一种化学机械抛光液的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于铜钨合金的化学机械抛光液，其含有水、研磨颗粒、银离子、硫酸根离子、铜腐蚀抑制剂和氧化剂。本发明的抛光液可以在实现铜钨合金高速抛光速度的同时，显著抑制铜表面的腐蚀。
【专利说明】一种化学机械抛光液
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学机械抛光液，更具体地说，涉及用于铜钨合金的抛光液。
【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，其中，由IBM公司在二十世纪80年代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)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。
[0003]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；产生的新的金属表面继续被氧化，这两种作用协同进行。
[0004]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。铜作为导线，被广泛应用于现在的铜互联结构中。铜钨合金是一种用于微电子领域的新型材料，既有铜的良好导热性，又有钨的很低的热膨胀系数，用作微电路衬底。
[0005]对于钨材料的抛光:
[0006]1991年，F.B.Kaufman等报道了铁氰化钾用于鹤化学机械抛光的方法("Chemical Mechanical Polishing for Fabricating Patterned W Metal Features asChip Interconnects"，Journal of the Electro chemical Society,Vol.138,N0.11,1991年11月)。
[0007]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，5wt%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。
[0008]美国专利5527423，美国专利6008119和美国专利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 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。
[0009]美国专利5225034,美国专利5354490首次公开了将过氧化氢和金属共同使用，用做氧化剂进行金属的抛光方法。但是这种抛光方法，对金属铜的表面没有任何保护，表面腐蚀严重。[0010]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。该发明由于铁离子的存在，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。同时这种配方，对金属的表面没有保护，铜表面腐蚀严重。
[0011]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。但是过氧化氢的分解速度仍然很快，同样存在对金属铜的表面没有保护，铜表面腐蚀严重的问题。
[0012]中国专利申请201010606954公开了用二氧化硅、银离子、硫酸根离子、过氧化物
进行钨抛光的方法，该方法对钨具有很高的抛光速度，该体系同样存在对金属铜的表面没有保护，铜表面腐蚀严重的问题。
[0013]在铜钨合金的抛光过程中，抛光液会同时接触到铜钨合金、铜线，在更复杂的制程中也有可能会接触到金属钨。因此需要一种抛光液，对铜钨合金具有较高的抛光速度，同时对铜既有高的抛光速度，又要有很好的保护。但是，在上述的抛光液中都没有解决这一问题。
【发明内容】
[0014]本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种化学机械抛光液，可以在保证很高的铜、钨、铜钨合金的抛光速度下，同时对铜的表面没有腐蚀。
[0015]本发明的抛光液含 有水、研磨颗粒、银离子、硫酸根离子、铜腐蚀抑制剂和氧化剂。
[0016]在本发明中，所述研磨颗粒为二氧化硅和/或氧化铝。
[0017]在本发明中，所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.l_20wt%，优选地，所述研磨颗粒的质量百分比浓度为l_5wt%
[0018]在本发明中，所述银离子来自含银离子的无机盐。
[0019]在本发明中，所述含银离子的无机盐为硝酸银、硫酸银、氟化银和/或高氯酸银。
[0020]在本发明中，所述含银离子的无机盐的质量百分比浓度为0.01-0.5wt%。优选地，所述含银离子的无机盐的质量百分比浓度为0.05-0.2wt%。
[0021 ] 在本发明中，所述无机盐为硝酸银。
[0022]在本发明中，所述硫酸根离子来自无机硫酸盐。
[0023]在本发明中，所述无机硫酸盐为硫酸铵盐、钾盐、钠盐和/或硫酸季铵盐。
[0024]在本发明中，所述无机硫酸盐的质量百分比为0.05-lwt%o优选地，所述无机硫酸盐的质量百分比为0.1-0.5wt%。
[0025]在本发明中，所述铜腐蚀抑制剂选自唑类和/或能吸附在铜表面的表面活性剂。
[0026]在本发明中，所述唑类铜腐蚀抑制剂为三氮唑、苯并三氮唑和/或其衍生物。
[0027]在本发明中，所述唑类腐蚀抑制剂为TAZ和/或BTA。
[0028]在本发明中，所述表面活性剂为含聚氧乙烯醚长链的表面活性剂。
[0029]在本发明中，所述含聚氧乙烯醚长链的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚。
[0030]在本发明中，所述铜腐蚀抑制剂的质量百分比浓度为0.05-0.2wt%。
[0031 ] 在本发明中，所述氧化剂选自无机过氧化物。
[0032]在本发明中，所述无机过氧化物为双氧水和/或单过硫酸钾。[0033]在本发明中，所述过氧化物为双氧水。
[0034]在本发明中，所述无机过氧化物的质量百分比浓度为0.5_6wt%。优选地，所述无机过氧化物的质量百分比浓度为l_4wt%。
[0035]在本发明中，所述抛光液的PH为值2~5。
[0036]上述任一抛光液可应用在铜钨合金的抛光中。
[0037]本发明的技术效果在于:
[0038]1、可以在保证很高的铜、钨、铜钨合金的抛光速度下，同时对铜的表面没有腐蚀；
[0039]2、本发明的抛光液体系中不含催化双氧水分解的铁离子，因此，含银离子的体系对双氧水的稳定性远远优于含铁体系。(在同样的浓度条件下，含铁体系，双氧水一周内至少降解10%，含银体系双氧水不分解)。因此，配方用于生产，更稳定。
【具体实施方式】
[0040]本发明所用试剂及原料均市售可得。本发明的清洗液由上述成分简单均匀混合即可制得。
[0041]制备实施例
[0042]下面通过具体实施例，对本发明抛光液进行详细的介绍和说明，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
[0043]表1给出了本发明实施例1飞以及对比抛光液主要组分及其质量百分含量，按表中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用PH调节剂(硝酸或氢氧化钾)调到所需PH值，即可制得化学机械抛光液。
[0044]表1:本发明实施例1-6以及对比例1-2的配方表
[0045]
【权利要求】
1.一种化学机械抛光液，其含有水、研磨颗粒、银离子、硫酸根离子、铜腐蚀抑制剂和氧化剂。
2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒为二氧化硅和/或氧化招。
3.根据权利要求2所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的质量百分比浓度为0.l-20wt%o
4.根据权利要求3所述的抛光液，其特征在于:所述研磨颗粒的质量百分比浓度为l-5wt%
5.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述银离子来自含银离子的无机盐。
6.根据权利要求5所述的抛光液，其特征在于:所述含银离子的无机盐为硝酸银、硫酸银、氟化银和/或高氯酸银。
7.根据权利要求5所述的抛光液，其特征在于:所述含银离子的无机盐的质量百分比浓度为 0.01-0.5wt%。
8.根据权利要求7所述的抛光液，其特征在于:所述含银离子的无机盐的质量百分比浓度为 0.05_0.2wt%。
9.根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于:所述无机盐为硝酸银。
10.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述硫酸根离子来自无机硫酸盐。
11.根据权利要求10所述的抛光液，其特征在于:所述无机硫酸盐为硫酸铵盐、钾盐、钠盐和/或硫酸季铵盐。
12.根据权利要求11所述的抛光液，其特征在于:所述无机硫酸盐的质量百分比为0.05-lwt%o
13.根据权利要求12所述的抛光液，其特征在于:所述无机硫酸盐的质量百分比为0.1-0.5wt%0
14.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂选自唑类和/或能吸附在铜表面的表面活性剂。
15.根据权利要求14所述的抛光液，其特征在于:所述唑类铜腐蚀抑制剂为三氮唑、苯并三氮唑和/或其衍生物。
16.根据权利要求15所述的抛光液，其特征在于:所述唑类腐蚀抑制剂为TAZ和/或BTA。
17.根据权利要求14所述的抛光液，其特征在于:所述表面活性剂为含聚氧乙烯醚长链的表面活性剂。
18.根据权利要求17所述的抛光液，其特征在于:所述含聚氧乙烯醚长链的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚。
19.根据权利要求14所述的抛光液，其特征在于:所述铜腐蚀抑制剂的质量百分比浓度为 0.05_0.2wt%。
20.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述氧化剂选自无机过氧化物。
21.根据权利要求20所述的抛光液，其特征在于:所述无机过氧化物为双氧水和/或单过硫酸钾。
22.根据权利要求21所述的抛光液，其特征在于:所述过氧化物为双氧水。
23.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述无机过氧化物的质量百分比浓度为 0.5_6wt%。
24.根据权利要求23所述的抛光液，其特征在于:所述无机过氧化物的质量百分比浓度为 l_4wt%。
25.根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于:所述抛光液的PH为值2~5。
26.根据权利要求 1-25任一项所述的抛光液在铜钨合金中的应用。
【文档编号】C23F3/06GK103774150SQ201210411192
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】王晨, 何华锋 申请人:安集微电子（上海）有限公司