用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，具体而言，本发明涉及一种用于钴阻挡层结构化学机 械抛光的抛光液及其应用。
【背景技术】
[0002] 随着极大规模集成电路的发展，按照摩尔定律，集成电路上可容纳的晶体管数目 每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。集成电路集成层数不断增加，且向着三维 方向发展，特征尺寸逐渐减小到22nm及其以下，如果继续采用传统的钽/氮化钽作为铜互 连的阻挡层，则会面临以下挑战：1)铜互连沟槽纵横比增大，无法保证能够通过物理气相 沉积获得均匀一致的铜籽晶层；2)由于铜互连尺寸减小，钽/氮化钽阻挡层在金属层中占 比增大，电阻急剧增大；3)由于铜互连尺寸减小，在电镀铜过程中容易形成空洞等缺陷。为 了解决上述问题，新的阻挡层材料被用来替代钽/氮化钽，如金属钴。钴的电阻率仅为钽的 一半，能有效地减小整个铜互连的电阻和信号延迟；钴与铜有很好的粘附性，铜容易在钴表 面成核；能直接在钴表面电镀铜，避免采用铜籽晶层，从而避免空洞等缺陷。目前，在科学研 宄方面，许多实验报道采用钴或者钴合金作为铜互连的阻挡层和粘附层；在工业应用方面， 美国应用材料公司开发出EnduraKVolta? CVD Cobalt系统，采用化学气相沉积方法能够获 得均匀一致的钴金属层。
[0003] 在极大规模集成电路制造过程中，在沉积金属层和电镀铜步骤后，需要采用化学 机械抛光来平坦化晶圆表面。目前在钴阻挡层结构化学机械抛光过程中，钴和铜均极易腐 蚀，从而导致抛光后出现严重的缺陷，如差的表面质量和严重的铜互连碟形缺陷。
[0004] 因此，研发能够用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液至关重要。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液及其应用，该抛光液可以 在钴和铜表面形成一层具有保护作用的钝化膜，从而防止在抛光过程中出现过腐蚀，降低 钴和铜材料去除速率，并且获得可调节的材料去除速率选择性。
[0006] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光 液，包括：
[0007] 0? 01~20wt%的研磨颗粒；
[0008] 0? 01 ~10wt% 的氧化剂；
[0009] 0? 01~10wt%的金属络合剂；
[0010] 〇? 005~5wt %的金属缓蚀剂；
[0011] 0. 001~lwt %的表面活性剂；以及
[0012] 余量的水。
[0013] 根据本发明实施例的用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液通过将金属缓蚀 剂和表面活性剂配合使用，金属缓蚀剂能够与钴和铜表面的金属离子反应生成一层疏水的 钝化膜，同时，表面活性剂也有可能直接与钴和铜表面的金属离子反应，表面活性剂（特别 是非离子型表面活性剂）的疏水基团通过疏水相互作用吸附在上述的钝化膜上，从而组成 一层完整的钝化膜，从而防止在抛光过程中出现过腐蚀现象，降低钴和铜材料去除速率，并 且获得可调节的材料去除速率选择性，最终减少抛光后的缺陷，提高半导体器件的可靠性。
[0014] 另外，根据本发明上述实施例的用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液还可以 具有如下附加的技术特征：
[0015] 在本发明的一些实施例中，所述研磨颗粒为选自单晶金刚石、聚晶金刚石、三氧化 二铝、二氧化错、二氧化钛、二氧化铺、煅制二氧化娃和胶体二氧化娃中的至少一种，优选胶 体二氧化硅；所述氧化剂为选自高碘酸盐、碘酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和过氧化氢中的至 少一种，优选过氧化氢；所述金属络合剂为选自氨、氨基酸和有机酸中的至少一种，优选氨 基酸，更优选氨基乙酸；所述金属缓蚀剂为选自含氮杂环衍生物、含硫杂环衍生物和同时含 有氮、硫的杂环衍生物中的至少一种；所述表面活性剂为选自阴离子型表面活性剂和非离 子型表面活性剂中的至少一种，优选非离子型表面活性剂，更优选聚乙二醇辛基苯基醚。由 此，可以防止在抛光过程中出现过腐蚀，降低钴和铜材料去除速率，并且获得可调节的材料 去除速率选择性。
[0016] 在本发明的一些实施例中，所述金属缓蚀剂为选自1，2, 4-三唑、苯并三氮唑、甲 基-1H-苯并三氮唑、5, 6-二甲基-1H-苯并三氮唑一水合物、咪唑、2-巯基噻唑啉、2-巯 基苯骈噻唑、2-氨基苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑和2-甲基苯并咪唑中的至少一种，优选甲 基-1H-苯并三氮唑。由此，可以进一步防止在抛光过程中出现过腐蚀，降低钴和铜材料去 除速率，并且获得可调节的材料去除速率选择性。
[0017] 在本发明的一些实施例中，所述用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液包括： 0. 01~20wt%的所述胶体二氧化娃；0. 01~10wt%的所述过氧化氢；0. 01~10wt%的所 述氨基乙酸；0. 005~5wt%的所述甲基-1H-苯并三氮挫；0. 001~lwt%的所述聚乙二醇 辛基苯基醚；以及余量的水。由此，可以进一步防止在抛光过程中出现过腐蚀，降低钴和铜 材料去除速率，并且获得可调节的材料去除速率选择性。
[0018] 在本发明的一些实施例中，所述用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液包括： 1~10wt%的所述胶体二氧化娃；0. 01~2wt%的所述过氧化氢；0. 01~2wt%的所述氨基 乙酸；0. 005~0. 5wt%的所述甲基-1H-苯并三氮唑；0. 001~0. lwt%的所述聚乙二醇辛 基苯基醚；以及余量的水。由此，可以进一步防止在抛光过程中出现过腐蚀，降低钴和铜材 料去除速率，并且获得可调节的材料去除速率选择性。
[0019] 在本发明的一些实施例中，所述用于钴阻挡层结构化学机械抛光的抛光液包括： 2wt %的所述胶体二氧化娃；lwt %的所述过氧化氢；0. 5wt %的所述氨基乙酸；0007~ 0. 0655wt%的所述甲基-1H-苯并三氮唑；0. 02~0. 05wt%的所述聚乙二醇辛基苯基醚； 以及余量的水。由此，可以进一步防止在抛光过程中出现过腐蚀，降低钴和铜材料去除速 率，并且获得可调节的材料去除速率选择性。
[0020] 在本发明的一些实施例中，所述抛光液的pH为7.0~9.0。由此，可以进一步防止 在抛光过程中出现过腐蚀，降低钴和铜材料去除速率，并且获得可调节的材料去除速率选 择性。
[0021] 在本发明的一些实施例中，所述抛光液的pH调节剂为选自硝酸、硫酸、盐酸、磷 酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的至少一 种，优选硝酸和氢氧化钾中至少一种。
[0022] 在本发明的一些实施例中，所述胶体二氧化硅的粒径为10~200nm。由此，可以显 著提高钴和铜材料去除速率，同时减少抛光后的缺陷。
[0023] 在本发明的另一个方面，本发明提出了一种对钴阻挡层结构进行抛光的方法，该 方法采用上述所述的抛光液对所述钴阻挡层结构进行抛光。由此，可以显著提高半导体器 件的可靠性。
[0024] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0025] 图1是根据本发明一个实施例的对钴阻挡层结构进行抛光的方法技术示意图；
[0026] 图2是抛光前的钴阻挡层结构横截面示意图；
[0027] 图3是采用本发明一个实施例的抛光液抛光后形成的钴阻挡层结构横截面示意 图。
【具体实施方式】
[0028] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同