[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，所述钨抛光液包括二氧化硅磨料、铁盐催化剂、氧化剂、稳定剂、速率抑制剂、醛基化合物和水。本发明中的速率抑制剂可与醛基化合物生成希夫碱，利用希夫碱键对温度的敏感性，实现被抛光表面不平整度的调节，提高抛光表面质量。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种钨化学机械抛光液及其应用。

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化学机械抛光技术变得尤为关键。

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。

H₂O₂+Fe³⁺＝Fe²⁺+O₂+2H⁺ (1)

Fe³⁺+H₂O₂＝Fe²⁺+OH^-+OH· (2)

6OH·+W+6H⁺＝3H₂O+WO₃ (3)

上述芬顿反应非常剧烈，会使抛光盘和被抛光晶圆产生明显的温升，在60s的抛光时间内，温度可升至50～70℃。在实际抛光中，晶圆边缘部分的温度较低，这是因为抛光液的不断供应在起到抛光作用的同时也具有冷却效果，而越接近晶圆中心位置，由于产生的热量很难被新的抛光液带走，其温度比边缘高很多，因此，晶圆中心和边缘产生了较大的温度差。众所周知，芬顿反应在高温下的反应速度更快，这导致在金属抛光中，抛光速率常常呈现中心快，边缘慢的趋势，使抛光表面非常不平整，NU(non-uniformity)非常大。

美国专利US10676647、US9631122和US9238754利用氨基酸、阳离子铵等速率抑制剂降低被抛光钨片的静态腐蚀，但是其抛光速率非常低，很难应用于钨材料的大量去除。美国专利US6083419和US9771496也对速率抑制剂进行了研究，但是没有提及抛光速率和表面的不平整度。美国专利US2019085209使用聚氨基酸为速率抑制剂，可实现较高的抛光速率(～3000A/min)和非常低的静态腐蚀，但是其同样对NU没有研究，同时，聚氨基酸的添加量只有25ppm，众所周知，过小的添加量会导致助剂在被抛光表面分布不均，造成表面质量变差，且专利中所用为聚合物，此现象更甚。

因此，需要一种新的钨化学机械抛光液，可以在具有较高抛光速率的同时，能根据抛光盘/抛光表面的温度自动调整抛光速率，改善边缘和中心的抛光速率差，从而实现晶圆的平整抛光，提升表面质量。

发明内容

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，可降低被抛光表面的边缘和中心速率差，实现晶圆的平整抛光，从而大幅度提升表面质量。

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。