專利名稱：：一種化學(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。
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。二十世紀(jì)80年代，由IBM公司首創(chuàng)的化學(xué)機(jī)械研磨(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)械研磨(CMP)由化學(xué)作用、機(jī)械作用以及這兩種作用結(jié)合而成。它通常由一個(gè)帶有拋光墊的研磨臺(tái)，及一個(gè)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)械研磨時(shí)，研磨頭在拋光墊上線性移動(dòng)或是沿著與研磨臺(tái)一樣的運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，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(duì)金屬層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)生新的金屬表面繼續(xù)被氧化，這兩種作用協(xié)同進(jìn)行。作為CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)對(duì)象之一的金屬鎢，在高電流密度下，抗電子遷移好，不形成小丘，應(yīng)力低，而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。針對(duì)鎢的CMP，常用的氧化劑主要有含鐵金屬的鹽類，碘酸鹽、雙氧水等。1991年，F(xiàn).B.Kaufman等報(bào)道了鐵氰化鉀用于鴇的CMP技術(shù)(〃ChemicalMechanicalPolishingforFabricatingPatternedWMetalFeaturesasChipInterconnects"JournaloftheElectrochemicalSociety,Vol.138，No.11，November1991)。美國(guó)專利5340370公開了一種用于鴇CMP的配方，其中含有O.謹(jǐn)鐵氰化鉀，5%氧化硅，同時(shí)含有醋酸鹽作為pH緩沖劑。美國(guó)專利5527423,6008119,6284151等公開了Fe(N03)3、氧化鋁體系進(jìn)行鎢的CMP方法。其中，在上述專利中鐵離子的濃度較高，如美國(guó)專利5527423所用Fe(N03)3濃度5%。由于鐵離子有生成氧化物的傾向，所以，含大量鐵離子的研磨液對(duì)CMP機(jī)臺(tái)存在著嚴(yán)重的污染問題。同時(shí)，大量鐵離子的存在也會(huì)對(duì)拋光介質(zhì)造成離子沾污，改變絕緣層的性質(zhì)，降低器件的可靠度。美國(guó)專利5980775，5958288，6068787公開了用鐵離子作催化劑、雙氧水作氧化劑進(jìn)行鎢CMP方法。在這種催化機(jī)制中，仍然有200ppm左右鐵離子的存在。美國(guó)專利5783489和6316366公開了用雙氧水和過硫酸鹽雙氧化劑組合的，且pH值范圍是28的含有有機(jī)酸的研磨液，但是用于含Ti、Al介質(zhì)的拋光。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種能顯著提高鎢去除速率的化學(xué)機(jī)械拋光液。本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有研磨顆粒、過氧化氫、過硫酸鹽和水；所述的化學(xué)機(jī)械拋光液的pH為912。本發(fā)明中，所述的過氧化氫的含量較佳的為110%，更佳的為510%，百分比為質(zhì)量百分比。本發(fā)明中，所述的過硫酸鹽可以是過硫酸的金屬鹽，也可以是非金屬鹽，較佳的是過硫酸鉀或過硫酸銨，更佳的是過硫酸銨。當(dāng)選用過硫酸鹽的非金屬鹽時(shí)，減少了化學(xué)機(jī)械拋光液中的金屬離子含量，可以有效的降低金屬離子的玷污。過硫酸鹽的含量較佳的為0.15%，更佳的為15%，百分比為質(zhì)量百分比。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液是通過氧化劑組合，即過氧化氫和過硫酸鹽，二者在pH為912的堿性條件下的協(xié)同作用來顯著提高鎢的研磨速率的。本發(fā)明中，所述的研磨顆?？蔀楸绢I(lǐng)域常用研磨顆粒，較佳的為Si02、Al203、Zr02、Ce02、SiC、Fe^、Ti02、Si^磨料顆粒中的一種或多種，更佳的為Si02磨料顆粒。磨料顆粒的粒徑大小較佳的為30200nm。磨料顆粒含量較佳的為120%，更佳的為510%，百分比為質(zhì)量百分比。本發(fā)明所述的水較佳的為去離子水，用水補(bǔ)足至100%;百分比為質(zhì)量百分比。本發(fā)明中，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液還可以含有陽離子表面活性劑和/或過氧化物穩(wěn)定劑。其中，所述的陽離子表面活性劑的作用是有效抑制對(duì)二氧化硅介質(zhì)層的研磨速率，從而提高化學(xué)機(jī)械拋光液對(duì)鎢和二氧化硅的選擇比。所述的陽離子表面活性劑較佳的選自胺鹽型和/或季銨鹽型表面活性劑，更佳的為季銨鹽型陽離子表面活性劑。其中，季銨鹽型表面活性劑優(yōu)選十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基二甲基芐基季銨氯化物和聚季銨鹽_6(二甲基二丙烯氯化銨均聚物，粘度500025000cpS/25°C)中的一種或多種；胺鹽型表面活性劑優(yōu)選雙十八烷基胺鹽酸鹽和/或十八烷基胺鹽酸鹽。所述的陽離子表面活性劑含量較佳的為0.011%，百分比為質(zhì)量百分比。其中，所述的過氧化物穩(wěn)定劑是本領(lǐng)域常規(guī)的過氧化物穩(wěn)定劑，用于穩(wěn)定體系中的過氧化物，較佳的是尿素。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液中還可以添加本領(lǐng)域常規(guī)添加的輔助性助劑，如粘度調(diào)節(jié)劑、緩蝕劑和殺菌劑等。本發(fā)明中的化學(xué)機(jī)械拋光液的pH較佳的是912，更佳的是1012。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液由下述方法制得將上述成分簡(jiǎn)單均勻混合，再用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)拋光液PH至所需值。所述的pH調(diào)節(jié)劑較佳的是氨、氫氧化鉀和季銨堿中的一種或多種。所述的季銨堿的氮原子上的取代基較佳的為碳原子數(shù)14的烷基中的一種或多種，更佳的為甲基、乙基、丙基和丁基中的一種或多種，最優(yōu)選氫氧化四甲銨(TMAH)。當(dāng)pH調(diào)節(jié)劑選用氫氧化四甲銨和/或氨為調(diào)節(jié)劑時(shí)，減少了化學(xué)機(jī)械拋光液中的金屬離子含量，可以有效的降低金屬離子的玷污。本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于1、本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液通過過氧化氫和過硫酸鹽在堿性條件下的協(xié)同作用，使其具有顯著提高的鎢的去除速率。2、在本發(fā)明一較佳的實(shí)施例中，加入了陽離子表面活性劑，抑制了二氧化硅的去除速率，從而提高了拋光液對(duì)鎢和二氧化硅的選擇比。3、在本發(fā)明一較佳的實(shí)施例中，采用過硫酸鹽的非金屬鹽，采用氫氧化四甲銨或氨為pH調(diào)節(jié)劑，使得拋光液中不含金屬離子，從而實(shí)現(xiàn)拋光過程中完全消除金屬離子的污染。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例18表1給出了本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液實(shí)施例18的配方，按表1中所列組分及其含量，簡(jiǎn)單混合均勻，用去離子水補(bǔ)足拋光液含量至質(zhì)量百分比100%，再用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)拋光液PH至所列值，即制得各化學(xué)機(jī)械拋光液。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>效果實(shí)施例1堿性條件下過氧化氫和過硫酸銨之間的協(xié)同作用對(duì)去除速率的影響拋光條件為拋光機(jī)臺(tái)為L(zhǎng)ogitech(英國(guó))lPM52型，12英寸politex拋光墊，4cm*4cm正方形Wafer,研磨壓力4psi，研磨臺(tái)轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分鐘，研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分鐘，拋光液滴加速度100ml/min。實(shí)施例911的拋光液和對(duì)比實(shí)施例16配方見表2。按表2中所列組分及其含量，簡(jiǎn)單混合均勻，用去離子水補(bǔ)足拋光液含量至質(zhì)量百分比100%，再用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)劑拋光液PH至所列值，即制得各化學(xué)機(jī)械拋光液。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2說明過氧化氫和過硫酸銨之間存在協(xié)同作用(大于各單獨(dú)組分鎢去除速率簡(jiǎn)單之和)，可以顯著提高鴇去除速率(A/min)。效果實(shí)施例2加入過氧化物穩(wěn)定劑對(duì)去除速率的影響拋光條件為拋光機(jī)臺(tái)為L(zhǎng)ogitech(英國(guó))lPM52型，12英寸politex拋光墊，4cm*4cm正方形Wafer,研磨壓力4psi，研磨臺(tái)轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分鐘，研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分鐘，拋光液滴加速度100ml/min。實(shí)施例12的拋光液配方見表3。按表3中所列組分及其含量，簡(jiǎn)單混合均勻，用去離子水補(bǔ)足拋光液含量至質(zhì)量百分比100%，再用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)劑拋光液pH至所列值，即制得化學(xué)機(jī)械拋光液。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3中的實(shí)施例12同表2實(shí)施例11的對(duì)比表明加入過氧化物穩(wěn)定劑(尿素)之后，對(duì)拋光性能沒有明顯影響。效果實(shí)施例3加入表面活性劑后，對(duì)抑制二氧化硅介質(zhì)層的研磨速率和鎢/Si02選擇比的影響拋光條件為拋光機(jī)臺(tái)為L(zhǎng)ogitech(英國(guó))1PM52型，12英寸politex拋光墊，4cm*4cm正方形Wafer,研磨壓力4psi，研磨臺(tái)轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分鐘，研磨頭自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分鐘，拋光液滴加速度100ml/min。實(shí)施例1318的拋光液和對(duì)比實(shí)施例78配方見表4。按表4中所列組分及其含量，簡(jiǎn)單混合均勻，用去離子水補(bǔ)足拋光液含量至質(zhì)量百分比100%，即制得各化學(xué)機(jī)械拋光液。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4中的實(shí)施例1318同實(shí)施例78的對(duì)比表明在加入表面活性劑后，可以有效抑制Si02(TE0S)去除速率，提高鎢/Si02選擇比。權(quán)利要求一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于其含有研磨顆粒、過氧化氫、過硫酸鹽和水，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液的pH為9～12。2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的過氧化氫的含量為110%，百分比為質(zhì)量百分比。3.如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的過氧化氫的含量為510%，百分比為質(zhì)量百分比。4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的過硫酸鹽為過硫酸鉀或過硫酸銨。5.如權(quán)利要求l所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的過硫酸鹽的含量為0.15%，百分比為質(zhì)量百分比。6.如權(quán)利要求5所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的過硫酸鹽的含量為15%，百分比為質(zhì)量百分比。7.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的研磨顆粒為Si02、A1203、Zr02、Ce02、SiC、Fe203、Ti02、Si3N4磨料顆粒中的一種或多種。8.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的研磨顆粒的粒徑大小為30200nm。9.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的研磨顆粒的含量為120%，百分比為質(zhì)量百分比。10.如權(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)械拋光液還含有陽離子表面活性劑、過氧化物穩(wěn)定劑和pH調(diào)節(jié)劑中的一種或多種。11.如權(quán)利要求IO所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的陽離子表面活性劑為胺鹽型和/或季銨鹽型陽離子表面活性劑；所述的過氧化物穩(wěn)定劑是尿素；所述的pH調(diào)節(jié)劑為氨、氫氧化鉀和季銨堿中的一種或多種。12.如權(quán)利要求11所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基二甲基芐基季銨氯化物、聚季銨鹽_6、雙十八烷基胺鹽酸鹽和十八烷基胺鹽酸鹽中的一種或多種；所述的PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化四甲銨。13.如權(quán)利要求10所述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其特征在于所述的陽離子表面活性劑的含量為0.011%，百分比為質(zhì)量百分比。14.如權(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)械拋光液的pH為1012。全文摘要本發(fā)明公開了一種化學(xué)機(jī)械拋光液，其含有研磨顆粒、過氧化氫、過硫酸鹽和水，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液的pH為9～12。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液具有較高的鎢的去除速率。文檔編號(hào)C09G1/02GK101724346SQ200810201029公開日2010年6月9日申請(qǐng)日期2008年10月10日優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日發(fā)明者楊春曉,王晨申請(qǐng)人:安集微電子(上海)有限公司