[發明專利]一種化學機械拋光液

有效

• 申請號: 200910200315.X
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN102093816B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 王晨;何華鋒
• 申請（專利權）人: 安集微電子(上海)有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;C23F3/04
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務所31246
• 代理人: 李佳銘

技術領域

本發明涉及一種用于鎢化學機械拋光液，具體涉及一種含有陽離子表面活性劑的化學機械拋光液。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，以及大規模集成電路互連層的不斷增加，導電層和絕緣介質層的平坦化技術變得尤為關鍵。二十世紀80年代，由IBM公司首創的化學機械研磨(CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。

化學機械研磨(CMP)由化學作用、機械作用以及這兩種作用結合而成。它通常由一個帶有拋光墊的研磨臺，及一個用于承載芯片的研磨頭組成。其中研磨頭固定住芯片，然后將芯片的正面壓在拋光墊上。當進行化學機械研磨時，研磨頭在拋光墊上線性移動或是沿著與研磨臺一樣的運動方向旋轉。與此同時，含有研磨劑的漿液被滴到拋光墊上，并因離心作用平鋪在拋光墊上。芯片表面在機械和化學的雙重作用下實現全局平坦化。

對金屬層CMP的主要機制被認為是：氧化劑先將金屬表面氧化成膜，以二氧化硅和氧化鋁為代表的研磨劑將該層氧化膜機械去除，產生新的金屬表面繼續被氧化，這兩種作用協同進行。

作為化學機械研磨(CMP)對象之一的金屬鎢，在高電流密度下，抗電子遷移能力強，并且能夠與硅形成很好的歐姆接觸，所以可作為接觸窗及介層洞的填充金屬及擴散阻擋層。

針對鎢的化學機械研磨(CMP)，常用的氧化劑主要有含鐵金屬的鹽類，碘酸鹽，雙氧水等。

1991年，F.B.Kaufman等報道了鐵氰化鉀用于鎢的化學機械研磨(CMP)技術。(″Chemical?Mechanical?Polishing?for?Fabricating?Patterned?W?MetalFeatures?as?Chip?Interconnects″，Journal?of?the?Electrochemical?Society，Vol.138，No.11，1991年11月)。

美國專利5340370公開了一種用于鎢化學機械研磨(CMP)的配方，其中含有0.1M鐵氰化鉀，5％氧化硅，同時含有醋酸鹽作為pH緩沖劑。

美國專利5980775，5958288，6068787公開了用鐵離子作催化劑、雙氧水作氧化劑進行鎢化學機械研磨(CMP)方法。在這種催化機制中，鐵離子的含量被降至了200ppm左右，但由于鐵離子催化雙氧水分解，所以催化劑要和氧化劑分開存放，在化學機械研磨(CMP)之前進行混合。另外，和氧化劑混合好之后的研磨液不穩定，會緩慢分解失效。

美國專利5527423，6008119，6284151等公開了Fe(NO₃)₃、氧化鋁體系進行鎢的化學機械研磨(CMP)方法。該拋光體系在靜態腐蝕速率(static?etchrate)上具有優勢，但是在產品缺陷(defect)上存在顯著不足。

以上用于鎢化學機械拋光液都是通過氧化劑先將鎢表面氧化成膜，然后通過二氧化硅和氧化鋁為代表的研磨劑將氧化膜機械去除。由于機械摩擦，會拋光時產生摩擦噪音。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是降低并消除拋光噪音，改善操作環境，降低拋光墊的摩擦，延長拋光墊的使用壽命。

本發明的化學機械拋光液，含有水，研磨劑，氧化劑和水溶性陽離子表面活性劑。

本發明中，所述的研磨劑為氣相二氧化硅(fumed?silica)和/或硅溶膠(colloidal?silica)。

本發明中，所述的氧化劑為含鐵氧化劑或含鐵氧化劑和其他氧化劑的組合物。

本發明中，所述的含鐵氧化劑為硝酸鐵，所述的含鐵氧化劑和其他氧化劑的組合物為硝酸鐵和單過硫酸氫鉀的組合物。

本發明中，所述的水溶性陽離子表面活性劑為長鏈烷基氯化銨、長鏈烷基溴化銨、末端含硅氧鍵的長鏈烷基氯化銨、吉米奇類型季銨鹽、聚合型季銨鹽中的一種或多種。

本發明中，所述的水溶性陽離子表面活性劑優選為十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、芐基三甲基氯化銨、辛基三甲基氯化銨、3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化銨、十八烷基胺聚氧乙烯醚雙季銨鹽和/或聚季銨鹽-10中的一種或多種。

本發明中，所述的研磨劑的質量百分比為0.2％～4％。

本發明中，所述的硝酸鐵的質量百分比為0.05％～1.5％。

本發明中，所述的水溶性陽離子表面活性劑的濃度為100-500ppm。

本發明中，所述的拋光液的pH值為1.5-2.5。

本發明的積極進步效果在于：通過在用于鎢化學機械拋光液中加入陽離子表面活性劑，顯著降低并消除拋光噪音，改善操作環境，降低拋光墊的摩擦，延長拋光墊的使用壽命。