研磨液配制方法、研磨液以及金属钨的ＣＭＰ方法技术

本发明专利技术公开了一种配制研磨液的方法，将成品研磨液Ｗ２０００与水按照重量比１∶２至１∶４范围内的任意比例混合，并向混合物中添加浓度为３１％的过氧化氢水溶液，使得最终过氧化氢的质量浓度达到２．１５％。本发明专利技术还公开了一种金属钨的化学机械抛光方法以及一种研磨液。本发明专利技术提出的研磨液配制方法保持了最终研磨液中的过氧化氢的浓度与现有技术相同，同时一定程度上降低了成品研磨液Ｗ２０００的比例；该研磨液用于钨的化学机械抛光（ＣＭＰ）工艺中，在保持ＣＭＰ加工效果基本不变的前提下，使得Ｗ２０００的消耗量得到了降低，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造
，特别涉及一种研磨液配制方法、研磨 液以及金属钨的化学机械抛光方法。
技术介绍
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺就是在无尘室的大气 环境中，利用机械力对晶圆表面作用，在表面薄膜层产生断裂腐蚀的动力，使晶圆表面趋于 平坦化，以便进行后续的工艺步骤(如光刻)。而这部分必须籍由研磨液中的化学物质通过 反应来增加其蚀刻的效率。CMP制程中最重要的两大组件便是研磨液(slurry)和研磨垫 (platen) 0现有技术中，金属钨CMP的研磨液的主要成分是水，其次是以氧化剂，以及硅胶或 氧化铝(A1203)作为精细研磨颗粒。较为常用的氧化剂为过氧化氢(H202)。在CMP过程 中，过氧化氢与金属钨发生化学反应生成氧化钨(W03)。氧化钨的硬度小于金属钨，因而氧 化钨就被抛光移除了。研磨液在CMP工艺中不断被使用和更换而被称为消耗品。在半导体集成电路制造 工艺中，通常采用其他供应商提供的成品浓缩研磨液，将成品浓缩研磨液、水以及过氧化氢 按照一定比例混合后得到CMP过程中实际使用的研磨液。如果成品浓缩研磨液所占比例过 高，由于其价格非常昂贵，会显著地抬高半导体集成电路的生产成本；如果成品浓缩研磨液 所占比例过低，又使得CMP过程所需的时间大大增加，降低生产效率，也会提高生产成本。 因此半导体集成电路的生产商总会千方百计地寻找一个合适的成品浓缩研磨液与水的配 比关系。例如在金属钨CMP过程中，在研磨垫1和研磨垫2使用的成品浓缩研磨液为 W2000。W2000是卡伯特微电子(Cabot Microelectronics)公司出品的一种专用于钨CMP 的高纯非金属基研磨液，该研磨液具有超精细的研磨颗粒，可以有效避免对CMP加工器件 造成表面缺陷。在现有技术中，将W2000与水按照重量比1 1混合，并向混合物中添加浓 度为31%的过氧化氢水溶液，使得最终过氧化氢的质量浓度达到2. 15%。过氧化氢的浓度 计算公式为pHA ={Gha x31%)/(GH202 +Gs + GH2O)x\00%一种典型的配制研磨液的方式为将1000克的W2000与1000克的纯净水混合，并 向上述混合溶液中加入149. 05克浓度为31%的过氧化氢水溶液。根据上述公式计算得到 过氧化氢的浓度为(149. 05X31% )/(149. 05+1000+1000) = 2.15%。由于成品浓缩研磨液W2000的价格十分昂贵，半导体集成电路的生产商希望能找 到更加经济的研磨液配制方法，在CMP加工过程不受影响的前提下，所消耗的W2000更少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于，提出一种研磨液配制方法，可以在CMP加工过程与现有技术基本一致的情况下，大幅降低W2000的使用量。本专利技术实施例提出的一种配制研磨液的方法，将成品研磨液W2000与水按照重量 比1 2至1 4范围内的任意比例混合，并向混合物中添加浓度为31%的过氧化氢水溶 液，使得最终过氧化氢的质量浓度达到2. 15%。较佳地，所述方法包括将667克的W2000与1333克的纯净水混合，并向上述混合 溶液中加入149. 05克浓度为31%的过氧化氢水溶液。或者，所述方法包括将500克的W2000与1500克的纯净水混合，并向上述混合溶 液中加入149. 05克浓度为31%的过氧化氢水溶液。或者，所述方法包括将400克的W2000与1600克的纯净水混合，并向上述混合溶 液中加入149. 05克浓度为31%的过氧化氢水溶液。本专利技术的目的还在于，提出一种金属钨的化学机械抛光方法，可以在CMP加工过 程与现有技术基本一致的情况下，大幅降低W2000的使用量。所述金属钨的化学机械抛光 方法包括在研磨垫1和研磨垫2上对器件的金属钨薄膜进行研磨，在所述研磨垫1和/或 研磨垫2上使用前述任一种方法配制的研磨液。本专利技术的目的还在于，提出一种研磨液，所述研磨液采用如权利要求1至4任一种 方法配制而成。从以上技术方案可以看出，本专利技术提出的研磨液配制方法保持了最终研磨液中的 过氧化氢的浓度与现有技术相同，同时一定程度上降低了成品研磨液W2000的比例，在保 持CMP加工效果基本不变的前提下，使得W2000的消耗量得到了降低，节约了成本。附图说明图1为进行钨CMP处理的器件的截面示意图；图2为本专利技术实施例提出的一种配制研磨液的流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步 的详细阐述。图1为进行钨CMP处理的器件的截面示意图。101为绝缘层，102为在绝缘层上面 覆盖的金属钨薄膜，金属钨薄膜102的表面由于氧化作用形成一层由氧化钨构成的钝化膜 103。在研磨垫1以及研磨垫2上进行的CMP过程的机械化学作用机制如下步骤1 通过机械研磨的过程去除钝化膜103 ；步骤2 研磨液中的氧化剂与暴露出来的金属钨反应，生成氧化钨。主要反应过程 如下氧化过程金属钨失去6个电子，生成正6价的钨ff-6e — W6+还原过程过氧化氢得到2个电子，生成水和负二价氧H202+2e — H20+02_总的反应式为W+3H202— W03+3H20所生成的氧化钨附着在金属钨的表面，形成新的钝化膜。4步骤3 步骤1-2反复循环进行，使得金属钨薄膜逐渐平坦化。可以看出，钨的CMP过程中，过氧化氢对钨的氧化作用占主导地位，因此只要保持 研磨液中的过氧化氢浓度不变，就不会对钨的去除速率造成太大影响。因此可以在保持过 氧化氢浓度与现有技术一致的情况下，降低W2000的配比浓度。专利技术人通过对比实验发现，在保持过氧化氢的浓度为2. 15%的情况下，W2000与 水的质量配比在1 2至1 4之间时，钨的去除速率相对于现有技术均没有太大的改变。 本专利技术实施例提出的研磨液的配制流程如图2所示，包括如下步骤步骤201 将成品研磨液W2000与水按照重量比1 2至1 4范围内的任意比 例混合；步骤202 向所述混合物中添加浓度为31%的过氧化氢水溶液，使得最终过氧化 氢的质量浓度达到2. 15%。当W2000与水的质量配比为1 2时，一种典型的配制研磨液的方式为将667克的W2000与1333克的纯净水混合，并向上述混合溶液中加入149. 05克 浓度为31%的过氧化氢水溶液。当W2000与水的质量配比为1 3时，一种典型的配制研磨液的方式为将500克的W2000与1500克的纯净水混合，并向上述混合溶液中加入149. 05克 浓度为31%的过氧化氢水溶液。当W2000与水的质量配比为1 4时，一种典型的配制研磨液的方式为将400克的W2000与1600克的纯净水混合，并向上述混合溶液中加入149. 05克 浓度为31%的过氧化氢水溶液。专利技术人将W2000与水的质量配比为1 3得到的研磨液与现有技术中的W2000与 水的质量配比为1 1的研磨液分别研磨相同的样品，得到钨的去除速率的平均值分别为 3496埃/分钟和3507埃/分钟，可以看出去除速率的差距约为0. 3%，而研磨液的费用却 仅为原先的一半。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精 神和原则之内所作的任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配制研磨液的方法，将成品研磨液Ｗ２０００与水按照重量比１∶２至１∶４范围内的任意比例混合，并向混合物中添加浓度为３１％的过氧化氢水溶液，使得最终过氧化氢的质量浓度达到２．１５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘继岗，彭澎，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]