專利名稱：一種拋光鎢的化學(xué)機(jī)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(jī)械拋光液，尤其涉及一種用于拋光鎢材料的化學(xué)機(jī)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，其中，由IBM公司在二十世紀(jì)80年代首創(chuàng)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)被認(rèn)為是目前全局平坦化的最有效的方法?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)是一種由化學(xué)作用、機(jī)械作用以及這兩種作用相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)平坦化的技術(shù)；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(jìn)行化學(xué)機(jī)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(yùn)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(jī)械和化學(xué)的雙重作用下實(shí)現(xiàn)全局平坦化。對金屬層化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的主要機(jī)制被認(rèn)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(jī)械去除，產(chǎn)生新的金屬表面；產(chǎn)生的新的金屬表面繼續(xù)被氧化，這兩種作用協(xié)同進(jìn)行。作為化學(xué)機(jī)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(qiáng)，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(kuò)散阻擋層。目前鎢的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，有多種方法，如F. B. Kaufman等報道的鐵氰化鉀用于鎢化學(xué)機(jī)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 US5340370 公開的一種用于鎢化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的漿料配方，其中含有鐵氰化鉀和氧化硅磨料，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(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US5527423公開的金屬層化學(xué)機(jī)械拋光液、美國專利US006008119A公開的半導(dǎo)體晶片拋光方法、以及美國專利US6^4151公開的鎢化學(xué)機(jī)械拋光漿料等均采用 Fe (NO3)3/氧化鋁體系用于鎢機(jī)械拋光(CMP)。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(qiáng)酸性，嚴(yán)重腐蝕設(shè)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(yán)重降低了半導(dǎo)體元器件的可靠性。美國專利5225034和美國專利53M490公開了將過氧化氫和硝酸銀共同使用作為氧化劑進(jìn)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(大于洲)，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(jìn)行鎢化學(xué)機(jī)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(shí)驗(yàn)證實(shí)顯著有效的只有鐵元素，因此該發(fā)明的實(shí)際實(shí)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^nton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(chǔ)上，加入有機(jī)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。由于鐵和雙氧水的體系中鎢的靜態(tài)腐蝕速度很快，直接影響到生產(chǎn)的良率，為此需要進(jìn)一步添加鎢的靜態(tài)腐蝕抑制劑。如中國專利CN1M6199C公開的包括鎢侵蝕抑制劑的拋光組合物、和CN1966594A公開的包括鎢侵蝕抑制劑的拋光組合物，均在雙氧水和鐵催化劑的體系中加入了鎢的侵蝕抑制劑，抑制鎢的腐蝕。以上專利在提高鎢的速度的同時，也提高了二氧化硅的拋光速度，但是卻降低了鎢和二氧化硅的拋光選擇比。因此，現(xiàn)在需要一種即能夠具有非常高的鎢拋光速度、同時又能提高鎢和二氧化硅的拋光選擇比的、拋光鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液，采用氣相法二氧化硅作為研磨劑與銀離子和硫酸根離子、過氧化物組合，以得到一種提高鎢和二氧化硅拋光速選擇比的拋光液。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是在保證非常高的鎢的拋光速度的同時，降低了二氧化硅的拋光速度，從而提高了鎢和二氧化硅的拋光選擇比。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
發(fā)明一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包括水、氣相法二氧化硅研磨劑、能產(chǎn)生銀離子的化合物、 能產(chǎn)生硫酸根離子的化合物、過氧化物。其中，所述氣相法二氧化硅研磨劑的質(zhì)量百分含量為0.廣10%，并優(yōu)選為0. 5 6% ； 所述氣相法二氧化硅研磨劑平均粒徑為10(Γ200納米(光散射法)。其中，所述能產(chǎn)生銀離子的化合物可以是硫酸銀、硝酸銀、氟化銀和/或高氯酸銀的可溶性銀鹽中的一種或多種，所述可溶性銀鹽的質(zhì)量百分比優(yōu)選為0. 059Γ0. 3%，最佳的質(zhì)量百分比為0. Γ0. 25%。其中，所述能產(chǎn)生硫酸根離子的化合物可以是硫酸鹽，較佳選擇為非金屬的硫酸鹽中的一種或多種；其中，所述非金屬硫酸鹽優(yōu)選為硫酸銨。所述硫酸鹽質(zhì)量百分比優(yōu)選為 0. 0059Γ1. %，并進(jìn)一步優(yōu)選為0. 1% 0. 5%O其中，所述過氧化物優(yōu)選為過氧化氫，其含量優(yōu)選為質(zhì)量百分比0.廣5%，最佳含量為質(zhì)量百分比11%。本發(fā)明拋光液還可以進(jìn)一步含有ρΗ調(diào)節(jié)劑；優(yōu)選地，本發(fā)明拋光液ρΗ值為 0. 5 5。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供一種拋光液，該拋光液具有非常高的鎢拋光速度，同時提高了鎢和二氧化硅的拋光選擇比。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種用于拋光鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液，包括水、氣相法二氧化硅研磨齊U、能產(chǎn)生銀離子的化合物、能產(chǎn)生硫酸根離子的化合物、過氧化物。其中，所述能產(chǎn)生銀離子的化合物可以是硫酸銀、硝酸銀、氟化銀和/或高氯酸銀的可溶性銀鹽中的一種或多種，銀鹽的質(zhì)量百分比優(yōu)選為0. 059Γ0. 3%，最佳的質(zhì)量百分比為 0. Γ0. 25%。其中，所述能產(chǎn)生硫酸根離子的化合物可以是硫酸鹽，較佳的來自于非金屬的硫酸鹽中的一種或多種；所述硫酸鹽質(zhì)量百分比優(yōu)選為0. 0059Tl%，并進(jìn)一步優(yōu)選為 0. 1% 0· 5%O上述能產(chǎn)生銀離子和硫酸根離子的化合物可以是同一種化合物，如硫酸銀。其中，所述氣相法二氧化硅研磨劑質(zhì)量百分含量優(yōu)選為0.廣10%，進(jìn)一步優(yōu)選為 0.5飛％。所述氣相法二氧化硅研磨劑平均粒徑優(yōu)選為10(Γ200納米(光散射法)。其中，本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光液還可以包括ρΗ調(diào)節(jié)劑，將所述拋光液的ρΗ值調(diào)節(jié)至 0. 5 5。下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明拋光鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液進(jìn)行詳細(xì)描述，以使更好的理解本發(fā)明，但下述實(shí)施例并不限制本發(fā)明范圍。實(shí)施例1
本發(fā)明拋光鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液，包括硝酸銀(提供銀離子)、硫酸銨(提供硫酸根離子)、雙氧水(過氧化氫)和氣相法二氧化硅研磨劑。各主要組分的質(zhì)量百分含量和PH值見表1。各組分在去離子水中，混合均勻，用ρΗ調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)拋光液的ρΗ值為2. 5。實(shí)施例2 5和11
參照實(shí)施例1，本發(fā)明實(shí)施例2飛和11化學(xué)機(jī)械拋光液主要組分質(zhì)量含量見表1。實(shí)施例6和10
參照實(shí)施例1，本發(fā)明實(shí)施例6和10化學(xué)機(jī)械拋光液采用硫酸鉀提供硫酸根離子，各主要組分質(zhì)量百分比見表1。實(shí)施例7
參照實(shí)施例1，本發(fā)明實(shí)施例7化學(xué)機(jī)械拋光液采用硫酸錳提供硫酸根離子，各主要組分質(zhì)量百分比見表1。實(shí)施例8 9
本發(fā)明實(shí)施例8和9采用硫酸銀同時提供銀離子和硫酸根離子，研磨劑采用氣相法二氧化硅，雙氧水為氧化劑。各組分在去離子水中混合均勻，加入PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ρΗ值。各主要組分質(zhì)量含量和拋光液ρΗ值見表1。對比例廣7
以硅溶膠為研磨劑，雙氧水為氧化劑，配制對比例廣7的化學(xué)機(jī)械拋光液。其中，對比例1不加入銀離子和硫酸根離子；對比例2在對比例1的基礎(chǔ)上加入硝酸銀提供銀離子；對比例3 7在對比例2的基礎(chǔ)上加入硫酸銨提供硫酸根離子。各組分在去離子水中混合均勻，加入pH值調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值，制備得到對比拋光液。對比例主要組分質(zhì)量百分比和拋光液pH值見表2。表1中，氣相法二氧化硅平均粒徑均由光散射法測得。
權(quán)利要求
1.一種拋光鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，包括水、氣相法二氧化硅研磨劑、能產(chǎn)生銀離子的化合物、能產(chǎn)生硫酸根離子的化合物、過氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述氣相法二氧化硅研磨劑質(zhì)量百分比為0.廣10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述氣相法二氧化硅研磨劑質(zhì)量百分比為0. 5 6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述氣相法二氧化硅研磨劑平均粒徑為100 200納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述能產(chǎn)生銀離子的化合物為硫酸銀、硝酸銀、氟化銀和/或高氯酸銀的可溶性銀鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述可溶性銀鹽的質(zhì)量百分比為 0. 05% 0· 3%ο
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述可溶性銀鹽的質(zhì)量百分比為 0. 1% 0· 25%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述能產(chǎn)生硫酸根離子的化合物為硫酸鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述硫酸鹽為非金屬硫酸鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述非金屬硫酸鹽為硫酸銨。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述硫酸鹽質(zhì)量百分比為 0.005% 1%。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其中，所述硫酸鹽質(zhì)量百分比為 0. 1% 0· 5%O
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述過氧化物為過氧化氫。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述過氧化氫質(zhì)量百分比為0.廣5%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述過氧化物質(zhì)量百分比為 11%。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液還包括PH調(diào)節(jié)劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液的 PH 值為 0. 5^5 ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，包括水、氣相法二氧化硅、銀離子、硫酸根離子、過氧化物。該拋光液具有非常高的鎢拋光速度，同時顯著提高了鎢和二氧化硅的拋光選擇比。
文檔編號C09G1/02GK102533121SQ20101060695
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者何華鋒, 王晨 申請人:安集微電子(上海)有限公司