超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽的化学机械全局平面化抛光液

本发明技术领域：

本发明属于一种抛光剂，特别涉及一种超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液。

本发明的背景技术：

随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已高达几十亿个元器件，特征尺寸已进入纳米级，这就要求微电子工艺中的近百道工序，尤其是多层布线(最高已达10多层)、衬底、介质必须进行化学机械全局平整化，而化学机械抛光是已被证明的最好的平整化方法。甚大规模集成电路多层布线金属正由传统的Al向Cu转化，Cu布线与Al布线相比，电阻率低，抗电迁移率高，RC延迟时间短；可使布线层数减少一半，成本降低30％，加工时间缩短40％。Cu布线的优势已引起了研究人员和工业界的广泛关注，从1991年开始，美国的Cabot、IBM、Motorola，法国的LETI、CNET，德国的FRAUNHOFER及日本Fujimi、住友化学工业公司、台湾地区等都进行封闭性研究，呈现出激烈的竞争势头。但化学机械抛光动力学过程和相关机理未能搞清，尤其是达到高选择性、高速率。以硅为衬底的集成电路，通过金属导线互联，将元器件互联形成功能电路和部件。随着集成度的迅速增加，为了保证φ200nm硅衬底上进行高质量光刻，每层均需进行严格的化学机械全局平面化。对铜布线每层进行化学机械全局平面化，目前最先进的抛光液为美国Cobat公司公开的CN1312845A专利，该抛光液的磨料选用煅制的Al₂O₃磨料，煅制的Al₂O₃硬度高、分散度大、抛光表面损伤层深，且为对设备腐蚀污染严重的酸性。

为了保证铜布线与介质的特性，目前甚大规模集成电路芯片多层铜布线，还用Ta和TaN做阻挡层。Ta和TaN经氧化后机械性硬度高，造成抛光难度大、去除速率低。对铜去除过多，出现碟型坑，目前为了提高Ta与TaN的抛光速率，采收提高抛光液酸度，造成对设备腐蚀及对环境污染。现公开的专利文献和非专利文献都没有提供成功解决上述问题的抛光液与配制方法。

本发明的技术内容：

本发明的目的是要解决现有抛光液对Ta和TaN抛光表面抛光难度大、去除速率低；对铜去除过多，出现碟型坑，损伤层深，抛光表面难以达到全局平面化和酸性抛光液造成对设备腐蚀及对环境污染等问题，从而提供了一种对Ta和TaN去除速率高、损伤小的超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液。

本发明的技术解决方案如下：

超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽化学机械全局平面化抛光液的组成成分如下：(重量％)

    磨料      18～50；      螯合剂    0.1～10；

    络合剂    0.005～25；   活性剂    0.1～10；

    去离子水  余量。

所说的磨料为粒径是15～40nm的水溶硅溶胶或金属氧化物水溶胶，如SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、ZrO、MgO。

所说的螯合剂是具有溶于水、无金属离子的羟胺、胺盐、胺。

所说的络合剂同时起PH调节剂的作用，是多羟多胺、胺盐、胺。

所说的活性剂非离子表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚，聚氧乙烯烷基胺，烷基醇酰胺，FA/O活性剂。

抛光液的PH为8.5～12、粒径为15～40nm。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、磨料：本发明抛光液采用硬度小的水溶性SiO₂胶体，而Cabot公司的抛光液则采用硬度大、煅制的Al₂O₃；本发明抛光液粒径为15～40nm，而Cabot公司的抛光液粒径约为400nm；本发明抛光液浓度为40％以上，而Cabot公司的抛光液最高浓度为15％；因此本发明抛光液用于抛光损伤小、平整度高、易清洗。

2、本发明抛光液呈碱性，pH＞9；Cabot公司的抛光液呈酸性，pH为4～7；因而本发明抛光液不腐蚀设备，不污染环境。

3、本发明钽的抛光速率为870nm(可控)，而Cabot公司的抛光液速率则为135nm。

4、＞0.2μm的粒子个数/片＜10，而Cabot公司的抛光液则＞30。

5、采用粒径＜40nm的水溶硅溶胶做磨料，并采用了具有溶于水、无金属离子强螯合剂，不用苯并三唑等做成膜剂，选择多羟多胺做助氧剂和PH调制剂，用碱性FA/O活性剂，对铜不起氧化作用，却提高了Ta的作用，使Cu∶Ta速率达1∶1.1左右。

6、工艺简化，价格便宜，成本低。选择性强，速率高。