Cmp中堿性拋光液抑制glsi銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于化學機械拋光領域，尤其涉及一種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用。
【背景技術】
[0002]目前，極大規模集成電路(GLSI)多層布線化學機械拋光仍在使用互連擴散阻擋層Ta/TaN。它具有很好的阻擋性能和熱穩定性。但是，隨著集成電路工業的不斷發展，為了保證器件性能，降低互連線的電阻，必須減小擴散阻擋層和銅籽晶的厚度(<5nm)，因此對GLSI的Cu阻擋層材料特性要求越來越高。良好的阻擋層材料應具備以下的特點:第一，材質致密且與銅之間的擴散系數低。第二，對銅的電迀移具有很好的阻擋特性。第三，能夠很好的與銅和介質附著。第四，較低的淀積溫度。第五，較低的電阻率。
[0003]由于鈷的優秀化學物理性能被選為下一代極大規模集成電路阻擋層材料之一，鈷的優越特性包含:1)具有較低的電阻率6.64 ;2)對銅和low-k介質有較好的粘附性；3)銅在鈷阻擋層中的擴散系數低；4)CVD Co具有良好的臺階覆蓋性。
[0004]Heylen在國際互連技術會議曾報導過拋光液PH值以及Cu、Co之間電偶腐蝕的研究，結果表明在酸性拋光液中Co具有較高腐蝕速率Co作為陽極被加速腐蝕，而使用堿性拋光液有利于提高拋光后芯片的良品率。同年Nishizawa報導了 PH值以及H202濃度對Co腐蝕的影響，結論與Heylen的研究類似，他們提出在PH = 10的拋光液中Cu、Co之間的電偶腐蝕可以被抑制，但還遠沒有達到理想的效果。因此Co與Cu之間的電偶腐蝕成為微電子技術發展必須攻克且一直沒有很好解決的技術難題，直接影響了芯片的優品率、成品率與可靠性。

【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CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用，克服了 Co與Cu之間的電位差，解決了它們之間嚴重電偶腐蝕問題，Co與Cu之間的電偶腐蝕得到了很好的抑制。
[0006]本發明為實現上述目的，采用以下技術方案:一種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用，主要由水溶膠、FA/0 I型鰲合劑、pH無機酸調節劑和復合型非離子活性劑組成的堿性拋光液，其特征是:所述復合型非離子活性劑為FA/0 I型表面活性劑，所述FA/0 I型表面活性劑抑制銅互連Co阻擋層的Co與Cu之間電偶腐蝕的應用。
[0007]所述堿性拋光液的主要組成成分按重量％計，粒徑10-100nm的納米Si02水溶膠1-20%，Η2020.01-0.5%、FA/0 I 型鰲合劑 0.5-5%，pH 無機酸調節劑 0.1-2% ；FA/0 I 型表面活性劑0.1_5%。
[0008]有益效果:與現有技術相比，本發明采用在堿性拋光液基礎上添加復合型非離子活性劑，使得Co與Cu之間的電位差幾乎為零，且界面應力得到了有效控制；選用復合型非離子活性劑還可使拋光表面吸附物處理易清洗的物理吸附狀態，有利于表面沾污物的去除，同時減少損傷層，提高晶片表面質量的均勻性；選用的鰲合劑可與對晶片表面殘留的金屬離子發生反應，生成可溶性的大分子鰲合物，在較小作用下即可脫離晶片表面，同時可起到緩沖和緩蝕的作用；選用的氧化劑H202促使原子Co變成Co離子，有效提高了 Co拋光去除速率。CMP中應用堿性拋光液的FA/O I型表面活性劑使得Co與Cu之間的電偶腐蝕得到了很好的抑制。
【附圖說明】
[0009]圖1是實施例1的Co與Cu之間塔菲爾曲線圖；
[0010]圖2是實施例2的Co與Cu之間塔菲爾曲線圖；
[0011]圖3是實施例3的Co與Cu之間塔菲爾曲線圖。
【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CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用，主要由水溶膠、FA/0 I型鰲合劑、pH無機酸調節劑和復合型非離子活性劑組成的堿性拋光液，所述復合型非離子活性劑為FA/0 I型表面活性劑，所述FA/0 I型表面活性劑抑制銅互連Co阻擋層的Co與Cu之間電偶腐蝕的應用。
[0014]所述堿性拋光液的主要組成成分按重量％計，粒徑10-100nm的納米Si02水溶膠1-20%，Η2020.01-0.5%、FA/0 I 型鰲合劑 0.5-5%，pH 無機酸調節劑 0.1-2% ；FA/0 I 型表面活性劑0.1_5%。
[0015]堿性拋光液的配置方法:按重量％計，將0.1-2%無機酸中加入去離子水稀釋至完全溶解制成pH無機酸調節劑；將1-20% Si02水溶膠邊攪拌邊加入67.5-98.38%的去離子水，隨后邊攪拌邊依次加入0.01-0.5%的比02，0.5-5%的、FA/0 I型鰲合劑及pH無機酸調節劑，最后添加0.01-5%的FA/0 I型表面活性劑。
[0016]FA/0 I 型表面活性劑 0n-7 ((C10H2「C6H4-0_CH2CH20)「Η)、0n_10 ((C10H21-C6H4-0-CH2CH20) 10-H)、0-20(C12 18H25 37-C6H4-0-CH2CH20) 70-H)和 JFC (脂肪醇聚氧乙烯醚)復合比例為
1:1:1:2ο
[0017]工藝條件為:拋光液流量100ml/min-300ml/min，拋光壓力0_5psi，拋光轉速50-70rpm，拋光溫度 15_30°C。
[0018]本實施例，工藝條件為:拋光轉速60rpm，轉盤轉速65rpm，工作壓力1.5psi，拋光液體積流量150v/ml.min，拋光時間3min，拋光溫度21 ±0.5°C。
[0019]工作原理
[0020]堿性拋光液基礎上添加復合型非離子活性劑，使得Co與Cu之間的電位差幾乎為零，且界面應力得到了有效控制。
[0021]根據河北工業大學微電子技術與材料研究所首先提出的優先吸附理論，復合型非離子活性劑會優先吸附在Co表面，避免Co的過度腐蝕，可以有效降低拋光墊與Co片之間的摩擦力，使得Co的電勢迅速升高，Co與Cu之間的電位差得到有效控制；又因為復合型非離子表面活性劑本身具有浸潤、分散、滲透和增溶的特性，可以顯著降低溶劑表面張力和物質界面應力。
[0022]對比實驗數據
[0023]實施例1
[0024]—種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅互連Co阻擋層電偶腐蝕的應用
[0025]取100g粒徑56nmSi02水溶膠，邊攪拌邊加入30g FA/0 I型螯合劑，(λ 5g H202，100g去離子水稀釋的10g磷酸調節劑，之后邊攪拌邊加入844.5g去離子水，最后添加15g復合型非離子表面活性劑。
[0026]詳見附圖1，結果Co與Cu之間的電位差為10mv，很有利抑制了它們之間的電偶腐蝕。
[0027]實施例2
[0028]—種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅互連Co阻擋層電偶腐蝕的應用
[0029]取100g粒徑56nmSi(VK溶膠，邊攪拌邊加入40g FA/0 I型螯合劑，0.7g Η 202，100g去離子水稀釋的15g磷酸調節劑，之后邊攪拌邊加入824.3g去離子水，最后添加20g復合型非離子表面活性劑。
[0030]詳見附圖2，結果Co與Cu之間的電位差為35mv，很有利抑制了它們之間的電偶腐蝕。
[0031]實施例3
[0032]—種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅互連Co阻擋層電偶腐蝕的應用
[0033]取100g粒徑56nmSi(VK溶膠，邊攪拌邊加入20g FA/0 I型螯合劑，0.3g Η 202，100g去離子水稀釋的8g磷酸調節劑，之后邊攪拌邊加入861.7g去離子水，最后添加10g復合型非離子表面活性劑。
[0034]詳見附圖3，結果Co與Cu之間的電位差為46mv，很有利抑制了它們之間的電偶腐蝕。
[0035]上述參照實施例對該一種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用，主要由水溶膠、FA/O I型鰲合劑、pH無機酸調節劑和復合型非離子活性劑組成的堿性拋光液，其特征是:所述復合型非離子活性劑為FA/O I型表面活性劑，所述FA/O I型表面活性劑抑制銅互連Co阻擋層的Co與Cu之間電偶腐蝕的應用。2.根據權利要求1所述的CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用，其特征是:所述堿性拋光液的主要組成成分按重量％計，粒徑10-100nm的納米Si02水溶膠1-20%、H2020.01-0.5%、FA/0 I 型鰲合劑 0.5_5%、pH 無機酸調節劑 0.1-2%和 FA/O I 型表面活性劑0.1_5%。
【專利摘要】本發明涉及一種CMP中堿性拋光液抑制GLSI銅鈷阻擋層電偶腐蝕的應用，主要由水溶膠、FA/0？Ⅰ型鰲合劑、pH無機酸調節劑和復合型非離子活性劑組成的堿性拋光液，其特征是：所述復合型非離子活性劑為FA/0？Ⅰ型表面活性劑，所述FA/0？Ⅰ型表面活性劑抑制銅互連Co阻擋層的Co與Cu之間電偶腐蝕的應用。有益效果：本發明采用在堿性拋光液基礎上添加復合型非離子活性劑，使得Co與Cu之間的電位差幾乎為零，且界面應力得到了有效控制，CMP中應用堿性拋光液的FA/0？Ⅰ型表面活性劑使得Co與Cu之間的電偶腐蝕得到了很好的抑制。
【IPC分類】C09G1/16, H01L21/306
【公開號】CN105419651
【申請號】CN201511000051
【發明人】劉玉嶺, 潘輝, 高寶紅
【申請人】天津晶嶺微電子材料有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月25日