[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钨的化学机械抛光液，具体涉及用一种含有银离子、硫酸根离子，氧化剂以及钨侵蚀抑制剂的化学机械抛光液。

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抛光(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。

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。

作为化学机械抛光(CMP)对象之一的金属钨，在高电流密度下，抗电子迁移能力强，并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。

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钨化学机械抛光的方法(″Chemical Mechanical Polishing for Fabricating Patterned W Metal Features as Chip Interconnects″，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0.1M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。

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。

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。

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。

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。但是由于有机酸的引入，使得抛光液pH值较低(通常低于2.7左右)，造成设备腐蚀。此外，含有硝酸铁的抛光液，pH值调节范围很窄。因为当pH值高于2.7时，硝酸铁会水解，生成氢氧化铁沉淀，造成抛光液失效，限制了其pH值调节能力。在环保上，由于有机酸的加入，提高了抛光废液中有机物含量(COD)，不利于环保。此外，氧化剂双氧水的稳定性问题仍然存在。虽然加入有机酸做为稳定剂，改善了双氧水的分解速率，但是其分解速率仍然较高，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。

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。

CN98809580.7在双氧水加铁的体系中用到的钨侵蚀抑制剂为：