[发明专利]一种钨化学机械抛光液及其应用

说明书

本发明公开了一种钨化学机械抛光液及其应用，所述抛光液包括二氧化硅磨料、硝酸铁、氧化剂、有机酸、表面活性剂和水，其中，所述二氧化硅磨料具有较高的表面粗糙度，且被多胺基聚合物包覆。本发明钨抛光液的磨料被多胺基聚合物包覆，通过多胺基聚合物的质子化和去质子化可逆反应，可以达到pH缓冲的目的，避免因pH局部改变而导致表面抛光不均匀，提高抛光的全局平整度。另外，与含未经改性磨料的抛光液相比，本发明抛光液的胶体稳定性明显提高。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种通过磨料表面改性实现抛光过程中局部pH调节的钨化学机械抛光液。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

H₂O₂+Fe³⁺＝Fe²⁺+O₂+2H⁺ (1)

Fe³⁺+H₂O₂＝Fe³⁺+OH^-+OH· (2)

6OH·+W+6H⁺＝3H₂O+WO₃ (3)

但是芬顿试剂的使用带来了一个新的问题，由上式可见，钨的氧化中伴随着大量氢离子的产生和消耗，这些氢离子会在钨层与抛光垫的界面处积累，造成抛光微环境pH的变化，形成局部的高酸性区域。这些局部高酸性区域会导致晶圆表面均匀性下降，粗糙度增加。

美国专利US5340370公开了使用醋酸盐作为pH缓冲剂降低局部pH的改变，但是钨抛光液处于酸性环境下，醋酸易挥发产生气味，且挥发导致缓冲能力的下降，同时有机酸/盐的加入还会提高抛光废液中的有机物含量，不利于环保。

除此之外，目前对改善局部pH变化的研究并不多，而随着工艺节点的进一步提高，对晶圆表面的平整度和均匀性的要求也会不断提高，因此，需要研究新技术对抛光过程中形成的局部高酸性区域进行更有效的调节。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种全新的钨化学机械抛光液，使抛光液具有良好的稳定性的同时，可以实现抛光过程中局部pH调节，从而提高整体抛光的平整度。