CN116200129A - 一种钨抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钨抛光液及其制备方法，所述钨抛光液的制备原料按质量百分含量计，包括：0.001‑1％的催化剂，0.001‑1％的稳定剂，0.001‑2％的pH调节剂，1‑15％的二氧化硅和0.0001‑0.01％的防腐剂，余量为水。所述制备方法包括：首先混合二氧化硅和去离子水，然后加入催化剂、稳定剂以及pH调节剂，之后进行分散，再加入防腐剂，得到所述钨抛光液。本发明提供的钨抛光液成本低廉，抛光效果好，本发明提供的制备方法可以快速、高效分散二氧化硅的粒径，且粒径均匀，不引入金属杂质离子。

Description

一种钨抛光液及其制备方法

技术领域

本发明涉及抛光液领域，具体涉及一种钨抛光液及其制备方法。

背景技术

在工艺设计中，随着电路的特征尺寸和面积越来越小，元件与元件之间的距离也越来越小，金属互连的尺寸以及连线之间的距离也随之缩小。因此，接触孔和通孔处的电学连续性面临着极大的挑战，当电路的特征尺寸降低至65nm时，要求接触孔/通孔的台阶覆盖率大于20％，金属层之间依靠垂直的互连—通孔插塞连接，而MOS各极与金属间依靠垂直的接触孔插塞连接。

钨具有填充高深宽比通孔的能力，因此钨插塞技术具有良好的可靠性和实用性。然而，目前常用的钨抛光液价格高昂，限制了芯片制造业的进一步发展。

目前的钨抛光液主要采用硅溶胶，通过离子交换法或硅烷水解法在水中直接生成二氧化硅颗粒的抛光材料，该二氧化硅粒径为10-30nm，分布均匀，状态稳定，但价格昂贵，极大地提高了抛光液的生产成本。虽然采用气硅分散法也可制备得到钨抛光液，但是即便是亲水型气硅在水中的分散也很困难。气相法二氧化硅的原生粒径在7-40nm左右，由于其较高的比表面积和颗粒表面的-OH基团，使得原生气相法二氧化硅颗粒之间有着较强的自团聚倾向。这种团聚在一般的剪切力条件下无法使其有效地分散开，比如机械式搅拌桨、分散盘或珠磨法等。

CN101781766A公开了一种钨抛光液，包括二氧化硅磨料1-40％，PH调节剂0.2-10％，螯合剂0.1-10％，表面活性剂0.01-5％，特殊添加剂0.1-8％，余量为去离子水，混合，搅拌而形成。该钨抛光液采用二氧化硅磨料的分散性比较差，影响了钨抛光液的性能。

CN113583572A公开了一种用于钨化学机械抛光的抛光液，其含有研磨剂，硝酸铁，稳定剂，硝酸钾和水。该抛光液采用硅溶胶作为研磨剂，生产成本比较高。

因此，提供一种成本低廉、分散性好的钨抛光液及其制备方法具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种钨抛光液及其制备方法，与现有技术相比，本发明提供的钨抛光液成本低廉，抛光效果好，本发明提供的制备方法可以快速、高效分散二氧化硅的粒径，且粒径均匀，不引入金属杂质离子。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钨抛光液，所述钨抛光液的制备原料按质量百分含量计，包括：0.001-1％的催化剂，0.001-1％的稳定剂，0.001-2％的pH调节剂，1-15％的二氧化硅和0.0001-0.01％的防腐剂，余量为水。

本发明提供钨抛光液通过催化剂、稳定剂、pH调节剂、二氧化硅和防腐剂相互配合，协同作用，其中二氧化硅的分散性好，粒径均匀，所得钨抛光液成本低廉，具有良好的抛光效果。

优选地，所述催化剂包括硝酸铁。

优选地，所述稳定剂包括乙二酸、丙二酸或丁二酸中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述pH调节剂包括柠檬酸。

优选地，所述防腐剂包括卡松。

优选地，所述二氧化硅包括气相二氧化硅。

优选地，所述钨抛光液中气相二氧化硅的D50粒径为100-200nm，例如可以是100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选控制钨抛光液中气相二氧化硅的D50粒径在特定范围，可以进一步提升抛光效果。

第二方面，本发明提供一种如本发明第一方面所述钨抛光液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、催化剂和稳定剂，然后加入pH调节剂，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液进行分散，得到分散液；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和防腐剂，得到所述钨抛光液。

本发明提供的制备方法通过控制原料混合的顺序以及分散，可以调节钨抛光液的稳定性，达到良好的抛光效果。

优选地，步骤(2)所述混合溶液的pH为1.5-2.5，例如可以是1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(3)所述分散在微射流高压均质机内进行。

优选地，步骤(3)所述分散的压力为20000-25000psi，例如可以是20000psi、21000psi、22000psi、23000psi、24000psi或25000psi，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选控制分散的压力在特定范围，能够进一步调节气相二氧化硅的粒径在特定范围，使抛光效果更好。

优选地，所述混合溶液在微射流高压均质机内的循环次数为3-7次，例如可以是3次、4次、5次、6次或7次，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选控制混合溶液在微射流高压均质内的循环次数，能够进一步调节气相二氧化硅的粒径在特定范围，使抛光效果更好。

优选地，所述分散液中气相二氧化硅的D50粒径为100-200nm，例如可以是100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

作为本发明第二方面的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、催化剂和稳定剂，然后加入pH调节剂，得到混合溶液；所述混合溶液的pH为1.5-2.5；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液在微射流高压均质机内进行分散，分散的压力为20000-25000psi，所述混合溶液在微射流高压均质机内的循环次数为3-7次，得到分散液；所述分散液中气相二氧化硅的D50粒径为100-200nm；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和防腐剂，得到所述钨抛光液。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的钨抛光液成本低廉，抛光效果好，具有良好的颗粒稳定性，D50粒径可以达到165nm以下，在较优条件下可以达到144nm以下，Zeta电位的绝对值可以达到9.5mV以上，在较优条件下可以达到15.38mV以上。

(2)本发明提供的制备方法可以快速、高效分散气相二氧化硅的粒径，且粒径均匀，不引入金属杂质离子。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种钨抛光液，所述钨抛光液的制备原料按质量百分含量计，包括：0.5％的硝酸铁，0.5％的乙二酸，1％的柠檬酸，8％的气相二氧化硅和0.05％的卡松，余量为水。

本实施例还提供一种上述钨抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合气相二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、硝酸铁和乙二酸，然后加入柠檬酸，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液在微射流高压均质机内进行分散，分散的压力为22000psi，所述混合溶液在微射流高压均质内的循环次数为5次，得到分散液；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和卡松，得到所述钨抛光液。

实施例2

本实施例提供一种钨抛光液，所述钨抛光液的制备原料按质量百分含量计，包括：0.005％的硝酸铁，0.001％的丙二酸，0.005％的柠檬酸，1％的气相二氧化硅和0.0005％的卡松，余量为水。

本实施例还提供一种上述钨抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合气相二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、硝酸铁和丙二酸，然后加入柠檬酸，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液在微射流高压均质机内进行分散，分散的压力为25000psi，所述混合溶液在微射流高压均质内的循环次数为3次，得到分散液；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和卡松，得到所述钨抛光液。

实施例3

本实施例提供一种钨抛光液，所述钨抛光液的制备原料按质量百分含量计，包括：1％的硝酸铁，1％的丙二酸，2％的柠檬酸，15％的气相二氧化硅和0.01％的卡松，余量为水。

本实施例还提供一种上述钨抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合气相二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、硝酸铁和丙二酸，然后加入柠檬酸，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液在微射流高压均质机内进行分散，分散的压力为20000psi，所述混合溶液在微射流高压均质内的循环次数为7次，得到分散液；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和卡松，得到所述钨抛光液。

实施例4

本实施例提供一种钨抛光液的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于分散的压力为18000psi。

实施例5

本实施例提供一种钨抛光液的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于混合溶液在微射流高压均质内的循环次数为2次。

对实施例1-5所述钨抛光液测定D50粒径和Zeta电位的绝对值，结果如表1所示。

表1

	D50粒径/nm	Zeta电位/mV
			实施例1	135	16.45
实施例2	140	15.38
			实施例3	144	20.10
实施例4	165	9.5
			实施例5	156	11.22

从表1可以看出以下几点：

(1)从实施例1-5的数据可以看出，采用本发明提供的钨抛光液二氧化硅的D50粒径可以达到165nm以下，在较优条件下可以达到144nm以下，Zeta电位的绝对值可以达到9.5mV以上，在较优条件下可以达到15.38mV以上。

(2)综合比较实施例1和实施例4的数据可以看出，实施例1中分散的压力为22000psi，相较于实施例4中分散的压力为18000psi而言，实施例1中Zeta电位的绝对值明显高于实施例4，由此可见，本发明优选控制分散的压力，可以进一步提高颗粒的稳定性。

(3)综合比较实施例1和实施例5的数据可以看出，实施例1中循环次数为5次，相较于实施例5中循环次数为2次而言，实施例1中Zeta电位的绝对值明显高于实施例5，由此可见，本发明优选控制循环次数，可以进一步提高颗粒的稳定性。

综上所述，本发明提供的钨抛光液成本低廉，抛光效果好，具有良好的颗粒稳定性。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种钨抛光液，其特征在于，所述钨抛光液的制备原料按质量百分含量计，包括：0.001-1％的催化剂，0.001-1％的稳定剂，0.001-2％的pH调节剂，1-15％的二氧化硅和0.0001-0.01％的防腐剂，余量为水。

2.根据权利要求1所述的钨抛光液，其特征在于，所述催化剂包括硝酸铁。

3.根据权利要求1或2所述的钨抛光液，其特征在于，所述稳定剂包括乙二酸、丙二酸或丁二酸中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的钨抛光液，其特征在于，所述pH调节剂包括柠檬酸。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钨抛光液，其特征在于，所述防腐剂包括卡松；

优选地，所述二氧化硅包括气相二氧化硅；

优选地，所述钨抛光液中气相二氧化硅的D50粒径为100-200nm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述钨抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、催化剂和稳定剂，然后加入pH调节剂，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液进行分散，得到分散液；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和防腐剂，得到所述钨抛光液。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合溶液的pH为1.5-2.5。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述分散在微射流高压均质机内进行。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述分散的压力为20000-25000psi；

优选地，所述混合溶液在微射流高压均质机内的循环次数为3-7次；

优选地，所述分散液中气相二氧化硅的D50粒径为100-200nm。

10.根据权利要求6-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合二氧化硅和去离子水，得到二氧化硅溶液；

(2)混合步骤(1)得到的所述二氧化硅溶液、催化剂和稳定剂，然后加入pH调节剂，得到混合溶液；所述混合溶液的pH为1.5-2.5；

(3)将步骤(2)得到的所述混合溶液在微射流高压均质机内进行分散，分散的压力为20000-25000psi，所述混合溶液在微射流高压均质机内的循环次数为3-7次，得到分散液；所述分散液中气相二氧化硅的D50粒径为100-200nm；

(4)混合步骤(3)得到的所述分散液和防腐剂，得到所述钨抛光液。