专利名称：一种化学机械抛光液的制作方法
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. IM 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!^e (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i^enton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2，3，5-三甲基吡嗪、蝰喔啉、哒嗪、卩比嗪；还原的谷胱甘肽、噻吩、巯基N-氧吡啶、 盐酸硫胺、四乙基二硫化四烷基秋兰姆；异硬脂酰基乙基亚氨基鐺，氢氧化十六烷基三甲基铵、2-十七烷基-4-乙基-2-噁唑啉-4-甲醇、氯化三辛基甲基铵、4，4_ 二甲基噁唑啉、氢氧化四丁基铵、十二烷基胺、氢氧化四甲基铵和其组合；甘氨酸，氨基丙基甲硅烷醇、氨基丙基硅氧烷，或氨基丙基甲硅烷醇和氨基丙基硅氧烷的混合物。CN200610077360. 7在双氧水加铁的体系中用到的钨侵蚀抑制剂为含氮的杂环，形成烷基铵离子的化合物、氨基烷基、氨基酸或其组合；含氮官能团的杂环、硫化物、烷基铵离子；2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯、组氨酸和其组合； 2-巯基苯并咪唑、胱氨酸胺、及其混合物；形成烷基铵离子的化合物；天然存在的氨基酸、 合成的氨基酸和其混合物。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供新的抛光液，显著提高钨的化学机械抛光速度，同时显著降低钨的静态腐蚀速度(static etch rate)。本发明的技术方案如下一种化学机械抛光液，包括水，研磨剂，能侵蚀钨的化合物，和至少一种钨侵蚀抑制剂，其中钨侵蚀抑制剂选自含有双键的酰胺。钨侵蚀抑制剂为丙烯酰胺，含量为质量百分比0. 01% 0. 5%。能侵蚀钨的化合物为一种或一种以上的氧化剂。该氧化剂为过氧化物，优选过氧化氢。过氧化氢含量为质量百分比0.广5%，优选为广2%。能侵蚀钨的化合物还进一步包含能显著提高钨抛光速度的添加剂，该添加剂含有银离子和硫酸根离子。所述的银离子来自于银盐，优选氟化银、高氯酸银、硫酸银，硝酸银。 所述的银盐重量百分比0. 05%、. 3%。
硫酸根离子来自于硫酸盐，优选非金属的硫酸盐，非金属硫酸盐优选硫酸铵。硫酸银其自身既可以提供银离子，也能提供硫酸根离子，但是单一使用硫酸银存在一个技术限制是银离子和硫酸根离子的摩尔比是固定的，而实际上，这种比例是需要可调的，例如需要硫酸根的量大于银离子的量，这些过量的硫酸根可以由其他的硫酸盐提供， 例如硫酸铵、硫酸钾。所述的抛光液进一步含有pH调节剂。抛光液的pH值为0. 5 5。本发明提供了一种不同于以上各方法的、新型的钨的化学机械抛光液。本发明和上述专利CN98809580. 7，CN200610077360. 7的主要区别在于1)物质类别不同本发明采用含双键的酰胺(丙烯酰胺)用作钨侵蚀抑制剂，丙烯酰胺是酰胺类物质，并且是含有一个双键的酰胺，结构上不同于上述两篇专利。2)体系不同，本发明的体系是双氧水加银离子的体系，上述两篇专利是含有双氧水加铁离子的体系。本发明和上述5 篇美国专利:5225034, 5354490, 5980775,6068787 以及 5958288 的主要区别是1)它们都没有采用含有本发明所用的丙烯酰胺；2)它们都没有发现、也不能推断出双氧水、银离子和硫酸根的组合对提高钨的抛光作用具有非常奇特的作用，这种组合对提高钨的抛光速度的效果是出乎意料的。在美国专利5980775,6068787以及595拟88的1 - 抛光体系中，由于铁会和过氧化氢之间产生i^enton反应，过氧化氢会迅速分解，因此必须加入有机络合剂络合铁离子，抑制这一分解过程。而在本发明的体系中，由于没有i^nton反应，不需要加稳定剂，过氧化氢也能长期保持非常稳定。
图1 实施例6和传统1 - 的化学机械抛光液中过氧化氢的分解速度示意图。
具体实施例方式制备实施例表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例广18及对比例广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勻，用PH调节剂调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。表1本发明的化学机械抛光液实施例广16及对比例广9的配方
权利要求
1.一种化学机械抛光液，其包括水，研磨剂，能侵蚀钨的化合物，和至少一种钨侵蚀抑制剂，其中所述钨侵蚀抑制剂为含有双键的酰胺。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述钨侵蚀抑制剂为丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述钨侵蚀抑制剂含量为质量百分比0. 01% 0. 5%。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述能侵蚀钨的化合物包括至少一种氧化剂。
5.根据权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化物。
6.根据权利要求5所述的所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述过氧化物为过氧化氢。
7.根据权利要求6所述的所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述过氧化氢含量为质量百分比0.广5%。
8.根据权利要求7所述的所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述过氧化氢含量为质量百分比广2%。
9.根据权利要求4所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述能侵蚀钨的化合物进一步包含提高钨抛光速度的添加剂。
10.根据权利要求9所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述添加剂含有银离子和硫酸根离子。
11.根据权利要求10所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述银离子来自于银盐。
12.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述银离子来自于氟化银、 高氯酸银、硫酸银或硝酸银。
13.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，其中，所述银盐重量百分比为0.05% 0. 3%。
14.根据权利要求10所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述硫酸根离子来自于硫酸盐。
15.根据权利要求14所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述硫酸根离子来自于非金属的硫酸盐。
16.根据权利要求15所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述非金属硫酸盐为硫酸铵。
17.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的化学机械抛光液进一步含有PH调节剂。
18.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述的化学机械抛光液的PH 值为0. 5 5。
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光液，包括水，研磨剂，能侵蚀钨的化合物，和至少一种钨侵蚀抑制剂，其中钨侵蚀抑制剂选自含有双键的酰胺。该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时具有非常低的钨静态腐蚀速度(staticetch rate)。
文档编号C09G1/02GK102344760SQ20101024659
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者何华锋, 王晨 申请人:安集微电子(上海)有限公司