[發明專利]一種用于鎢拋光的化學機械拋光液

在審

• 申請號: 202011619699.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN114686109A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 郁夏盈;李星;王晨;史經深
• 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;C23F3/06;C23F11/04
• 代理公司: 北京大成律師事務所 11352
• 代理人: 李佳銘;王芳

本發明的目的在于提供一種用于鎢拋光的化學機械拋光液，包括：氯喹腐蝕抑制劑、水、研磨顆粒、催化劑、穩定劑、氧化劑和pH調節劑。本發明所提供的化學機械拋光液可以提供較高的鎢拋光速度，中等的氧化硅拋光速度。最重要的是，該組合物表現出低的鎢靜態腐蝕，進而改善拋光后的金屬表面狀況。

技術領域

本發明涉及用于半導體制造的化學試劑領域，尤其涉及一種用于鎢拋光的化學機械拋光液。

背景技術

如今，半導體技術的迅猛發展使器件高度微小化成為現實。一塊集成電路基板上往往負載這數以億計的功能元件。這些元件通過導電層和多層互連件形成互連結構。因此導電層和絕緣介質層的平坦化技術變得至關重要。二十世紀80年代，由IBM公司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。化學機械拋光由化學作用、機械作用以及兩種作用結合而成。通常，晶片被固定于研磨頭上，并將其正面與CMP設備中的拋光墊接觸。在一定壓力下，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，在晶片和拋光墊之間以一定流量注入拋光組合物(“漿料”)，漿料因離心作用平鋪在拋光墊上。于是，在化學和機械的雙重作用下，晶片表面被拋光并實現全局平坦化。CMP可用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、吸附的雜質、晶格損傷、劃痕等。

近年來，半導體制造越來越多的使用金屬鎢制備金屬通孔插頭和觸點，同時使用粘結層，如TiN和Ti，將其與SiO2連接。通常期望使用CMP方法進行鎢淀積層的處理，以獲得平整，無缺陷的表面。但是令人遺憾的是，鎢拋光液中的氧化劑會對金屬產生腐蝕，大部分情況下，這種腐蝕使是不被希望發生的。它可能導致表面缺陷，如點蝕和穿孔。嚴重的金屬腐蝕可能會形成很深的鎢通路，并最終影響半導體裝置的使用性能。

近年來，對于鎢腐蝕抑制劑的開發一直是開發拋光組合物的重點。早年的解決方法，如美國專利US 6136711，使用氨基酸作為鎢拋光腐蝕抑制劑。氨基酸腐蝕抑制劑在很多體系中抑制效果一般，且用量大，時常嚴重抑制拋光速度，已經很難適應多種多樣的鎢拋光要求。近年來，含多個雜原子的小分子有機物，聚合物常常可以充當鎢的腐蝕抑制劑，如美國專利 US10286518B2發現硫醇烷氧基化合物可以抑制鎢腐蝕，并減少拋光過程中出現的侵蝕，蝶形缺陷等問題，但是硫醇烷氧基化合物的抑制能力有限，不能很好解決嚴重的腐蝕問題。又如中國專利CN 111094481A公開使用聚氨基酸作為鎢腐蝕抑制劑，該抑制劑可以有效抑制鎢腐蝕，但是會影響拋光速度。從以上事實可以看出，開發高效抑制腐蝕，對拋光速率無顯著影響的鎢腐蝕抑制劑是急迫且必須的。

發明內容

為了克服上述技術缺陷，本發明的目的在于提供一種用于鎢拋光的化學機械拋光液，本發明所提供的化學機械拋光液可以提供較高的鎢拋光速度，中等的氧化硅拋光速度。最重要的是，該組合物表現出低的鎢靜態腐蝕，進而改善拋光后的金屬表面狀況。

本發明公開了一種化學機械拋光液，包括：氯喹腐蝕抑制劑、水、SiO₂研磨顆粒、含鐵離子的催化劑、穩定劑、氧化劑和pH調節劑。

進一步地，所述氯喹類腐蝕抑制劑的結構如式一所示：

進一步地，所述腐蝕抑制劑選自磷酸氯喹，其結構見式二：

進一步地，所述磷酸氯喹腐蝕抑制劑的質量百分比含量范圍為 0.005％-0.05％。

進一步地，所述研磨顆粒的質量百分比含量范圍為0.5％-3％。

進一步地，所述研磨顆粒的質量百分比含量范圍為1％-3％。

進一步地，所述含鐵離子的催化劑為九水硝酸鐵。

進一步地，所述含鐵離子的催化劑的質量百分比含量范圍為 0.01％-0.1％。