專利名稱：一種鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域，具體涉及一種鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路互連層的不斷增加，導(dǎo)電層和絕緣介質(zhì)層的平坦化技術(shù)變得尤為關(guān)鍵。二十世紀(jì)80年代，由IBM公司首創(chuàng)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)被認(rèn)為是目前全局平坦化的最有效的方法?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)由化學(xué)作用、機(jī)械作用以及這兩種作用結(jié)合而成。它通常由一個(gè)帶有拋光墊的研磨臺(tái)，及一個(gè)用于承載芯片的研磨頭組成。其中研磨頭固定住芯片，然后將芯片的正面壓在拋光墊上。當(dāng)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，研磨頭在拋光墊上線性移動(dòng)或是沿著與研磨臺(tái)一樣的運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，含有研磨劑的漿液被滴到拋光墊上，并因離心作用平鋪在拋光墊上。芯片表面在機(jī)械和化學(xué)的雙重作用下實(shí)現(xiàn)全局平坦化。對(duì)金屬層化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的主要機(jī)制被認(rèn)為是氧化劑先將金屬表面氧化成膜，以二氧化硅和氧化鋁為代表的研磨劑將該層氧化膜機(jī)械去除，產(chǎn)生新的金屬表面繼續(xù)被氧化，這兩種作用協(xié)同進(jìn)行。作為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)對(duì)象之一的金屬鎢，在高電流密度下，抗電子遷移能力強(qiáng)，并且能夠與硅形成很好的歐姆接觸，所以可作為接觸窗及介層洞的填充金屬及擴(kuò)散阻擋層。鎢的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，有多種方法1991年，F(xiàn). B. Kaufman等報(bào)道了鐵氰化鉀用于鎢化學(xué)機(jī)械拋光的方法 (〃 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)。美國專利5340370公開了一種用于鎢化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的配方，其中含有0. IM 鐵氰化鉀，5%氧化硅，同時(shí)含有作為pH緩沖劑的醋酸鹽。由于鐵氰化鉀在紫外光或日光照射下，以及在酸性介質(zhì)中，會(huì)分解出劇毒的氫氰酸，因而限制了其廣泛使用。美國專利5527423，美國專利6008119，美國專利6284151等公開了將!^e (NO3) 3，氧化鋁體系用于鎢機(jī)械拋光(CMP)的方法。該拋光體系在靜態(tài)腐蝕速率(static etch rate) 方面具有優(yōu)勢，但是由于采用氧化鋁作為研磨劑，產(chǎn)品缺陷(defect)方面存在顯著不足。 同時(shí)高濃度的硝酸鐵使得拋光液的PH值呈強(qiáng)酸性，嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，同時(shí)，生成鐵銹，污染拋光墊。除此之外，高濃度的鐵離子作為可移動(dòng)的金屬離子，嚴(yán)重降低了半導(dǎo)體元器件的可靠性。美國專利5225034，美國專利5354490公開了將過氧化氫和硝酸銀共同使用，用做氧化劑進(jìn)行金屬銅的拋光方法。但是在該類型方法中，硝酸銀用量很大(大于2%)，造成拋光液成本過高，研磨劑不穩(wěn)定、容易沉淀，雙氧水快速分解等問題。美國專利5958288公開了將硝酸鐵用做催化劑，過氧化氫用做氧化劑，進(jìn)行鎢化
4學(xué)機(jī)械拋光的方法。需要注意的是在該專利中，提到了多種過渡金屬元素，被實(shí)驗(yàn)證實(shí)顯著有效的只有鐵元素。因此該發(fā)明的實(shí)際實(shí)施效果和范圍很有限。該方法雖然大幅度降低了硝酸鐵的用量，但是由于鐵離子仍然存在，和雙氧水之間發(fā)生i^enton反應(yīng)，雙氧水會(huì)迅速、并且劇烈地分解失效，因此該拋光液存在穩(wěn)定性差的問題。美國專利5980775和美國專利6068787在美國專利5958288基礎(chǔ)上，加入有機(jī)酸做穩(wěn)定劑，一定程度上改善了過氧化氫的分解速率。但是其分解速率仍然較高，通常兩周內(nèi)雙氧水濃度會(huì)降低10%以上，造成拋光速度下降，拋光液逐漸分解失效。歐洲專利EP 1 485 440中提及1995年，Rodel公司生產(chǎn)的產(chǎn)品MSfflOOO中含有 30ppm金屬，主要成分是鐵，該產(chǎn)品和雙氧水混合后，用于鎢的化學(xué)機(jī)械拋光。鐵元素可以起到顯著鎢的拋光速度的作用。US5693239中用碘酸鉀作為氧化劑，進(jìn)行鎢的化學(xué)機(jī)械拋光。在以上技術(shù)中，無論是鐵氰化鉀，雙氧水，硝酸銀、還是碘酸鉀，它們作為氧化劑， 接觸到金屬表面后，都會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，被拋光的金屬生成氧化物，氧化劑自身被還原。由于氧化劑自身被還原，繼續(xù)氧化的能力降低，從而失去氧化活性，導(dǎo)致拋光速度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，在化學(xué)機(jī)械拋光液前體中同時(shí)存在兩種或兩種以上的氧化劑，在加入活性還原劑之后，可以使得失去活性的氧化劑恢復(fù)氧化活性并提高氧化效率，從而最終獲得很高的拋光速度。本發(fā)明的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，包括下列步驟(a)將一化學(xué)機(jī)械拋光液前體與一活性還原劑摻混，以制備化學(xué)機(jī)械拋光液；和(b)將所述化學(xué)機(jī)械拋光液用于鎢的化學(xué)機(jī)械拋光；其中所述活性還原劑可以顯著提高氧化劑的活性和氧化效率。本發(fā)明中，所述化學(xué)機(jī)械拋光液前體包括水，研磨劑，第一種氧化劑，第二種氧化劑和活性還原劑。本發(fā)明中，所述研磨劑選自于硅溶膠，氣相二氧化硅，氧化鋁和氧化鈰中的一種或多種。所述研磨劑的重量百分含量為0.1 10%。本發(fā)明中，所述第一種氧化劑選自于有機(jī)過氧化物和/或無機(jī)過氧化物。所述第一種氧化劑選自于過硫酸鹽，單過硫酸鹽，雙氧水和過氧乙酸中的一種或多種。較佳地，所述第一種氧化劑為雙氧水。本發(fā)明中，所述第一種氧化劑的重量百分含量為0. 1 5%。較佳地，所述第一種氧化劑的重量百分含量為1 2%。本發(fā)明中，所述第二種氧化劑選自于硝酸鹽，硫酸鹽，溴酸鹽，氯酸鹽，碘酸鹽，高碘酸鹽，高錳酸鹽，以及具有氧化性的過渡金屬鹽中的一種或多種。較佳地，所述第二種氧化劑選自于 Ag，Co，Cr，Cu，Mo，Mn，Nb, Ni，Os，Pd，Ru，Sn，Ti 和 V 鹽中的一種或多種。本發(fā)明中，所述第二種氧化劑為可溶性銀鹽。較佳地，所述第二種氧化劑選自于氟化銀，高氯酸銀，硫酸銀和硝酸銀中的一種或多種。所述第二種氧化劑的重量百分含量為 0. 05% 0. 3%。本發(fā)明中，所述活性還原劑為無機(jī)鹽。較佳地，所述活性還原劑選自于硝酸鹽，硫酸鹽，溴酸鹽，氯酸鹽，碘酸鹽，高碘酸鹽，高錳酸鹽，以及具有氧化性的過渡金屬鹽中的一種或多種。本發(fā)明中，所述活性還原劑選自于Ag，Co，Cr，Cu，Mo，Mn，Nb, Ni, Os, Pd，Ru，Sn，Ti 和V鹽中的一種或多種。較佳地，所述活性還原劑選自于硝酸鹽，高氯酸鹽和硫酸鹽中的一種或多種。更佳地，所述活性還原劑為硫酸鹽。本發(fā)明中，所述活性還原劑為非金屬硫酸鹽。較佳地，所述活性還原劑為硫酸銨和 /或四甲基銨硫酸鹽。更佳地所述活性還原劑為硫酸銨。所述活性還原劑的重量百分含量為 0. 01 1%。本發(fā)明中，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液前體還包括鎢侵蝕抑制劑。所述鎢侵蝕抑制劑為含有雙鍵的酰胺。較佳地，所述鎢侵蝕抑制劑為丙烯酰胺。所述鎢侵蝕抑制劑的重量百分含量為0.01 0.5%。本發(fā)明中，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液前體還包括pH調(diào)節(jié)劑。較佳地，所述的化學(xué)機(jī)械拋光液的PH值為0.5 5。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于在化學(xué)機(jī)械拋光液前體中同時(shí)提供了兩種或兩種以上的氧化劑，并且，在加入活性還原劑之后，可以使得失去活性的氧化劑恢復(fù)氧化活性并提高氧化效率，從而最終獲得很高的拋光速度。
具體實(shí)施例方式制備實(shí)施例表1給出了本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液實(shí)施例1 四及對(duì)比例1 2的配方，按表 1中所列組分及其含量，先在去離子水中將研磨劑，第一種氧化劑，第二種氧化劑和丙烯酰胺混合均勻，再加入活性還原劑并混合均勻，用PH調(diào)節(jié)劑調(diào)到所需pH值，即可制得化學(xué)機(jī)械拋光液。表1本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液實(shí)施例1 四及對(duì)比例1 2的配方
權(quán)利要求
1.一種鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，包括下列步驟(a)將一化學(xué)機(jī)械拋光液前體與一活性還原劑摻混，以制備化學(xué)機(jī)械拋光液；和(b)將所述化學(xué)機(jī)械拋光液用于鎢的化學(xué)機(jī)械拋光；其中所述活性還原劑可以顯著提高氧化劑的活性和氧化效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述化學(xué)機(jī)械拋光液前體包括水，研磨劑，第一種氧化劑和第二種氧化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述研磨劑選自于硅溶膠，氣相二氧化硅，氧化鋁和氧化鈰中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述研磨劑的重量百分含量為0. 1 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第一種氧化劑選自于有機(jī)過氧化物和/或無機(jī)過氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第一種氧化劑選自于過硫酸鹽，單過硫酸鹽，雙氧水和過氧乙酸中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第一種氧化劑的重量百分含量為0. 1 5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第二種氧化劑選自于硝酸鹽，硫酸鹽，溴酸鹽，氯酸鹽，碘酸鹽，高碘酸鹽，高錳酸鹽，以及具有氧化性的過渡金屬鹽中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第二種氧化劑選自于 Ag，Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Nb, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti 和 V 鹽中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第二種氧化劑為可溶性銀鹽。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第二種氧化劑選自于氟化銀，高氯酸銀，硫酸銀和硝酸銀中的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述第二種氧化劑的重量百分含量為0. 05 0. 3%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑為無機(jī)Τττ . ο
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑選自于硝酸鹽，硫酸鹽，溴酸鹽，氯酸鹽，碘酸鹽，高碘酸鹽，高錳酸鹽，以及具有氧化性的過渡金屬鹽中的一種或多種。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑選自于 Ag，Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Nb, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti 和 V 鹽中的一種或多種。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑選自于硝酸鹽，高氯酸鹽和硫酸鹽中的一種或多種。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑為非金屬硫酸鹽。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑為硫酸銨和/或四甲基銨硫酸鹽。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述活性還原劑的重量百分含量為0.01 1%。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述化學(xué)機(jī)械拋光液前體還包括鎢侵蝕抑制劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述鎢侵蝕抑制劑為含有雙鍵的酰胺。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述鎢侵蝕抑制劑為丙烯酰胺。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述鎢侵蝕抑制劑的重量百分含量為0. 01 0. 5%。
24.根據(jù)權(quán)利要求2任一項(xiàng)所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，其特征在于所述化學(xué)機(jī)械拋光液前體還包括PH調(diào)節(jié)劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，pH值為0.5 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎢化學(xué)機(jī)械拋光方法，包括下列步驟(a)將一化學(xué)機(jī)械拋光液前體與一活性還原劑摻混，以制備化學(xué)機(jī)械拋光液；和(b)將所述化學(xué)機(jī)械拋光液用于鎢的化學(xué)機(jī)械拋光；其中所述活性還原劑可以顯著提高氧化劑的活性和氧化效率。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液前體中同時(shí)存在兩種或兩種以上的氧化劑，在加入活性還原劑之后，可以使得失去活性的氧化劑恢復(fù)氧化活性并提高氧化效率，從而最終獲得很高的拋光速度。
文檔編號(hào)B24B37/00GK102452036SQ201010526490
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者何華鋒, 王晨 申請(qǐng)人:安集微電子(上海)有限公司