[發明專利]一種化學機械拋光液

無效

• 申請號: 201110178411.6
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102850937A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 何華鋒;王晨
• 申請（專利權）人: 安集微電子科技（上海）有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;C23F4/04
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務所 31246
• 代理人: 李佳銘

技術領域

本發明涉及一種化學機械拋光液，尤其涉及一種用于拋光鎢材料的化學機械拋光液。

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，其中，由IBM公司在二十世紀80年代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)是一種由化學作用、機械作用以及這兩種作用相結合而實現平坦化的技術；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；產生的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。

目前鎢的化學機械拋光(CMP)，有多種方法，如：F.B.Kaufman等報道的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US5340370公開的一種用于鎢化學機械拋光(CMP)的漿料配方，其中含有鐵氰化鉀和氧化硅磨料，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US5527423公開的金屬層化學機械拋光液、美國專利US006008119A公開的半導體晶片拋光方法、以及美國專利US6284151公開的鎢化學機械拋光漿料等均采用Fe(NO₃)₃/Al₂O₃體系用于鎢化學機械拋光(CM?P)。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US5958288公開的金屬CMP拋光組合物采用硝酸鐵用作催化劑，過氧化氫用做氧化劑，進行鎢化學機械拋光，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US5980775公開金屬CMP拋光漿料、和美國專利US6068787公開的拋光漿料在美國專利US5958288基礎上，加入有機酸做穩定劑，改善了過氧化氫的分解速率，但是過氧化氫分解速率仍然較高，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。

由于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。如中國專利CN1326199C公開的包括鎢侵蝕抑制劑的拋光組合物、和CN1966594A公開的包括鎢侵蝕抑制劑的拋光組合物，均在雙氧水和鐵催化劑的體系中加入了鎢的侵蝕抑制劑，抑制鎢的腐蝕。上述專利的缺點是：加入抑制劑后，會降低鎢的拋光速度。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種化學機械拋光液，在保證處于非常高的鎢的拋光速度的同時，通過優化研磨劑的比表面積的范圍，銀離子的質量百分比和硫酸根離子的質量百分比，從而顯著降低拋光液在硅片表面的殘留顆粒和降低拋光液的生產成本。