一种钨化学机械抛光液及其应用的制作方法

本发明涉及化学机械抛光，具体涉及一种钨化学机械抛光液及其应用。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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(mox)，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。

4、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。

5、在钨抛光过程中，抛光工艺还有材料性能都会导致缺陷的产生，影响器件的性能和后步工序的进行，还影响到vlsi制造工艺的稳定性和良率。钨抛光的典型缺陷包括阵列侵蚀(erosion)、碟形化(dishing)、插塞空心(plug coring)和表面划伤(scratch)等。其中，侵蚀的产生是由于金属线阵列中的sio2被过抛光，过量的侵蚀会导致光刻中难以对焦，并使器件产生一系列电性能恶化。

6、为了消除钨残留，钨cmp往往需要过抛光，因此，当w接触孔的密度较大(14nm制程中w contact的密度可高达50％以上)时，会导致严重的氧化层侵蚀现象。美国专利us7582127公布了不同的图案化密度和图形尺寸下氧化物的侵蚀情况，可以看到，相对于30％的图案化密度，50％和75％图案化密度下氧化物的侵蚀程度大幅度加剧。

7、因此，需要持续开发钨bulk(大量抛光)和钨buff(擦光)的新的抛光组合物，在可以有效去除钨的基础上不会在被抛光表面产生不可接受的侵蚀、碟形化等缺陷。

技术实现思路

1、本发明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，改善钨抛光过程中的侵蚀问题，提高抛光表面质量。

2、本发明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。

3、为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种钨化学机械抛光液，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，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，且该表面活性剂被氨基羧酸衍生化。

5、在一个具体的实施方案中，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、0.02-0.2％的稳定剂、0.001％-0.5％的表面活性剂，余量为水。

6、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。

7、在一个具体的实施方案中，所述非离子表面活性剂结构可以为

8、r-(ch2ch2o)n-1-ch2ch2oh

9、结构式中n范围为1～30，对r基团没有限制，r可以为烷氧基(r1-o)、烷基酚基(r2-c6h4-o)、烷基酯基(r3-coo)。

10、当r基为r1-o时，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，如aeo-7、aeo-9；当r基为r2-c6h4-o时，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，如op-4、op-7、op-9、op-10；当r基为r3-coo时，所述非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯，如油酸酯、硬脂酸酯。

11、所述非离子表面活性剂结构还可以为脂肪酸与多羟基作用而生成的酯类表面活性剂，如单硬脂酸甘油酯、季戊四醇酯、失水山梨醇酯等；所述非离子表面活性剂结构亦可以为聚乙二醇型表面活性剂，如聚乙二醇、聚丙二醇或二者的嵌段共聚物。

12、在一个优选的实施方案中，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和聚乙二醇。

13、在一个具体的实施方案中，所述氨基羧酸中n原子上至少连接一个h。优选地，所述氨基羧酸为氨基酸，选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、甲酪氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、n-甲基甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少任一种或几种；所述氨基羧酸还可选自乙二胺四乙酸(edta)、氨基三乙酸(nta)、二亚乙基三胺五乙酸(dtpa)、亚氨基二乙酸(ida)。

14、在一个具体的实施方案中，所述表面活性剂被氨基羧酸衍生化的衍生方法为酯化反应。

15、在一个具体的实施方案中，所述稳定剂为有机酸，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酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、乳酸、苹果酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、马来酸、乙醇酸、二乙醇酸、甘油酸、琥珀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。优选地，所述有机酸选自有机羧酸。

16、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。

17、在一个具体的实施方案中，所述氧化剂是过氧化氢；优选地，所述钨化学机械抛光液的ph为2.0-2.5。

18、本发明的另一方面，前述的钨化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。

19、通过采用上述技术方案，本发明可获得如下有益效果：

20、本发明的钨化学机械抛光液中加入氨基羧酸衍生化的表面活性剂，相对于加入阳离子聚合物如聚乙烯亚胺，可以保持钨抛光过程中较快的去除速率，同时，在sio2层暴露时，被抛光表面发生双重吸附，即氨基端对钨表面的吸附和非离子表面活性剂端对sio2层表面的吸附，使得表面迅速生成一层保护膜，从而降低在抛光尤其是过抛光中氧化物的侵蚀，提高抛光表面质量和器件可靠性。

技术特征：

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，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，且所述表面活性剂被氨基羧酸衍生化；

2.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述非离子表面活性剂结构为r-(ch2ch2o)n-1-ch2ch2oh

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r基团为烷氧基时，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，优选aeo-7、aeo-9；和/或

4.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述非离子表面活性剂结构为脂肪酸与多羟基作用而生成的酯类表面活性剂，优选单硬脂酸甘油酯、季戊四醇酯、失水山梨醇酯。

5.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述非离子表面活性剂结构为聚乙二醇型表面活性剂，优选聚乙二醇、聚丙二醇或二者的嵌段共聚物。

6.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂被氨基羧酸衍生化的衍生方法为酯化反应。

7.根据权利要求1-6任一项所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述氨基羧酸中n原子上至少连接一个h；

8.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，优选为有机羧酸；

9.根据权利要求1所述的钨化学机械抛光液，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢；

10.权利要求1～9任一项所述的钨化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。

技术总结
本发明公开了一种钨化学机械抛光液及其应用，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，本发明中表面活性剂为非离子表面活性剂，且该表面活性剂被氨基羧酸衍生化。本发明的钨化学机械抛光液，可改善钨抛光过程中的侵蚀问题，提高抛光表面质量。

技术研发人员：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：
技术公布日：2025/3/10