[发明专利]一种化学机械抛光液

说明书

本发明提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、硝酸铁、氧化剂、有机酸、聚乙二醇和接枝共聚的聚乙烯亚胺，其中，所述二氧化硅研磨颗粒表面带正电。本发明的化学机械抛光液与含有聚季铵盐的抛光液相比，胶体稳定性高。另外，本发明的抛光液中添加了接枝共聚的聚乙烯亚胺，大幅降低了含钨晶圆表面的碟形凹陷，改善了晶圆表面平整度，进一步提高了抛光效果。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种用于抛光钨的化学机械抛光液。

背景技术

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。

作为化学机械抛光(CMP)对象之一的金属钨，在高电流密度下的抗电子迁移能力强，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有多种方法如下：

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US6284151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 etchrate)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。同时高含量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，高含量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Fenton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，降低了过氧化氢的分解速率，但是过氧化氢分解速率仍然较高，通常两周内双氧水含量会降低10％以上，造成抛光速度下降，抛光液逐渐分解失效。

上述专利的抛光液，虽然可以实现较高的钨抛光速率，但是依然存在诸如稳定性差、抛光后晶圆表面缺陷高的问题。而在钨的抛光工艺中，对晶圆表面的碟形凹陷和表面平整度都有很高的要求；在实际的生产应用中，对抛光液的稳定性也有较高的要求，因为，只有能够在较长时间内保持性能稳定的抛光液，才能作为商品出售，从而具有一定的商业价值。

美国专利US5980775公开了一种用带正电荷的研磨颗粒，配合聚季铵盐改善晶圆平整度的方法。但是，聚季铵盐通常会破坏胶体稳定性，不能高倍浓缩。同时，增加聚季铵盐用量会显著抑制钨的抛光速度。另外，由于表面活性作用，一些聚季铵盐还会导致泡沫的产生，这对于化学机械抛光是有害的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光液，通过使用表面带正电荷的二氧化硅研磨颗粒，并且向抛光液中加入接枝共聚的聚乙烯亚胺，从而使抛光液具有良好的稳定性的同时，还具有较高的抑制碟形凹陷的能力，提高了晶圆表面的平整度。

具体地，本发明提供了一种化学机械抛光液，包括二氧化硅研磨颗粒、硝酸铁、氧化剂、有机酸和接枝共聚的聚乙烯亚胺、聚乙二醇，其中，所述二氧化硅研磨颗粒表面带正电。