研磨液配製方法、研磨液以及金屬鎢的cmp方法

2023-05-03 20:11:36 2

專利名稱：研磨液配製方法、研磨液以及金屬鎢的cmp方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路製造技術領域，特別涉及一種研磨液配製方法、研磨 液以及金屬鎢的化學機械拋光方法。
背景技術：
化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工藝就是在無塵室的大氣 環境中，利用機械力對晶圓表面作用，在表面薄膜層產生斷裂腐蝕的動力，使晶圓表面趨於 平坦化，以便進行後續的工藝步驟(如光刻)。而這部分必須籍由研磨液中的化學物質通過 反應來增加其蝕刻的效率。CMP製程中最重要的兩大組件便是研磨液(slurry)和研磨墊 (platen) 0現有技術中，金屬鎢CMP的研磨液的主要成分是水，其次是以氧化劑，以及矽膠或 氧化鋁(A1203)作為精細研磨顆粒。較為常用的氧化劑為過氧化氫(H202)。在CMP過程 中，過氧化氫與金屬鎢發生化學反應生成氧化鎢(W03)。氧化鎢的硬度小於金屬鎢，因而氧 化鎢就被拋光移除了。研磨液在CMP工藝中不斷被使用和更換而被稱為消耗品。在半導體集成電路製造 工藝中，通常採用其他供應商提供的成品濃縮研磨液，將成品濃縮研磨液、水以及過氧化氫 按照一定比例混合後得到CMP過程中實際使用的研磨液。如果成品濃縮研磨液所佔比例過 高，由於其價格非常昂貴，會顯著地抬高半導體集成電路的生產成本；如果成品濃縮研磨液 所佔比例過低，又使得CMP過程所需的時間大大增加，降低生產效率，也會提高生產成本。 因此半導體集成電路的生產商總會千方百計地尋找一個合適的成品濃縮研磨液與水的配 比關係。例如在金屬鎢CMP過程中，在研磨墊1和研磨墊2使用的成品濃縮研磨液為 W2000。W2000是卡伯特微電子(Cabot Microelectronics)公司出品的一種專用於鎢CMP 的高純非金屬基研磨液，該研磨液具有超精細的研磨顆粒，可以有效避免對CMP加工器件 造成表面缺陷。在現有技術中，將W2000與水按照重量比1 1混合，並向混合物中添加濃 度為31%的過氧化氫水溶液，使得最終過氧化氫的質量濃度達到2. 15%。過氧化氫的濃度 計算公式為pHA ={Gha x31%)/(GH202 +Gs + GH2O)x\00%一種典型的配製研磨液的方式為將1000克的W2000與1000克的純淨水混合，並 向上述混合溶液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。根據上述公式計算得到 過氧化氫的濃度為(149. 05X31% )/(149. 05+1000+1000) = 2.15%。由於成品濃縮研磨液W2000的價格十分昂貴，半導體集成電路的生產商希望能找 到更加經濟的研磨液配製方法，在CMP加工過程不受影響的前提下，所消耗的W2000更少。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於，提出一種研磨液配製方法，可以在CMP加工過程與現有技術基本一致的情況下，大幅降低W2000的使用量。本發明實施例提出的一種配製研磨液的方法，將成品研磨液W2000與水按照重量 比1 2至1 4範圍內的任意比例混合，並向混合物中添加濃度為31%的過氧化氫水溶 液，使得最終過氧化氫的質量濃度達到2. 15%。較佳地，所述方法包括將667克的W2000與1333克的純淨水混合，並向上述混合 溶液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。或者，所述方法包括將500克的W2000與1500克的純淨水混合，並向上述混合溶 液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。或者，所述方法包括將400克的W2000與1600克的純淨水混合，並向上述混合溶 液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。本發明的目的還在於，提出一種金屬鎢的化學機械拋光方法，可以在CMP加工過 程與現有技術基本一致的情況下，大幅降低W2000的使用量。所述金屬鎢的化學機械拋光 方法包括在研磨墊1和研磨墊2上對器件的金屬鎢薄膜進行研磨，在所述研磨墊1和/或 研磨墊2上使用前述任一種方法配製的研磨液。本發明的目的還在於，提出一種研磨液，所述研磨液採用如權利要求1至4任一種 方法配製而成。從以上技術方案可以看出，本發明提出的研磨液配製方法保持了最終研磨液中的 過氧化氫的濃度與現有技術相同，同時一定程度上降低了成品研磨液W2000的比例，在保 持CMP加工效果基本不變的前提下，使得W2000的消耗量得到了降低，節約了成本。


圖1為進行鎢CMP處理的器件的截面示意圖；圖2為本發明實施例提出的一種配製研磨液的流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步 的詳細闡述。圖1為進行鎢CMP處理的器件的截面示意圖。101為絕緣層，102為在絕緣層上面 覆蓋的金屬鎢薄膜，金屬鎢薄膜102的表面由於氧化作用形成一層由氧化鎢構成的鈍化膜 103。在研磨墊1以及研磨墊2上進行的CMP過程的機械化學作用機制如下步驟1 通過機械研磨的過程去除鈍化膜103 ；步驟2 研磨液中的氧化劑與暴露出來的金屬鎢反應，生成氧化鎢。主要反應過程 如下氧化過程金屬鎢失去6個電子，生成正6價的鎢ff-6e — W6+還原過程過氧化氫得到2個電子，生成水和負二價氧H202+2e — H20+02_總的反應式為W+3H202— W03+3H20所生成的氧化鎢附著在金屬鎢的表面，形成新的鈍化膜。
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步驟3 步驟1-2反覆循環進行，使得金屬鎢薄膜逐漸平坦化。可以看出，鎢的CMP過程中，過氧化氫對鎢的氧化作用佔主導地位，因此只要保持 研磨液中的過氧化氫濃度不變，就不會對鎢的去除速率造成太大影響。因此可以在保持過 氧化氫濃度與現有技術一致的情況下，降低W2000的配比濃度。發明人通過對比實驗發現，在保持過氧化氫的濃度為2. 15%的情況下，W2000與 水的質量配比在1 2至1 4之間時，鎢的去除速率相對於現有技術均沒有太大的改變。 本發明實施例提出的研磨液的配製流程如圖2所示，包括如下步驟步驟201 將成品研磨液W2000與水按照重量比1 2至1 4範圍內的任意比 例混合；步驟202 向所述混合物中添加濃度為31%的過氧化氫水溶液，使得最終過氧化 氫的質量濃度達到2. 15%。當W2000與水的質量配比為1 2時，一種典型的配製研磨液的方式為將667克的W2000與1333克的純淨水混合，並向上述混合溶液中加入149. 05克 濃度為31%的過氧化氫水溶液。當W2000與水的質量配比為1 3時，一種典型的配製研磨液的方式為將500克的W2000與1500克的純淨水混合，並向上述混合溶液中加入149. 05克 濃度為31%的過氧化氫水溶液。當W2000與水的質量配比為1 4時，一種典型的配製研磨液的方式為將400克的W2000與1600克的純淨水混合，並向上述混合溶液中加入149. 05克 濃度為31%的過氧化氫水溶液。發明人將W2000與水的質量配比為1 3得到的研磨液與現有技術中的W2000與 水的質量配比為1 1的研磨液分別研磨相同的樣品，得到鎢的去除速率的平均值分別為 3496埃/分鐘和3507埃/分鐘，可以看出去除速率的差距約為0. 3%，而研磨液的費用卻 僅為原先的一半。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種配製研磨液的方法，將成品研磨液W2000與水按照重量比1∶2至1∶4範圍內的任意比例混合，並向混合物中添加濃度為31％的過氧化氫水溶液，使得最終過氧化氫的質量濃度達到2.15％。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將667克的W2000與1333 克的純淨水混合，並向上述混合溶液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將500克的W2000與1500 克的純淨水混合，並向上述混合溶液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將400克的W2000與1600 克的純淨水混合，並向上述混合溶液中加入149. 05克濃度為31%的過氧化氫水溶液。
5.一種金屬鎢的化學機械拋光方法，在研磨墊1和研磨墊2上對器件的金屬鎢薄膜進 行研磨，其特徵在於，在所述研磨墊1和/或研磨墊2上使用如權利要求1至4任一種方法 配製的研磨液。
6.一種研磨液，其特徵在於，所述研磨液採用如權利要求1至4任一種方法配製而成。
全文摘要
本發明公開了一種配製研磨液的方法，將成品研磨液W2000與水按照重量比1∶2至1∶4範圍內的任意比例混合，並向混合物中添加濃度為31％的過氧化氫水溶液，使得最終過氧化氫的質量濃度達到2.15％。本發明還公開了一種金屬鎢的化學機械拋光方法以及一種研磨液。本發明提出的研磨液配製方法保持了最終研磨液中的過氧化氫的濃度與現有技術相同，同時一定程度上降低了成品研磨液W2000的比例；該研磨液用於鎢的化學機械拋光(CMP)工藝中，在保持CMP加工效果基本不變的前提下，使得W2000的消耗量得到了降低，節約了成本。
文檔編號C09G1/04GK101955733SQ200910054799
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者彭澎, 潘繼崗 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司