[发明专利]一种钨插塞化学机械抛光液、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钨插塞化学机械抛光液、制备方法及其应用，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，0.05％‑0.5％的含氮和羟基的脂肪族或芳香族化合物作为络合剂，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。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种钨插塞化学机械抛光液、制备方法及其应用。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互连层的不断增加，导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械抛光(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效的方法。

化学机械抛光(CMP)由化学作用、机械作用以及这两种作用结合而成。它通常由一个带有抛光垫的研磨台，及一个用于承载芯片的研磨头组成。其中研磨头固定住芯片，然后将芯片的正面压在抛光垫上。当进行化学机械抛光时，研磨头在抛光垫上线性移动或是沿着与研磨台一样的运动方向旋转。与此同时，含有研磨剂的浆液被滴到抛光垫上，并因离心作用平铺在抛光垫上。芯片表面在机械和化学的双重作用下实现全局平坦化。

对金属层化学机械抛光(CMP)的主要机制被认为是：氧化剂先将金属表面氧化成膜，以二氧化硅和氧化铝为代表的研磨剂将该层氧化膜机械去除，产生新的金属表面继续被氧化，这两种作用协同进行。

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，所以可作为接触窗及介层洞的填充金属及扩散阻挡层。

现有技术中常用的气相二氧化硅虽然纯度高、研磨效率高，但气相二氧化硅在水溶液中的有效分散是个技术难点，CMP法还存在受化学成分影响而产生很多刮痕的问题。另一方面，硅溶胶能够减少刮痕，但研磨效率比气相二氧化硅低，纯度方面也存在一定的问题

气相二氧化硅的一次粒子由于熔融等而牢固地凝集成二次粒子，该二次粒子靠较弱的力凝集成三次粒子，气相二氧化硅通常呈粉体状态，且以上述三次粒子的状态存在。如果该气相二氧化硅靠较强的力在水中分散，该气相二氧化硅会分散到其大小变成二次粒子那么小，但不会分散到其大小变成一次粒子那么小。因此，一般认为CMP是在二次粒子状态下进行的，而且还认为只要能够抑制二次粒子变大，就能够减少刮痕的产生。

中国专利申请CN110167879A公开了一种气相二氧化硅在水溶液中分散的解决方案，实现了气相二氧化硅在半导体化学机械抛光领域的应用，避免了气相二氧化硅由于粒径分布不均匀以及大粒径的存在大颗粒的问题。但该专利只说明了气相二氧化硅的分散却没有说明该气相二氧化硅如何作为磨料在钨抛光液中的应用。

中国专利申请CN104860324A公开了一种气相二氧化硅水溶液在蓄电池领域的应用，提及气相二氧化硅浓度、剪切速率、分散时间、超声时间以及功率等工艺参数对气相二氧化硅分散粒径的作用等，也没有涉及到在化学机械抛光领域的应用。

此外，申请人在实验研究中还发现在钨抛光pH值为2的条件下，气相二氧化硅极其不稳定，因此如何对气相二氧化硅进行处理，使其能够稳定地用于钨的抛光显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种钨插塞化学机械抛光液的制备方法，通过工艺手段的调控，形成分散均匀的气相二氧化硅水溶液，同时对钨抛光液的组分进行优化设计，加入特定的络合剂，使得气相二氧化硅在pH为2的条件下仍然能够稳定分散，保证抛光效果。

本发明的另一目的在于提供这种钨插塞化学机械抛光液。

本发明的再一目的在于提供这种钨插塞化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。

为实现以上发明目的，本发明采用如下的技术方案：