专利名称：一种抛光钨的化学机械抛光液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光液，尤其涉及一种用于抛光钨材料的化学机械抛光液。
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，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。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。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。目前钨的化学机械抛光(CMP)，有多种方法，如F. B. Kaufman等报道的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 US5340370 公开的一种用于钨化学机械抛光(CMP)的浆料配方，其中含有铁氰化钾和氧化硅磨料，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US6^4151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 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和美国专利53M490公开了将过氧化氢和硝酸银共同使用作为氧化剂进行金属(铜)的抛光方法。但是在该类型方法中，硝酸银用量很大(大于洲)，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I^nton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，改善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。由于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。如中国专利CN1M6199C公开的包括钨侵蚀抑制剂的抛光组合物、和CN1966594A公开的包括钨侵蚀抑制剂的抛光组合物，均在双氧水和铁催化剂的体系中加入了钨的侵蚀抑制剂，抑制钨的腐蚀。以上专利在提高钨的速度的同时，也提高了二氧化硅的抛光速度，但是却降低了钨和二氧化硅的抛光选择比。因此，现在需要一种即能够具有非常高的钨抛光速度、同时又能提高钨和二氧化硅的抛光选择比的、抛光钨的化学机械抛光液。
发明内容
本发明提供了一种用于钨的化学机械抛光液，采用气相法二氧化硅作为研磨剂与银离子和硫酸根离子、过氧化物组合，以得到一种提高钨和二氧化硅抛光速选择比的抛光液。本发明解决的技术问题是在保证非常高的钨的抛光速度的同时，降低了二氧化硅的抛光速度，从而提高了钨和二氧化硅的抛光选择比。本发明的技术方案如下
发明一种化学机械抛光液，包括水、气相法二氧化硅研磨剂、能产生银离子的化合物、 能产生硫酸根离子的化合物、过氧化物。其中，所述气相法二氧化硅研磨剂的质量百分含量为0.广10%，并优选为0. 5 6% ； 所述气相法二氧化硅研磨剂平均粒径为10(Γ200纳米(光散射法)。其中，所述能产生银离子的化合物可以是硫酸银、硝酸银、氟化银和/或高氯酸银的可溶性银盐中的一种或多种，所述可溶性银盐的质量百分比优选为0. 059Γ0. 3%，最佳的质量百分比为0. Γ0. 25%。其中，所述能产生硫酸根离子的化合物可以是硫酸盐，较佳选择为非金属的硫酸盐中的一种或多种；其中，所述非金属硫酸盐优选为硫酸铵。所述硫酸盐质量百分比优选为 0. 0059Γ1. %，并进一步优选为0. 1% 0. 5%O其中，所述过氧化物优选为过氧化氢，其含量优选为质量百分比0.广5%，最佳含量为质量百分比11%。本发明抛光液还可以进一步含有ρΗ调节剂；优选地，本发明抛光液ρΗ值为 0. 5 5。本发明的积极进步效果在于本发明提供一种抛光液，该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时提高了钨和二氧化硅的抛光选择比。
具体实施例方式本发明提供了一种用于抛光钨的化学机械抛光液，包括水、气相法二氧化硅研磨齐U、能产生银离子的化合物、能产生硫酸根离子的化合物、过氧化物。其中，所述能产生银离子的化合物可以是硫酸银、硝酸银、氟化银和/或高氯酸银的可溶性银盐中的一种或多种，银盐的质量百分比优选为0. 059Γ0. 3%，最佳的质量百分比为 0. Γ0. 25%。其中，所述能产生硫酸根离子的化合物可以是硫酸盐，较佳的来自于非金属的硫酸盐中的一种或多种；所述硫酸盐质量百分比优选为0. 0059Tl%，并进一步优选为 0. 1% 0· 5%O上述能产生银离子和硫酸根离子的化合物可以是同一种化合物，如硫酸银。其中，所述气相法二氧化硅研磨剂质量百分含量优选为0.广10%，进一步优选为 0.5飞％。所述气相法二氧化硅研磨剂平均粒径优选为10(Γ200纳米(光散射法)。其中，本发明化学机械抛光液还可以包括ρΗ调节剂，将所述抛光液的ρΗ值调节至 0. 5 5。下面通过具体实施例对本发明抛光钨的化学机械抛光液进行详细描述，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。实施例1
本发明抛光钨的化学机械抛光液，包括硝酸银(提供银离子)、硫酸铵(提供硫酸根离子)、双氧水(过氧化氢)和气相法二氧化硅研磨剂。各主要组分的质量百分含量和PH值见表1。各组分在去离子水中，混合均勻，用ρΗ调节剂调节抛光液的ρΗ值为2. 5。实施例2 5和11
参照实施例1，本发明实施例2飞和11化学机械抛光液主要组分质量含量见表1。实施例6和10
参照实施例1，本发明实施例6和10化学机械抛光液采用硫酸钾提供硫酸根离子，各主要组分质量百分比见表1。实施例7
参照实施例1，本发明实施例7化学机械抛光液采用硫酸锰提供硫酸根离子，各主要组分质量百分比见表1。实施例8 9
本发明实施例8和9采用硫酸银同时提供银离子和硫酸根离子，研磨剂采用气相法二氧化硅，双氧水为氧化剂。各组分在去离子水中混合均勻，加入PH调节剂调节ρΗ值。各主要组分质量含量和抛光液ρΗ值见表1。对比例广7
以硅溶胶为研磨剂，双氧水为氧化剂，配制对比例广7的化学机械抛光液。其中，对比例1不加入银离子和硫酸根离子；对比例2在对比例1的基础上加入硝酸银提供银离子；对比例3 7在对比例2的基础上加入硫酸铵提供硫酸根离子。各组分在去离子水中混合均勻，加入pH值调节剂调节pH值，制备得到对比抛光液。对比例主要组分质量百分比和抛光液pH值见表2。表1中，气相法二氧化硅平均粒径均由光散射法测得。
权利要求
1.一种抛光钨的化学机械抛光液，其特征在于，包括水、气相法二氧化硅研磨剂、能产生银离子的化合物、能产生硫酸根离子的化合物、过氧化物。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述气相法二氧化硅研磨剂质量百分比为0.广10%。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述气相法二氧化硅研磨剂质量百分比为0. 5 6%。
4.根据权利要求1、2或3所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述气相法二氧化硅研磨剂平均粒径为100 200纳米。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述能产生银离子的化合物为硫酸银、硝酸银、氟化银和/或高氯酸银的可溶性银盐。
6.根据权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述可溶性银盐的质量百分比为 0. 05% 0· 3%ο
7.根据权利要求6所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述可溶性银盐的质量百分比为 0. 1% 0· 25%。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述能产生硫酸根离子的化合物为硫酸盐。
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述硫酸盐为非金属硫酸盐。
10.根据权利要求9所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述非金属硫酸盐为硫酸铵。
11.根据权利要求8所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述硫酸盐质量百分比为 0.005% 1%。
12.根据权利要求11所述的化学机械抛光液，其中，所述硫酸盐质量百分比为 0. 1% 0· 5%O
13.根据权利要求1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。
14.根据权利要求13所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述过氧化氢质量百分比为0.广5%。
15.根据权利要求14所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述过氧化物质量百分比为 11%。
16.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还包括PH调节剂。
17.根据权利要求16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 ο
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光液，包括水、气相法二氧化硅、银离子、硫酸根离子、过氧化物。该抛光液具有非常高的钨抛光速度，同时显著提高了钨和二氧化硅的抛光选择比。
文档编号C09G1/02GK102533121SQ20101060695
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者何华锋, 王晨 申请人:安集微电子(上海)有限公司