[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

本发明提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、硝酸铁、有机酸，所述二氧化硅研磨颗粒表面带正电荷。本发明的化学机械抛光液，与含有有机膦酸的抛光液相比，胶体稳定性高。另外，本发明的抛光液中添加了氮化硅抛光速率抑制剂，在具有较高的钨抛光速率的前提下，适当抑制了氮化硅的抛光速率，满足了半导体生产中对抛光的要求。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种用于抛光钨的化学机械抛光液。

背景技术

化学机械抛光(CMP)是一种由化学作用、机械作用以及这两种作用相结合而实现平坦化的技术；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。

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

目前钨的化学机械抛光有多种方法如下：

美国专利US5527423公开的金属层化学机械抛光液、美国专利US006008119A公开的半导体晶片抛光方法、以及美国专利US6284151公开的钨化学机械抛光浆料等均采用Fe(NO3)3/氧化铝体系用于钨机械抛光(CMP)。该抛光体系在静态腐蚀速率(static etchrate)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。同时高含量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，高含量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US5958288公开的金属CMP抛光组合物采用硝酸铁用做催化剂，过氧化氢用做氧化剂，进行钨化学机械抛光，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US5980775公开金属CMP抛光浆料、和美国专利US6068787公开的抛光浆料在美国专利US5958288基础上，加入有机酸做稳定剂，降低了过氧化氢的分解速率，但是过氧化氢分解速率仍然较高，通常两周内双氧水含量会降低10％以上，造成抛光速率下降，抛光液逐渐分解失效。

上述专利的抛光液，虽然可以实现较高的钨抛光速率，但是依然存在稳定性差的问题。在实际的生产应用中，对抛光液的稳定性有较高的要求，因为，只有能够在较长时间内保持性能稳定的抛光液，才能作为商品出售，并具有一定的商业价值。

另一方面，在钨金属互联线的制作工艺中，如CN201310037708中所披露，由于钨金属互联线与钨栅极容易发生短路，因此需要引入氮化硅绝缘材料作为栅极，因而即便钨金属互联线进入栅极上方区域，也不会发生钨金属互联线与栅极短路的问题。因此，需要利用化学机械抛光液来对钨金属互联线栅极的氮化硅层进行平坦化，从而形成各层平坦的半导体器件。由于沉积氮化硅层厚度仅为500埃-1000埃，需要在化学机械抛光的过程中抑制氮化硅CMP抛光速率，以满足工业生产的需要。

美国专利US2007/013424公开了用羟基亚乙基-1,1-二膦酸来调节氮化硅速率的方法。但是，有机磷酸通常会破坏胶体稳定性，不能高倍浓缩。同时，增加有机磷酸用量会显著抑制钨的抛光速率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光液，通过使用表面带正电荷的二氧化硅研磨颗粒，并且向抛光液中加入氮化硅速率抑制剂，从而使抛光液具有良好的稳定性和较高的钨抛光速率的同时，能够适当抑制氮化硅的抛光速率。