專利名稱：用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于微電子領(lǐng)域的拋光液，特別涉及一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液。
背景技術(shù)：
目前，超大規(guī)模集成電路的布線層數(shù)在不斷增加，每一層都要求全局平面化，化學(xué)機(jī)械拋光是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局平面化的方法。CMP的研究工作過(guò)去主要集中在美國(guó)以SEMTECH為主的聯(lián)合體，在它的推動(dòng)下CMP技術(shù)最早于1994年首先在美國(guó)進(jìn)入工藝線應(yīng)用。隨后，日本于1995年初也開(kāi)始將CMP工藝引入其0.5μm工藝線的氧化膜平面化工藝，1996年開(kāi)始用于鎢的平面化工藝，現(xiàn)已發(fā)展到全球，如歐洲的聯(lián)合體JESSI，法國(guó)研究公司LETI和CNET，德國(guó)的FRALDHOFER研究所，亞洲的韓國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也在加速研究與開(kāi)發(fā)，并呈現(xiàn)出高競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)頭。鎢CMP的技術(shù)存在一系列的復(fù)雜化學(xué)和機(jī)械的作用，有許多影響參數(shù)如壓力與溫度，pH值等，涉及到金屬物理，固體物理，材料學(xué)和微電子技術(shù)等多種學(xué)科，還存在著許多亟待解決的理論問(wèn)題。在化學(xué)機(jī)械拋光中，拋光液對(duì)拋光速率和拋光效果起著重要的作用，拋光液的配比一直作為商業(yè)機(jī)密而不被公開(kāi)。目前，世界知名大公司如Cabot、Rohm and Haas所生產(chǎn)的鎢拋光液為酸性。如Cabot公司的Semi-Sperse W2000鎢拋光液，pH值在2.1-2.9之間；Rohm and Haas的MSW2000系列，pH值為3.9；這些拋光液以硬度較高的三氧化二鋁為磨料。酸性拋光液的拋光機(jī)理是以強(qiáng)機(jī)械作用，先用硬度很高的三氧化二鋁研磨再酸化溶解的方法。為了提高高低選擇比在溶液中加入苯本三唑(BTA)增膜劑，在凹處形成單分子膜，當(dāng)凸處去除時(shí)凹處受膜阻以提高高低選擇比。但工藝過(guò)程復(fù)雜，速率低，屑粒容易返回重新吸附在表面。然而酸性拋光液腐蝕設(shè)備，容易引起金屬離子沾污；以三氧化二鋁作為磨料，由于三氧化鋁硬度大，容易造成劃傷；且其粘滯性強(qiáng)，后續(xù)難以清洗。以二氧化硅水溶膠為磨料，在高pH值下不穩(wěn)定，而pH值大于12.5時(shí)會(huì)發(fā)生硅溶膠的溶解。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光的要求也在不斷提高。由于堿性環(huán)境適合微電子生產(chǎn)的環(huán)境，因此研究開(kāi)發(fā)堿性拋光液以適應(yīng)微電子行業(yè)的迅速發(fā)展，是該領(lǐng)域亟待解決的難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種高pH值下、以強(qiáng)螯合、絡(luò)合作用提高拋光速率，不含金屬離子，不需加入增膜劑，易清洗、減少對(duì)設(shè)備的腐蝕及對(duì)環(huán)境的污染，且降低生產(chǎn)成本的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的實(shí)施方式如下一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于拋光液的組分重量％如下磨料 50-90， 乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺) 0.5-5，氧化劑0.5-4， 表面活性劑 0.1-10，去離子水 余量；將上述各組分逐級(jí)混合，攪拌均勻即可。
所述的磨料為硅溶膠，粒徑為15nm-100nm，分散度在±5％之間，濃度為20％-50％。
所述的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可以作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子。
所述的表面活性劑是非離子界面活性劑，選擇加入FA/O表面活性劑、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)的一種。
所述的氧化劑是堿性介質(zhì)下可溶的、不含金屬離子的過(guò)氧化物，選擇加入過(guò)氧化氫或過(guò)氧焦磷酸。
所述的拋光液pH值為9-13。
對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明中各組分的作用為以納米級(jí)二氧化硅為磨料，其硬度較小，分布均勻，可以解決鋁磨料的劃傷性問(wèn)題；且流動(dòng)性好、無(wú)沉淀、拋光后產(chǎn)物粘度小，后續(xù)清洗簡(jiǎn)單；且二氧化硅磨料無(wú)毒、無(wú)污染，是理想的磨料。
乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)在拋光液中作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑及螯合劑。由于其不含金屬離子，由它取代一般堿性拋光液常用的強(qiáng)堿如氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)，從而可以避免堿金屬離子在拋光過(guò)程進(jìn)入襯底中所引起的器件局部穿通、漏電流增大等效應(yīng)。在以硅溶膠為磨料的拋光液中，強(qiáng)電解質(zhì)金屬離子還會(huì)使硅溶膠凝膠，使拋光液報(bào)廢。而不含金屬離子的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可有效解決上述問(wèn)題且硅溶膠在乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)不會(huì)溶解。同時(shí)乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)還可作為pH值緩沖劑，即當(dāng)拋光液局部pH值發(fā)生變化時(shí)，可以迅速釋放本身的羥基，使拋光液保持穩(wěn)定的pH值，提高漿料的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明采用乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可以和金屬離子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，起到螯合劑的作用。
表面活性劑在鎢拋光中起著非常重要的作用。它影響著拋光液的分散性、顆粒吸附后清洗難易程度以及金屬離子沾污等問(wèn)題。選擇適當(dāng)?shù)幕钚詣┎粌H可以提高質(zhì)量傳遞速率，以提高平整度；而且能降低表面張力，降低損傷層厚度，減少損傷霧，還可以優(yōu)先吸附，形成長(zhǎng)期易清洗的物理吸附表面，以改善表面狀態(tài)。
氧化劑在拋光過(guò)程中可以將鎢表面氧化成較軟的氧化層，這樣，在磨料的磨除作用下，能較容易的剝離下來(lái)，這樣可以提高拋光速率。同時(shí)，在晶片的凹凸不平的凹處，氧化物將其保護(hù)起來(lái)，凸處則被磨料磨除掉，可以提高拋光過(guò)程的高低選擇比。同時(shí)，在凸處存在的壓力可以使被氧化的鎢表面容易和乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)優(yōu)先發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶于水的鹽，而低處壓力小則不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣可以進(jìn)一步提高高低選擇比。這樣，氧化劑和乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)就可以提高高低選擇性而不用在加入BTA，節(jié)省成本。就鎢拋光液現(xiàn)常用氧化劑有K3[Fe(CN)6]、Fe(NO3)3、KIO3和雙氧水等。K3Fe(CN)6、Fe(NO3)3會(huì)引入Fe3+，KIO3會(huì)引入K+，形成離子沾污，影響器件性能，而且K3Fe(CN)6還有劇毒，對(duì)應(yīng)用于生產(chǎn)極為不利，并且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。本發(fā)明采用的氧化劑不含金屬離子，不會(huì)引起金屬離子沾污；使得反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)污染，易于清洗。
本發(fā)明的有益效果是1.將現(xiàn)在通用的酸性拋光液改為堿性，這樣可以減少對(duì)設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低對(duì)環(huán)境的污染。
2.有效的解決三氧化二鋁為磨料時(shí)引起的劃傷及后清洗困難的問(wèn)題，提高產(chǎn)品的成品率；后清洗簡(jiǎn)單，可降低后清洗中的費(fèi)用。
3.解決了硅溶膠在高pH值下不穩(wěn)定的問(wèn)題。
4.通過(guò)選用不含金屬離子的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)及氧化劑，可以減少金屬離子沾污；同時(shí)乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)的螯合作用，能顯著降低拋光后表面的金屬離子污染，提高器件的可靠性。
5.配方簡(jiǎn)單合理、制備工藝簡(jiǎn)捷，降低成本價(jià)格；一劑多用，應(yīng)用廣泛。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
詳述如下實(shí)施例1配制1000g拋光液取磨料硅溶膠900g，其粒徑為15nm-100nm，分散度在±5％之間，濃度為20％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)5g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為9-13；FA/O非離子活性劑5g，過(guò)氧化氫5g，去離子水為余量85g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。氧化劑是堿性介質(zhì)下可溶的、不含金屬離子的過(guò)氧化物；磨料的加入量視硅溶膠的濃度選擇配比，可用去離子水調(diào)節(jié)，制備條件寬松，拋光效果顯著。
實(shí)施例2配制1000g拋光液取磨料硅溶膠800g，粒徑為15nm-20nm，分散度在±5％之間，濃度為30％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)20g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為12.5；表面活性劑聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)100g，過(guò)氧化氫10g，去離子水為余量70g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例3配制1000g拋光液取磨料硅溶膠700g，粒徑為80-100nm，分散度在±5％之間，濃度為35％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)45g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為13；表面活性劑OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)40g，過(guò)氧化氫20g，去離子水為余量195g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例4配制1000g拋光液取磨料硅溶膠600g，粒徑為15nm-40nm，分散度在±5％之間，濃度為40％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)50g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為11.5；表面活性劑OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)50g，過(guò)氧化氫30g，去離子水為余量270g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例5配制1000g拋光液取磨料硅溶膠500g，粒徑為15nm-30nm，分散度在±5％之間，濃度為50％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)50g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為9；表面活性劑O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)1g，過(guò)氧焦磷酸40g，去離子水為余量409g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實(shí)施例1。
上述參照實(shí)施例對(duì)用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說(shuō)明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于拋光液的組分重量％如下磨料 50-90，乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺) 0.5-5，氧化劑0.5-4，表面活性劑 0.1-10，去離子水 余量；將上述各組分逐級(jí)混合，攪拌均勻即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的磨料為硅溶膠，粒徑為15nm-100nm，分散度在±5％之間，濃度為20％-50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可以作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的表面活性劑是非離子界面活性劑，選擇加入FA/O表面活性劑、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的氧化劑是堿性介質(zhì)下可溶的、不含金屬離子的過(guò)氧化物，選擇加入過(guò)氧化氫或過(guò)氧焦磷酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的拋光液pH值為9-13。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于拋光液的組分重量％如下磨料50－90，乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺) 0.5－5，氧化劑0.5－4，表面活性劑0.1－10，去離子水余量。將上述各組分逐級(jí)混合，攪拌均勻即可。磨料為硅溶膠，其加入量視硅溶膠的濃度選擇配比。該拋光液中以乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，以不含金屬離子的過(guò)氧化物為氧化劑，對(duì)拋光設(shè)備無(wú)腐蝕，后清洗簡(jiǎn)單；可有效降低金屬離子沾污，拋光表面效果好，從而提高器件的可靠性。該拋光液污染小、利于環(huán)保，成本低、應(yīng)用廣泛。
文檔編號(hào)C09G1/18GK1858130SQ20061001397
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者劉玉嶺, 賈英茜 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)