專利名稱：鉑化學(xué)機械拋光用的溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示一種含有堿水溶液與氧化劑的鉑(縮寫成“Pt”)化學(xué)機械拋光(縮寫成“CMP”)用的溶液。更明確言之，本發(fā)明揭示一種形成Pt圖樣的方法，其包括使用上述Pt-CMP溶液，其可改良作為金屬電容器下方電極使用的Pt的拋光速率與拋光特性。
背景技術(shù)：
鉑為一種貴金屬，其在化學(xué)上與機械上為穩(wěn)定的，且為一種用于制造高性能半導(dǎo)體元件的必要材料。此外，最近已將鉑(Pt)作為DRAM元件中的下方電極使用。下方電極是在經(jīng)電沉積方法形成金屬層/絕緣薄膜/金屬層類型的電容器時產(chǎn)生。
但是，當Pt層被電沉積時，電流并不均勻，這是由于用以隔離的氧化物層的幾何形狀與密度所致。因此，Pt層是不均勻地形成，且造成短路。
為解決上述問題，故在Pt層經(jīng)電沉積后，可于該層的上方部分上進行CMP工藝，以使Pt層平面化。但是，由于Pt層具有相對較低化學(xué)反應(yīng)性，故在CMP工藝期間，無法提供適當CMP漿液以將Pt拋光。因此，在將鉑拋光時，是采用用于其他金屬譬如鎢或鋁使用的常用漿液。
欲供其他金屬使用的漿液，亦包含用于使硅基材上的各種金屬層平面化的化學(xué)品。一般而言，具有pH2～4強酸度的金屬CMP工藝用漿液，含有研磨劑，譬如氧化鋁(Al2O3)或氧化錳(MnO2)，以及氧化劑，譬如過氧化氫(H2O2)或硝酸鐵(Fe(NO3)2)，作為第一種添加劑，使用蒸餾水或超純水。再者，可添加少量表面活性劑或分散劑，以改良CMP漿液性質(zhì)。
由于Pt層的拋光速度極為緩慢，故CMP工藝是于高拋光壓力下進行一段長時間，以足夠地使Pt平面化。
結(jié)果，Pt層可能會與中間層絕緣薄膜分離，因為Pt層對中間層絕緣薄膜具有不良粘著性。此外，盤形化(dishing)與侵蝕作用在鄰近中間層絕緣薄膜的Pt層上產(chǎn)生。
再者，當Pt層是于高拋光壓力下被拋光一段長時間時，被包含在漿液中的研磨劑可嚴重地刮傷該中間層絕緣薄膜，且雜質(zhì)譬如漿液渣可留在Pt層上。因此，危害到所形成元件的性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示鉑CMP用的溶液，其可改良鉑在低拋光壓力下的拋光速度，并降低鉑層的盤形化作用，及在中間層絕緣薄膜上的刮痕。
亦揭示形成鉑圖樣的方法，其包括使用上述Pt-CMP溶液的CMP工藝。
附圖簡單說明

圖1為橫截面圖，說明使用所揭示的溶液所形成的Pt電極。
圖2為圖表，說明電流依存于使用所揭示溶液所形成Pt的電位。
圖3a至3d為圖表，說明Pt氧化物層在各種溶液下的生長速率。
在附圖中的各部件符號1半導(dǎo)體基材3金屬粘著層5中間層絕緣薄膜圖樣7鉑圖樣具體實施方式
本發(fā)明揭示在堿水溶液中含有氧化劑的CMP溶液。此CMP溶液可用于使Pt拋光(研磨，polishing)及平面化。
此堿水溶液含有堿金屬化合物，選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨、四烷基氫氧化銨及其混合物，其中烷基優(yōu)選為C1-10烷基，更優(yōu)選C1-6烷基。較佳是使用氫氧化鉀(KOH)。此處，堿水溶液較佳是具有濃度范圍從0.01M至10M，且較佳范圍是從0.1M至5M。
氧化劑的實例為會使Pt原子失去電子以使Pt氧化的任何化合物。例如，使用Fe(NO3)2，且較佳為H2O2，作為氧化劑。氧化劑是以相對堿水溶液為1體積％至50體積％的濃度范圍存在，而更佳范圍是對堿水溶液為1體積％至10體積％。
包含堿水溶液與氧化劑的CMP溶液，較佳是保持其pH值范圍為8至14，而更佳范圍為10至14。
為找出Pt-CMP溶液的化學(xué)反應(yīng)性，故在將預(yù)定電壓以外部方式施加至含有2體積％H2O2的1M KOH水溶液及未含氧化劑的另一種1M KOH水溶液后，測量由Pt表面上產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)所獲得的電流。
結(jié)果顯示，當具有相同外加電位時，含有氧化劑的KOH水溶液的電流密度，是高于未含氧化劑的KOH溶液。因此，表明Pt層是較快速地被所揭示的Pt-CMP溶液氧化(參閱圖2)。
在將曝露至空氣的Pt表面的氧化速度，與曝露至(1)對金屬的常用漿液，(2)未含氧化劑的KOH水溶液及(3)含有氧化劑的所揭示Pt-CMP溶液的Pt表面的氧化速度比較時，經(jīng)曝露至所揭示溶液的Pt表面顯示最高氧濃度。因此，經(jīng)曝露至所揭示CMP溶液的Pt表面，在拋光工藝后具有較大程度的氧化作用(參閱圖3a至3d)。
所揭示的Pt-CMP溶液是由堿水溶液與氧化劑改變Pt層表面的物理與化學(xué)性質(zhì)。即，使用所揭示的CMP溶液，Pt原子間的鍵結(jié)強度與緊密度被降低。因此，Pt層表面的氧化速度是增加。
依此方法，當Pt表面被氧化時，其硬度是被降低，以至Pt表面較容易被拋光。因此，當在Pt層上使用所揭示的溶液進行CMP工藝時，比起當使用金屬的常用漿液時，于相同壓力下的拋光速度是較快速的，且拋光工藝較簡易。
此外，在與常用漿液比較下，所揭示的Pt-CMP溶液未包含研磨劑，因此減少在經(jīng)曝露中間層絕緣薄膜上所產(chǎn)生的刮痕。
一種所揭示用于形成鉑圖樣的方法，包括(a)在半導(dǎo)體基材上形成具有接點空穴(contact hole)中間層絕緣薄膜圖樣；(b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成鉑層；及(c)在具有中間層絕緣薄膜圖樣作為蝕刻障壁薄膜的鉑層整個表面上，使用所揭示的Pt-CMP溶液，進行初次鉑CMP工藝。
步驟(c)可進一步包括使用所揭示的CMP溶液進行初次CMP工藝，將Pt層拋光，直到中間層絕緣薄膜外露為止，并使用中間層絕緣薄膜用的漿液，進行二次CMP工藝，將已曝露的中間層絕緣薄膜拋光。
在初次CMP工藝中，將Pt制成的半導(dǎo)體基材，于壓力下與CMP系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的拋光墊接觸。然后，將所揭示的Pt-CMP溶液供應(yīng)至拋光墊與Pt層間的界面，并將Pt層拋光。
此處，CMP工藝是在壓力范圍從1至3psi下，旋轉(zhuǎn)類型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)數(shù)范圍從10至8rpm下，及在線性轉(zhuǎn)臺速度范圍從100至600fpm下進行，這些工藝參數(shù)依Pt層的拋光速度與中間層絕緣薄膜的拋光性質(zhì)而定。
接著，在二次CMP工藝中，當中間層外露的同時，使用中間層絕緣薄膜用的CMP漿液，進行中間層絕緣薄膜圖樣的接觸拋光工藝(touch polishingprocess)。接觸拋光工藝為一種緩沖步驟，以防止Pt層因初次CMP工藝的Pt層與中間層絕緣薄膜間的拋光選擇性上的差異所產(chǎn)生的盤形化作用。此處，拋光條件是類似初次CMP工藝的條件。
各種類型的拋光墊，可根據(jù)Pt層的拋光性質(zhì)，使用于上述CMP工藝中。例如，軟墊可用以提升經(jīng)拋光層的均勻性，而硬墊可用以改良平面性。且亦可使用與上述兩種墊片層合的堆疊墊片，或上述墊片的組合。
此外，金屬粘著層，譬如鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)，可進一步在Pt層形成之前，于中間層絕緣薄膜圖樣的頂部表面上形成，以改良Pt層的粘著性。
即，一種所揭示用于形成鉑圖樣的方法，包括(a)在半導(dǎo)體基材上形成具有接點空穴的中間層絕緣薄膜圖樣；(b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成金屬粘著層；(c)在金屬粘著層上形成鉑層；(d)在鉑層的整個表面上，使用所揭示的Pt-CMP溶液，進行初次鉑CMP工藝，直到金屬粘著層外露為止；(e)在所形成的表面上，使用金屬漿液，進行二次CMP工藝，直到中間層絕緣薄膜外露為止；及(f)在所形成的表面上，使用中間層絕緣薄膜用的漿液，進行接觸拋光工藝。
中間層絕緣圖樣較佳為氧化物圖樣，并使用Pt圖樣作為下方電極圖樣。
在初次CMP工藝中，使Pt制成的半導(dǎo)體基材，于壓力下接觸至CMP系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的拋光墊。然后，將所揭示的Pt-CMP溶液供應(yīng)至拋光墊與Pt層的界面，并將Pt層拋光。
此處，如上文所述，初次CMP工藝是在壓力范圍從1至3psi下，旋轉(zhuǎn)類型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)數(shù)范圍從10至80rpm下，及在線性轉(zhuǎn)臺速度范圍從100至600fpm下進行，其依Pt層的拋光速度，與中間層絕緣薄膜的拋光性質(zhì)而定。
接著，在二次CMP工藝中，是使用金屬CMP漿液，使已外露的金屬粘著層拋光，直到中間層絕緣薄膜外露為止。
在三次CMP工藝中，是在中間層絕緣薄膜外露的同時，使用中間層絕緣膜用的CMP漿液，進行中間層絕緣薄膜的接觸拋光工藝。接觸拋光工藝為一種緩沖步驟，以防止因金屬層與中間層絕緣薄膜間的拋光選擇性上的差異所產(chǎn)生的Pt層盤形化作用。此處，二次CMP工藝與三次CMP工藝的條件，是類似初次CMP工藝的條件。
上述供金屬與中間層絕緣薄膜用的二次與三次CMP漿液，是使用一般漿液。
所揭示的Pt-電極圖樣是示于圖1中。
參考圖1，金屬粘著層3是在半導(dǎo)體基材1上形成，而中間層絕緣薄膜(未示出)是相繼地于其上形成。
一般微影術(shù)是在其中形成下方電極的中間層絕緣薄膜的預(yù)定部分上進行。然后，形成使金屬粘著層3外露的開孔部分及中間層絕緣薄膜圖樣5。
在Pt層(未示出)經(jīng)電沉積于所形成的表面上之后，進行CMP工藝，以形成Pt圖樣7，作為下方電極。
在上述CMP工藝中，包括使Pt制成的半導(dǎo)體基材，在壓力下與CMP系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺上形成的拋光墊接觸。接著，將所揭示的Pt-CMP溶液(其含有以1至10體積％存在于0.1至5M KOH水溶液中的H2O2)，供應(yīng)至拋光墊與Pt層的界面，并將Pt層拋光。此處，初次CMP工藝是在壓力范圍從1至3psi下，在旋轉(zhuǎn)類型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)數(shù)范圍從10至80rpm下，及在線性轉(zhuǎn)臺速度范圍從100至600fpm下進行。然后，于二次CMP工藝中，在使中間層絕緣薄膜外露的同時，使用中間層絕緣薄膜用的漿液，進行接觸拋光工藝。
軟墊、硬墊、與上述兩種墊片層合的堆疊墊片或上述墊片的組合，可使用于初次與二次CMP工藝中所使用的拋光墊片。
實施例實施例1.所揭示Pt-CMP溶液的制備將KOH(1摩爾)添加至1000毫升超純水中，以制備1M KOH水溶液。將所形成的溶液攪拌，并添加H2O2至所形成的溶液中，至以2體積％的最后濃度存在。將所形成的溶液進一步攪拌超過10分鐘，直到其完全混合及穩(wěn)定化為止，從而獲得Pt-CMP溶液。實驗實施例1.所揭示Pt-CMP溶液的化學(xué)反應(yīng)性將Pt層浸泡在上文實施例1中制成的含有2體積％H2O2的1M KOH水溶液中，及未含氧化劑的其他1M KOH水溶液中。然后，施加電壓至此兩種溶液，并將Pt層表面上產(chǎn)生的電流作比較。圖2顯示電流依存于使用所揭示溶液所形成Pt層的電位。
當電位為0.4E/VAg/AgCl時，未含氧化劑的1M KOH水溶液具有電流密度為1×10-5Am-2，而含有2體積％H2O2的1M KOH溶液具有高電流密度約0.05Am-2。即，以所揭示溶液拋光的Pt表面，比使用未含氧化劑溶液拋光的Pt表面更被氧化。實驗實施例2.Pt表面于各種條件下的氧化作用將鉑分別在(1)具有pH6并使用CeO2作為研磨劑的金屬常用漿液(參閱圖3a)，(2)未含氧化劑的1M KOH水溶液(參閱圖3b)，及(3)含有2體積％H2O2的1M KOH溶液(參閱圖3c)中浸泡及氧化。然后，將Pt的表面在室溫下，使用AES(Auger電子光譜等)，以50_/分鐘的速度下拋光，以測量經(jīng)氧化部分拋光的時間。
在使Pt層曝露至空氣并氧化后，將Pt表面如上文所述的相同速度下拋光，以測量經(jīng)氧化部分被拋光的時間(參閱圖3d)。
圖3a至3d顯示元素譬如Pt、O及C對拋光時間的濃度。在拋光工藝的最初階段中，在Pt表面上形成的氧化物層的濃度，是高于Pt的濃度。但是，當拋光工藝進行時，其顯示氧化物層的濃度降低，而經(jīng)拋光Pt的濃度是增加。
在不同種類漿液中，其中氧化物層穿透至Pt表面中的厚度(_)，由測量直到拋光工藝移除氧化物層為止的拋光時間而獲得。換言之，用以氧化大部分Pt表面的漿液，是由拋光時間得知。表1顯示其結(jié)果如下。
表1

權(quán)利要求
1.一種鉑用的化學(xué)機械拋光(CMP)溶液，其包含堿水溶液；與氧化劑。
2.如權(quán)利要求1的溶液，其中堿水溶液包含堿金屬化合物，其選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨、四烷基氫氧化銨及其混合物。
3.如權(quán)利要求1的溶液，其中堿水溶液的濃度范圍從0.01M至10M。
4.如權(quán)利要求1的溶液，其中堿水溶液的濃度范圍從0.1M至5M。
5.如權(quán)利要求1的溶液，其中氧化劑為H2O2、Fe(NO3)2或其混合物。
6.如權(quán)利要求1的溶液，其中氧化劑是以堿水溶液的1體積％至50體積％范圍的濃度存在。
7.如權(quán)利要求1的溶液，其中氧化劑是以堿水溶液的1體積％至10體積％范圍的濃度存在。
8.如權(quán)利要求1的溶液，其中溶液的pH值范圍從8至14。
9.如權(quán)利要求1的溶液，其中溶液的pH值范圍從10至14。
10.一種形成鉑圖樣的方法，其包括(a)在半導(dǎo)體基材上形成具有接點空穴的中間層絕緣薄膜圖樣；(b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成鉑層；及(c)在具有中間層絕緣薄膜圖樣作為蝕刻障壁薄膜的鉑層表面上，使用如權(quán)利要求1的CMP溶液，進行鉑CMP工藝。
11.如權(quán)利要求10的方法，其進一步包括在步驟(c)之后，在表面上，使用中間層絕緣用的漿液，進行接觸拋光工藝。
12.如權(quán)利要求10的方法，其中中間層絕緣薄膜圖樣為氧化物圖樣。
13.如權(quán)利要求10的方法，其中鉑圖樣是作為下方電極圖樣使用。
14.一種形成鉑圖樣的方法，其包括(a)在半導(dǎo)體基材上形成具有接點空穴的中間層絕緣薄膜圖樣；(b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成金屬粘著層；(c)在金屬粘著層上形成鉑層；(d)在鉑層的整個表面上，使用如權(quán)利要求1的CMP溶液，進行鉑CMP工藝，直到金屬粘著層外露為止；(e)在所形成的表面上，使用金屬漿液，進行CMP工藝，直到中間層絕緣薄膜外露為止；及(f)在所形成的表面上，使用中間層絕緣薄膜用的漿液，進行接觸拋光工藝。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中金屬粘著層為Ti或TiN。
16.如權(quán)利要求14的方法，其中中間層絕緣薄膜圖樣為氧化物圖樣。
17.如權(quán)利要求14的方法，其中鉑圖樣是作為下方電極圖樣使用。
18.一種鉑(Pt)化學(xué)機械拋光(CMP)溶液，其包含KOH水溶液；和過氧化氫。
19.如權(quán)利要求18的Pt CMP溶液，其中KOH水溶液的濃度范圍是從0.01M至10M，而過氧化氫是以KOH水溶液的1至50體積％范圍的濃度存在。
20.一種形成鉑圖樣的方法，其包括(a)在半導(dǎo)體基材上形成具有接點空穴的中間層絕緣薄膜圖樣；(b)在中間層絕緣薄膜圖樣上形成金屬粘著層；(c)在金屬粘著層上形成鉑層；(d)在鉑層的整個表面上，使用如權(quán)利要求18的CMP溶液，進行鉑CMP工藝，直到金屬粘著層外露為止；(e)在所形成的表面上，使用金屬漿液，進行CMP工藝，直到中間層絕緣薄膜外露為止；及(f)在所形成的表面上，使用中間層絕緣薄膜用的漿液，進行接觸拋光工藝。
全文摘要
本發(fā)明是揭示一種鉑化學(xué)機械拋光用的溶液。再者，本發(fā)明是揭示一種形成Pt圖樣的方法，其是利用所揭示的Pt－CMP溶液，此溶液含有堿水溶液與氧化劑，其是改良Pt的拋光速率與拋光特性，該Pt是形成金屬電容器的下方的電極。
文檔編號C09G1/04GK1475604SQ0314869
公開日2004年2月18日 申請日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者李宇鎮(zhèn) 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司