si02磨料的浓度为 4〜50wt%、 粒径为 15〜 40nm的碱性水溶硅溶胶， 其 pH值 9〜13。 3. 根据权利要求 1所述的超大规模集成电路铜布线表面低压化学机械抛光方法， 其特征在于所述步骤（1 )采用的螯合剂为 FA/OII型螯合剂：乙二胺四乙酸四（四 羟乙基乙二胺）。 4. 根据权利要求 1所述的超大规模集成电路铜布线表面低压化学机械抛光方法， 其特征在于所述步骤 （ 1 ) 采用活性剂为 FA/0 表面活性剂、 0 π -7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、 Ο,-ΙΟ ((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、 O-20 (C12— 18H25— 37-C6H4-0-CH2CH20)7。-H)、 JFC的一种。 5. 根据权利要求 1所述的超大规模集成电路铜布线表面低压化学机械抛光方法， 其特征在于所述步骤 （1 ) 采用的氧化剂是碱性条件下可溶性的氧化剂为 H202、 KC103、 KMN04、 KN03中的一种。 |
本发明涉及一种晶片表面的抛光方法， 特别涉及一种超大规模集成电路 铜布线表面低压化学机械抛光方法。
背景技术 说
金属铜具有低的电阻率、 优越的抗电迁移特性和低的热敏感性， 产生较 小的 RC延迟并能提高电路的可靠性， 铜线取代传统的铝线成为互连线的理想 材料。
书
随器件几何尺寸的缩小， 金属层数和硅衬底直径的增加， 每一层的平坦 化程度成为影响集成电路刻蚀线宽的重要因素 之一， 已成为微电子进一步发 展的瓶颈。 化学机械抛光是迄今对多层铜布线、 介质及其阻挡层提供全局平 整化的最好技术。传统 CMP去除速率模型为 MRR=KPV， 由上式可知抛光速率和 压力 （P ) 和转速 （V ) 成正比。 但传统 CMP工艺压力大， 抛光后表面易出现 划伤、 易造成塌边、 粗糙度大、 成品率低等现象； 同时随着集成电路技术的 发展， 为了降低 RC延时及功率损耗， 需要采用新型的低介电常数材料作为介 质层。 但低 K材料都是多孔材料， 孔率越高， 材料的介电常数越小， 同时耐 压性越差， 在高机械强度下会有出现裂缝的问题。 在 45纳米技术节点普遍采 用的是 k值为 2. 5左右的多孔材料， 机械强度的大小直接影响到 CMP工艺的 表现。 为了降低 down force (压力） 业界提出了电化学机械抛光 （ECMP ) , 但 其存在很多基本问题， 如量产重复性、 稳定性和制造成本等。 如果能够将传 统的 CMP技术延伸到更小的技术节点， 那么出于成本和风险的考虑， 客户还 是会选择 CMP而非 ECMP技术。
因此， 如何在低压条件下获得抛光速率的高效性， 同时解决表面划伤、 塌边、 材料损伤等问题已成为 CMP技术发展的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处， 为解决抛光速率的高效性， 同时 避免表面划伤、 塌边、 材料损伤等问题， 提供一种简便易行、 高效低成本的 超大规模集成电路铜布线表面低压化学机械抛 光方法。
为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下 ：
一种超大规模集成电路铜布线表面低压化学机 械抛光方法， 其特征在于 实施步骤如下：
( 1 ) 将以下成分按重量 %均匀混合制成抛光液：
纳米 Si0 2 磨料： 35〜80%， 去离子水： 12〜60%，
氧化剂： 1〜3%， 活性剂： 1〜4% ，
FA/0II型螯合剂： 0. 5〜1. 5%；
(2 ) 采用上述抛光液进行抛光工艺的参数设定：
抛光压力： 2〜5 KPa ， 抛光温度： 20〜50°C，
流量： 120〜250 ml/min ， 转速： 30〜60 rpm/min。
所述步骤 （1 ) 中的纳米 Si0 2 磨料的浓度为 4〜50wt%、 粒径为 15〜40nm 的碱性水溶硅溶胶， 其 pH值 9〜13。
所述步骤 （1 ) 采用的螯合剂为 FA/0II 型螯合剂： 乙二胺四乙酸四 （四 羟乙基乙二胺）。
所述步骤 （1 ) 采用活性剂为 FA/0表面活性剂、
0 π -7 ( (C 10 H 21 -C 6 H 4 -0-CH 2 CH 2 0) 7 -H)、 0 π - 10 ( (C 10 H 21 -C 6 H 4 -0-CH 2 CH 2 0) 10 -Η)、
0-20 (C 12 — 18 Η 25 — 37 -C 6 H 4 -0-CH 2 CH 2 0) 7Q -H)、 JFC的一种。
所述步骤（1 )采用的氧化剂是碱性条件下可溶性的氧化剂 H 2 0 2 、 KC10 3 、 KMN0 4 、 KN0 3 中的一种。
本发明方法的作用为： 抛光液中的氧化剂把铜氧化， FA/0II型螯合剂具 有极强的螯合能力， 与氧化的铜快速反应， 生成可溶性的螯合物快速的脱离 铜表面， 避免主要依赖机械的摩擦作用去除表面铜， 实现了在低机械强度下 的铜抛光。 螯合过程材料的去除以打破分子键来实现， 对材料表面损伤小， 低压产生的低机械作用把反应产物带走， 而传统的高机械作用以破坏铜表面 晶体结构为主来达到材料的去除， 因此提高铜表面质量。 同时在低压条件下 科学的提高化学作用可增强了 CMP过程中化学作用来补偿机械作用对抛光速 率的影响， 达到抛光的高效性。
本发明的有益效果是：
( 1 ) 抛光工艺选用低压能解决表面划伤、 塌边、 材料损伤严重、 粗糙度 大等问题。
(2 ) FA/0II型螯合剂具有极强的螯合能力， 与氧化的铜快速反应， 生成 可溶性的螯合物快速的脱离铜表面， 避免主要依赖机械的摩擦作用去除表面 铜， 实现了在低机械强度下的铜抛光。 螯合过程材料的去除以打破分子键来 实现， 对材料表面损伤小， 同时加快低压条件下的抛光速率。
(3 )选用纳米 Si0 2 溶胶作为抛光液磨料， 其粒径小（15〜40nm)、 浓度高 040%), 硬度小 （对基片损伤度小）、 分散度好， 能够达到高速率高平整低 损伤抛光、 污染小， 解决了 A1 2 0 3 磨料硬度大易划伤、 易沉淀等诸多弊端。
(4) 选用碱性抛光液， 可对设备无腐蚀， 硅溶胶稳定性好， 解决了酸性 抛光液污染重、 易凝胶等诸多弊端； 利用基片材料的两性性， pH值 9以上时， 易生成可溶性的化合物脱离表面。
(5) 采用 FA/0活性剂进行处理使吸附物长期处于物理吸 状态， 极易 清洗， 能获得极好的洁净表面。
总之， 该方法操作简单， 不需添加其它设备， 成本低、 效率高、 无污染， 可明显改善器件性能， 提高成品率。
具体实施方式
以下结合较佳实施例， 对依据本发明提供的具体实施方式详述如下： 实施例 1：
抛光液配比及铜布线低压 CMP技术抛光工艺参数要求：
配制铜布线 CMP抛光液 3135g: 选用纳米硅溶胶 （15〜20nm) 1200g， 磨 料的浓度为 4〜50wt%， 边搅拌边放入 1800g去离子水， 再分别取 15gFA/0II 型螯合剂， 30gFA/0表面活性剂和 90g氧化剂边搅拌边加入上述液体。 调节 pH值 9〜13， 搅拌均匀后得 3135g铜布线抛光液。
采用的螯合剂为 FA/0II型螯合剂： 乙二胺四乙酸四 （四羟乙基乙二胺）。 采用活性剂为 FA/0表面活性剂、（^^ ( 0 π _10 ( (C 10 H 21 -C 6 H 4 -0-CH 2 CH 2 0) 10 -H) , 0-20 (C 12 — 18 H 25 — 37 _C 6 H 4 _0_CH 2 CH 2 0) 7 。_H)、 JFC的一 种。
采用的氧化剂是碱性条件下可溶性的氧化剂为 H 2 0 2 、 KC10 3 、 KMN0 4 、 KN0 3 中 的一种。
以上所述的纳米 Si0 2 磨料、 活性剂、 FA/0II型螯合剂均为天津晶岭微电 子材料有限公司市售。
抛光工艺参数为：压力 5 KPa，流量 250ml/l， 转速 30rpm/min， 温度 20°C， 抛光时间 10min。
抛光速率为 972nm/min，抛光速率非均匀性控制在 0. 05， 表面无划伤， 粗 糙度 0. 8nm。
实施例 2：
抛光液配比及铜布线低压 CMP技术抛光工艺参数要求：
配制铜布线 CMP抛光液 3240g: 选用纳米硅溶胶 （20〜30nm) 2000g, 磨 料的浓度为 4〜50wt%， 边搅拌边放入 1000g去离子水， 再分别取 90gFA/0II 型螯合剂， 120gFA/0活性剂和 30g氧化剂边搅拌边加入上述液体。调节 pH值
9〜13， 搅拌均匀后得 3240g铜布线抛光液。
抛光工艺为：压力 2 KPa，流量 120ml/l， 转速 60rpm/min， 温度 50°C， 抛 光时间 10min。
抛光速率为 863nm/min，抛光速率非均匀性控制在 0. 07， 表面无划伤， 粗 糙度 0. 5nm。
其它同实施例 1。
实施例 3：
抛光液配比及铜布线低压 CMP技术抛光工艺参数要求：
配制铜布线 CMP抛光液 3210g: 选用纳米硅溶胶 (30〜40nm) 1500g， 磨 料的浓度为 4〜50wt%， 边搅拌边放入 1500g去离子水， 再分别取 90gFA/0II 型螯合剂， 30gFA/0活性剂和 90g氧化剂边搅拌边加入上述液体。 调节 pH值 9〜13， 搅拌均匀后得 3000g铜布线抛光液。
抛光工艺为：压力 2 KPa，流量 250ml/l， 转速 60rpm/min， 温度 20°C， 抛 光时间 10min。
抛光速率为 1174nm/min，抛光速率非均匀性控制在 0. 03表面无划伤， 粗 糙度 0. 2nm。
其它同实施例 1。
上述参照实施例对超大规模集成电路铜布线表 面低压化学机械抛光方法 进行的详细描述， 是说明性的而不是限定性的， 可按照所限定范围列举出若 干个实施例， 因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改 ， 应属本发明的 保护范围之内。