一种化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术提供一种化学机械抛光液，包括：水、研磨颗粒，钨的抛光促进剂、过氧化物稳定剂、过氧化物以及直链聚丙烯酸或其盐。本发明专利技术的抛光液可以有效降低芯片的表面缺陷，显著提高产品的良率，同时具有优异的钨的抛光速度。同时具有优异的钨的抛光速度。

【技术实现步骤摘要】
一种化学机械抛光液


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光液领域，尤其涉及一种钨的化学机械抛光液。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互连层的不断增加，导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。
[0003]化学机械抛光(CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台相同的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆液滴到抛光垫上，并因离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。金属层化学机械抛光(CMP)的主要机制是：氧化剂先将金属表面氧化成膜，以二氧化硅和氧化铝为代表的研磨剂将该层氧化膜机械去除，产生新的金属表面继续被氧化，这两种作用协同进行。
[0004]作为化学机械抛光(CMP)对象之一的金属钨，在高电流密度下，抗电子迁移能力强，并且能够与硅产生很好的欧姆接触，所以可作为接触窗及介层洞的填充金属及扩散阻挡层。
[0005]钨的化学机械抛光(CMP)，有多种方法：1991年，F.B.Kaufman等报道了铁氰化钾用于钨化学机械抛光的方法("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)。US 5340370公开了一种用于钨的化学机械抛光(CMP)的配方，其中含有0.1M铁氰化钾，5％氧化硅，同时含有作为pH缓冲剂的醋酸盐。由于铁氰化钾在紫外光或日光照射下，以及在酸性介质中，会分解出剧毒的氢氰酸，因而限制了其广泛使用。US 5527423、US 6008119，US 6284151等公开了将Fe(NO3)3，氧化铝体系用于钨的机械抛光(CMP)的技术方案，该抛光体系在静态腐蚀速率(static etch rate)方面具有优势，但是由于采用氧化铝作为研磨剂，产品缺陷(defect)方面存在明显的不足。同时高浓度的硝酸铁使得抛光液的pH值呈强酸性，严重腐蚀设备，同时，生成铁锈，污染抛光垫。除此之外，高浓度的铁离子作为可移动的金属离子，严重降低了半导体元器件的稳定性。
[0006]US 5225034，US 5354490公开的技术方案中，将过氧化氢和硝酸银共同使用，用做氧化剂进行对金属(铜)进行抛光。但是在该类型方法中，硝酸银用量很大(大于2％)，造成抛光液成本过高，同时出现研磨剂不稳定、容易沉淀，双氧水快速分解等问题。US5958288公开了将硝酸铁用做催化剂，过氧化氢用做氧化剂，进行钨的化学机械抛光的方法，但是，在该专利中，提到了多种过渡金属元素，被实验证实显著有效的只有铁元素。因此该专利技术的实际实施效果和范围十分有限。该方法虽然大幅度降低了硝酸铁的用量，但是由于铁离子仍然存在，和双氧水之间发生芬顿(Fenton)反应，双氧水会迅速、并且剧烈地分解失效，因此
该抛光液存在稳定性差的问题。US 5980775以及US 6068787在US 5958288基础上，加入有机酸做稳定剂，改善了过氧化氢的分解速率，但是抛光后研磨颗粒和副产物在芯片表面很难清洗，存在造成缺陷的风险。CN98809580.7和CN200610077360.7公开了一种抛光液，在双氧水和铁的体系中加入了钨的侵蚀抑制剂，抑制钨的腐蚀。
[0007]上述抛光液存在一个共性的问题：抛光后，研磨剂以及抛光副产物会黏附在芯片表面，造成表面缺陷，需要进一步进行表面清洗(post-CMP clean)。因此，抛光后芯片表面黏附研磨剂以及抛光副产物的含量，直接影响到post-CMP clean的清洗效率和难度。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供一种化学机械抛光液，该抛光液能够显著降低芯片的表面缺陷，显著提高产品的良率，同时具有比较高的钨的抛光速度。
[0009]具体的，本专利技术提供一种化学机械抛光液，包括：水、研磨颗粒、钨的抛光促进剂、过氧化物、过氧化物稳定剂以及直链聚丙烯酸或其盐。
[0010]本专利技术中，所述研磨颗粒选自硅溶胶、气相二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锆中的一种或多种。所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.1～15％，优选的，研磨颗粒的质量百分比浓度为0.2～7％。
[0011]本专利技术中，所述钨的抛光促进剂来自于可溶性银盐、铁盐中的一种或者多种，可溶性银盐选自硫酸银、硝酸银、氟化银、高氯酸银的一种或者多种，所述铁盐为硝酸铁。钨的抛光促进剂的质量百分比浓度为0.001％～0.3％。
[0012]本专利技术中，所述过氧化物为过氧化氢，过氧化物的质量百分比浓度为0.1～6％。
[0013]本专利技术中，所述过氧化物稳定剂选自丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、邻苯二甲酸中的一种或多种，优选为丙二酸。
[0014]优选的，所述过氧化物稳定剂的质量百分比浓度为0.0005～1％。
[0015]本专利技术中，所述直链聚丙烯酸或其盐的数均分子量为2000～500000。直链聚丙烯酸或其盐的质量百分比浓度为0.001％～0.3％，优选的，直链聚丙烯酸或其盐的质量百分比浓度为0.01％～0.1％。
[0016]本专利技术中，优选的，所述化学机械抛光液含有pH调节剂，化学机械抛光液的pH值为0.5～5。
[0017]本专利技术提供的化学机械抛光液，通过添加直链聚丙烯酸及其盐，能够显著降低芯片清洗后的表面缺陷，同时抛光液具有优异的钨的抛光速度。
具体实施方式
[0018]下面通过具体实施例，详细阐述本专利技术的优势。
[0019]表1给出了本专利技术的化学机械抛光液对比例1～7及实施例1～22的组分、含量以及抛光液的pH值。
[0020]按表1中所列组分及其含量进行配比，在去离子水中混合均匀，用pH调节剂调节至所需的pH值，即可制得相应的化学机械抛光液。
[0021]表1本专利技术对比例1～7及实施例1～22的组分、含量以及抛光液pH值
[0022][0023][0024][0025]上表中PAA:直链聚丙烯酸，PAAS：直链聚丙烯酸钠盐。
[0026]随后使用实施例1～17与对比例1～7的抛光液对钨材料进行抛光，并测量抛光后晶圆表面的缺陷。具体抛光条件为：抛光机台为AMAT(美国)LK型，IC1010抛光垫，12英寸晶圆(Wafer)，研磨压力3.0psi，研磨台转速110转/分钟，研磨头自转转速104转/分钟，抛光液滴加速度200ml/min。Surface SP2表面缺陷扫描仪对抛光后的晶圆表面缺陷进行扫描，得到晶圆表面的缺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学机械抛光液，其特征在于，包括：水、研磨颗粒、钨的抛光促进剂、过氧化物、过氧化物稳定剂以及直链聚丙烯酸或其盐。2.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于：所述研磨颗粒选自硅溶胶、气相二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锆中的一种或多种。3.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.1～15％。4.如权利要求3所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.2～7％。5.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述钨的抛光促进剂选自可溶性银盐、铁盐中的一种或多种。6.如权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述可溶性银盐选自硫酸银、硝酸银、氟化银、高氯酸银的一种或多种。7.如权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述铁盐为硝酸铁。8.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述钨的抛光促进剂的质量百分比浓度为0.001％～0.3％。9.如权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述过氧化物为过氧化氢。10.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何华锋，王晨，郁夏盈，李星，史经深，孙金涛，
申请(专利权)人：安集微电子科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：