專利名稱：一種利于拋光后清洗的鎢化學(xué)機械拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機械拋光液，尤其涉及一種具有利于拋光后清洗的、并具有提高拋光鎢速率的化學(xué)機械拋光液。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)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(dǎo)電層和絕緣介質(zhì)層的平坦化技術(shù)變得尤為關(guān)鍵。二十世紀80年代，由IBM公司首創(chuàng)的化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)被認為是目前全局平坦化的最有效的方法?；瘜W(xué)機械拋光(CMP)由化學(xué)作用、機械作用以及這兩種作用結(jié)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(dāng)進行化學(xué)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(zhuǎn)。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(xué)的雙重作用下實現(xiàn)全局平坦化。對金屬層化學(xué)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。集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的金屬互聯(lián)是通過多層互聯(lián)來實現(xiàn)的。每層金屬層之間會有絕緣層，通常是二氧化硅。不同層之間的金屬的連結(jié)通過via(通路)來實現(xiàn)，這些via(通路)通常是鶴(tungsten via)。在鶴于絕緣層之間,通常會有粘接層(adhesion layer),常用的材料是TiN或者Ti。在實際加工過程中，用etch(蝕刻)的辦法，在層間絕緣層(ILD)中形成via (通路)，抵達需要連結(jié)的導(dǎo)線或器件，然后在絕緣層(ILD)和via (通路)的表面形成很薄的粘接層(adhesion layer),接著,via (通路)中填充鶴(tungsten),最后,上層多余的鶴用化學(xué)機械拋光的方法除去。通過這種方法形成鶴栓塞(tungstenplugs)。對于鎢的化學(xué)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鶴化學(xué)機械拋光的方法(〃 Chemical Mechanical Polishing for Fabricating Patterned W MetalFeatures asChip 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(xué)機械拋光(CMP)的配方，其中含有0. IM鐵氰化鉀，由于鐵氰化鉀在紫外光或日光照射下，以及在酸性介質(zhì)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Fe (NO3) 3，氧化鋁體系用于鎢機械拋光(CMP)的方法。該拋光體系在產(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(shè)備。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(dǎo)體元器件的可靠性。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(xué)機械拋光的方法。由于鐵離子的存在，和雙氧水之間發(fā)生Fenton反應(yīng)，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(chǔ)上，加入有機酸做穩(wěn)定劑，改善了過氧化氫的分解速率，但是過氧化氫分解速率仍然較高，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。使用上述拋光液進行化學(xué)機械拋光后，硅片表面會有研磨劑顆粒(particle)的殘留、有機物的殘留、金屬氧化物的殘留(例如氧化鎢)等等，這些殘留需要通過進一步的清洗除去，這一清洗步驟叫作Post-CMPcleaning (化學(xué)機械拋光后清洗)。如果這一步驟清洗效果不好，硅片表面的顆粒殘留會造成產(chǎn)品缺陷(defect)，造成廢品，影響良率。本發(fā)明的發(fā)明人采用了不同于以上各專利公開的、新的鎢化學(xué)機械拋光體系銀
離子、硫酸根在雙氧水的作用下，能夠?qū)饘冁u產(chǎn)生非常高的拋光速度，并且該拋光體系具有雙氧水非常穩(wěn)定的優(yōu)勢，雙氧水的濃度幾乎不會隨時間的延長而發(fā)生變化(分解)，但是使用該拋光液，會和其他各種類型的拋光液一樣，拋光副產(chǎn)物以及particle (研磨顆粒)的殘留容易吸附在娃片表面，加重post-CMP cleaning (化學(xué)機械拋光后清洗)的負擔(dān)。一種結(jié)果是造成芯片表面缺陷(defect)升高,另一種結(jié)果是使Post-CMP cleaning的設(shè)備部件提前失效，需要頻繁更換，提高了生產(chǎn)的成本。但是使用該拋光液，會和其他各種類型的拋光液一樣，拋光副產(chǎn)物以及particle (研磨顆粒)的殘留容易吸附在娃片表面,加重post_CMP cleaning(化學(xué)機械拋光后清洗)的負擔(dān)。一種結(jié)果是造成芯片表面缺陷(defect)升高，另一種結(jié)果是使Post-CMP cleaning的設(shè)備部件提前失效，需要頻繁更換，提高了生產(chǎn)的成本。因此，如何在高速拋光鎢的同時，能夠提高硅片表面的清洗能力，顯著降低芯片表面缺陷仍是一項需要研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在研磨劑、銀離子、硫酸根離子和過氧化物的鎢拋光體系中，進一步添加了季銨鹽陽離子表面活性劑，能使該拋光液在保持非常高的鎢拋光速度的同時，進一步提高了硅片表面的清洗能力，顯著降低芯片表面缺陷。具體地，本發(fā)明高速拋光鎢的化學(xué)機械拋光液包括研磨劑、在拋光液中解離出銀離子的物質(zhì)、在拋光液中解離出硫酸根離子的物質(zhì)、氧化劑和季銨鹽陽離子表面活性劑。在本發(fā)明中，所述季銨鹽陽離子表面活性劑優(yōu)選為N原子上至少含有一個CS C16烷基季銨鹽，可以是季銨鹽為季銨堿的硝酸鹽或硫酸鹽，如十二烷基三甲基硫酸銨、十二烷基三甲基硝酸銨、辛烷基三甲基硫酸銨和/或十六烷基三甲基硫酸銨；其在拋光液中含量優(yōu)選為20 600ppm，更優(yōu)選為200 400ppm。在本發(fā)明中，所述研磨劑可以是硅溶膠、氣相二氧化硅、氧化鋁和氧化鈰中的一種或任意多種的組合物，其在拋光液中質(zhì)量百分比為O. I 10%。在本發(fā)明中，所述在拋光液中解離出銀離子的物質(zhì)選自硫酸銀、硝酸銀、氟化銀和/或高氯酸銀的可溶性銀鹽，其在拋光液中含量優(yōu)選為質(zhì)量百分比為O. 05 O. 3%。在本發(fā)明中，所述在拋光液中解離出硫酸根離子的物質(zhì)可以是硫酸鹽，如硫酸鉀、硫酸鈉；并優(yōu)選為非金屬硫酸鹽，更優(yōu)選為硫酸銨。
在本發(fā)明中，所述氧化劑可以是過硫酸鹽、過氧化物等，優(yōu)選為過氧化氫；其在拋光液中質(zhì)量百分比優(yōu)選為O. I 5% ;進一步優(yōu)選為I 2%。根據(jù)需要，本發(fā)明拋光液還可以加入pH值調(diào)節(jié)劑，所述拋光液pH值優(yōu)選為O. 5 5。本發(fā)明化學(xué)機械拋光液用于金屬鎢的拋光，具有較高的拋光速率，并且硅表面污染少，易于硅表面的清洗，降低了芯片表面缺陷。


圖I顯示的是用對比例I拋光液進行鎢的拋光后用去離子 水沖洗硅片表面后的照片;圖2顯示的是用實施例I拋光液進行鎢的拋光后用去離子水沖洗硅片表面后的照片。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發(fā)明拋光液進行詳細的介紹和說明，以使更好的理解本發(fā)明，但是下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。表I給出了本發(fā)明實施例I 12以及對比拋光液主要組分及其質(zhì)量百分含量，按表中所列組分及其含量，在去離子水中混合均勻，用PH調(diào)節(jié)劑(硝酸或氫氧化鉀)調(diào)到所需pH值，即可制得化學(xué)機械拋光液。表1，本發(fā)明實施例I 12拋光液與對比例拋光液組分及質(zhì)量含量
權(quán)利要求
1.一種利于拋光后清洗的鎢化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述拋光液包括研磨劑、在拋光液中解離出銀離子的物質(zhì)、在拋光液中解離出硫酸根離子的物質(zhì)、氧化劑和季銨鹽陽離子表面活性劑。
2.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述的季銨鹽陽離子表面活性劑為N原子上至少含有一個C8 C16烷基季銨鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述季銨鹽為季銨堿的硝酸鹽或硫酸鹽。
4.如權(quán)利要求3所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述的季銨鹽陽離子表面活性劑為十二烷基三甲基硫酸銨、十二烷基三甲基硝酸銨、辛烷基三甲基硫酸銨和/或十六烷基三甲基硫酸銨。
5.如權(quán)利要求I 4任一項所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述的季銨鹽陽離子表面活性劑在拋光液中含量為20 600ppm。
6.根據(jù)如權(quán)利要求5所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述的季銨鹽陽離子表面活性劑在拋光液中含量為200 400ppm。
7.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于研磨劑選自硅溶膠、氣相二氧化硅、氧化鋁和氧化鈰中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述研磨劑質(zhì)量百分比為O. I 10%。
9.如權(quán)利要求I或8所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述在拋光液中解離出銀離子的物質(zhì)為硫酸銀、硝酸銀、氟化銀和/或高氯酸銀的可溶性銀鹽。
10.如權(quán)利要求9所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述銀鹽質(zhì)量百分比為O.05 O. 3%。
11.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述在拋光液中解離出硫酸根離子的物質(zhì)為硫酸鹽。
12.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述硫酸鹽為非金屬硫酸鹽。
13.如權(quán)利要求12所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述硫酸鹽為硫酸銨。
14.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述氧化劑為過氧化氫。
15.如權(quán)利要求14所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述氧化劑質(zhì)量百分比為O.I 5%。
16.如權(quán)利要求15所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述氧化劑質(zhì)量百分比為I 2%。
17.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于還包括pH值調(diào)節(jié)劑。
18.如權(quán)利要求17所述的化學(xué)機械拋光液，其特征在于所述拋光液pH值為O.5 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利于拋光后清洗的鎢化學(xué)機械拋光液，其含有研磨劑、銀離子、硫酸根離子、氧化劑和季銨鹽陽離子表面活性劑。該拋光液具有非常高的鎢拋光速度，同時提高了化學(xué)機械拋光后硅片表面的清洗效果，降低了拋光液對鎢的靜態(tài)腐蝕，可以顯著降低芯片表面缺陷。
文檔編號C23F3/04GK102816529SQ20111015281
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者王晨, 何華鋒 申請人:安集微電子(上海)有限公司