阅读说明：本技术 一种钴基材抛光液及其应用 (Cobalt-based material polishing solution and application thereof ) 是由 刘卫丽 徐傲雪 宋志棠 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种钴基材抛光液及其应用,按重量百分比,包括如下组分：液相载体50-80％；磨料0.1-10％；氧化剂≤1％；铵盐化合物0.005-20％；抑制剂0.1-100mM。本发明通过选择合适的氧化剂、铵盐化合物以及抑制剂并将他们合理组合,通过提高机械和化学作用来提高抛光速率,控制Co表面腐蚀情况以及改善表面质量,具有良好的应用前景。(The invention relates to a cobalt-based material polishing solution and application thereof, wherein the cobalt-based material polishing solution comprises the following components in percentage by weight: liquid phase carrier 50-80%; 0.1 to 10 percent of abrasive; oxidant is less than or equal to 1 percent; 0.005-20% of ammonium salt compound; 0.1-100mM inhibitor. The invention has good application prospect by selecting and reasonably combining the proper oxidant, ammonium salt compound and inhibitor, improving the polishing rate through improving mechanical and chemical actions, controlling the corrosion condition of the Co surface and improving the surface quality.)

一种钴基材抛光液及其应用

技术领域

本发明属于抛光液领域，特别涉及一种钴基材抛光液及其应用。

背景技术

随着器件特征尺寸的不断缩小，在集成电路(BEOL)工艺中，将铜用作互连线的互连材料面临着若干挑战。这些包括随着厚度的减小而急剧增加的电阻率，在20nm或更小的窄沟槽宽度处的非保形沉积，以及扩散阻挡层/衬里的尺寸限制。这导致了对Cu互连中新的粘附层/阻挡层以及新的沟槽填充材料的研究。其中Cu互连结构中传统的粘附层/阻挡层(Ta/TaN)不再满足需求需要替换成其他的材料，例如Ru，Co，Ir或它们的合金，已经逐渐进入科研人员的视线之中。在铜互连中所有的粘附/阻挡替代材料，Co具有较低的电阻率，高的热稳定性，并且具有优良的阻隔性和粘附性及其与直接电镀铜的相容性已有报道。结果表明钴有潜力用作铜中的粘附层。Co是一种有前途的替代互连材料Cu，与铜相比它在较小尺寸(约10nm)处的电阻率较低，可以满足前两个金属层M1和M2在这些较低节点处的互连线挑战。

随着集成电路金属互连技术的发展和布线层数的增加，化学机械抛光(CMP)已经广泛应用于芯片制造过程中的表面平坦化。在钴互连工艺的抛光过程中，钴抛光液往往引入一些络合剂或螯合剂，其对金属离子具有较强的络合或者螯合作用，能够显著提高对钴的抛光速率。但是当抛光速率过快的时候，钴的表面质量会变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钴基材抛光液及其应用，通过选择合适的氧化剂、铵盐化合物以及抑制剂并将他们合理组合，通过提高机械和化学作用来提高抛光速率，控制Co表面腐蚀情况以及改善表面质量，具有良好的应用前景。

本发明提供了一种钴基材抛光液，按重量百分比，包括如下组分：

所述液相载体为去离子水。

所述磨料为二氧化硅颗粒、氧化铈颗粒或氧化铝颗粒。

所述二氧化硅颗粒的粒径为5-100nm。所述二氧化硅颗粒的粒径为单一粒径。所述单一粒径通常指所使用的二氧化硅颗粒的粒径保持一致。所述二氧化硅颗粒优选为球形二氧化硅颗粒或者非球形二氧化硅颗粒。

所述氧化剂为NaClO、KMnO₄、K₂Cr₂O₇、双氧水中的一种或几种。

所述铵盐化合物为氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、碘化铵、硫酸铵、硫酸氢铵、硝酸铵、氟化铵、溴化铵、钼酸铵、二钼酸铵、乳酸铵、铬酸铵、氟硼酸铵、聚丙烯酸铵、甲酸铵、水溶性聚磷酸铵、磷钼酸铵、草酸铵、砷酸二氢铵、硫酸亚铁胺六水合物、磷酸铵、磷钼酸铵、氟钛酸铵、磷酸铵钠、甘草酸单铵盐、碳酸氢铵、硬脂酸铵、重铬酸铵、碲酸铵、八钼酸铵、甘草酸单铵盐、邻苯二甲酸铵、草酸氧钛铵、甘草酸二铵、十二双酸铵、硼酸氢铵四水合物、癸二酸铵、高聚磷酸铵、磷酸氯非铵、四钼酸铵、聚磷酸铵、钼酸铵溶液、甘草酸单铵、草酸氢铵、双癸二酸铵、乙酸铵、甘醇酸铵、硝基磷酸铵、钼酸铵、醋酸劳利铵、烟酸铵、硼酸氢铵四水合物、磷酸氯二铵、盐酸磷酸铵、改性聚磷酸铵、尿酸氢铵、尿酸铵、硫代磷酸铵盐、磷酸三铵三水、盐酸二乙铵、甘草酸二铵盐、硼酸氢铵四水合物、盐酸羟铵中的一种或几种。所述铵盐化合物在抛光液体系中存在铵根离子，其中优选硫酸铵。

所述抑制剂为二乙醇胺、甲基二乙醇胺盐、烷基磷酸酯二乙醇胺盐、亚氨二乙醇胺乙酸盐、二乙醇胺硫酸氢盐、十二烷基硫酸二乙醇胺盐、二氯吡啶酸乙醇胺盐、二乙醇胺癸二酸盐、油酸二乙醇胺盐中的一种或几种。所述抑制剂在抛光液体系中属于吸附膜型缓蚀剂，在金属表面上形成一层吸附膜来抑制腐蚀反应，其中优选二乙醇胺。

所述抛光液的pH值范围为7.00-12.00。

所述抛光液为化学机械抛光(CMP)液。

本发明还提供了一种钴基材抛光液的应用。

有益效果

本发明通过选择合适的氧化剂、铵盐化合物以及抑制剂并将他们合理组合，通过提高机械和化学作用来提高抛光速率，控制Co表面腐蚀情况以及改善表面质量，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为用本发明抛光之后钴片表面的情况。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

取粒径80nm、固含量为5％的二氧化硅磨料1000mL，每份均加入0.1％H₂O₂，一份不添加其他添加剂；其他份分别加入硫酸铵、乙酸铵、乳酸铵、聚丙烯酸铵搅拌均匀。

抛光实验：本抛光实验使用CP-4机台，将2英寸的钴圆片通过蜡粘在抛光头上。抛光参数设置如下：抛光垫用Politex；抛光压力为3psi；抛光垫转速为90rpm；抛光片转速为90rpm；抛光液流速为125mL/min；抛光时间为10min。每次抛光结束后，清水清洗抛光垫5分钟，抛光后的片在清洗液中超声清洗10分钟后用氮气吹干。结果列于表1。

表1

试验样品	抛光速率(nm/min)
		80nmSiO<sub>2</sub>,pH＝10	13.3
80nmSiO<sub>2</sub>+0.1％硫酸铵，pH＝10	58
		80nmSiO<sub>2</sub>+0.1％乙酸铵，pH＝10	32
80nmSiO<sub>2</sub>+0.1％乳酸铵，pH＝10	19
		80nmSiO<sub>2</sub>+0.1％聚丙烯酸铵，pH＝10	27

由表1可知，在溶液中加入0.1％的硫酸铵、乙酸铵、乳酸铵以及聚丙烯酸铵均对钴的抛光速率有一定程度的提高。其中，硫酸铵的络合作用最强，将抛光速率提高了三倍。其次是乙酸铵将抛光速率提高了1.4倍，聚丙烯酸铵将抛光速率提高了一倍，乳酸铵将抛光速率提高了0.4倍。

实施例2

取粒径80nm，固含量为5％的二氧化硅磨料1000mL，每份均加入0.1％H₂O₂，一份不添加其他添加剂；其他份分别加入不同浓度硫酸铵搅拌均匀。

抛光实验：本抛光实验使用CP-4机台，将2英寸的钴圆片通过蜡粘在抛光头上。抛光参数设置如下：抛光垫用Politex；抛光压力为3psi；抛光垫转速为90rpm；抛光片转速为90rpm；抛光液流速为125mL/min；抛光时间为10min。每次抛光结束后，清水清洗抛光垫5分钟，抛光后的片在清洗液中超声清洗10分钟后用氮气吹干。结果列于表2。

表2

试验样品	抛光速率(nm/min)
		80nmSiO<sub>2</sub>+0.1％硫酸铵，pH＝10	58
80nmSiO<sub>2</sub>+0.5％硫酸铵，pH＝10	128
		80nmSiO<sub>2</sub>+1.0％硫酸铵，pH＝10	160

由表2可知，随着硫酸铵的浓度在增加，钴的抛光速率在逐渐增加。相比于加入0.1％的硫酸铵，加入0.5％硫酸铵能将钴的抛光速率提高了1.2倍，加入1.0％硫酸铵能将钴的抛光速率提高了1.7倍。相比于加入0.5％硫酸铵，加入1.0％硫酸铵即浓度增加一倍时，钴的抛光速率仅仅提高了0.25倍。所以接下来将在0.5％硫酸铵的基础上探究其他添加剂对钴抛光速率的影响。

实施例3

取粒径80nm，固含量为5％的二氧化硅磨料1000mL，每份均加入0.1％H₂O₂,一份不添加其他添加剂；其他份分别加入二乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、N-乙基己基-β-亚氨基二丙氨酸钠，月桂酰基丙基氧化胺搅拌均匀。

抛光实验：本抛光实验使用CP-4机台，将2英寸的钴圆片通过蜡粘在抛光头上。抛光参数设置如下：抛光垫用Politex；抛光压力为3psi；抛光垫转速为90rpm；抛光片转速为90rpm；抛光液流速为125mL/min；抛光时间为10min。每次抛光结束后，清水清洗抛光垫5分钟，抛光后的片在清洗液中超声清洗10分钟后用氮气吹干。结果列于表3。

表3

由表3可知，在溶液中均加入100mM的二乙醇胺，聚乙烯吡咯烷酮，N-乙基己基-β-亚氨基二丙氨酸钠，月桂酰基丙基氧化胺对钴的抛光速率都有着不同程度的降低。显然，加入100mM的二乙醇胺将钴的抛光速率降低到最低22.5nm/min。其次是N-乙基己基-β-亚氨基二丙氨酸钠将钴的抛光速率降低到57nm/min，聚乙烯吡咯烷酮将钴的抛光速率降低到93nm/min，月桂酰基丙基氧化胺将钴的抛光速率降低到102nm/min。

实施例4

取粒径80nm，固含量为5％的二氧化硅磨料1000mL，每份均加入0.1％H₂O₂，一份不添加其他添加剂；其他份分别加入不同浓度的二乙醇胺搅拌均匀。

抛光实验：本抛光实验使用CP-4机台，将2英寸的钴圆片通过蜡粘在抛光头上。抛光参数设置如下：抛光垫用Politex；抛光压力为3psi；抛光垫转速为90rpm；抛光片转速为90rpm；抛光液流速为125mL/min；抛光时间为10min。每次抛光结束后，清水清洗抛光垫5分钟，抛光后的片在清洗液中超声清洗10分钟后用氮气吹干。结果列于表4。

表4

试验样品	抛光速率(nm/min)
		80nmSiO<sub>2</sub>+1.0％硫酸铵，pH＝10	160
80nmSiO<sub>2</sub>+1.0％硫酸铵+50mM二乙醇胺，pH＝10	117.9
		80nmSiO<sub>2</sub>+1.0％硫酸铵+100mM二乙醇胺，pH＝10	22.5

由表4可知，随着二乙醇胺浓度的增加，抑制钴的抛光速率的程度逐渐增加。加入50mM二乙醇胺能够将钴的抛光速率降低26％。加入100mM二乙醇胺能够将钴的抛光速率降低86％。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。