專利名稱：用于鉭阻擋層的化學機械拋光漿料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化學機械拋光漿料，尤其涉及一種用于鉭阻擋層的化學機械拋光漿料。
背景技術：
隨著微電子技術的發(fā)展，甚大規(guī)模集成電路芯片集成度已達幾十億個元器件，特征尺寸已經進入納米級，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、介質必須要經過化學機械平坦化。甚大規(guī)模集成布線正由傳統(tǒng)的Al向Cu轉化。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，可使布層數減少一半，成本降低30％，加工時間縮短40％的優(yōu)點。Cu布線的優(yōu)勢已經引起全世界廣泛的關注。
為了保證Cu布線與介質的特性，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阻擋層的化學機械拋光(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添加劑；US 6,638,326公開了一種用于Ta和TaN的化學機械平坦化組合物，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機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阻擋層的化學機械拋光漿料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了調整Ta和氧化物層的拋光選擇比及調節(jié)銅的去除速率，提供一種用于鉭阻擋層的化學機械拋光漿料。
本發(fā)明的上述目的是通過下列技術方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的用于鉭阻擋層的化學機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、有機酸和載體。本發(fā)明的化學機械拋光漿料的特點是通過使用不同尺寸的研磨顆粒來調整Ta和氧化物層的拋光選擇比，通過使用有機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機械拋光漿料中的各種成分均可參照現(xiàn)有技術，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％，該有機酸的濃度為0.01～0.5％，該載體為余量，以上％均指占整個化學機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。
為了進一步提高襯底的拋光性能，本發(fā)明的化學機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。
所述的有機酸可以各種有機酸，優(yōu)選草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、蘋果酸、氨基酸和/或有機膦酸，優(yōu)選有機磷酸，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)明的一較佳實施例中，該化學機械拋光漿料的pH值可為2.0～4.0，優(yōu)選3.0，所用的pH調節(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)明的化學機械拋光漿料還可以包括其他添加劑，如表面活性劑、絡合劑、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。
本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明的化學機械拋光漿料通過使用不同尺寸的研磨顆粒來調節(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)明的化學機械拋光漿料可以防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，提高產品良率。


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。
具體實施例方式
實施例1～8及對比實施例10和20表1

備注PBTCA為2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸，上述化學機械拋光漿料的其余成分為水，10和20分別是對比實施例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、有機酸、BTA、H2O2的順序依次加入反應器中并攪拌均勻，補入剩余去離子水，最后用pH調節(jié)劑(20％KOH或稀HNO3，根據pH值的需要進行選擇)調節(jié)到所需pH值繼續(xù)攪拌至均勻流體，靜止10分鐘即可得到化學機械拋光漿料。
效果實施例1對空白Ta、Cu及SiO2晶片分別用上述對比實施例10、20和實施例1～8的化學機械拋光漿料進行拋光，拋光條件相同，拋光參數如下Logitech拋光墊，向下壓力2psi，轉盤轉速/拋光頭轉速＝60/80rpm，拋光時間120s，化學機械拋光漿料流速100mL/min。拋光結果見表2。
表2

備注Surf表示基底表面的污染物情況結果表明本發(fā)明的化學機械拋光漿料可有效地調節(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為用實施例1的化學機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晶片表面存在點蝕、拋光后白Ta晶片表面無點蝕。
效果實施例2對已濺射Ta/電鍍銅的二氧化硅測試晶片經拋光銅后，分別用上述實施例20、1、3的化學機械拋光漿料進行拋光，拋光條件相同，拋光參數如下Logitech拋光墊，向下壓力2psi，轉盤轉速/拋光頭轉速＝60/80rpm，拋光時間120s，化學機械拋光漿料流速100mL/min。拋光結果見表3。
表3測試晶片表面情況

結果表明與對比實施例20中不含有2種尺寸的研磨顆粒的化學機械拋光漿料相比，本發(fā)明的化學機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為實施例1的化學機械拋光漿料拋光后測試晶片表面的有關情況，圖5為拋光前測試晶片剖面圖，圖6為實施例3的化學機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。
結論本發(fā)明的化學機械拋光漿料通過使用不同尺寸的研磨顆粒來調節(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)明的化學機械拋光漿料可以防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，提高產品良率。
上述實施例涉及到的原料均為市售。
權利要求
1.一種用于鉭阻擋層的化學機械拋光漿料，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、有機酸和載體。
2.根據權利要求1所述的化學機械拋光漿料，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.根據權利要求2所述的化學機械拋光漿料，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.根據權利要求1、2或3所述的化學機械拋光漿料，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％，該有機酸的濃度為0.01～0.5％，該載體為余量。
5.根據權利要求4所述的化學機械拋光漿料，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.根據權利要求4所述的化學機械拋光漿料，其特征在于其還包括0.001～5％的氧化劑。
7.根據權利要求6所述的化學機械拋光漿料，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.根據權利要求1、2或3所述的化學機械拋光漿料，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.根據權利要求1、2或3所述的化學機械拋光漿料，其特征在于所述的有機酸為草酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、蘋果酸、氨基酸和/或有機膦酸。
10.根據權利要求9所述的化學機械拋光漿料，其特征在于所述的有機膦酸為2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸。
11.根據權利要求1、2或3所述的化學機械拋光漿料，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.根據權利要求1、2或3所述的化學機械拋光漿料，其特征在于該化學機械拋光漿料的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機械拋光漿料，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、有機酸和載體。本發(fā)明的化學機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整的難題，而且還可以防止金屬拋光過程中產生的局部和整體腐蝕，從而提高產品良率。
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