專利名稱：一種化學機械拋光液的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化學機械拋光液，具體涉及用一種含有激發(fā)劑和強氧化劑前體的 化學機械拋光液。本發(fā)明進一步涉及將本發(fā)明所述的化學機械拋光液用于鎢化學機械拋光。
背景技術：
隨著半導體技術的不斷發(fā)展，以及大規(guī)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。二十世紀80年代，由IBM公司首創(chuàng)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?；瘜W機械拋光(CMP)由化學作用、機械作用以及這兩種作用結合而成。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(xiàn)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(chǎn)生新的金屬表面繼續(xù) 被氧化，這兩種作用協(xié)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。鎢的化學機械拋光(CMP)，有多種方法1991年，F(xiàn). 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. IM 鐵氰化鉀，5%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，美國專利6284151等公開了將!^e (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(tài)腐蝕速率(static etch rate) 方面具有優(yōu)勢，但是由于采用氧化鋁作為研磨劑，產(chǎn)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公開了將過氧化氫和硝酸銀共同使用，用做 氧化劑進行金屬(銅)的拋光方法。但是在該類型方法中，硝酸銀用量很大(大于2%)，造成拋光液成本過高，研磨劑不穩(wěn)定、容易沉淀，雙氧水快速分解等問題。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。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(fā)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(fā)生i^enton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(wěn)定性差的問題。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(wěn)定劑，改善了過氧化氫的分解速率。但是由于有機酸的引入，使得拋光液PH值較低(通 常低于2.7左右)，造成設備腐蝕。此外，含有硝酸鐵的拋光液，pH值調節(jié)范圍很窄。因為 當PH值高于2. 7時，硝酸鐵會水解，生成氫氧化鐵沉淀，造成拋光液失效，限制了其pH值調 節(jié)能力。在環(huán)保上，由于有機酸的加入，提高了拋光廢液中有機物含量(COD)，不利于環(huán)保。 此外，氧化劑雙氧水的穩(wěn)定性問題仍然存在。雖然加入有機酸做為穩(wěn)定劑，改善了雙氧水的 分解速率，但是其分解速率仍然較高，通常兩周內(nèi)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。中國專利CN1966594A公開了一種在上述催化體系中加入etch抑制劑的方法，但 是由于其所用催化劑仍然是鐵元素，雙氧水易分解、穩(wěn)定性差等問題仍然存在。本發(fā)明提供了一種不同于以上各方法的、新型的鎢的化學機械拋光液。本發(fā)明和上述美國專利5225034，53M490的主要區(qū)別在于美國專利5225034以及53M490雖然利用過氧化氫和硝酸銀共同作用進行化學機 械拋光，但是該拋光方法針對銅，沒有提到鎢。在我們的試驗中發(fā)現(xiàn)實際上，雙氧水和硝酸 銀的組合不能顯著提高鎢的拋光速度。在上述兩篇專利中只提到硝酸銀，沒有提到硫酸銀， 更沒有揭示出硫酸銀中的硫酸根離子，具有顯著提高鎢的拋光速度的特殊作用。本發(fā)明和上述美國專利5980775,6068787以及595擬88的主要區(qū)別在于上述3篇專利中，銀和雙氧水的組合(例如，雙氧水加硝酸銀)，不具有顯著提高鎢 的拋光速度的作用，能顯著提高鎢的拋光速度的只有鐵和雙氧水的組合，(上述三篇專利自 身的實施例證明了這兩點)。與之不同的是，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)只要在雙氧水加硝酸銀的體系中 再進一步加入硫酸根，這種新的組合能夠非常顯著地提高鎢的拋光速度。在上述3篇專利的1 - 體系中，鐵會和過氧化氫之間產(chǎn)生!^nton反應，產(chǎn)生強 氧化性的羥自由基，有利于提高鎢的拋光速度。而銀和雙氧水之間，沒有i^nton反應。因 此，本發(fā)明在拋光機理上顯著區(qū)別于上述3篇專利。需要著重指出的是，在上述5篇美國專利52250；34，5；354490，5980775，6068787以 及595擬88中都沒有發(fā)現(xiàn)、也不能推斷出雙氧水、銀離子和硫酸根的組合對提高鎢的拋光 作用具有非常奇特的作用，因此，本發(fā)明中的銀離子和硫酸根的組合是非顯而易見的，這種 組合的實施效果是出乎意料的。在美國專利5980775,6068787以及595擬88的1 - 拋光體系中，由于鐵會和 過氧化氫之間產(chǎn)生i^enton反應，過氧化氫會迅速分解，因此必須加入有機絡合劑絡合鐵離 子，抑制這一分解過程。而在本發(fā)明的體系中，由于沒有i^nton反應，不需要加穩(wěn)定劑，過 氧化氫也能長期保持非常穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種化學機械拋光液，顯著提高鎢的化學機械拋光速度。本發(fā)明的化學機械拋光液，其含有激發(fā)劑，強氧化劑前體(precursor)，研磨劑 和水。本發(fā)明中，所述的激發(fā)劑為由銀離子和氧化劑組成的組合物。所述的銀離子來 自于銀鹽。所述銀鹽為氟化銀、高氯酸銀、硫酸銀和/或硝酸銀。所述的銀鹽重量百分比 0. 05% 0. 3%。本發(fā)明中，所述的氧化劑為過氧化物。所述的過氧化物為過氧化氫、過硫酸銨和/ 或單過硫酸鉀中的一種或多種。所述的氧化劑的重量百分比為0. 1 5%。本發(fā)明中，所述的強氧化劑前體(precursor)為非硝酸根陰離子。所述的非硝酸 根陰離子為硫酸根離子。所述的硫酸根離子來自于硫酸鹽。所述的硫酸鹽為非金屬硫酸鹽 或金屬硫酸鹽。所述的非金屬硫酸鹽為硫酸銨，所述的金屬硫酸鹽為硫酸錳、硫酸鉀和/或 硫酸鋅中的一種或多種。本發(fā)明中，所述的研磨劑為氣相二氧化硅、硅溶膠、氧化鋁和/或氧化鈰中的一種 或多種。所述的研磨劑的重量百分比為0. 1 10%。本發(fā)明中，所述的拋光液還含有pH調節(jié)劑。所述的拋光液的pH值為0. 5 5。本發(fā)明中，所述的拋光液還含有靜態(tài)腐蝕速度(static etch rate)抑制劑。所 述的靜態(tài)腐蝕速度抑制劑為有機膦化合物。所述的有機膦化合物為乙二胺四甲叉膦酸 (EDTMP)。所述的靜態(tài)腐蝕速度(static etch rate)抑制劑的重量百分比為0. 005 0. 05%。本發(fā)明的用于鎢化學機械拋光方法，包括將根據(jù)本發(fā)明所述的化學機械拋光液 用于塢化學機械拋光。本發(fā)明的積極進步效果在于1、顯著提高了鎢的拋光速度，提高了生產(chǎn)效率，降低制造成本。2、在不加入過氧化氫穩(wěn)定劑的情況下，過氧化氫仍能非常穩(wěn)定地存在于拋光液 中。解決了過氧化氫快速分解的問題，延長了拋光液的使用時限，保證了拋光速度的穩(wěn)定， 從而進一步節(jié)約成本。3、本發(fā)明的化學機械拋光方法，可以不含有機物(穩(wěn)定劑，諸如有機酸等)。因此， 降低了拋光廢液中有機物的含量(COD排放量)，有利于環(huán)保。4、本發(fā)明的化學機械拋光方法中，使用的化學機械拋光液具有更寬的pH調節(jié)范 圍，可以通過升高PH值來降低對設備的腐蝕，應用于更廣的CMP領域。


圖1實施例6和傳統(tǒng)1 - 的化學機械拋光液中過氧化氫的分解速度示意圖。
具體實施例方式制備實施例表1給出了本發(fā)明的化學機械拋光液實施例1 M及對比例1 2的配方，按表1中所列組分及其含量，在去離子水中混合均勻，用PH調節(jié)劑調到所需pH值，即可制得化學 機械拋光液。表1本發(fā)明的化學機械拋光液實施例1 M及對比例1 權利要求
1.一種化學機械拋光液，其含有激發(fā)劑，強氧化劑前體(precursor)，研磨劑和水。
2.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，所述的激發(fā)劑為由銀離子和氧化劑組成的組合物。
3.根據(jù)權利要求2所述的拋光液，所述的銀離子來自于銀鹽。
4.根據(jù)權利要求3所述的拋光液，所述銀鹽為氟化銀、高氯酸銀、硫酸銀和/或硝酸銀。
5.根據(jù)權利要求3所述的拋光液，所述的銀鹽重量百分比0.05% 0. 3%。
6.根據(jù)權利要求2所述的拋光液，所述的氧化劑為過氧化物。
7.根據(jù)權利要求6所述的拋光液，所述的過氧化物為過氧化氫、過硫酸銨和/或單過硫 酸鉀中的一種或多種。
8.根據(jù)權利要求2所述的拋光液，所述的氧化劑的重量百分比為0.1 5%。
9.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，所述的強氧化劑前體(precursor)為非硝酸根陰離子。
10.根據(jù)權利要求9所述的拋光液，所述的非硝酸根陰離子為硫酸根離子。
11.根據(jù)權利要求10所述的拋光液，所述的硫酸根離子來自于硫酸鹽。
12.根據(jù)權利要求11所述的拋光液，所述的硫酸鹽為非金屬硫酸鹽。
13.根據(jù)權利要求12所述的拋光液，所述的非金屬硫酸鹽為硫酸銨。
14.根據(jù)權利要求11所述的拋光液，所述的硫酸鹽為金屬硫酸鹽。
15.根據(jù)權利要求14所述的拋光液，所述的金屬硫酸鹽為硫酸錳、硫酸鉀和/或硫酸 鋅中的一種或多種。
16.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，所述的研磨劑為氣相二氧化硅、硅溶膠、氧化鋁和/ 或氧化鈰中的一種或多種。
17.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，所述的研磨劑的重量百分比為0.1 10%。
18.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，還含有pH調節(jié)劑。
19.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，所述的拋光液的pH值為0.5 5。
20.根據(jù)權利要求1所述的拋光液，還含有靜態(tài)腐蝕速度(staticetch rate)抑制劑。
21.根據(jù)權利要求20所述的拋光液，所述的靜態(tài)腐蝕速度抑制劑為有機膦化合物。
22.根據(jù)權利要求21所述的拋光液，所述的有機膦化合物為乙二胺四甲叉膦酸 (EDTMP)。
23.根據(jù)權利要求20所述的拋光液，所述的靜態(tài)腐蝕速度(staticetch rate)抑制劑 的重量百分比為0. 005 0. 05%。
24.一種用于鎢化學機械拋光方法，其特征在于將根據(jù)權利要求1-22中任一項所述 的拋光液用于鎢化學機械拋光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學機械拋光液，其含有激發(fā)劑，強氧化劑前體(precursor)，研磨劑和水。本發(fā)明的化學機械拋光液可顯著提高鎢的拋光速度。
文檔編號C23F3/04GK102051129SQ201010238420
公開日2011年5月11日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者何華鋒, 王晨 申請人:安集微電子(上海)有限公司