一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液的制作方法

1.本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液及其应用。


背景技术：

2.化学机械抛光(cmp)由化学作用、机械作用以及这两种相互协同作用对抛光工件进行抛光，从而实现平坦化的过程。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫上与机台相同的运动方向，但两者之间存在一定的速度差。同时，抛光液被滴到抛光垫上，由于抛光垫的旋转带动，抛光液均匀平铺在抛光垫上，通过抛光液的化学作用以及抛光工件与抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用，从而对抛光工件起到平坦化的效果。
3.目前，对金属层化学机械抛光(cmp)的公认主要机制被认为是：氧化剂先将金属表面进行氧化，形成硬度较低的氧化膜然后通过磨料将氧化膜去除，，产生新的金属表面继续被氧化剂氧化，这两种作用交替进行。
4.之所以选择钨这种金属作为插塞材料，其主要是由于自身的性质所决定的。作为化学机械抛光(cmp)对象之一的金属钨，在高电流密度下，抗电子迁移能力强，并且能够与硅形成很好的欧姆接触，所以可作为插塞以联接上下层金属，从而起到导通的作用。
5.现有fab厂商彼此之间的竞争非常激烈，为了提高产能，各大fab厂家对钨化学抛光液的要求提出了更高的要求——提高抛光速率，从而提升产量。但钨化学机械抛光的主要机理是化学机械作用两者共同对钨插塞进行平坦化处理过程，其中的化学作用是将钨进行氧化形成硬度更低的氧化层，而机械作用是将较软的氧化层通过机械作用进行去除，然后暴露出来新的金属重新进行氧化，然后再去除的过程，周而复始，从而对钨插塞达到平坦化的目的，目前fab厂商为了追求更高的抛光效率，选用气相二氧化硅作为磨料，而气相二氧化硅自身的硬度较大，棱角较多，从而导致更多的划伤。
6.这就需要对现有的抛光磨料或抛光液进行改进，在抛光效率和抛光质量方面做到更好的平衡和兼顾。


技术实现要素：

7.为了解决对钨插塞的划伤，本发明提供了一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，通过添加含有多羟基和羧基的物质，能保证钨化学机械抛光液在兼具高抛光速率的同时，还能减少划伤的发生，从而提高wafer的良率。
8.本发明的另一目的在于提供这种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。
9.为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：
10.一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，包含如下质量百分含量的组分：2％-20％的研磨剂、0.5％～5％的氧化剂、0.01％～0.5％钨催化剂，0.01％-0.05％的含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水。
11.在一个优选的实施方案中，所述减少划伤的钨插塞化学机械抛光液包含如下质量百分含量的组分：5％-15％的研磨剂、2％～4％的氧化剂、0.1％～0.4％钨催化剂，0.02％-0.04％的含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水。
12.在一个具体的实施方案中，所述研磨剂为气相二氧化硅，优选为商用电子级气相二氧化硅；更优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为80-120m2/g；进一步优选地，所述气相二氧化硅在水溶液中的粒径为100-180nm。
13.在一个具体的实施方案中，所述的氧化剂选自过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、次氯酸钠或次氯酸钾中的一种或多种；优选为过氧化氢。
14.在一个具体的实施方案中，所述钨催化剂为含铁盐，优选为硝酸铁。
15.在一个具体的实施方案中，所述含有多羟基和羧基的物质选自d-核糖己酸、l-鼠李糖酸中的一种或多种，优选为l-鼠李糖酸。
16.在一个具体的实施方案中，所述抛光液的ph值为2.0-2.5。
17.在一个具体的实施方案中，所述去离子水为超纯水，所述超纯水的电阻率不低于18mω/cm。
18.本发明的再一方面，前述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.本发明的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液通过添加含有多羟基和羧基的物质一方面能维持磨料的稳定，另一方面在不抑制抛光速率的前提下减少划伤的产生，提高wafera的良率，从而实现在半导体领域特别是化学机械抛光中的应用。
具体实施方式
21.为了更好的理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
22.一种减少点划伤的钨插塞化学机械抛光液，包括研磨剂、氧化剂、钨催化剂、含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水。
23.具体地，一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，包含如下质量百分含量的组分：2％-20％的研磨剂、0.5％～5％的氧化剂、0.01％～0.5％钨催化剂，0.01％-0.05％的含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水，即以所述抛光液为100％计，其中研磨剂占2-20％、氧化剂为0.5-5％、钨催化剂0.01-0.5％、含有多羟基和羧基的物质0.01％-0.05％，余量为水。
24.其中，作为所述的研磨剂，例如为气相二氧化硅，所述气相二氧化硅可以为商业的气相二氧化硅，优选为比表面积80-120m2/g的气相二氧化硅，所述气相二氧化硅溶解在水中的水溶液的二氧化硅胶体粒子有效粒径为100nm-180nm。所述有效粒径例如可以采用动态光散射法dls方法检测得到。所述抛光液中气相二氧化硅的质量百分含量为2％-20％，例如包括但不限于2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％。
25.作为所述的氧化剂，例如为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、次氯酸钠或次酸钾中
的一种或多种，优选为过氧化氢，即双氧水。所述抛光液中氧化剂的质量百分比含量为0.5％-5％，例如包括但不限于0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。所述氧化剂优选在使用前加入，避免过早加入导致可能的提前分解。
26.作为所述钨催化剂，例如为含铁的盐类，优选为硝酸铁，其硝酸根离子和铁离子均能起作用。在双氧水氧化剂存在下，发生芬顿反应，促进化学机械抛光进程，提高抛光速率。所述抛光液中催化剂硝酸铁的质量百分比含量为0.01％-0.5％，例如包括但不限于0.01％、0.015％、0.02％、0.025％、0.03％、0.035％、0.04％、0.045％、0.5％。
27.作为含有多羟基和羧基的物质例如为d-核糖己酸和/或l-鼠李糖酸，优选为l-鼠李糖酸。所述抛光液中含有多羟基和羧基的物质质量百分比含量为0.01％-0.05％，例如包括但不限于0.01％、0.02％、0.025％、0.03％、0.035％、0.04％、0.045％、0.05％。
28.通常，所述减少点腐蚀的钨插塞化学机械抛光液的ph值为2.0-2.5，可采用酸或碱进行调节，例如采用氢氧化钾或硝酸调节ph值，还可以采用本领域常用的酸或碱进行调节。
29.其中，氧化剂还可以在使用前加入，本领域技术人员可以理解的是，这也应在本发明的保护范围内。
30.本发明通过在抛光液中添加含有多羟基和羧基的物质既能保持气相二氧化硅在酸性条件下的稳定，又能减少划伤。其维持磨料气相二氧化硅磨料在酸性条件下稳定的原理在于其中的羟基可以与气相二氧化硅表面的羟基通过化学键作用形成强有力的结合力，而羧基可以电离出氢离子，使气相二氧化硅表面带负电，从而使气相二氧化硅保持稳定。另一方面能减少划伤的原理在于含有羟基和羧基的物质与气相二氧化硅通过化学键结合，在气相二氧化硅表面形成较柔软的一层物质，类似较柔软的保护层，这样在不抑制抛光速率的前提条件下，还可以减少对钨插塞的划伤。再一方面含有多羟基的物质有足够的活性位点，可以与钨表面的羟基进行结合，从而提高抛光速率。因此该发明的创新之处有三：其一是维持磨料稳定，其二是减少划伤，其三是提高抛光速率。
31.下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。
32.以下实施例或对比例用到的主要原料来源如下：
33.气相二氧化硅，德国赢创aerisol，微米级，比表面积90g/m2；
34.硝酸铁、双氧水、d-核糖己酸、l-鼠李糖酸、羟基苯甲酸分析纯国药集团股份有限公司。
35.主要检测方法如下：
36.抛光速率mrr(埃/分钟)：钨经过化学机械抛光后，用测厚仪和天平测量钨靶材抛光前后的厚度差和质量差来评价抛光速率；
37.划伤：用显微镜对钨靶材进行检测，记录划伤的数量。
38.以上测试方法均采用行业内标准工艺，在此不予赘述。
39.以下实施例和对比例的抛光液按下表中各组分的成分及含量进行配制：
40.按照表中的配方配制化学机械抛光液，混合均匀，用硝酸或koh调节ph值至2.0-2.5，使用前加入双氧水，并用水补足质量百分比至100％，得到本发明各实施例及对比例的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液。
[0041][0042][0043]
分别使用上述实施例和对比例的化学机械抛光液对含有钨的晶圆进行抛光。抛光条件为：采用mirra抛光机进行抛光，使用ic1010抛光垫，抛光压力为4.2psi，抛光液流量150ml/min。测量上述抛光液对钨抛光速率，并同时采用生物显微镜对抛光后的钨靶材进行划伤检测，检测结果列入上表中。
[0044]
由表中数据可知，相对于现有技术，本发明的抛光液用于钨化学机械抛光过程中，在使用气相二氧化硅作为磨料并添加氧化剂双氧水和催化剂硝酸铁之后其抛光速率有了很大的提升，并且在添加合适量的含有多羟基和羧基的物质后，对划伤情况有着极大的改善，对钨的化学机械抛光具有积极效果。
[0045]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，包含如下质量百分含量的组分：2％-20％的研磨剂、0.5％～5％的氧化剂、0.01％～0.5％钨催化剂，0.01％-0.05％的含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水。2.根据权利要求1所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，包含如下质量百分含量的组分：5％-15％的研磨剂、2％～4％的氧化剂、0.1％～0.4％钨催化剂，0.02％-0.04％的含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水。3.根据权利要求1或2所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨剂为气相二氧化硅，优选为商用电子级气相二氧化硅；更优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为80-120m2/g；进一步优选地，所述气相二氧化硅在水溶液中的粒径为100-180nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述的氧化剂选自过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、次氯酸钠或次氯酸钾中的一种或多种；优选为过氧化氢。5.根据权利要求1-4任一项所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述钨催化剂为含铁盐，优选为硝酸铁。6.根据权利要求1-5任一项所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述含有多羟基和羧基的物质选自d-核糖己酸、l-鼠李糖酸中的一种或两种。7.根据权利要求6所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述含有多羟基和羧基的物质为l-鼠李糖酸。8.根据权利要求1-7任一项所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液的ph值为2.0-2.5。9.根据权利要求1-8任一项所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述去离子水为超纯水，所述超纯水的电阻率不低于18mω/cm。10.权利要求1～9任一项所述的钨插塞化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。

技术总结
本发明公开了一种减少划伤的钨插塞化学机械抛光液及其应用，所述抛光液包含如下质量百分含量的组分：2%-20%研磨剂、0.5％～5％的氧化剂、0.01％～0.5％的钨催化剂，0.01%-0.05%的含有多羟基和羧基的物质，其余部分为去离子水。本发明的抛光组合物具有抛光速率快、表面质量好、稳定性优异等特点。稳定性优异等特点。


技术研发人员：崔晓坤 卫旻嵩 卞鹏程 王庆伟 徐贺 李国庆 王瑞芹 王永东
受保护的技术使用者：万华化学集团电子材料有限公司
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2023/7/22