一种具有改善POU寿命的钨抛光液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有改善POU寿命的钨抛光液及其应用，所述钨抛光液包括二氧化硅磨料、硝酸铁、氧化剂、稳定剂、表面活性剂和水，其中，稳定剂包括有机酸类的第一稳定剂和环状螯合剂类的第二稳定剂。本发明专利技术中两种稳定剂配合使用，使抛光液在POU具有改善的稳定性，同时减少因稳定性不佳导致的颗粒团聚，从而使被抛光表面的表面质量大幅度提升。表面的表面质量大幅度提升。

【技术实现步骤摘要】
一种具有改善POU寿命的钨抛光液及其应用


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光
，具体涉及一种具有改善的POU寿命的钨抛光液及其应用。

技术介绍

[0002]随着半导体器件尺寸的逐渐缩小和金属层数的不断增加，金属层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。平坦化技术主要有SOG反刻、BPSG回流、旋涂膜层和化学机械抛光(CMP)等，其中，由IBM公司在二十世纪80年代首创的CMP技术作为一种全局平坦化的有效方法获得广泛应用。
[0003]在化学机械抛光(CMP)过程中，衬底的上表面与抛光垫直接接触，并在一定的压力作用下相对于抛光垫做旋转运动，同时，向抛光垫表面施加一种含磨料的混合物(通常被称为抛光液)，借助于抛光液的化学腐蚀作用和磨料的机械作用来完成衬底表面的平坦化。
[0004]众所周知，在金属层的抛光工艺中，通常先由氧化剂在金属表面形成硬度较小的金属氧化物(MO
x
)，然后通过磨料的研磨作用将该氧化层机械去除，产生新的金属表面继续被氧化，重复上述过程直至抛光完成。
[0005]作为化学机械抛光(CMP)对象之一的金属钨，在高电流密度下的抗电子迁移能力强，具有优秀的孔洞填充能力，且能够与硅形成很好的欧姆接触，所以可作为接触窗及介层洞的填充金属及扩散阻挡层。
[0006]目前钨的化学机械抛光方法主要是先通过芬顿反应将金属钨表面氧化，如式(1)、(2)、(3)所示，然后通过机械研磨作用除去柔软的氧化膜。美国专利US2002019128、日本专利JP2001148360等公开了一种抛光组合物，该组合物以硝酸铁为催化剂，以过氧化氢为氧化剂，相较于专利US6375552和专利US5993686中采用铁氰化钾和硝酸铁为氧化剂，该方法可以大幅度降低硝酸铁的用量，同时避免铁氰化钾分解产生的剧毒物质。
[0007]H2O2+Fe
3+
＝Fe
2+
+O2+2H
+
ꢀꢀꢀ
(1)
[0008]Fe
3+
+H2O2＝Fe
2+
+OH
‑
+OH
·
ꢀꢀꢀ
(2)
[0009]6OH
·
+W+6H
+
＝3H2O+WO3ꢀꢀꢀ
(3)
[0010]但是芬顿试剂的使用依然面临着POU稳定性的问题，即，钨抛光液在使用点(POU)加入双氧水后，双氧水随着芬顿反应的发生很快分解，同时Fe
3+
形成多聚体，导致抛光液出现大颗粒，POU寿命下降。美国专利US7887715改变了芬顿试剂中催化剂Fe的存在形式，通过向磨料中掺杂Fe纳米粒子，避免了溶液中游离Fe
3+
的存在，从而最大程度地减少了Fe
3+
对磨料稳定性的影响。但是，该方法由于没有稳定剂，Fe纳米粒子催化双氧水源源不断地分解，抛光液POU寿命很短。
[0011]美国专利US10676647和US6083419都提出添加稳定剂来提高抛光液的稳定性，该稳定剂的主要作用是与Fe
3+
进行络合，屏蔽Fe
3+
对二氧化硅磨料稳定性的不利影响。但是当POU中加入双氧水后，该单一稳定剂的作用会大幅度减弱，单纯依靠上述专利中提到的稳定剂很难延长POU使用寿命。
[0012]因此，需要一种新的钨化学机械抛光液，可以改善POU寿命，使客户端使用时更灵活便捷，同时减少因稳定性不佳导致的颗粒团聚，从而使被抛光表面的表面质量大幅度提升。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的钨化学机械抛光液，使抛光液在POU具有改善的稳定性，同时减少因稳定性不佳导致的颗粒团聚，从而使被抛光表面的表面质量大幅度提升。
[0014]本专利技术的另一目的在于提供这种钨化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。
[0015]为实现以上专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0016]一种具有改善的POU寿命的钨抛光液，包括二氧化硅磨料、硝酸铁、氧化剂、稳定剂、表面活性剂和水，其中，所述稳定剂为Fe
3+
稳定剂，其包括第一稳定剂和第二稳定剂。
[0017]在一个优选的实施方案中，以质量百分含量计，所述钨化学机械抛光液包括1
‑
20％的二氧化硅磨料、0.001
‑
0.3％的硝酸铁、0.5
‑
5％氧化剂、0.001
‑
0.2％的稳定剂、0.001％
‑
0.2％的表面活性剂，余量为水。
[0018]在一个优选的实施方案中，以质量百分含量计，所述钨化学机械抛光液包括1
‑
10％的二氧化硅磨料、0.01
‑
0.3％的硝酸铁、2
‑
3％的氧化剂、0.02
‑
0.2％的稳定剂、0.01％
‑
0.2％的表面活性剂，余量为水。
[0019]在一个具体的实施方案中，所述第一稳定剂是有机酸，例如有机羧酸或有机膦酸，例如选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸或酒石酸，或选自氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸，优选地，所述有机酸为有机羧酸，更优选地，所述有机羧酸为丙二酸。
[0020]在一个具体的实施方案中，所述第二稳定剂是环状螯合剂，例如选自卟啉或冠醚，优选地，所述第二稳定剂选自卟啉。所述卟啉为天然卟啉、合成卟啉中的至少任一种或几种，所述冠醚为15
‑
冠
‑
5、18
‑
冠
‑
6、二环已烷并
‑
18
‑
冠
‑
6中的至少任一种或几种。
[0021]在一个具体的实施方案中，所述第一稳定剂含量为0.01
‑
0.2％，所述第二稳定剂含量为0.0005
‑
0.01％，以钨化学机械抛光液总质量计。
[0022]有机酸是Fe
3+
的弱结合配体，使用该物质可使抛光中部分Fe
3+
从络合物中释放出来，从而保证抛光速率在可接受范围内，但是只使用有机酸时，由于其相对较弱的结合力，Fe
3+
可能发生聚集，从而引起磨料粒径增加。环状螯合剂是Fe
3+
的强结合配体，使用该物质可非常好的稳定Fe
3+
，但是只使用环状螯合剂时，由于Fe
3+
难以释放，会产生难以接受的抛光速率降低。两者结合使用，可在保证抛光速率不明显下降的前提下提高稳定性，改善POU寿命。
[0023]在一个具体的实施方案中，所述二氧化硅磨料为硅溶胶或气相二氧化硅，优选地，所述二氧化硅磨料为硅溶胶。
[0024]在一个具体的实施方案中，所述表面活性剂为非离子表面活性剂；优选地，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨化学机械抛光液，其特征在于，包括二氧化硅磨料、硝酸铁、氧化剂、稳定剂、表面活性剂和水，其中，所述稳定剂包括第一稳定剂和第二稳定剂；优选地，以质量百分含量计，所述钨化学机械抛光液包括1
‑
20％的二氧化硅磨料、0.001
‑
0.3％的硝酸铁、0.5
‑
5％的氧化剂、0.001
‑
0.2％的稳定剂、0.001％
‑
0.2％的表面活性剂，余量为水，其中，所述稳定剂包括第一稳定剂和第二稳定剂；更优选地，以质量百分含量计，所述钨化学机械抛光液包括1
‑
10％的二氧化硅磨料、0.01
‑
0.3％的硝酸铁、2
‑
3％的氧化剂、0.02
‑
0.2％的稳定剂、0.01％
‑
0.2％的表面活性剂，余量为水。2.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述第一稳定剂为有机酸，所述有机酸选自有机羧酸或有机膦酸；优选地，所述有机羧酸选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、酒石酸中的至少任一种或几种，优选为丙二酸；所述有机膦酸选自氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸中的至少任一种或几种。3.根据权利要求2所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述有机酸选自有机羧酸；优选地，所述第一稳定剂的含量为0.01
‑
0.2％，以钨化学机械抛光液总质量计。4.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞芹，崔晓坤，卞鹏程，王庆伟，徐贺，李国庆，王永东，卫旻嵩，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：