[發明專利]一種化學機械拋光液

有效

• 申請號: 201811629420.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111378375B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 何華鋒;王晨;李星;孫金濤;史經深
• 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、有機酸，所述二氧化硅研磨顆粒表面帶正電荷。本發明的化學機械拋光液，與含有有機膦酸的拋光液相比，膠體穩定性高。另外，本發明的拋光液中添加了氮化硅拋光速率抑制劑，在具有較高的鎢拋光速率的前提下，適當抑制了氮化硅的拋光速率，滿足了半導體生產中對拋光的要求。

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，造成拋光速率下降，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，但是依然存在穩定性差的問題。在實際的生產應用中，對拋光液的穩定性有較高的要求，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，并具有一定的商業價值。

另一方面，在鎢金屬互聯線的制作工藝中，如CN201310037708中所披露，由于鎢金屬互聯線與鎢柵極容易發生短路，因此需要引入氮化硅絕緣材料作為柵極，因而即便鎢金屬互聯線進入柵極上方區域，也不會發生鎢金屬互聯線與柵極短路的問題。因此，需要利用化學機械拋光液來對鎢金屬互聯線柵極的氮化硅層進行平坦化，從而形成各層平坦的半導體器件。由于沉積氮化硅層厚度僅為500埃-1000埃，需要在化學機械拋光的過程中抑制氮化硅CMP拋光速率，以滿足工業生產的需要。

美國專利US2007/013424公開了用羥基亞乙基-1,1-二膦酸來調節氮化硅速率的方法。但是，有機磷酸通常會破壞膠體穩定性，不能高倍濃縮。同時，增加有機磷酸用量會顯著抑制鎢的拋光速率。

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氮化硅速率抑制劑，從而使拋光液具有良好的穩定性和較高的鎢拋光速率的同時，能夠適當抑制氮化硅的拋光速率。