CN102051127B

CN102051127B - 一种化学机械抛光液

Info

Publication number: CN102051127B
Application number: CN200910198376.7A
Authority: CN
Inventors: 王晨; 何华锋
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: CN102051127A

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光液，其含有水，研磨剂，氧化剂，聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐。本发明的化学机械抛光液，通过加入聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐，提高了钨/二氧化硅的选择比，降低了由于机械摩擦而造成的刮伤(scratch)，从而提升了抛光液的抛光性能，提高了成品率，节约了制造成本。

Description

一种化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛液，具体涉及一种含有聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐的化学机械抛光液。

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。当进行化学机械研磨时，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。

针对钨的化学机械抛光(CMP)，常用的氧化剂主要有含铁金属的盐类、碘酸盐和双氧水等。

1991年，F.B.Kaufman等报道了将铁氰化钾用于钨的化学机械抛光(CMP)技术。(“Chemical Mechanical Polishing for Fabricating Patterned WMetal Features as Chip Interconnects”，Journal of the Electrochemical Society，Vol.138，No.11，November 1991)。

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，5％氧化硅，同时含有醋酸盐作为pH缓冲剂。

美国专利5527423，6008119，6284151等公开了将Fe(NO₃)₃，氧化铝体系用于钨的化学机械抛光(CMP)方法。

美国专利5980775，5958288，6068787公开了用铁离子作催化剂、双氧水作氧化剂进行钨化学机械抛光(CMP)方法。在这种催化机制中，铁离子的含量被降至了200ppm左右。但由于铁离子的催化使得双氧水分解，所以催化剂要和氧化剂分开存放，在化学机械抛光(CMP)之前才进行混合。因此增加了生产中的操作环节，同时，和氧化剂混合好之后的研磨液不稳定，会缓慢分解失效。

在以上抛光方法中都存在由于研磨剂对抛光面的机械摩擦而造成的刮伤(scratch)问题。刮伤(scratch)会直接导致产品缺陷，甚至报废。同时，机械摩擦会缩短抛光垫的使用寿命，增加生产成本。

在钨化学机械抛光(CMP)中，氧化物(oxide)抛光速度过快一直是技术难点，造成了抛光面的局部侵蚀(erosion)。而较高的钨/二氧化硅选择比，可以降低产品的局部侵蚀(erosion)，获得较平整的抛光面。

发明内容

在本发明所要解决的技术问题是通过向化学机械抛光液中加入聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐，来提高钨/二氧化硅的选择比，降低由于机械摩擦而造成的刮伤(scratch)，从而提升抛光液的抛光性能，提高成品率，节约制造成本。同时，聚环氧琥珀酸(盐)不含磷、氮原子，是一种绿色添加剂，可以降低对环境的污染。

本发明的化学机械抛光液，其含有水、研磨剂，氧化剂，聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐。

本发明中，所述研磨剂为硅溶胶、气相二氧化硅、氧化铝、氧化铈中的一种或多种。

本发明中，所述研磨剂的含量为0.2％～5％。

本发明中，所述的氧化剂为硝酸铁、过氧化物和/或硝酸铁和过氧化物的组合物。

本发明中，所述的过氧化物为双氧水或单过硫酸氢钾复合物。

本发明中，所述的氧化剂的含量为0.1％～5％。

本发明中，所述的聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐的含量为0.05％～0.5％。

本发明中，所述的聚环氧琥珀酸(PESA)和/或聚环氧琥珀酸的盐的分子量为400-1500。

本发明中，所述的抛光液的pH值为1.5～5。

本发明的积极进步效果在于：在化学机械抛光液中加入了聚环氧琥珀酸(PESA)和/或聚环氧琥珀酸的盐，提升了抛光液产品在多方面的表现性能。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下述实施例中，百分比均为质量百分比。

制备实施例

表1给出了本发明的化学机械抛光液实施例1～8和对比例1-5的配方，按表1中所列组分及其含量，在去离子水中混合均匀，用氢氧化钾或稀硝酸调到所需pH值，即可制得化学机械抛光液。实施例中所用的聚环氧琥珀酸(PESA)和/或聚环氧琥珀酸的盐的分子量为400-1500。

表1化学机械抛光液实施例1～8

效果实施例1

抛光条件：抛光机台为Logitech(英国)1PM52型，IC1000抛光垫，研磨压力4psi，研磨台转速70转/分钟，研磨头自转转速150转/分钟，抛光液滴加速度100ml/min。

表2化学机械抛光液效果实施例5～6

	钨抛光速度(A/min)	TEOS抛光速度(A/min)	钨/TEOS选择比	刮伤(Scratch)
					对比例3	1751	489	4	12
实施例5	1590	127	13	5
					实施例6	1370	43	32	4

对比表明，添加PESA后，有效抑制了TEOS的抛光速度，显著提高了抛光选择比，同时降低了刮伤(scratch)。

效果实施例2

抛光条件：抛光机台为Ebara，8英寸晶圆(inch wafer)，研磨压力4psi。

表3化学机械抛光液效果实施例7～8

	钨抛光速度(A/min)	TEOS抛光速度(A/min)	钨/TEOS选择比	刮伤(Scratch)
					实施例1	720	200	3.6	21
对比例1	700	320	2.2	32
					实施例2	410	270	1.51	42
对比例2	500	400	1.25	70
					实施例7	4286	86	49.8	68
对比例4	4294	296	14.5	104
					实施例8	4222	98	43	109
对比例5	4925	206	23.9	256

将实施例1、2分别与对比例1、2对比可以发现，当使用单氧化剂时，添加PESA后抛光液提高了抛光选择比，同时降低了刮伤。

将实施例7、8分别与对比例4、5对比可以发现，当使用双氧化剂时，添加PESA后抛光液同样提高了抛光选择比，同时降低了刮伤。

Claims

1.一种化学机械抛光液，含有水，研磨剂，氧化剂，聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐，所述的氧化剂为硝酸铁和单过硫酸氢钾复合物的组合物，所述的氧化剂的含量为0.1%～5%。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述研磨剂为硅溶胶、气相二氧化硅、氧化铝、氧化铈中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述研磨剂的含量为0.2%～5%。

4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的聚环氧琥珀酸和/或聚环氧琥珀酸的盐的含量为0.05%～0.5%。

5.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的聚环氧琥珀酸（PESA）和/或聚环氧琥珀酸的盐分子量的为400-1500。

6.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，所述的抛光液的pH值为1.5～5。