[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液。

背景技术

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研磨(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。

化学机械研磨(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。当进行化学机械研磨时，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。

对金属层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。作为CMP(化学机械研磨)对象之一的金属钨，在高电流密度下，抗电子迁移好，不形成小丘，应力低，而且能够与硅形成很好的欧姆接触，所以可作为接触窗及介层洞的填充金属及扩散阻挡层。

针对钨的CMP，常用的氧化剂主要有含铁金属的盐类，碘酸盐、双氧水等。

1991年，F.B.Kaufman等报道了铁氰化钾用于钨的CMP技术(″Chemical Mechanical Polishing for Fabricating Patterned W Metal Features asChip Interconnects″，Journal of the Electrochemical Society，Vol.138，No.11，November 1991)。美国专利5340370公开了一种用于钨CMP的配方，其中含有0.1M铁氰化钾，5％氧化硅，同时含有醋酸盐作为pH缓冲剂。美国专利5527423，6008119，6284151等公开了Fe(NO₃)₃、氧化铝体系进行钨的CMP方法。其中，在上述专利中铁离子的浓度较高，如美国专利5527423所用Fe(NO₃)₃浓度5％。由于铁离子有生成氧化物的倾向，所以，含大量铁离子的研磨液对CMP机台存在着严重的污染问题。同时，大量铁离子的存在也会对抛光介质造成离子沾污，改变绝缘层的性质，降低器件的可靠度。美国专利5980775，5958288，6068787公开了用铁离子作催化剂、双氧水作氧化剂进行钨CMP方法。在这种催化机制中，仍然有200ppm左右铁离子的存在。美国专利5783489和6316366公开了用双氧水和过硫酸盐双氧化剂组合的，且pH值范围是2～8的含有有机酸的研磨液，但是用于含Ti、Al介质的抛光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种能显著提高钨去除速率的化学机械抛光液。

本发明提供了一种化学机械抛光液，其含有研磨颗粒、过氧化氢、过硫酸盐和水；所述的化学机械抛光液的pH为9～12。

本发明中，所述的过氧化氢的含量较佳的为1～10％，更佳的为5～10％，百分比为质量百分比。

本发明中，所述的过硫酸盐可以是过硫酸的金属盐，也可以是非金属盐，较佳的是过硫酸钾或过硫酸铵，更佳的是过硫酸铵。当选用过硫酸盐的非金属盐时，减少了化学机械抛光液中的金属离子含量，可以有效的降低金属离子的玷污。过硫酸盐的含量较佳的为0.1～5％，更佳的为1～5％，百分比为质量百分比。

本发明的化学机械抛光液是通过氧化剂组合，即过氧化氢和过硫酸盐，二者在pH为9～12的碱性条件下的协同作用来显著提高钨的研磨速率的。

本发明中，所述的研磨颗粒可为本领域常用研磨颗粒，较佳的为SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂、SiC、Fe₂O₃、TiO₂、Si₃N₄磨料颗粒中的一种或多种，更佳的为SiO₂磨料颗粒。磨料颗粒的粒径大小较佳的为30～200nm。磨料颗粒含量较佳的为1～20％，更佳的为5～10％，百分比为质量百分比。

本发明所述的水较佳的为去离子水，用水补足至100％；百分比为质量百分比。

本发明中，所述的化学机械抛光液还可以含有阳离子表面活性剂和/或过氧化物稳定剂。