[發明專利]一種化學機械拋光液

有效

• 申請號: 201811627140.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111378374B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王晨;何華鋒;李星
• 申請（專利權）人: 安集微電子科技（上海）股份有限公司
• 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

本發明提供了一種化學機械拋光液，包括二氧化硅研磨顆粒、硝酸鐵、氧化劑、有機酸、聚乙二醇和接枝共聚的聚乙烯亞胺，其中，所述二氧化硅研磨顆粒表面帶正電。本發明的化學機械拋光液與含有聚季銨鹽的拋光液相比，膠體穩定性高。另外，本發明的拋光液中添加了接枝共聚的聚乙烯亞胺，大幅降低了含鎢晶圓表面的碟形凹陷，改善了晶圓表面平整度，進一步提高了拋光效果。

技術領域

本發明涉及化學機械拋光領域，尤其涉及一種用于拋光鎢的化學機械拋光液。

背景技術

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。

作為化學機械拋光(CMP)對象之一的金屬鎢，在高電流密度下的抗電子遷移能力強，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有多種方法如下：

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。同時高含量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，高含量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，降低了過氧化氫的分解速率，但是過氧化氫分解速率仍然較高，通常兩周內雙氧水含量會降低10％以上，造成拋光速度下降，拋光液逐漸分解失效。

上述專利的拋光液，雖然可以實現較高的鎢拋光速率，但是依然存在諸如穩定性差、拋光后晶圓表面缺陷高的問題。而在鎢的拋光工藝中，對晶圓表面的碟形凹陷和表面平整度都有很高的要求；在實際的生產應用中，對拋光液的穩定性也有較高的要求，因為，只有能夠在較長時間內保持性能穩定的拋光液，才能作為商品出售，從而具有一定的商業價值。

美國專利US5980775公開了一種用帶正電荷的研磨顆粒，配合聚季銨鹽改善晶圓平整度的方法。但是，聚季銨鹽通常會破壞膠體穩定性，不能高倍濃縮。同時，增加聚季銨鹽用量會顯著抑制鎢的拋光速度。另外，由于表面活性作用，一些聚季銨鹽還會導致泡沫的產生，這對于化學機械拋光是有害的。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種化學機械拋光液，通過使用表面帶正電荷的二氧化硅研磨顆粒，并且向拋光液中加入接枝共聚的聚乙烯亞胺，從而使拋光液具有良好的穩定性的同時，還具有較高的抑制碟形凹陷的能力，提高了晶圓表面的平整度。

具體地，本發明提供了一種化學機械拋光液，包括二氧化硅研磨顆粒、硝酸鐵、氧化劑、有機酸和接枝共聚的聚乙烯亞胺、聚乙二醇，其中，所述二氧化硅研磨顆粒表面帶正電。