[發(fā)明專利]一種鎢化學機械拋光方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010526490.0
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102452036A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)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: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00
• 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(fā)明涉及化學機械拋光領域，具體涉及一種鎢化學機械拋光方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路互連層的不斷增加，導電層和絕緣介質(zhì)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(chuàng)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(jié)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(zhuǎn)。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(xiàn)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(chǎn)生新的金屬表面繼續(xù)被氧化，這兩種作用協(xié)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(xiàn).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(zhì)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(tài)腐蝕速率(static?etch?rate)方面具有優(yōu)勢，但是由于采用氧化鋁作為研磨劑，產(chǎn)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(wěn)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(fā)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(fā)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(wěn)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(wěn)定劑，一定程度上改善了過氧化氫的分解速率。但是其分解速率仍然較高，通常兩周內(nèi)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。

歐洲專利EP?1?485?440中提及1995年，Rodel公司生產(chǎn)的產(chǎn)品MSW1000中含有30ppm金屬，主要成分是鐵，該產(chǎn)品和雙氧水混合后，用于鎢的化學機械拋光。鐵元素可以起到顯著鎢的拋光速度的作用。

US5693239中用碘酸鉀作為氧化劑，進行鎢的化學機械拋光。

在以上技術中，無論是鐵氰化鉀，雙氧水，硝酸銀、還是碘酸鉀，它們作為氧化劑，接觸到金屬表面后，都會發(fā)生氧化還原反應，被拋光的金屬生成氧化物，氧化劑自身被還原。由于氧化劑自身被還原，繼續(xù)氧化的能力降低，從而失去氧化活性，導致拋光速度降低。

發(fā)明內(nèi)容