[發明專利]一種用于拋光鎢的化學機械拋光液

在審

• 申請號: 201811627123.2
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111378373A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 王晨;何華鋒;李星;史經深;孫金濤
• 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
• 代理公司: 北京大成律師事務所 11352
• 代理人: 李佳銘;王芳

本發明提供一種用于拋光鎢的化學機械拋光液，包括硅溶膠、硝酸鐵和有機酸絡合劑，其中所述硅溶膠的研磨顆粒表面被硅烷耦合劑處理過，拋光液的pH值為4.0?5.5。本發明的用于拋光鎢的化學機械拋光液，該拋光液通過調節pH值，實現在低的研磨劑固含量的條件下，具有較高的二氧化硅拋光速度，可以清除疊層效應中形成的、凹陷處鎢殘留，提高拋光質量、提升產生良率；降低了產品制造成本，并有利于高倍濃縮。

技術領域

本發明涉及半導體拋光技術領域，尤其涉及一種用于拋光鎢的化學機械拋光液。

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 FabricatingPatterned W Metal Features as Chip Interconnects，Journal of the Electrochemical 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/氧化鋁體系用于鎢機械拋光(CMP)。該拋光體系在靜態腐蝕速率(static etchrate)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，而且生成鐵銹，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做催化劑，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。