[發明專利]一種化學機械拋光液

有效

• 申請號: 201010246594.6
• 申請日: 2010-08-06
• 公開（公告）號: CN102344760A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 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的化學機械拋光液，具體涉及用一種含有銀離子、硫酸根離子，氧化劑以及鎢侵蝕抑制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拋光(CMP)技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。

化學機械拋光(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。當進行化學機械拋光時，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。

對金屬層化學機械拋光(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。

作為化學機械拋光(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。

鎢的化學機械拋光(CMP)，有多種方法：

1991年，F.B.Kaufman等報道了鐵氰化鉀用于鎢化學機械拋光的方法(″Chemical?Mechanical?Polishing?for?Fabricating?Patterned?W?Metal?Features?as?Chip?Interconnects″，Journal?of?the?Electro?chemical?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拋光(CMP)的配方，其中含有0.1M鐵氰化鉀，5％氧化硅，同時含有作為pH緩沖劑的醋酸鹽。由于鐵氰化鉀在紫外光或日光照射下，以及在酸性介質中，會分解出劇毒的氫氰酸，因而限制了其廣泛使用。

美國專利5527423，美國專利6008119，美國專利6284151等公開了將Fe(NO₃)₃，氧化鋁體系用于鎢機械拋光(CMP)的方法。該拋光體系在靜態腐蝕速率(static?etch?rate)方面具有優勢，但是由于采用氧化鋁作為研磨劑，產品缺陷(defect)方面存在顯著不足。同時高濃度的硝酸鐵使得拋光液的pH值呈強酸性，嚴重腐蝕設備，同時，生成鐵銹，污染拋光墊。除此之外，高濃度的鐵離子作為可移動的金屬離子，嚴重降低了半導體元器件的可靠性。

美國專利5225034，美國專利5354490公開了將過氧化氫和硝酸銀共同使用，用做氧化劑進行金屬(銅)的拋光方法。但是在該類型方法中，硝酸銀用量很大(大于2％)，造成拋光液成本過高，研磨劑不穩定、容易沉淀，雙氧水快速分解等問題。

美國專利5958288公開了將硝酸鐵用做催化劑，過氧化氫用做氧化劑，進行鎢化學機械拋光的方法。需要注意的是：在該專利中，提到了多種過渡金屬元素，被實驗證實顯著有效的只有鐵元素。因此該發明的實際實施效果和范圍很有限。該方法雖然大幅度降低了硝酸鐵的用量，但是由于鐵離子仍然存在，和雙氧水之間發生Fenton反應，雙氧水會迅速、并且劇烈地分解失效，因此該拋光液存在穩定性差的問題。

美國專利5980775和美國專利6068787在美國專利5958288基礎上，加入有機酸做穩定劑，改善了過氧化氫的分解速率。但是由于有機酸的引入，使得拋光液pH值較低(通常低于2.7左右)，造成設備腐蝕。此外，含有硝酸鐵的拋光液，pH值調節范圍很窄。因為當pH值高于2.7時，硝酸鐵會水解，生成氫氧化鐵沉淀，造成拋光液失效，限制了其pH值調節能力。在環保上，由于有機酸的加入，提高了拋光廢液中有機物含量(COD)，不利于環保。此外，氧化劑雙氧水的穩定性問題仍然存在。雖然加入有機酸做為穩定劑，改善了雙氧水的分解速率，但是其分解速率仍然較高，通常兩周內雙氧水濃度會降低10％以上，造成拋光速度下降，拋光液逐漸分解失效。

鐵和雙氧水的體系中鎢的靜態腐蝕速度很快，直接影響到生產的良率，為此需要進一步添加鎢的靜態腐蝕抑制劑。

CN98809580.7在雙氧水加鐵的體系中用到的鎢侵蝕抑制劑為：