CN116445917A - 一种钨插塞化学机械抛光液、使用方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种的钨插塞化学机械抛光液，所述抛光液由抛光液A和抛光液B组成，所述抛光液A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，其余部分为去离子水；所述抛光液B包含如下质量百分含量的组分：0.01％～0.5％的催化剂，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。
Description
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、使用方法及其应用。
背景技术
化学机械抛光的主要原理是在一定压力下及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫相对运动，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光洁表面的过程。
在抛光过程中，为了能够较快地在抛光表面形成一层结合力较弱的氧化膜，有利于后续的机械去除，常常会在抛光液中添加氧化剂，在氧化剂的氧化腐蚀和磨料的研磨共同作用下，被加工表面可达到高质量的全局平坦化效果。
磨料在抛光过程中主要通过微切削、微划擦、滚压等方式作用于工件被加工表面，去除表面材料。最理想的CMP过程是磨料的机械去除表面材料厚度等于化学反应生成层厚度，此时，磨料只需较少的机械作用去除结合力较弱的化学反应层的生成物，可减少或避免抛光表面缺陷，磨料的硬度、粒径、形状及其在抛光液的质量浓度等综合因素决定了磨料的去除行为和能力。
磨料的粒径大小可能影响到磨料的压强及其切入工件的深度，一般来说，在抛光过程中，粒径大的磨料压强大，机械去除作用较强，材料去除率比较高。所以粒径较大的磨粒容易在抛光表面产生较大的残留划痕甚至残留裂纹，而粒径小的磨粒可获得较好的抛光表面质量。
目前FAB厂商为了追求更高的抛光效率，选用各种高效的氧化剂、催化剂搭配使用，如双氧水与硝酸铁搭配使用，虽然该方法相对与单独的双氧水而言具有更强的氧化效果，但是引入了金属离子，对抛光液稳定性以及器件都会带来不可忽视的影响。因此寻找一种高效的催化剂来提高双氧水的氧化效率从而提高钨插塞的抛光速率是至关重要的。
日本专利JP2002299294A公开了在抛光垫上均匀镶嵌新型催化剂过氧化氢酶，该催化剂能高效催化双氧水分解为氧气，但是申请人研究发现在实际使用过程中并没有起到应有的催化效果。
因此，仍需一种改进钨插塞化学机械抛光液，解决现有技术提高抛光速率过程中存在的问题。
发明内容
为了提高钨插塞的抛光速率，本发明提供了一种的钨插塞化学机械抛光液，通过添加过氧化氢酶作为催化剂，高效地催化双氧水产生氧气，从而产生的氧气对钨进行氧化，形成硬度较低的三氧化钨，从而使钨插塞的抛光速率提高，保证钨插塞化学机械抛光液具有抛光速率快的特点。
本发明的另一目的在于提供这种钨插塞化学机械抛光液的使用方法。
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：
一种钨插塞化学机械抛光液，由抛光液A和抛光液B组成，其中，所述抛光液A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，其余为去离子水；所述抛光液B包含如下质量百分含量的组分：0.01％～0.5％的催化剂，其余为去离子水；所述抛光液A和所述抛光液B的质量比为20:1～50:1。
在一个优选的实施方案中，所述抛光液A包含如下质量百分含量的组分：5％-15％研磨剂、1％～3％的氧化剂，其余为去离子水；所述抛光液B包含如下质量百分含量的组分：0.1％～0.3％的催化剂，其余为去离子水；所述抛光液A和所述抛光液B的质量比为20:1～30：1。
在一个具体的实施方案中，所述研磨剂为气相二氧化硅，优选为商用电子级气相二氧化硅；更优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为80-120m2/g；进一步优选地，所述气相二氧化硅在水溶液中的粒径为100-180nm。
在一个具体的实施方案中，所述的氧化剂为过氧化氢。
在一个具体的实施方案中，所述钨催化剂为过氧化氢酶。
在一个具体的实施方案中，所述抛光液A的pH值为2.0-2.5。
在一个具体的实施方案中，所述去离子水为超纯水，所述超纯水的电阻率不低于18MΩ/cm。
本发明的另一方面，前述的钨插塞化学机械抛光液的使用方法，包括将所述抛光液A与所述抛光液B分开滴加到抛光垫上，进行钨化学机械抛光的步骤。
在一个具体的实施方案中，所述抛光液A与所述抛光液B的滴加流速比为1：1～1：5。
本发明的再一方面，前述的钨插塞化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的钨插塞化学机械抛光液通过添加过氧化氢酶作为催化剂，高效地催化双氧水产生氧气，从而产生更多的氧气对钨进行氧化，形成硬度较低的三氧化钨，从而使钨插塞的抛光速率提高。另一方面相对于行业内通用的硝酸铁作为催化剂而言，采用过氧化氢酶而言，能避免金属离子的引入，从而减少金属离子对下游应用中的器件造成损伤。
本发明相对于JP2002299294A而言，有着极大的改进。本发明将抛光液分为两种组分，其中A组分含有磨料、氧化剂、水等，而B组分含有催化剂过氧化氢酶，水等，将两组分分别滴加到到抛光垫上，然后再充分混合。该方法相对于将过氧化氢酶镶嵌到抛光垫上，能更充分的发挥过氧化氢酶的催化效果，避免pH对过氧化氢酶活性的毒害、局部抛光导致的高温对酶活性的影响、局部氧浓度过高导致过抛等对抛光的影响，从而提高抛光速率。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
一种的钨插塞化学机械抛光液由抛光液A和抛光液B组成，所述抛光液A和所述抛光液B的质量比为20：1～50：1。其中，所述抛光液A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，其余部分为去离子水。所述抛光液B包含如下质量百分含量的组分：0.01％～0.5％的催化剂，其余部分为去离子水。
其中，作为所述的研磨剂，例如为气相二氧化硅，所述气相二氧化硅可以为商业的气相二氧化硅，优选为比表面积80-120m2/g的气相二氧化硅，所述气相二氧化硅溶解在水中的水溶液的二氧化硅胶体粒子有效粒径为100nm-180nm。所述有效粒径例如可以采用动态光散射法DLS方法检测得到。所述抛光液中气相二氧化硅的质量百分含量为2％-20％，例如包括但不限于2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％，优选为5％-15％。
作为所述的氧化剂，例如为过氧化氢，即双氧水。所述抛光液中氧化剂的质量百分比含量为0.5％-5％，例如包括但不限于0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％，优选为1％-3％。所述氧化剂优选在使用前加入，避免过早加入导致提前分解，这是本领域技术人员所熟知的。
作为所述的催化剂，例如为过氧化氢酶。通过添加过氧化氢酶作为催化剂，高效的催化双氧水产生氧气，从而产生的氧气对钨进行氧化，形成硬度较低的三氧化钨，从而使钨插塞的抛光速率提高。另一方面相对于行业内通用的硝酸铁作为催化剂而言，采用过氧化氢酶而言，能避免金属离子的引入，从而减少金属离子对器件造成的损伤。所述抛光液中催化剂的质量百分比含量为0.01％-0.5％，例如包括但不限于0.01％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％，优选为0.1％-0.3％。
通常，所述钨插塞化学机械抛光液的pH值为2.0-2.5，可采用酸或碱进行调节，例如采用氢氧化钾或硝酸调节pH值，还可以采用本领域常用的酸或碱进行调节。本发明中，由于抛光液A在钨插塞化学机械抛光液中占绝大多数，实际上，优选调节所述抛光液A的pH值为2.0-2.5即可。
其中，氧化剂优选在使用前加入，本领域技术人员可以理解的是，这也应在本发明的保护范围内。
由于JP2002299294A将过氧化氢酶镶嵌在抛光垫上，存在前述的很多弊端，本发明对其进行改进，将过氧化氢酶放入抛光液中，并将抛光液分为抛光液A和抛光液B，并限定抛光液A、抛光液B的配比和含量。该抛光液在使用过程中，通过将抛光液A和抛光液B分开滴加在抛光垫上再充分混合进行化学机械抛光，从而有效地进行钨的化学机械抛光。
下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。
以下实施例或对比例用到的主要原料来源如下：
气相二氧化硅，德国赢创AERISOL，微米级，比表面积90g/m2；
过氧化氢酶，阿拉丁。
主要检测方法如下：
抛光速率MRR(埃/分钟)：钨经过化学机械抛光后，用测厚仪和天平测量钨靶材抛光前后的厚度差和质量差来评价抛光速率。
按照表中的配方配制化学机械抛光液，混合均匀，其中A组分用硝酸或KOH调节pH值至2.0-2.5，使用前加入0.5％-5％的双氧水，并用水补足质量百分比至100％，其中B组分过氧化氢酶含量为0.01％-0.5％，并用水补足质量百分比至100％。与其中A组分与B组分分开滴加到抛光垫上，如果A组分与B组分提前混合，将会使双氧水与过氧化氢酶提前反应，产生大量氧气，不利于最终的抛光效果。
分别使用上述实施例和对比例的化学机械抛光液对含有钨的晶圆进行抛光。抛光条件为：采用Mirra抛光机进行抛光，使用IC1010抛光垫，抛光压力为4.2psi，抛光液流量150mL/min。测量上述抛光液对钨抛光速率，检测结果列入上表中。
由上述实施例与对比例实验结果可以发现，过氧化氢酶和双氧水的浓度必须在本发明的范围内才能对钨抛光速率的提升有一定的效果；过氧化氢酶作为催化剂的效果比硝酸铁更好一些，抛光速率更快。
综上，相对于现有技术，本发明的抛光液用于钨化学机械抛光过程中，在使用气相二氧化硅作为磨料并添加氧化剂双氧水和催化剂过氧化氢酶之后其抛光速率有了很大的提升，对钨的化学机械抛光具有积极效果。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液由抛光液A和抛光液B组成，其中，所述抛光液A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，其余为去离子水；所述抛光液B包含如下质量百分含量的组分：0.01％～0.5％的催化剂，其余为去离子水；所述抛光液A和所述抛光液B的质量比为20:1～50:1。
2.根据权利要求1所述的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液A包含如下质量百分含量的组分：5％-15％研磨剂、1％～3％的氧化剂，其余为去离子水；所述抛光液B包含如下质量百分含量的组分：0.1％～0.3％的催化剂，其余为去离子水；所述抛光液A和所述抛光液B的质量比为20:1～30:1。
3.根据权利要求1或2所述的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述研磨剂为气相二氧化硅，优选为商用电子级气相二氧化硅；更优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为80-120m2/g；进一步优选地，所述气相二氧化硅在水溶液中的粒径为100-180nm。
4.根据权利要求1所述的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述的氧化剂为过氧化氢。
5.根据权利要求1所述的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述催化剂为过氧化氢酶。
6.根据权利要求1所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液A的pH值为2.0-2.5。
7.根据权利要求1所述的减少划伤的钨插塞化学机械抛光液，其特征在于，所述去离子水为超纯水，所述超纯水的电阻率不低于18MΩ/cm。
8.权利要求1～7任一项所述的钨插塞化学机械抛光液的使用方法，其特征在于，包括将所述抛光液A与所述抛光液B分开滴加到抛光垫上，进行钨化学机械抛光的步骤。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述抛光液A与所述抛光液B的滴加流速比为1：1～1：5。
10.权利要求1～7任一项所述的钨插塞化学机械抛光液在钨化学机械抛光中的应用。
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