铂化学机械抛光用的溶液 【技术领域】
本发明揭示一种含有碱水溶液与氧化剂的铂(缩写成“Pt”)化学机械抛光(缩写成“CMP”)用的溶液。更明确言之，本发明揭示一种形成Pt图样的方法，其包括使用上述Pt-CMP溶液，其可改良作为金属电容器下方电极使用的Pt的抛光速率与抛光特性。
背景技术
铂为一种贵金属，其在化学上与机械上为稳定的，且为一种用于制造高性能半导体元件的必要材料。此外，最近已将铂(Pt)作为DRAM元件中的下方电极使用。下方电极是在经电沉积方法形成金属层/绝缘薄膜/金属层类型的电容器时产生。
但是，当Pt层被电沉积时，电流并不均匀，这是由于用以隔离的氧化物层的几何形状与密度所致。因此，Pt层是不均匀地形成，且造成短路。
为解决上述问题，故在Pt层经电沉积后，可于该层的上方部分上进行CMP工艺，以使Pt层平面化。但是，由于Pt层具有相对较低化学反应性，故在CMP工艺期间，无法提供适当CMP浆液以将Pt抛光。因此，在将铂抛光时，是采用用于其他金属譬如钨或铝使用的常用浆液。
欲供其他金属使用的浆液，亦包含用于使硅基材上的各种金属层平面化的化学品。一般而言，具有pH2～4强酸度地金属CMP工艺用浆液，含有研磨剂，譬如氧化铝(Al2O3)或氧化锰(MnO2)，以及氧化剂，譬如过氧化氢(H2O2)或硝酸铁(Fe(NO3)2)，作为第一种添加剂，使用蒸馏水或超纯水。再者，可添加少量表面活性剂或分散剂，以改良CMP浆液性质。
由于Pt层的抛光速度极为缓慢，故CMP工艺是于高抛光压力下进行一段长时间，以足够地使Pt平面化。
结果，Pt层可能会与中间层绝缘薄膜分离，因为Pt层对中间层绝缘薄膜具有不良粘着性。此外，盘形化(dishing)与侵蚀作用在邻近中间层绝缘薄膜的Pt层上产生。
再者，当Pt层是于高抛光压力下被抛光一段长时间时，被包含在浆液中的研磨剂可严重地刮伤该中间层绝缘薄膜，且杂质譬如浆液渣可留在Pt层上。因此，危害到所形成元件的性质。
【发明内容】
本发明揭示铂CMP用的溶液，其可改良铂在低抛光压力下的抛光速度，并降低铂层的盘形化作用，及在中间层绝缘薄膜上的刮痕。
亦揭示形成铂图样的方法，其包括使用上述Pt-CMP溶液的CMP工艺。
附图简单说明
图1为横截面图，说明使用所揭示的溶液所形成的Pt电极。
图2为图表，说明电流依存于使用所揭示溶液所形成Pt的电位。
图3a至3d为图表，说明Pt氧化物层在各种溶液下的生长速率。
在附图中的各部件符号
1：半导体基材
3：金属粘着层
5：中间层绝缘薄膜图样
7：铂图样
【具体实施方式】
本发明揭示在碱水溶液中含有氧化剂的CMP溶液。此CMP溶液可用于使Pt抛光(研磨，polishing)及平面化。
此碱水溶液含有碱金属化合物，选自氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四烷基氢氧化铵及其混合物，其中烷基优选为C1-10烷基，更优选C1-6烷基。较佳是使用氢氧化钾(KOH)。此处，碱水溶液较佳是具有浓度范围从0.01M至10M，且较佳范围是从0.1M至5M。
氧化剂的实例为会使Pt原子失去电子以使Pt氧化的任何化合物。例如，使用Fe(NO3)2，且较佳为H2O2，作为氧化剂。氧化剂是以相对碱水溶液为1体积％至50体积％的浓度范围存在，而更佳范围是对碱水溶液为1体积％至10体积％。
包含碱水溶液与氧化剂的CMP溶液，较佳是保持其pH值范围为8至14，而更佳范围为10至14。
为找出Pt-CMP溶液的化学反应性，故在将预定电压以外部方式施加至含有2体积％H2O2的1M KOH水溶液及未含氧化剂的另一种1M KOH水溶液后，测量由Pt表面上产生的电化学反应所获得的电流。
结果显示，当具有相同外加电位时，含有氧化剂的KOH水溶液的电流密度，是高于未含氧化剂的KOH溶液。因此，表明Pt层是较快速地被所揭示的Pt-CMP溶液氧化(参阅图2)。
在将曝露至空气的Pt表面的氧化速度，与曝露至(1)对金属的常用浆液，(2)未含氧化剂的KOH水溶液及(3)含有氧化剂的所揭示Pt-CMP溶液的Pt表面的氧化速度比较时，经曝露至所揭示溶液的Pt表面显示最高氧浓度。因此，经曝露至所揭示CMP溶液的Pt表面，在抛光工艺后具有较大程度的氧化作用(参阅图3a至3d)。
所揭示的Pt-CMP溶液是由碱水溶液与氧化剂改变Pt层表面的物理与化学性质。即，使用所揭示的CMP溶液，Pt原子间的键结强度与紧密度被降低。因此，Pt层表面的氧化速度是增加。
依此方法，当Pt表面被氧化时，其硬度是被降低，以至Pt表面较容易被抛光。因此，当在Pt层上使用所揭示的溶液进行CMP工艺时，比起当使用金属的常用浆液时，于相同压力下的抛光速度是较快速的，且抛光工艺较简易。
此外，在与常用浆液比较下，所揭示的Pt-CMP溶液未包含研磨剂，因此减少在经曝露中间层绝缘薄膜上所产生的刮痕。
一种所揭示用于形成铂图样的方法，包括：
(a)在半导体基材上形成具有接点空穴(contact hole)中间层绝缘薄膜图样；
(b)在中间层绝缘薄膜图样上形成铂层；及
(c)在具有中间层绝缘薄膜图样作为蚀刻障壁薄膜的铂层整个表面上，使用所揭示的Pt-CMP溶液，进行初次铂CMP工艺。
步骤(c)可进一步包括使用所揭示的CMP溶液进行初次CMP工艺，将Pt层抛光，直到中间层绝缘薄膜外露为止，并使用中间层绝缘薄膜用的浆液，进行二次CMP工艺，将已曝露的中间层绝缘薄膜抛光。
在初次CMP工艺中，将Pt制成的半导体基材，于压力下与CMP系统转台的抛光垫接触。然后，将所揭示的Pt-CMP溶液供应至抛光垫与Pt层间的界面，并将Pt层抛光。
此处，CMP工艺是在压力范围从1至3psi下，旋转类型系统的转台转数范围从10至8rpm下，及在线性转台速度范围从100至600fpm下进行，这些工艺参数依Pt层的抛光速度与中间层绝缘薄膜的抛光性质而定。
接着，在二次CMP工艺中，当中间层外露的同时，使用中间层绝缘薄膜用的CMP浆液，进行中间层绝缘薄膜图样的接触抛光工艺(touch polishingprocess)。接触抛光工艺为一种缓冲步骤，以防止Pt层因初次CMP工艺的Pt层与中间层绝缘薄膜间的抛光选择性上的差异所产生的盘形化作用。此处，抛光条件是类似初次CMP工艺的条件。
各种类型的抛光垫，可根据Pt层的抛光性质，使用于上述CMP工艺中。例如，软垫可用以提升经抛光层的均匀性，而硬垫可用以改良平面性。且亦可使用与上述两种垫片层合的堆叠垫片，或上述垫片的组合。
此外，金属粘着层，譬如钛(Ti)或氮化钛(TiN)，可进一步在Pt层形成之前，于中间层绝缘薄膜图样的顶部表面上形成，以改良Pt层的粘着性。
即，一种所揭示用于形成铂图样的方法，包括：
(a)在半导体基材上形成具有接点空穴的中间层绝缘薄膜图样；
(b)在中间层绝缘薄膜图样上形成金属粘着层；
(c)在金属粘着层上形成铂层；
(d)在铂层的整个表面上，使用所揭示的Pt-CMP溶液，进行初次铂CMP工艺，直到金属粘着层外露为止；
(e)在所形成的表面上，使用金属浆液，进行二次CMP工艺，直到中间层绝缘薄膜外露为止；及
(f)在所形成的表面上，使用中间层绝缘薄膜用的浆液，进行接触抛光工艺。
中间层绝缘图样较佳为氧化物图样，并使用Pt图样作为下方电极图样。
在初次CMP工艺中，使Pt制成的半导体基材，于压力下接触至CMP系统转台的抛光垫。然后，将所揭示的Pt-CMP溶液供应至抛光垫与Pt层的界面，并将Pt层抛光。
此处，如上文所述，初次CMP工艺是在压力范围从1至3psi下，旋转类型系统的转台转数范围从10至80rpm下，及在线性转台速度范围从100至600fpm下进行，其依Pt层的抛光速度，与中间层绝缘薄膜的抛光性质而定。
接着，在二次CMP工艺中，是使用金属CMP浆液，使已外露的金属粘着层抛光，直到中间层绝缘薄膜外露为止。
在三次CMP工艺中，是在中间层绝缘薄膜外露的同时，使用中间层绝缘膜用的CMP浆液，进行中间层绝缘薄膜的接触抛光工艺。接触抛光工艺为一种缓冲步骤，以防止因金属层与中间层绝缘薄膜间的抛光选择性上的差异所产生的Pt层盘形化作用。此处，二次CMP工艺与三次CMP工艺的条件，是类似初次CMP工艺的条件。
上述供金属与中间层绝缘薄膜用的二次与三次CMP浆液，是使用一般浆液。
所揭示的Pt-电极图样是示于图1中。
参考图1，金属粘着层3是在半导体基材1上形成，而中间层绝缘薄膜(未示出)是相继地于其上形成。
一般微影术是在其中形成下方电极的中间层绝缘薄膜的预定部分上进行。然后，形成使金属粘着层3外露的开孔部分及中间层绝缘薄膜图样5。
在Pt层(未示出)经电沉积于所形成的表面上之后，进行CMP工艺，以形成Pt图样7，作为下方电极。
在上述CMP工艺中，包括使Pt制成的半导体基材，在压力下与CMP系统转台上形成的抛光垫接触。接着，将所揭示的Pt-CMP溶液(其含有以1至10体积％存在于0.1至5M KOH水溶液中的H2O2)，供应至抛光垫与Pt层的界面，并将Pt层抛光。此处，初次CMP工艺是在压力范围从1至3psi下，在旋转类型系统的转台转数范围从10至80rpm下，及在线性转台速度范围从100至600fpm下进行。然后，于二次CMP工艺中，在使中间层绝缘薄膜外露的同时，使用中间层绝缘薄膜用的浆液，进行接触抛光工艺。
软垫、硬垫、与上述两种垫片层合的堆叠垫片或上述垫片的组合，可使用于初次与二次CMP工艺中所使用的抛光垫片。
实施例实施例1.所揭示Pt-CMP溶液的制备
将KOH(1摩尔)添加至1000毫升超纯水中，以制备1M KOH水溶液。将所形成的溶液搅拌，并添加H2O2至所形成的溶液中，至以2体积％的最后浓度存在。将所形成的溶液进一步搅拌超过10分钟，直到其完全混合及稳定化为止，从而获得Pt-CMP溶液。实验实施例1.所揭示Pt-CMP溶液的化学反应性
将Pt层浸泡在上文实施例1中制成的含有2体积％H2O2的1M KOH水溶液中，及未含氧化剂的其他1M KOH水溶液中。然后，施加电压至此两种溶液，并将Pt层表面上产生的电流作比较。图2显示电流依存于使用所揭示溶液所形成Pt层的电位。
当电位为0.4E/VAg/AgCl时，未含氧化剂的1M KOH水溶液具有电流密度为1×10-5Am-2，而含有2体积％H2O2的1M KOH溶液具有高电流密度约0.05Am-2。即，以所揭示溶液抛光的Pt表面，比使用未含氧化剂溶液抛光的Pt表面更被氧化。实验实施例2.Pt表面于各种条件下的氧化作用
将铂分别在(1)具有pH6并使用CeO2作为研磨剂的金属常用浆液(参阅图3a)，(2)未含氧化剂的1M KOH水溶液(参阅图3b)，及(3)含有2体积％H2O2的1M KOH溶液(参阅图3c)中浸泡及氧化。然后，将Pt的表面在室温下，使用AES(Auger电子光谱等)，以50_/分钟的速度下抛光，以测量经氧化部分抛光的时间。
在使Pt层曝露至空气并氧化后，将Pt表面如上文所述的相同速度下抛光，以测量经氧化部分被抛光的时间(参阅图3d)。
图3a至3d显示元素譬如Pt、O及C对抛光时间的浓度。在抛光工艺的最初阶段中，在Pt表面上形成的氧化物层的浓度，是高于Pt的浓度。但是，当抛光工艺进行时，其显示氧化物层的浓度降低，而经抛光Pt的浓度是增加。
在不同种类浆液中，其中氧化物层穿透至Pt表面中的厚度(_)，由测量直到抛光工艺移除氧化物层为止的抛光时间而获得。换言之，用以氧化大部分Pt表面的浆液，是由抛光时间得知。表1显示其结果如下。
表1Pt浸泡条件 氧化物层穿透至Pt表面的厚度(_)金属的常用浆液 100KOH水溶液 75