一种化学机械抛光液 |
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| 申请号 | CN201010564124.4 | 申请日 | 2010-11-26 | 公开(公告)号 | CN102477258B | 公开(公告)日 | 2015-05-27 |
| 申请人 | 安集微电子(上海)有限公司; | 发明人 | 王晨; 何华锋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种化学机械 抛光 液 ，包括 水 ， 研磨 剂， 银 离子、 硫酸 根离子、过 氧 化物以及 表面活性剂 。该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时显著降低了芯片表面 缺陷 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种化学机械抛光液在降低芯片表面缺陷上的应用，所述化学机械抛光液由水，研磨剂，银离子，硫酸根离子，过氧化物以及表面活性剂组成，且所述的表面活性剂选自L-酪氨酸，L-组氨酸，L-脯氨酸，L-丝氨酸，L-色氨酸，L-赖氨酸，L-精氨酸，L-苏氨酸，L-谷氨酸。 |
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| 说明书全文 | 一种化学机械抛光液技术领域背景技术[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。 [0006] 钨的化学机械抛光(CMP)，有多种方法： [0007] 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 Featuresas Chip Interconnects″，Journal of the Electro chemical Society，Vol.138，No.11，1991年11月)。 [0008] 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0.1M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。 [0009] 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，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可靠性。 [0010] 美国专利5225034，美国专利5354490公开了将过氧化氢和硝酸银共同使用，用做氧化剂进行金属(铜)的抛光方法。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，研磨剂不稳定、容易沉淀，双氧水快速分解等问题。 [0011] 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。需要注意的是：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。因此该发明的实际实施效果和范围很有限。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。 [0012] 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。 [0013] 铁和双氧水的体系中钨的静态腐蚀速度很快，直接影响到生产的良率，为此需要进一步添加钨的静态腐蚀抑制剂。 [0014] CN98809580.7和CN200610077360.7在双氧水加铁的体系中加入了钨的侵蚀抑制剂，抑制钨的腐蚀。 [0015] 以上抛光液存在一个共性的问题是：抛光后，研磨剂以及抛光副产物会或多或少黏附在芯片表面，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多少，直接影响到post-CMP clean的清洗效率和难度。 [0016] 本发明提供一种抛光液，该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时显著降低了芯片表面缺陷。显著提高产品的良率。 发明内容[0017] 本发明解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，从而提供一种新的抛光液，该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时显著降低了芯片表面缺陷。 [0018] 本发明的技术方案如下： [0020] 所述研磨剂含量为质量百分比0.1～10％。所述银离子来自于硫酸银、硝酸银、氟化银和/或高氯酸银的可溶性银盐，银盐的重量百分比为0.05％～0.3％。所述硫酸根离子来自于硫酸盐，较佳的来自于非金属的硫酸盐。所述非金属硫酸盐为硫酸铵。所述过氧化物为过氧化氢，含量为质量百分比0.1～5％，较佳的为质量百分比1～2％。 [0021] 所述的表面活性剂为两性表面活性剂，该两性表面活性剂为氨基酸，优选组氨酸和/或酪氨酸。该两性表面活性剂含量为20ppm～500ppm。 [0022] 本发明抛光液进一步含有pH调节剂，本发明抛光液pH值为0.5～5。 [0023] 本发明的积极进步效果在于： [0026] 图2为对比例8的抛光效果图，芯片在光学显微镜下暗场照片，白色亮点为研磨剂以及抛光副产物残留。 具体实施方式[0027] 制备实施例 [0028] 表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例1～16及对比例1～9的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用pH调节剂调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。 [0029] 表1本发明的化学机械抛光液实施例1～16及对比例1～9的配方 [0030] [0031] [0032] 效果实施例1 [0033] 抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，polytex抛光垫，4cm×4cm正方形晶圆(Wafer)，研磨压力4psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/分钟。 [0034] 表2用于钨抛光的实施例1～4及对比例1～9 [0035] [0036] [0037] 对比例1表明：只有双氧水存在时，钨的抛光速度很低。 [0038] 对比例2表明：双氧水和硝酸银组合，钨的抛光速度很低。 [0039] 对比例3～9表明：在有硫酸根的存在下，银离子、硫酸根和双氧水的组合，能显著提高钨的抛光速度，但是芯片表面黏附研磨剂以及抛光副产物很多。 [0040] 实施例1～4表明：本发明的抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时显著降低了芯片表面缺陷(芯片表面黏附研磨剂以及抛光副产物)。 [0041] 参见附图1，芯片在光学显微镜下暗场照片，芯片表面看不到研磨剂以及抛光副产物残留；参见附图2，芯片在光学显微镜下暗场照片，白色亮点为研磨剂以及抛光副产物残留。 |
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