專利名稱：用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光漿料，尤其涉及一種用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，甚大規(guī)模集成電路芯片集成度已達(dá)幾十億個元器件，特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米級，這就要求微電子工藝中的幾百道工序，尤其是多層布線、襯底、介質(zhì)必須要經(jīng)過化學(xué)機(jī)械平坦化。甚大規(guī)模集成布線正由傳統(tǒng)的Al向Cu轉(zhuǎn)化。與Al相比，Cu布線具有電阻率低，抗電遷移能率高，RC延遲時間短，可使布層數(shù)減少一半，成本降低30％，加工時間縮短40％的優(yōu)點(diǎn)。Cu布線的優(yōu)勢已經(jīng)引起全世界廣泛的關(guān)注。
為了保證Cu布線與介質(zhì)的特性，目前甚大規(guī)模集成電路芯片中多層銅布線還用到Ta或TaN作阻擋層，因此相繼出現(xiàn)了用來拋光Ta或TaN阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)漿料，如US 6,719,920專利公開了一種用于阻擋層的拋光漿料；US 6,503,418專利公開了一種Ta阻擋層的拋光漿料，該拋光漿料中含有有機(jī)添加劑；US 6,638,326公開了一種用于Ta和TaN的化學(xué)機(jī)械平坦化組合物，CN 02116761.3公開了一種超大規(guī)模集成電路多層銅布線中銅與鉭的化學(xué)機(jī)械全局平面化拋光液。但這些拋光漿料存在著局部和整體腐蝕，缺陷率較高，Ta阻擋層和氧化物層的拋光選擇比很不合理，難于各自調(diào)整這兩種底物的去除速率等缺陷。因此迫切需要開發(fā)出新的用于Ta阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了調(diào)整Ta和氧化物層的拋光選擇比及調(diào)節(jié)銅的去除速率，提供一種用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料。
本發(fā)明的上述目的是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料包括研磨顆粒A、比研磨顆粒A的尺寸大的研磨顆粒B、三唑類化合物、有機(jī)酸和載體。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料的特點(diǎn)是通過使用不同尺寸的研磨顆粒來調(diào)整Ta和氧化物層的拋光選擇比，通過使用有機(jī)酸和三唑類化合物來改變銅的去除速率，以防止金屬凹陷，明顯減少晶片表面的有機(jī)物，二氧化硅淀積以及其它金屬離子的殘留。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該研磨顆粒A的尺寸為15～50nm，優(yōu)選30～50nm；該研磨顆粒B的尺寸為60～100nm，優(yōu)選60～80nm。
本發(fā)明的用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料中的各種成分均可參照現(xiàn)有技術(shù)，但較佳地是該研磨顆粒A的濃度為0.1～5％，優(yōu)選0.2～1％，該研磨顆粒B的濃度為0.1～5％，優(yōu)選1～5％，該三唑類化合物的濃度為0.01～1％，該有機(jī)酸的濃度為0.01～0.5％，該載體為余量，以上％均指占整個化學(xué)機(jī)械拋光漿料的重量百分比。本發(fā)明的漿料可以在較低的研磨顆粒含量達(dá)到合適拋光速率和選擇比，從而使得表面污染物以及金屬的腐蝕可以明顯減少。
為了進(jìn)一步提高襯底的拋光性能，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料還較佳地包括0.001～5％的氧化劑，所述的氧化劑可以為現(xiàn)有技術(shù)中的各種氧化劑，優(yōu)選過氧化氫、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、過硫酸鉀和/或過硫酸銨，更優(yōu)選過氧化氫。
在本發(fā)明中，該研磨顆粒A可為現(xiàn)有技術(shù)中的各種研磨顆粒，較佳地為氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒(如聚乙烯或聚四氟乙烯)，更佳地是氧化硅；該研磨顆粒B也可以為各種研磨顆粒，較佳地是氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒，更佳地是氧化硅。
所述的有機(jī)酸可以各種有機(jī)酸，優(yōu)選草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、蘋果酸、氨基酸和/或有機(jī)膦酸，優(yōu)選有機(jī)磷酸，更優(yōu)選2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸。
所述的三唑類化合物可為各種三唑類化合物，有苯并三氮唑(BTA)和/或甲基苯并三氮唑，優(yōu)選苯并三氮唑。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該化學(xué)機(jī)械拋光漿料的pH值可為2.0～4.0，優(yōu)選3.0，所用的pH調(diào)節(jié)劑可為氫氧化鉀、硝酸、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
在本發(fā)明中，所述的載體較佳地為水。
本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料還可以包括其他添加劑，如表面活性劑、絡(luò)合劑、抑制劑、鈍化劑和/或成膜劑等等，這些添加劑均可參照現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料通過使用不同尺寸的研磨顆粒來調(diào)節(jié)阻擋層和氧化物層的拋光選擇比，即使在研磨顆粒的相對含量較低的情況下，也可以解決兩種底物的去除速率不易各自調(diào)整的難題，從而使得缺陷、劃傷、粘污和其它殘留明顯下降；而且本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以防止金屬拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，提高產(chǎn)品良率。


圖1為拋光前空白鉭晶片表面的顯微鏡圖；圖2為拋光后空白鉭晶片表面的顯微鏡圖；圖3為拋光后測試晶片表面的顯微鏡圖(圖中TEOS是指SiO2)；圖4為拋光后測試晶片中銅線表面的顯微鏡圖；圖5為拋光前測試晶片的剖面示意圖；圖6為拋光后測試晶片的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1～8及對比實(shí)施例10和20表1

備注PBTCA為2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸，上述化學(xué)機(jī)械拋光漿料的其余成分為水，10和20分別是對比實(shí)施例10和20。
將各物料按下列順序研磨顆粒A、研磨顆粒B、一半用量的去離子水、有機(jī)酸、BTA、H2O2的順序依次加入反應(yīng)器中并攪拌均勻，補(bǔ)入剩余去離子水，最后用pH調(diào)節(jié)劑(20％KOH或稀HNO3，根據(jù)pH值的需要進(jìn)行選擇)調(diào)節(jié)到所需pH值繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜止10分鐘即可得到化學(xué)機(jī)械拋光漿料。
效果實(shí)施例1對空白Ta、Cu及SiO2晶片分別用上述對比實(shí)施例10、20和實(shí)施例1～8的化學(xué)機(jī)械拋光漿料進(jìn)行拋光，拋光條件相同，拋光參數(shù)如下Logitech拋光墊，向下壓力2psi，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/拋光頭轉(zhuǎn)速＝60/80rpm，拋光時間120s，化學(xué)機(jī)械拋光漿料流速100mL/min。拋光結(jié)果見表2。
表2

備注Surf表示基底表面的污染物情況結(jié)果表明本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可有效地調(diào)節(jié)阻擋層和氧化物層的拋光選擇比，即使在研磨顆粒的相對含量較低的情況下，也可以解決兩種底物的去除速率不易各自調(diào)整的難題；而且拋光后的晶片表面無污染或污染極少；拋光前后空白Ta晶片的顯微鏡圖見圖1和圖2(圖2為用實(shí)施例1的化學(xué)機(jī)械拋光漿料拋光后的空白Ta晶片表面的顯微鏡圖)，從中可以看出，拋光前空白Ta晶片表面存在點(diǎn)蝕、拋光后白Ta晶片表面無點(diǎn)蝕。
效果實(shí)施例2對已濺射Ta/電鍍銅的二氧化硅測試晶片經(jīng)拋光銅后，分別用上述實(shí)施例20、1、3的化學(xué)機(jī)械拋光漿料進(jìn)行拋光，拋光條件相同，拋光參數(shù)如下Logitech拋光墊，向下壓力2psi，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速/拋光頭轉(zhuǎn)速＝60/80rpm，拋光時間120s，化學(xué)機(jī)械拋光漿料流速100mL/min。拋光結(jié)果見表3。
表3測試晶片表面情況

結(jié)果表明與對比實(shí)施例20中不含有2種尺寸的研磨顆粒的化學(xué)機(jī)械拋光漿料相比，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以顯著地減小測試晶片表面的凹陷大小，從650減少到484，測試晶片表面無污染。圖3和4為實(shí)施例1的化學(xué)機(jī)械拋光漿料拋光后測試晶片表面的有關(guān)情況，圖5為拋光前測試晶片剖面圖，圖6為實(shí)施例3的化學(xué)機(jī)械拋光漿料拋光后測試晶片的剖面圖，從中可以看出拋光后測試晶片表面無明顯缺陷、凹陷，銅線比較平整。
結(jié)論本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料通過使用不同尺寸的研磨顆粒來調(diào)節(jié)阻擋層和氧化物層的拋光選擇比，即使在研磨顆粒的相對含量較低的情況下，也可以解決兩種底物的去除速率不易各自調(diào)整的難題，從而使得缺陷、劃傷、粘污和其它殘留明顯下降；而且本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以防止金屬拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，提高產(chǎn)品良率。
上述實(shí)施例涉及到的原料均為市售。
權(quán)利要求
1.一種用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其包括研磨顆粒A、比研磨顆粒A的尺寸大的研磨顆粒B、三唑類化合物、有機(jī)酸和載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒A的尺寸為15～50nm，該研磨顆粒B的尺寸為60～100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒A的尺寸為30～50nm，該研磨顆粒B的尺寸為60～80nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒A的濃度為0.1～5％，該研磨顆粒B的濃度為0.1～5％，該三唑類化合物的濃度為0.01～1％，該有機(jī)酸的濃度為0.01～0.5％，該載體為余量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒A的濃度為0.2～1％，該研磨顆粒B的濃度為1～5％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于其還包括0.001～5％的氧化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的氧化劑為過氧化氫、過氧乙酸、過氧化苯甲酰、過硫酸鉀和/或過硫酸銨。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該研磨顆粒A為氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒，該研磨顆粒B為氧化硅、氧化鋁、氧化鈰和/或聚合物顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的有機(jī)酸為草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、蘋果酸、氨基酸和/或有機(jī)膦酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的有機(jī)膦酸為2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于所述的三唑類化合物為苯并三氮唑和/或甲基苯并三氮唑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其特征在于該化學(xué)機(jī)械拋光漿料的pH值為2.0～4.0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鉭阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光漿料，其包括研磨顆粒A、比研磨顆粒A的尺寸大的研磨顆粒B、三唑類化合物、有機(jī)酸和載體。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光漿料可以使缺陷、劃傷、粘污和其它殘留明顯下降，且通過使用不同尺寸顆粒來調(diào)節(jié)阻擋層和氧化物層的拋光選擇比，以解決兩種底物的去除速率不易于各自調(diào)整的難題，而且還可以防止金屬拋光過程中產(chǎn)生的局部和整體腐蝕，從而提高產(chǎn)品良率。
文檔編號C09K3/14GK1955249SQ200510030869
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者宋偉紅, 陳國棟, 顧元, 徐春, 宋鷹 申請人:安集微電子(上海)有限公司