[发明专利]钨抛光液

说明书

技术领域

本发明涉及一种钨抛光液，尤其是采用二氧化硅磨粒和过氧化氢为主体的抛光液，和抛光垫组合后在工艺参数优化下取得适当的抛光速率，无严重划伤，低表面粗糙度。本发明适用于超大规模集成电路钨插塞化学机械抛光后平坦化。

背景技术

钨化学机械抛光液(W CMP)在小于0.35um制程中钨插塞形成的工序中迅速得到认可。已报道和钨回蚀方法相比，产量提高15％，W CMP在小于0.35um制程集成有优势，能最小化插塞回缩和局部台阶高度。目前全世界半导体元件生产商中所用的化学机械抛光液中，钨抛光液约占30％。

国外商业上使用的抛光液和相应氧化剂组合主要有：1.氧化铝磨粒和碘酸钾，2.氧化铝磨粒和硝酸铁，3.气相二氧化硅磨粒和过氧化氢。每个抛光液用不同抛光垫来得到最佳性能。但当采用氧化铝为磨粒时，碘酸钾和硝酸铁因含有金属离子会引起离子污染和抛光垫污染，并对后续清洗造成困难。并随着集成电路中器件的几何尺寸不断缩小，对抛光质量要求愈来愈严格。而采用氧化铝后虽可以获得较高的抛光速率和选择性，但是氧化铝磨料密度大、易沉淀、悬浮问题较难解决，易刮伤表面。现国外已逐步采用二氧化硅磨粒为主体的抛光液。

但采用二氧化硅磨粒为主体的抛光液也需考虑以下情况：此类抛光液具有最低金属污染，好选择性，易用性，高产率。但由于二氧化硅磨料硬度低，抛钨金属不易获得高的去除速率，而且二氧化硅在酸性溶液中易凝胶，用过氧化氢作为氧化剂，存在高电腐蚀和混合后过氧化氢分解的问题。若在碱性溶液中氧化剂的氧化能力较弱，达不到客户的抛光速率要求。

因此有必要提出一种钨抛光液，以解决上述问题。能和抛光垫组合后在工艺参数优化下取得适当的抛光速率，无严重划伤，低表面粗糙度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钨抛光液，尤其是采用二氧化硅磨粒和过氧化氢为主体的抛光液，和抛光垫组合后在工艺参数优化下取得适当的抛光速率，无严重划伤，低表面粗糙度.本发明适用于超大规模集成电路钨插塞化学机械抛光后平坦化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种钨化学机械抛光液，其组成部分为：

二氧化硅磨料1-40％，PH调节剂0.2-10％，螯合剂0.1-10％，表面活性剂0.01-5％，特殊添加剂0.1-8％，余量为去离子水，混合，搅拌而形成。

采用本发明的技术方案，具有以下优点：

1)本发明所述的PH调节剂为碱性有机胺(如三乙胺和二异丁基胺中至少一种)或有机酸(乙二胺四乙酸和柠檬酸中至少一种)。用来调节抛光液的PH值为2-4，使二氧化硅处于良好的悬浮状态，提供稳定的抛光速率。采用的胺或酸不含金属类成分避免对硅片的玷污而影响以后的器件的性能。

所述的螯合剂为乙二胺四乙酸和柠檬酸及其盐中的至少一种。可以和前制程带入的大量金属离子结合而除去，从而改善抛光片的质量。

所述的表面活性剂为醇醚类非离子类表面活性剂，如OP-10，TX-10等，可以优先吸附，形成长期易清洗的物理吸附表面，以改善表面状态，同时提高质量传递速率，以降低晶圆的表面粗糙度。

2)通过对二氧化硅磨粒制备时进行改性，二氧化硅颗粒的外面包裹上一层氧化铝，这样因氧化铝可以获得较高的抛光速率和选择性，并在酸性溶液中不易凝胶。而且氧化铝只是占一小部分，内层大量的二氧化硅能起到缓冲作用，防止刮伤，并解决悬浮问题。

3)采用在抛光前添加过氧化氢防止过氧化氢因过早混合而引起的分解。

4)采用了添加特殊添加剂聚羧酸和聚酰胺中至少一种，提高阻挡层抛光速率对于防止氧化物腐蚀和阻塞回缩，也具有下层氧化物选择性，取得插塞表面局部平坦度和防止附近区域氧化物过量损失。同时为了进一步减少回缩，最后通过氧化物精抛来提高平坦度。

5)在使用该抛光液时，先把所配制的抛光液和去离子水的配比为1∶10稀释，再加入适量过氧化氢(一般为0.5-2％)。抛光机为应用材料公司的第二代MirraCMP system，抛光垫为Rodel ICl400，工艺参数105rpm盘速，3.5psi下压力，流量200-250ml/min，温度35℃～40℃，通过对图示的产品(在4×4mm阵列上测试图案密度的影响.该阵列含有1um间距密阵列和3um间距疏阵列，中间有0.5um插塞)进行抛光，同时测试氧化物精抛的效果。

可得到此结果：钨的抛光速率为400nm/min，氮化钛370nm/min，钛230nm/min，氧化物48nm/min。