[發明專利]一種化學機械拋光液

在審

• 申請號: 201210411192.6
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN103774150A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 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: C23F3/06
• 分類號: C23F3/06
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務所 31246
• 代理人: 李佳銘

技術領域

本發明涉及化學機械拋光液，更具體地說，涉及用于銅鎢合金的拋光液。

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。銅作為導線，被廣泛應用于現在的銅互聯結構中。銅鎢合金是一種用于微電子領域的新型材料，既有銅的良好導熱性，又有鎢的很低的熱膨脹系數，用作微電路襯底。

對于鎢材料的拋光：

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，5wt％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和美國專利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首次公開了將過氧化氫和金屬共同使用，用做氧化劑進行金屬的拋光方法。但是這種拋光方法，對金屬銅的表面沒有任何保護，表面腐蝕嚴重。

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。該發明由于鐵離子的存在，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。同時這種配方，對金屬的表面沒有保護，銅表面腐蝕嚴重。

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。但是過氧化氫的分解速度仍然很快，同樣存在對金屬銅的表面沒有保護，銅表面腐蝕嚴重的問題。

中國專利申請201010606954公開了用二氧化硅、銀離子、硫酸根離子、過氧化物進行鎢拋光的方法，該方法對鎢具有很高的拋光速度，該體系同樣存在對金屬銅的表面沒有保護，銅表面腐蝕嚴重的問題。

在銅鎢合金的拋光過程中，拋光液會同時接觸到銅鎢合金、銅線，在更復雜的制程中也有可能會接觸到金屬鎢。因此需要一種拋光液，對銅鎢合金具有較高的拋光速度，同時對銅既有高的拋光速度，又要有很好的保護。但是，在上述的拋光液中都沒有解決這一問題。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術中存在的問題，提供了一種化學機械拋光液，可以在保證很高的銅、鎢、銅鎢合金的拋光速度下，同時對銅的表面沒有腐蝕。

本發明的拋光液含有水、研磨顆粒、銀離子、硫酸根離子、銅腐蝕抑制劑和氧化劑。

在本發明中，所述研磨顆粒為二氧化硅和/或氧化鋁。