專利名稱：用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于微電子領(lǐng)域的拋光液，特別涉及一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液。
背景技術(shù)：
目前，超大規(guī)模集成電路的布線層數(shù)在不斷增加，每一層都要求全局平面化，化學(xué)機械拋光是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局平面化的方法。CMP的研究工作過去主要集中在美國以SEMTECH為主的聯(lián)合體，在它的推動下CMP技術(shù)最早于1994年首先在美國進入工藝線應(yīng)用。隨后，日本于1995年初也開始將CMP工藝引入其0.5μm工藝線的氧化膜平面化工藝，1996年開始用于鎢的平面化工藝，現(xiàn)已發(fā)展到全球，如歐洲的聯(lián)合體JESSI，法國研究公司LETI和CNET，德國的FRALDHOFER研究所，亞洲的韓國和我國臺灣地區(qū)也在加速研究與開發(fā)，并呈現(xiàn)出高競爭勢頭。鎢CMP的技術(shù)存在一系列的復(fù)雜化學(xué)和機械的作用，有許多影響參數(shù)如壓力與溫度，pH值等，涉及到金屬物理，固體物理，材料學(xué)和微電子技術(shù)等多種學(xué)科，還存在著許多亟待解決的理論問題。在化學(xué)機械拋光中，拋光液對拋光速率和拋光效果起著重要的作用，拋光液的配比一直作為商業(yè)機密而不被公開。目前，世界知名大公司如Cabot、Rohm and Haas所生產(chǎn)的鎢拋光液為酸性。如Cabot公司的Semi-Sperse W2000鎢拋光液，pH值在2.1-2.9之間；Rohm and Haas的MSW2000系列，pH值為3.9；這些拋光液以硬度較高的三氧化二鋁為磨料。酸性拋光液的拋光機理是以強機械作用，先用硬度很高的三氧化二鋁研磨再酸化溶解的方法。為了提高高低選擇比在溶液中加入苯本三唑(BTA)增膜劑，在凹處形成單分子膜，當(dāng)凸處去除時凹處受膜阻以提高高低選擇比。但工藝過程復(fù)雜，速率低，屑粒容易返回重新吸附在表面。然而酸性拋光液腐蝕設(shè)備，容易引起金屬離子沾污；以三氧化二鋁作為磨料，由于三氧化鋁硬度大，容易造成劃傷；且其粘滯性強，后續(xù)難以清洗。以二氧化硅水溶膠為磨料，在高pH值下不穩(wěn)定，而pH值大于12.5時會發(fā)生硅溶膠的溶解。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對化學(xué)機械拋光的要求也在不斷提高。由于堿性環(huán)境適合微電子生產(chǎn)的環(huán)境，因此研究開發(fā)堿性拋光液以適應(yīng)微電子行業(yè)的迅速發(fā)展，是該領(lǐng)域亟待解決的難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種高pH值下、以強螯合、絡(luò)合作用提高拋光速率，不含金屬離子，不需加入增膜劑，易清洗、減少對設(shè)備的腐蝕及對環(huán)境的污染，且降低生產(chǎn)成本的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液。
為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的實施方式如下一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于拋光液的組分重量％如下磨料 50-90， 乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺) 0.5-5，氧化劑0.5-4， 表面活性劑 0.1-10，去離子水 余量；將上述各組分逐級混合，攪拌均勻即可。
所述的磨料為硅溶膠，粒徑為15nm-100nm，分散度在±5％之間，濃度為20％-50％。
所述的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可以作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子。
所述的表面活性劑是非離子界面活性劑，選擇加入FA/O表面活性劑、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)的一種。
所述的氧化劑是堿性介質(zhì)下可溶的、不含金屬離子的過氧化物，選擇加入過氧化氫或過氧焦磷酸。
所述的拋光液pH值為9-13。
對比現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明中各組分的作用為以納米級二氧化硅為磨料，其硬度較小，分布均勻，可以解決鋁磨料的劃傷性問題；且流動性好、無沉淀、拋光后產(chǎn)物粘度小，后續(xù)清洗簡單；且二氧化硅磨料無毒、無污染，是理想的磨料。
乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)在拋光液中作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑及螯合劑。由于其不含金屬離子，由它取代一般堿性拋光液常用的強堿如氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)，從而可以避免堿金屬離子在拋光過程進入襯底中所引起的器件局部穿通、漏電流增大等效應(yīng)。在以硅溶膠為磨料的拋光液中，強電解質(zhì)金屬離子還會使硅溶膠凝膠，使拋光液報廢。而不含金屬離子的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可有效解決上述問題且硅溶膠在乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)不會溶解。同時乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)還可作為pH值緩沖劑，即當(dāng)拋光液局部pH值發(fā)生變化時，可以迅速釋放本身的羥基，使拋光液保持穩(wěn)定的pH值，提高漿料的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明采用乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可以和金屬離子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，起到螯合劑的作用。
表面活性劑在鎢拋光中起著非常重要的作用。它影響著拋光液的分散性、顆粒吸附后清洗難易程度以及金屬離子沾污等問題。選擇適當(dāng)?shù)幕钚詣┎粌H可以提高質(zhì)量傳遞速率，以提高平整度；而且能降低表面張力，降低損傷層厚度，減少損傷霧，還可以優(yōu)先吸附，形成長期易清洗的物理吸附表面，以改善表面狀態(tài)。
氧化劑在拋光過程中可以將鎢表面氧化成較軟的氧化層，這樣，在磨料的磨除作用下，能較容易的剝離下來，這樣可以提高拋光速率。同時，在晶片的凹凸不平的凹處，氧化物將其保護起來，凸處則被磨料磨除掉，可以提高拋光過程的高低選擇比。同時，在凸處存在的壓力可以使被氧化的鎢表面容易和乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)優(yōu)先發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶于水的鹽，而低處壓力小則不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣可以進一步提高高低選擇比。這樣，氧化劑和乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)就可以提高高低選擇性而不用在加入BTA，節(jié)省成本。就鎢拋光液現(xiàn)常用氧化劑有K3[Fe(CN)6]、Fe(NO3)3、KIO3和雙氧水等。K3Fe(CN)6、Fe(NO3)3會引入Fe3+，KIO3會引入K+，形成離子沾污，影響器件性能，而且K3Fe(CN)6還有劇毒，對應(yīng)用于生產(chǎn)極為不利，并且會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。本發(fā)明采用的氧化劑不含金屬離子，不會引起金屬離子沾污；使得反應(yīng)產(chǎn)物無污染，易于清洗。
本發(fā)明的有益效果是1.將現(xiàn)在通用的酸性拋光液改為堿性，這樣可以減少對設(shè)備的腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命，降低對環(huán)境的污染。
2.有效的解決三氧化二鋁為磨料時引起的劃傷及后清洗困難的問題，提高產(chǎn)品的成品率；后清洗簡單，可降低后清洗中的費用。
3.解決了硅溶膠在高pH值下不穩(wěn)定的問題。
4.通過選用不含金屬離子的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)及氧化劑，可以減少金屬離子沾污；同時乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)的螯合作用，能顯著降低拋光后表面的金屬離子污染，提高器件的可靠性。
5.配方簡單合理、制備工藝簡捷，降低成本價格；一劑多用，應(yīng)用廣泛。
具體實施例方式
以下結(jié)合較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提供的具體實施方式
詳述如下實施例1配制1000g拋光液取磨料硅溶膠900g，其粒徑為15nm-100nm，分散度在±5％之間，濃度為20％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)5g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為9-13；FA/O非離子活性劑5g，過氧化氫5g，去離子水為余量85g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。氧化劑是堿性介質(zhì)下可溶的、不含金屬離子的過氧化物；磨料的加入量視硅溶膠的濃度選擇配比，可用去離子水調(diào)節(jié)，制備條件寬松，拋光效果顯著。
實施例2配制1000g拋光液取磨料硅溶膠800g，粒徑為15nm-20nm，分散度在±5％之間，濃度為30％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)20g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為12.5；表面活性劑聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)100g，過氧化氫10g，去離子水為余量70g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實施例1。
實施例3配制1000g拋光液取磨料硅溶膠700g，粒徑為80-100nm，分散度在±5％之間，濃度為35％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)45g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為13；表面活性劑OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)40g，過氧化氫20g，去離子水為余量195g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實施例1。
實施例4配制1000g拋光液取磨料硅溶膠600g，粒徑為15nm-40nm，分散度在±5％之間，濃度為40％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)50g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為11.5；表面活性劑OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)50g，過氧化氫30g，去離子水為余量270g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實施例1。
實施例5配制1000g拋光液取磨料硅溶膠500g，粒徑為15nm-30nm，分散度在±5％之間，濃度為50％；分別加入乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)50g，作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子，調(diào)節(jié)pH值為9；表面活性劑O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)1g，過氧焦磷酸40g，去離子水為余量409g；將上述各組邊加入邊攪拌混合均勻。其它同實施例1。
上述參照實施例對用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液進行的詳細(xì)描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于拋光液的組分重量％如下磨料 50-90，乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺) 0.5-5，氧化劑0.5-4，表面活性劑 0.1-10，去離子水 余量；將上述各組分逐級混合，攪拌均勻即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的磨料為硅溶膠，粒徑為15nm-100nm，分散度在±5％之間，濃度為20％-50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)可以作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，不含金屬離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的表面活性劑是非離子界面活性劑，選擇加入FA/O表面活性劑、聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的氧化劑是堿性介質(zhì)下可溶的、不含金屬離子的過氧化物，選擇加入過氧化氫或過氧焦磷酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于所述的拋光液pH值為9-13。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于大規(guī)模集成電路多層布線中鎢插塞的拋光液，其特征在于拋光液的組分重量％如下磨料50－90，乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺) 0.5－5，氧化劑0.5－4，表面活性劑0.1－10，去離子水余量。將上述各組分逐級混合，攪拌均勻即可。磨料為硅溶膠，其加入量視硅溶膠的濃度選擇配比。該拋光液中以乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)作為pH值調(diào)節(jié)劑、緩沖劑和螯合劑，以不含金屬離子的過氧化物為氧化劑，對拋光設(shè)備無腐蝕，后清洗簡單；可有效降低金屬離子沾污，拋光表面效果好，從而提高器件的可靠性。該拋光液污染小、利于環(huán)保，成本低、應(yīng)用廣泛。
文檔編號C09G1/18GK1858130SQ20061001397
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者劉玉嶺, 賈英茜 申請人:河北工業(yè)大學(xué)