一种用于钴互连集成电路钴CMP的碱性抛光液及其制备方法

一种用于钴互连集成电路钴cmp的碱性抛光液及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种用于芯片制造领域的碱性抛光液及其制备方法，尤其是一种用于钴互连集成电路钴cmp的碱性抛光液及其制备方法。


背景技术：

2.cu具有低电阻率、抗电迁移性强的特点，在65nm及以下特征尺寸的集成电路中被广泛用做互连材料。但当技术节点降低到10nm及以下时，cu作为互连材料已越来越不能满足工业要求。co相比cu而言，具有更小的电子平均自由程，使得co在10nm及以下特征尺寸的电阻率更低；另外，co可以在更薄的阻挡层情况下工作，有利于进一步减小特征尺寸。这些优势，使co成为了替代cu的主要候选互连材料，并且被英特尔公司应用于m0、m1层互连。
3.用于钴互连结构cmp粗抛的抛光液的主要要求是钴和氮化钛具有高去除速率比，并且具有较好的抛光后表面质量。目前用于钴互连结构cmp的主流抛光液主要由硅溶胶，氧化剂，络合剂，非离子表面活性剂，抑制剂组成。抑制剂主要为以bta为主的唑类抑制剂，这类抑制剂对人体具有毒性，处理不当容易造成环境污染。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对目前工艺存在的不足，提供一种用于钴互连集成电路钴cmp的碱性抛光液及其制备方法。该抛光液采用(bha)作为抑制剂，并在用量非常少(仅需万分之一即可)的情况下就可以得到很好的抛光后表面质量。本发明方法简单，适用于工业生产。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
6.一种用于钴互连集成电路钴cmp的碱性抛光液，该抛光液由下述组分构成，按质量百分比计：
[0007][0008]
所述的组分比例之和为100％。
[0009]
所述碱性抛光液的ph值为8.0-9.0；
[0010]
所述络合剂为甘氨酸；
[0011]
所述抑制剂为苯甲羟肟酸(bha)；
[0012]
所述氧化剂为过氧化氢(h2o2)。
[0013]
上述用于钴互连结构cmp粗抛的高选择性碱性抛光液，所述硅溶胶的平均粒径为60-70nm，分散度在
±
5％之间，并使用100微米孔径滤芯进行超滤。
[0014]
所述的用于钴互连集成电路钴cmp的碱性抛光液的制备方法，该方法包括如下步
骤：
[0015]
将硅溶胶、络合剂、抑制剂和氧化剂按所述配比加入去离子水中，真空负压搅拌后得到抛光液。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017]
在钴互连cmp时，上述抛光液可以有效提高去除速率选择性；抛光液为弱碱性抛光液，ph值为8-9，对设备腐蚀很小；在使用时，很少的量便可以达到很好的抛光后晶圆表面质量；抛光后，钴和氮化钛的去除速率选择比显著提高，最高可以达到26.1；通过电化学实验发现，bha的添加大大降低了钴膜的静态腐蚀速率，不添加bha的静态腐蚀速率为添加bha时最低为非常低的静态腐蚀速率大大降低了器件产生缺陷的可能性；抛光液制备简单，符合工业规模化生产的要求；可以提高抛光后晶圆表面的良率，抑制剂易于去除，为后续工艺流程的清洗环节提供了极大的便利，有效的提高了晶圆的表面质量。
附图说明
[0018]
图1是实施例1中使用0.000g bha抑制剂抛光液处理后钴表面的afm图像
[0019]
图2是实施例2中使用0.048g bha抑制剂抛光液处理后钴表面的afm图像
[0020]
图3是实施例3中使用0.068g bha抑制剂抛光液处理后钴表面的afm图像
[0021]
图4是实施例4中使用0.274g bha抑制剂抛光液处理后钴表面的afm图像
具体实施方式
[0022]
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0023]
实施例1：
[0024]
配制1000g抛光液：
[0025]
取磨料硅溶胶50g(来源于金伟集团有限公司)，其粒径60.0nm，分散度
±
5％在之间(为抛光液质量百分浓度5％)；分别加入甘氨酸2.25g；双氧水16.7g(其中，含过氧化氢(h2o2)的质量百分浓度为30％，即5g，为抛光液质量百分浓度0.5％)；去离子水为余量，且抛光液ph为8；具体制备方法如下：硅溶胶、甘氨酸和过氧化氢按组分量依次加入去离子水中，通过真空负压搅拌的方式搅拌均匀，在搅拌过程中，通过滴定氢氧化钾使ph值保持在8，最后用去离子水补齐余量，继续搅拌均匀即可。
[0026]
试验监测：该抛光液ph为8.0、粒径为60.0nm。
[0027]
速率实验：用配制好的抛光液在alpsitec-e460型抛光机，工作压力为1.5psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。
[0028]
对直径3inch、厚度为2mm的钴片(纯度为99.99％)，直径3inch、厚度为2mm的氮化钛片(纯度为99.99％)进行抛光，测得钴、氮化钛的平均去除速率：钴为氮化钛为去除速率选择比比较低，为15.1。使用相同组分但不含硅溶胶的溶液对钴膜浸泡，钴膜表面粗糙度很大，如图1所示，达到10.4nm。
[0029]
实施例2：
[0030]
配制1000g抛光液：
[0031]
取磨料硅溶胶50g，其粒径60.0nm，分散度
±
5％在之间，浓度为5％；甘氨酸2.25g；双氧水16.7g(其中，含过氧化氢(h2o2)的质量百分浓度为30％，即5g，为抛光液质量百分浓度0.5％；抑制剂(bha)0.048006g；去离子水为余量，且抛光液ph为8；具体制备方法如下：硅溶胶、甘氨酸、bha和过氧化氢按组分量依次加入去离子水中，通过真空负压搅拌的方式搅拌均匀，在搅拌过程中，通过滴定氢氧化钾使ph值保持在8，最后用去离子水补齐余量，继续搅拌均匀即可。
[0032]
试验监测：该抛光液ph为8.0、粒径为60.0nm。
[0033]
速率实验：用配制好的抛光液在alpsitec-e460型抛光机，工作压力为1.5psi，抛盘转速93转/分，抛头转速87转/分，抛光液流量为300ml/min。
[0034]
对直径3inch、厚度为2mm的钴片(纯度为99.99％)，直径3inch、厚度为2mm的氮化钛片(纯度为99.99％)进行抛光，测得钴、氮化钛的平均去除速率：钴为氮化钛为去除速率选择比比较低，为18.3。使用相同组分但不含硅溶胶的溶液对钴膜浸泡，如图2所示钴膜表面粗糙度为8.64nm。
[0035]
实施例3：
[0036]
其他步骤同实施例2，不同之处为，抑制剂(bha)0.06857g；
[0037]
抛光后，测得钴、氮化钛的平均去除速率：钴为氮化钛为去除速率选择比比较高，为22.8。如图3所示钴的表面粗糙度为6.03nm。
[0038]
实施例4：
[0039]
其他步骤同实施例1，不同之处为，抑制剂(bha)0.27428g；
[0040]
抛光后，测得钴、氮化钛的平均去除速率：钴为氮化钛为去除速率选择比比较低，为18.7。如图4所示钴的表面粗糙度为7.96nm。
[0041]
通过以上实施例可以看到，采用优化得到配比，实验例1不添加bha时去除速率选择比低，且表面质量不佳。添加bha时，去除速率选择比提高，且表面质量得到有效改善，实验例3在添加0.06857g时选择比最高，且表面质量最好。bha的添加有效保护了晶圆，对于提高晶圆片的良率是十分有益的。
[0042]
上述用于钴互连结构cmp期间的碱性抛光液的工作原理：
[0043]
硅溶胶(纳米级二氧化硅)为磨料，硬度适中(莫氏硬度6～7)，分散性好，粒径较小，抛光后晶圆表面的状态可以得到很大程度的改善。硅溶胶呈现乳白色半透明状，为二氧化硅胶体在纯水中扩散形成的胶状物质，硅溶胶无毒无味，对环境污染小，是理想的磨料。
[0044]
甘氨酸(glycine)为白色晶体或结晶性粉末，有甜味，熔点232～236℃，溶于水，不溶于乙醇和乙醚，是一种有效的络合剂。能够在酸性、中性、碱性溶液中与铜，铁，钴等多种金属离子发生络合反应，形成可溶性络合物，达到去除金属表面氧化物的目的。抑制剂苯甲羟肟酸(bha)为白色结晶固体，其常被用于作为菱锌矿、黑钨矿等难选矿物的有效捕收剂。具有同时抑制钴、氮化钛的腐蚀和保护低k介质层的作用。对于氧化剂过氧化氢(h2o2)而言，环保无污染又价格低廉，其在溶液中的分解产物只有水和氧气，无其它污染物，不引入金属离子，也易于cmp后清洗，适用于工业生产。
[0045]
上述参照具体实施方式对该一种用于钴互连cmp粗抛的碱性抛光液及其制备方法
进行详细描述，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。
[0046]
本发明未尽事宜为公知技术。