纳米二氧化锰磨料对集成电路钨化学机械抛光的影响

摘要

[目的]采用传统磨料对集成电路钨（W）化学机械抛光（CMP）时往往难以兼顾高去除速率与良好的表面品质，故提出一种基于纳米二氧化锰（MnO₂）磨料的酸性抛光液。[方法]通过实验与理论计算相结合，研究了MnO₂在钨CMP中的多重作用机制──作为磨料、氧化剂及类芬顿反应催化剂。通过X射线光电子能谱（XPS）、电化学测试及热力学计算，验证了MnO₂与W之间发生氧化还原反应的可能性。此外，还通过密度泛函理论（DFT）和Fukui函数计算分析了MnO₂的反应活性位点及电子转移特性。[结果]抛光液中仅添加0.8%（质量分数）MnO₂就可使W的去除速率达到4 753?/min，与采用高浓度硅溶胶（Si O₂）磨料时的去除速率相当，同时表面粗糙度（Sq=0.806 nm）比后者低27.7%。理论计算显示，MnO₂的LUMO（最低未占据分子轨道）能级（-6.057 eV）和电子转移分数（Δn=-3.97）赋予其优于H₂O₂和羟基自由基的氧化能力。[结论]MnO₂磨料在钨CMP中实现了化学作用与机械作用间的良好协同，这为高性能抛光液的开发提供了新思路。

关键词

钨 / 化学机械抛光 / 二氧化锰 / 去除速率 / 表面品质