專利名稱：：一種用于化學(xué)機(jī)械研磨的拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝中的拋光液，具體涉及一種用于化學(xué)機(jī)械研磨的拋光液。
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)械研磨(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)械研磨(CMP)由化學(xué)作用、機(jī)械作用以及這兩種作用結(jié)合而成。它通常由一個帶有拋光墊的研磨臺，及一個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)械研磨時，研磨頭在拋光墊上線性移動或是沿著與研磨臺一樣的運(yùn)動方向旋轉(zhuǎn)。與此同時，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。對金屬層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CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)對象之一的金屬鎢，在高電流密度下，抗電子遷移好，不形成小丘，應(yīng)力低，而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。針對鎢的CMP，常用的氧化劑主要有含鐵金屬的鹽類，碘酸鹽、雙氧水等。1991年，F(xiàn).B.Kaufman等報道了鐵氰化鉀用于鴇的CMP技術(shù)("ChemicalMechanicalPolishingforFabricatingPatternedWMetalFeaturesasChipInterconnects",JournaloftheElectrochemicalSociety,Vol.138,No.11，November1991)。美國專利5340370公開了一種用于鴿CMP的配方，其中含有0.1M鐵氰化鉀，5%氧化硅，同時含有醋酸鹽作為pH緩沖劑。美國專利5527423，6008119，6284151等公開了Fe(N03)3、氧化鋁體系進(jìn)行鴇的CMP方法。其中，鐵離子的濃度較高，如美國專利5527423所用Fe(N03)3濃度5%。由于鐵離子有生成氧化物的傾向，所以，含大量鐵離子的研磨液對CMP機(jī)臺存在著嚴(yán)重的污染問題。同時，大量鐵離子的存在也會對拋光介質(zhì)造成離子沾污，改變絕緣層的性質(zhì)，降低器件的可靠度。美國專利5980775，5958288，6068787公開了用鐵離子作催化劑、雙氧水作氧化劑進(jìn)行鎢CMP方法。在這種催化機(jī)制中，鐵離子的含量被降至了200ppm左右，但是，由于鐵離子催化雙氧水分解，所以催化劑要和氧化劑分開存放，在CMP之前進(jìn)行混合。因此增加了生產(chǎn)中的操作環(huán)節(jié)，同時，和氧化劑混合好之后的研磨液不穩(wěn)定，不能長期存放。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是針對現(xiàn)有的拋光液存在的上述不足，提供一種用于化學(xué)機(jī)械研磨的拋光液，其可以有效的用于化學(xué)機(jī)械拋光半導(dǎo)體材料中的金屬鎢，其中含有易對CMP機(jī)臺和器件造成污染的金屬離子的濃度較低，對CMP機(jī)臺的污染較小，同時該拋光液不用各組份分開存放，也能保證性質(zhì)長期穩(wěn)定。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于化學(xué)機(jī)械研磨的拋光液，含有水、研磨顆粒和氧化劑，其中，所述的氧化劑同時含有硝酸鹽和金屬鹽，硝酸鹽的陽離子為金屬離子或非金屬離子，當(dāng)硝酸鹽的陽離子為金屬離子時，所述金屬鹽的陽離子不同于所述硝酸鹽的陽離子。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的拋光液含有至少一種硝酸鹽和至少另一種金屬5鹽。其中，所述的硝酸鹽為硝酸根離子和其他離子組成的化合物，所述的其他離子可以是金屬離子，也可以是非金屬離子，如銨離子、季銨鹽陽離子。所述的硝酸鹽較佳的選自主族及副族元素的可溶性的硝酸鹽中的一種或多種。更佳的選自硝酸銨、硝酸鉀和硝酸季銨鹽中的一種或多種。所述的硝酸鹽的含量較佳的為重量百分比0.02%10%，更佳的為1%~5%。其中，所述的金屬鹽為金屬離子的正鹽、酸式鹽、堿式鹽，較佳的為選自但不限于金屬的硝酸鹽、磷酸鹽、鹽酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、氯酸鹽、高氯酸鹽、碘酸鹽、高碘酸鹽、溴酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、錳酸鹽和高錳酸鹽中的一種或多種。所述的金屬鹽較佳的選自Ag,Co，Cr,Cu，F(xiàn)e，Mo:Mn，Nb,Ni,Os，Pd,Ru,Sn,Ti、K、Na和V的鹽類中的一種或多種。更佳的選自Ag鹽和Fe鹽中的一種或兩種。所述的金屬鹽的含量較佳的為重量百分比0.02%~2%，更佳的為0.1%~0.5%。本發(fā)明的拋光液同時含有硝酸鹽和金屬鹽。當(dāng)硝酸鹽為硝酸的金屬鹽時，該拋光液的另一個組分——金屬鹽組分必須為另一種金屬的鹽類，但可以是該另一種金屬的硝酸鹽；當(dāng)硝酸鹽為硝酸的非金屬鹽時，如硝酸的銨鹽、季銨鹽等，該拋光液的金屬鹽組分可以是金屬的任何鹽，包括金屬的硝酸鹽。兩種或兩種以上的上述的硝酸鹽和金屬鹽可以發(fā)生協(xié)同作用，增強(qiáng)對鎢的去除速率，從而實(shí)現(xiàn)在較低的易對CMP機(jī)臺和器件造成的污染的金屬離子濃度條件下有效去除鎢的目的，進(jìn)而減少污染。拋光液中含有的硝酸鹽和另一種金屬鹽的含量關(guān)系較佳的為硝酸鹽0.0210wt%，同時金屬鹽0.022wt%;更佳的為硝酸鹽l5wtn/。，同時金屬鹽0.10.5wt"5/。。本發(fā)明所述金屬鹽的濃度比現(xiàn)有的任何非催化體系的鎢的化學(xué)機(jī)械拋光液低得多，卻同樣可實(shí)現(xiàn)對鎢的有效去除，減少了拋光過程中金屬離子對拋光機(jī)臺的污染。而現(xiàn)有技術(shù)中的以雙氧水加鐵離子為代表的催化體系的鴇的化學(xué)機(jī)械拋光液，其中金屬鹽的濃度雖然比本專利低，但是由于金屬催化雙氧水分解，所以拋光液各組分要分開包裝，使用前再混合，使用不方便；而本發(fā)明的拋光液不用，這也是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的拋光液的另一個組分是研磨顆粒。所述的研磨顆粒為本領(lǐng)域常規(guī)的研磨顆粒，較佳的選自Si02、A1203、Zr02、Ce02、SiC、Fe203、Ti02和Si3N4中的一種或多種。研磨顆粒的粒徑較佳的為30~200nm，更佳的為50120nrn。研磨顆粒的含量也為本領(lǐng)域的常規(guī)含量，較佳的為重量百分比0.1%~10%，更佳的為1%~5%。根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的拋光液的另一個組分是水。同本領(lǐng)域的常規(guī)，所述的水的含量為補(bǔ)足拋光液的重量百分比為100%。本發(fā)明的拋光液還可含有其它本領(lǐng)域的常規(guī)添加劑，如殺菌劑和表面活性劑等。本發(fā)明的拋光液的pH值較佳的為17，更佳的為25?？蛇x用的pH調(diào)節(jié)劑如氫氧化鉀、氨水或硝酸等。本發(fā)明的拋光液可按本領(lǐng)域常規(guī)方法制備，如由下述方法制得將上述成分均勻混合，然后采用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)整pH值到所需值。本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的拋光液可以有效的用于化學(xué)機(jī)械拋光半導(dǎo)體材料中的金屬鎢，而且其含有較低濃度的易對CMP機(jī)臺和器件造成污染的金屬離子，形成的污染小，并且該拋光液不用各組份分開存放，也能保證性質(zhì)長期穩(wěn)定，因此本發(fā)明拋光液在半導(dǎo)體晶片化學(xué)機(jī)械拋光等微電子領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式下面用實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受其限制。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。實(shí)施例1~27表1是實(shí)施例127的本發(fā)明拋光液的配方。按表1中所列組分及其含量，簡單混合均勻，余量為水，之后采用氫氧化鉀、氨水和硝酸調(diào)節(jié)至所需pH值，即制得各實(shí)施例的拋光液。表l.實(shí)施例127拋光液的組分和含量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注1:殺菌劑PQ375全稱是1，3-二羥甲基-5，5-二甲基海因(乙內(nèi)酰脲)2:十二烷基三甲基氯化銨用途是表面活性劑。下面通過效果實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果。效果實(shí)施例1表2是對比拋光液1~2和本發(fā)明拋光液15的配方。按表2將拋光液各成分混合，余量為水，采用KOH和硝酸調(diào)節(jié)pH后，即制得。拋光條件為拋光機(jī)臺為Logitech(英國)1PM52型，12英寸politex拋光墊(pad),4cn^4cm正方形Wafer,研磨壓力4psi，研磨臺(polishingtable)轉(zhuǎn)速70轉(zhuǎn)/分鐘，研磨頭(carrier)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分鐘，拋光液滴加速度IOOml/min。拋光對象為tungsten(鎢)wafer。表2.對比拋光液1~2和本發(fā)明拋光液15對金屬鎢的去除速率<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表2中的對比拋光液1、2和本發(fā)明的拋光液1的結(jié)果可見，硝酸鉀和硝酸鐵之間存在協(xié)同作用，可以提高鉤去除速率。由拋光液1、2的結(jié)果可見，硝酸鉀與低濃度的硝酸鐵對鎢的去除速率的增加不明顯，而與相對稍高濃度的硝酸鐵作用，對鎢的去除速率增加明顯，表明硝酸鉀與硝酸鐵之間對鎢的去除速率的增加不是依靠硝酸鐵的催化作用，而是依靠硝酸鉀與硝酸鐵之間的協(xié)同作用。拋光液2、3的結(jié)果表明，多種氧化劑之間的協(xié)同作用可以顯著提高鎢去除速率，同時，硝酸鐵可以降到很低的濃度。拋光液4、5的結(jié)果表明這種協(xié)同作用不限于鐵、銀離子，其他離子，例如金屬銅離子和硝酸根之間也存在協(xié)同作用。權(quán)利要求1、一種用于化學(xué)機(jī)械研磨的拋光液，含有水、研磨顆粒和氧化劑，其特征是，所述的氧化劑同時含有硝酸鹽和金屬鹽，硝酸鹽的陽離子為金屬離子或非金屬離子，當(dāng)硝酸鹽的陽離子為金屬離子時，所述金屬鹽的陽離子不同于所述硝酸鹽的陽離子。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的硝酸鹽為選自主族及副族元素的可溶性的硝酸鹽中的一種或多種。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光液，其特征是，所述的硝酸鹽為選自硝酸銨、硝酸鉀和硝酸季銨鹽中的一種或多種。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的硝酸鹽的含量為重量百分比0.02%~10%。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的金屬鹽為選自金屬的硝酸鹽、磷酸鹽、鹽酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、氯酸鹽、高氯酸鹽、碘酸鹽、高碘酸鹽、溴酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、錳酸鹽和高錳酸鹽中的一種或多種。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的金屬鹽為選自Ag,Co,Cr,Cu,Fe，Mo，Mn,Nb,Ni,Os,Pd,Ru,Sn,Ti,K,Na和V的鹽類中的一種或多種。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的金屬鹽的含量為重量百分比0.02%~2%。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的硝酸鹽的含量為0.02-10°/。，同時金屬鹽的含量為0.02~2%，所述百分比為重量百分比。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的研磨顆粒為選自Si02、A1203、Zr02、Ce02、SiC、Fe203、1102和Si3N4中的一種或多種。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的研磨顆粒的粒徑為30200nm。11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的研磨顆粒的含量為重量百分比0.1%~10%。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的拋光液還含有殺菌劑和表面活性劑中的一種或多種。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述的拋光液的pH值為17。14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的拋光液，其特征是，所述的拋光液的pH值為25。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于化學(xué)機(jī)械研磨的拋光液，含有水、研磨顆粒和氧化劑，其中，所述的氧化劑同時含有硝酸鹽和金屬鹽，硝酸鹽的陽離子為金屬離子或非金屬離子，當(dāng)硝酸鹽的陽離子為金屬離子時，所述金屬鹽的陽離子不同于所述硝酸鹽的陽離子。本發(fā)明拋光液，利用硝酸鹽和金屬鹽之間的協(xié)同作用可以有效的用于化學(xué)機(jī)械拋光半導(dǎo)體材料中的金屬鎢，而且其中含有易對CMP機(jī)臺和器件造成污染的金屬離子的濃度較低，對CMP機(jī)臺的污染較小，同時該拋光液各組份不用分開存放，也能保證性質(zhì)長期穩(wěn)定，減少了CMP操作環(huán)節(jié)。文檔編號C09G1/02GK101649162SQ20081004177公開日2010年2月17日申請日期2008年8月15日優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日發(fā)明者春徐,楊春曉,晨王申請人:安集微電子(上海)有限公司