一种钨化学机械抛光液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含亲电亲核双功能有机硼化合物的钨化学机械抛光液，该抛光液还包含经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、催化剂、稳定剂、氧化剂、腐蚀抑制剂，余量为水。本发明专利技术的钨化学机械抛光液使用的亲电亲核双功能有机硼化合物可以增加体系稳定性，同时可以提高抛光后的表面质量。表面质量。

【技术实现步骤摘要】
一种钨化学机械抛光液及其应用


[0001]本专利技术涉及一种化学机械抛光(CMP)
，具体涉及一种用于半导体制造中钨插塞的化学机械抛光液及其应用。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，简称CMP)自1965年美国的Monsanto提出、1991年IBM应用于半导体生产中以来，已经成为集成电路、超大规模集成电路和微机电系统等不可或缺的加工技术。与传统的纯机械或纯化学的抛光方法比较，CMP通过化学的和机械的综合作用，避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等诸多缺点。它利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。在一定压力及抛光液的存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成平坦表面。
[0003]集成电路在硅基底上形成数亿个活化元件构成，这些元件通过多层互连件互连，其中，钨材料一直用于形成金属插塞连接不同的导电层。化学气相沉积的钨可以填充非常小的接触窗和金属层间连接孔，而且也能覆盖整个晶圆表面。
[0004]在钨的CMP领域，涉及抛光液稳定性和抛光后表面质量的专利很多。比如专利CN106104764A描述了利用多氨基类化合物可以改善抛光后的表面质量；专利CN108350318描述了利用具有疏水尾部的阳离子表面活性剂和环糊精形成的复合物使抛光液显示出优良的稳定性。/>[0005]随着集成电路制程的持续降低，制备具有良好稳定性和抛光后表面质量的钨化学机械抛光液的方法存在持续需要。本专利技术持续扩展一些未应用在本领域的化学物质来解决这些持续的需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种可在研磨钨晶圆时改善表面质量的同时提高浆料稳定性的钨化学机械抛光液。
[0007]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插塞化学机械抛光中的应用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种钨化学机械抛光液，包括经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、催化剂、稳定剂、氧化剂、腐蚀抑制剂和亲电亲核双功能有机硼化合物。
[0010]在一个优选的实施方案中，所述钨化学机械抛光液包括质量分数为0.1％～10％经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、0.001％～0.1％催化剂、0.02％～0.5％稳定剂、0.5％～3.5％氧化剂、0.005％～0.5％腐蚀抑制剂和0.001％～0.1％亲电亲核双功能有机硼化合物，余量为水。
[0011]在一个更优选的实施方案中，所述钨化学机械抛光液包括质量分数为0.1％～10％经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、0.005％～0.05％催化剂、0.05％～0.2％稳定剂、0.5％～3.5％氧化剂、0.005％～0.1％腐蚀抑制剂和0.005％～0.05％亲电亲核双功能有机硼化合物，余量为水。
[0012]在一个具体的实施方案中，所述亲电亲核双功能有机硼化合物具有式(I)所示的化学结构：
[0013][0014]其中：R1～R5各自独立地选自为取代或具有取代基地以下基团：C1
‑
C30烷基、C3
‑
C30环烷基、C3
‑
C30杂环基、C5
‑
C30杂芳香基中的一种或多种；优选为C1
‑
C10直链烷基、双环烷基、含氮杂环中的任一种。
[0015]其中，所述的具有亲电亲核双功能有机硼化合物中的X
‑
独立地选自F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、OH
‑
、NO3‑
中的一种或多种。
[0016]在一个优选的实施方案中，所述亲电亲核双功能有机硼化合物选自以下结构式(I)～式(IV)中的任一种；
[0017][0018]更优选地，选自以下式(I)结构的亲电亲核双功能有机硼化合物
[0019][0020]在一个具体的实施方案中，所述经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒中的硅烷偶联剂为正电荷硅烷偶联剂；优选地，所述正电荷硅烷偶联剂为氨丙基甲基二乙氧基硅烷(KH
‑
902)。
[0021]在一个具体的实施方案中，所述研磨颗粒为纳米氧化硅胶体；优选地，纳米氧化硅胶体的粒径为40
‑
130nm。
[0022]在一个具体的实施方案中，所述催化剂为硝酸铁。
[0023]在一个具体的实施方案中，所述稳定剂为有机酸，选自柠檬酸、丙二酸、酒石酸、琥珀酸、丁二酸、草酸中的一种或者几种，优选为丙二酸。
[0024]在一个具体的实施方案中，所述氧化剂为过氧化氢。
[0025]在一个具体的实施方案中，所述腐蚀抑制剂选自哌嗪及其衍生物、三氮唑及其衍生物、吡啶及其衍生物、二乙烯三胺、四乙烯五胺、1,5,7
‑
三叠氮双环[4.4.0]癸
‑5‑
烯)
(TBD)、7
‑
甲基
‑
1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(MTBD)、1,5
‑
二氮杂双环[4.3.0]‑5‑
壬烯(DBN)、1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯(DBU)中地一种或者几种；优选的为1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯；更优选地，1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯用量为500
‑
5000ppm。
[0026]在一个具体的实施方案中，所述抛光液的pH为2
‑
3。
[0027]另一方面，采用前述的钨化学机械抛光液在钨插塞化学机械抛光中的应用。
[0028]通过采取上述技术方案，本专利技术可获得如下专利技术效果：
[0029](1)本专利技术的抛光液配方中包含的亲电亲核双功能的有机硼化合物加入到抛光液中，铵盐与研磨颗粒之间存在斥力，使研磨颗粒相互之间的斥力增大，增加抛光液的稳定性。
[0030](2)本专利技术使用的亲核亲电双功能有机硼化合物中的硼原子本身缺电子，在抛光时会吸附在显负电的WO
x
表面，增大研磨颗粒与钨晶圆表面的互斥力，使得钨晶圆低处的几乎无去除，进而达到平坦化的目的。
附图说明
[0031]图1是本专利技术使用亲电亲核双功能有机硼化合物的W CMP组合物的作用原理示意图。
具体实施方式
[0032]为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面的实施例将对本专利技术所提供的方法予以进一步说明，但本专利技术不限于所列出的实施例，还应包括在本专利技术的权利要求范围内其他任何公知的改变。
[0033]一种钨化学机械抛光液包括质量分数为0.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，包括经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、催化剂、稳定剂、氧化剂、腐蚀抑制剂和亲电亲核双功能有机硼化合物。2.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，包括质量分数为0.1％～10％经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、0.001％～0.1％催化剂、0.02％～0.5％稳定剂、0.5％～3.5％氧化剂、0.005％～0.5％腐蚀抑制剂和0.001％～0.1％亲电亲核双功能有机硼化合物，余量为水；优选地，包括质量分数为0.1％～10％经硅烷偶联剂处理的研磨颗粒、0.005％～0.05％催化剂、0.05％～0.2％稳定剂、0.5％～3.5％氧化剂、0.005％～0.1％腐蚀抑制剂和0.005％～0.05％亲电亲核双功能有机硼化合物，余量为水。3.根据权利要求1或2所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述亲电亲核双功能有机硼化合物具有式(I)所示的化学结构：其中：R1～R5各自独立地选自为取代或具有取代基的以下基团：C1
‑
C30烷基、C3
‑
C30环烷基、C3
‑
C30杂环基、C5
‑
C30杂芳香基中的一种或多种；优选为C1
‑
C10直链烷基、双环烷基、含氮杂环中的任一种；优选地，所述亲电亲核双功能有机硼化合物中X
‑
独立地选自F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、OH
‑
、NO3‑
中的一种或多种；优选地，所述亲电亲核双功能有机硼化合物选自以下结构式(I)～式(IV)中的任一种；更优选地，选自以下式(I)结构的亲电亲核双功能有机硼化合物4.根据权利要求书1或2所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述经硅烷偶联剂处理...

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