一种抛光钨的化学机械抛光液制造技术

本发明专利技术公开了一种化学机械抛光液，其含有硅溶胶和气相法二氧化硅混合而成的研磨剂、银离子、硫酸根离子、过氧化物。该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时具有可调的钨/二氧化硅选择比，可以显著降低了芯片表面缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种具有高速钨抛光速率的化学机械抛光液。
技术介绍
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。对金属层化学机械抛光(CMP)的主要机制被认为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，即化学机械抛光(CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。 CMP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一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆液被滴到抛光垫上，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。集成电路内部结构的金属互联是通过多层互联来实现的，每层金属层之间会有绝缘层，通常是二氧化硅。不同层之间的金属的连结通过via(通路)来实现，这些via(通路)通常由鹤(tungsten via)构成。在鹤与绝缘层之间,通常会有粘接层(adhesion layer),常用的粘结层材料是TiN或者Ti。在实际加工过程中，用etch(蚀刻)的办法，在层间绝缘层(ILD)中形成via(通路)，抵达需要连结的导线或器件，然后在绝缘层(ILD)和via(通路)的表面形成很薄的粘接层(adhesion layer),接着,via(通路)中填充鹤(tungsten),最后，上层多余的钨用化学机械抛光的方法除去。通过这种方法形成钨栓塞(tungstenplugs)。对于钨的化学机械抛光(CMP)，有多种方法1991年,F. B. Kaufman等报道了铁氰化钾用于鹤化学机械抛光的方法(“ChemicalMechanical Polishing for Fabricating Patterned W MetalFeatures as ChipInterconnects”，Journal of the Electro chemical Society, Vol. 138, No. 11,1991年11月)；美国专利5340370公开了一种用于钨化学机械抛光(CMP)的配方，其中含有0. IM铁氰化钾，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。美国专利5527423，美国专利6008119，美国专利6284151等公开了将Fe (NO3) 3，氧化铝体系用于钨机械抛光(CMP)的方法。该抛光体系在产品缺陷(defect)方面存在显著不足。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。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可靠性。美国专利5958288公开了将硝酸铁用做催化剂，过氧化氢用做氧化剂，进行钨化学机械抛光的方法。由于铁离子的存在，和双氧水之间发生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。美国专利5980775和美国专利6068787在美国专利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，但是过氧化氢分解速率仍然较高，通常两周内双氧水浓度会降低10%以上，造成抛光速度下降，抛光液逐渐分解失效。中国专利98809580. 7和200610077360. 7在双氧水加铁的体系中加入了钨的侵蚀抑制剂，抑制鹤的腐蚀。 但是在抛光过程中，对金属层和对绝缘层的抛光速度的比值会有要求，称之为选择比。当选择比太低时(绝缘层抛光速度和金属层抛光速度都很快)，绝缘层失去了阻挡作用，会造成抛光芯片的厚度不合格。当选择比太高时(绝缘层抛光速度慢，金属抛光速度快)，在过抛(over-polish)时,绝缘层抛不动,而接触到抛光液的金属不断被抛光液化学腐蚀，这样，在金属区，容易形成蝶形缺陷(dishing)和金属凹陷(recess)。 在CMP过程中，另一种不希望的现象是侵蚀(erosion),侵蚀(erosion)是绝缘层表面和密集金属区域(vias or trenches)表面高度高低不平的现象。密集金属区域(viasor trenches)的抛光速度通常会比周围的绝缘层更快,严重的侵蚀现象(erosion)在芯片加工过程中是不能接受的。随着半导体技术不断向更小尺寸发展，对芯片表面全局平坦化的要求越来越高，尤其在45纳米或更小的技术节点之后，抛光液必须在具备较高抛光速度的同时，具备适中的金属/绝缘层的选择比，来保证抛光厚度、低侵蚀(erosion)、低蝶形缺陷(dishing)和低金属凹陷(recess)。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能够高速抛光钨的化学机械抛光液，通过银离子与硫酸根离子的组合，并采用硅溶胶和气相法二氧化硅的混合研磨剂，很好的解决了调节钨/ 二氧化硅抛光选择比的问题。本专利技术抛光钨的化学机械抛光液，组分主要包括研磨剂、氧化剂、在抛光液中能够电离出银离子的物质(以下又称银离子)、抛光液中能够电离出硫酸根离子的物质(以下又称硫酸根离子)。在本专利技术中，所述研磨剂优选为硅溶胶和气相法二氧化硅混合研磨剂；所述研磨剂中硅溶胶与气相法二氧化硅质量比优选为0. I I. 5 0. I 3 ;更优选地，所述硅溶胶在抛光液中质量百分比为0. I I. 5%,最优选为0. 5 1% ;所述气相法二氧化娃在抛光液中质量百分比为0. I 3%，最优选为I 2%。在本专利技术中，所述能够电离出银离子的物质可以是硫酸银、硝酸银、氟化银和高氯酸银可溶性银盐中的一种或任意几种的组合物，优选地，所述银盐在抛光液中质量百分比为 0. 05% 0. 3%。在本专利技术中，能够电离出硫酸根离子的物质为硫酸盐，如硫酸钠、硫酸钾；优选地，所述硫酸盐为非金属硫酸盐，更优选为硫酸铵。在本专利技术中，所述氧化剂为过氧化物，优选为过氧化氢，其在抛光液中质量百分比优选为0. 5 5%。根据需要，本专利技术抛光液还可以包括pH值调节剂；所述抛光液pH值优选为O. 5 5。本专利技术抛光液具有较高的钨抛光速率，并且具有良好的钨和二氧化硅去除选择性，同时本专利技术抛光液体系稳定性更好。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术抛光液进行详细介绍和说明，以使更好的理解本专利技术，但是，下述实施例并不限制本专利技术保护范围。表I给出了本专利技术抛光液以及对比抛光液主要组分及其含量，按表中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用PH调节剂(硝酸或氢氧化钾)调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。抛光条件8英寸工业抛光机台(Mirra)，抛光压力3. 8psi，抛光液流量100mL/min0表I,本专利技术抛光液实施例I 7以及对比例I 6主要组分及其质量百分含量 研磨齐 银离子组分硫酸根组分~~ 氧化剂序号硅溶气相二pH值 物质wt% 物质wt%物质wt% 胶氧化硅对比例14O硝酸银Ol硫酸钱02双氧水2Z5对比例22O硝酸银θ 硫酸按02双氧水2Ζ5~对比例305O硝酸银01硫酸铵02双氧水2 Ι~对比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光钨的化学机械抛光液，其特征在于：所述抛光液包括研磨剂、氧化剂、在抛光液中能够电离出银离子的物质和抛光液中能够电离出硫酸根离子的物质，其中，所述研磨剂为硅溶胶和气相法二氧化硅混合研磨剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，何华锋，
申请(专利权)人：安集微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：