专利名称：用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械抛光浆料，尤其涉及一种用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料。
背景技术：
随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化。甚大规模集成布线正由传统的Al向Cu转化。与Al相比，Cu布线具有电阻率低，抗电迁移能率高，RC延迟时间短，可使布层数减少一半，成本降低30％，加工时间缩短40％的优点。Cu布线的优势已经引起全世界广泛的关注。
为了保证Cu布线与介质的特性，目前甚大规模集成电路芯片中多层铜布线还用到Ta或TaN作阻挡层，因此相继出现了用来抛光Ta或TaN阻挡层的化学机械抛光(CMP)浆料，如US 6,719,920专利公开了一种用于阻挡层的抛光浆料；US 6,503,418专利公开了一种Ta阻挡层的抛光浆料，该抛光浆料中含有有机添加剂；US 6,638,326公开了一种用于Ta和TaN的化学机械平坦化组合物，CN 02116761.3公开了一种超大规模集成电路多层铜布线中铜与钽的化学机械全局平面化抛光液。但这些抛光浆料存在着局部和整体腐蚀，缺陷率较高，Ta阻挡层和氧化物层的抛光选择比很不合理，难于各自调整这两种底物的去除速率等缺陷。因此迫切需要开发出新的用于Ta阻挡层的化学机械抛光浆料。
发明内容
本发明的目的是为了调整Ta和氧化物层的抛光选择比及调节铜的去除速率，提供一种用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料。
本发明的上述目的是通过下列技术方案来实现的本发明的用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料包括研磨颗粒A、比研磨颗粒A的尺寸大的研磨颗粒B、三唑类化合物、有机酸和载体。本发明的化学机械抛光浆料的特点是通过使用不同尺寸的研磨颗粒来调整Ta和氧化物层的抛光选择比，通过使用有机酸和三唑类化合物来改变铜的去除速率，以防止金属凹陷，明显减少晶片表面的有机物，二氧化硅淀积以及其它金属离子的残留。
在本发明的一较佳实施例中，该研磨颗粒A的尺寸为15～50nm，优选30～50nm；该研磨颗粒B的尺寸为60～100nm，优选60～80nm。
本发明的用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料中的各种成分均可参照现有技术，但较佳地是该研磨颗粒A的浓度为0.1～5％，优选0.2～1％，该研磨颗粒B的浓度为0.1～5％，优选1～5％，该三唑类化合物的浓度为0.01～1％，该有机酸的浓度为0.01～0.5％，该载体为余量，以上％均指占整个化学机械抛光浆料的重量百分比。本发明的浆料可以在较低的研磨颗粒含量达到合适抛光速率和选择比，从而使得表面污染物以及金属的腐蚀可以明显减少。
为了进一步提高衬底的抛光性能，本发明的化学机械抛光浆料还较佳地包括0.001～5％的氧化剂，所述的氧化剂可以为现有技术中的各种氧化剂，优选过氧化氢、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和/或过硫酸铵，更优选过氧化氢。
在本发明中，该研磨颗粒A可为现有技术中的各种研磨颗粒，较佳地为氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒(如聚乙烯或聚四氟乙烯)，更佳地是氧化硅；该研磨颗粒B也可以为各种研磨颗粒，较佳地是氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒，更佳地是氧化硅。
所述的有机酸可以各种有机酸，优选草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、苹果酸、氨基酸和/或有机膦酸，优选有机磷酸，更优选2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸。
所述的三唑类化合物可为各种三唑类化合物，有苯并三氮唑(BTA)和/或甲基苯并三氮唑，优选苯并三氮唑。
在本发明的一较佳实施例中，该化学机械抛光浆料的pH值可为2.0～4.0，优选3.0，所用的pH调节剂可为氢氧化钾、硝酸、乙醇胺和/或三乙醇胺等等。
在本发明中，所述的载体较佳地为水。
本发明的化学机械抛光浆料还可以包括其他添加剂，如表面活性剂、络合剂、抑制剂、钝化剂和/或成膜剂等等，这些添加剂均可参照现有技术。
本发明的积极进步效果在于本发明的化学机械抛光浆料通过使用不同尺寸的研磨颗粒来调节阻挡层和氧化物层的抛光选择比，即使在研磨颗粒的相对含量较低的情况下，也可以解决两种底物的去除速率不易各自调整的难题，从而使得缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降；而且本发明的化学机械抛光浆料可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。
图1为抛光前空白钽晶片表面的显微镜图；图2为抛光后空白钽晶片表面的显微镜图；图3为抛光后测试晶片表面的显微镜图(图中TEOS是指SiO2)；图4为抛光后测试晶片中铜线表面的显微镜图；图5为抛光前测试晶片的剖面示意图；图6为抛光后测试晶片的剖面示意图。
具体实施例方式
实施例1～8及对比实施例10和20表1
备注PBTCA为2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸，上述化学机械抛光浆料的其余成分为水，10和20分别是对比实施例10和20。
将各物料按下列顺序研磨颗粒A、研磨颗粒B、一半用量的去离子水、有机酸、BTA、H2O2的顺序依次加入反应器中并搅拌均匀，补入剩余去离子水，最后用pH调节剂(20％KOH或稀HNO3，根据pH值的需要进行选择)调节到所需pH值继续搅拌至均匀流体，静止10分钟即可得到化学机械抛光浆料。
效果实施例1对空白Ta、Cu及SiO2晶片分别用上述对比实施例10、20和实施例1～8的化学机械抛光浆料进行抛光，抛光条件相同，抛光参数如下Logitech抛光垫，向下压力2psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光浆料流速100mL/min。抛光结果见表2。
表2
备注Surf表示基底表面的污染物情况结果表明本发明的化学机械抛光浆料可有效地调节阻挡层和氧化物层的抛光选择比，即使在研磨颗粒的相对含量较低的情况下，也可以解决两种底物的去除速率不易各自调整的难题；而且抛光后的晶片表面无污染或污染极少；抛光前后空白Ta晶片的显微镜图见图1和图2(图2为用实施例1的化学机械抛光浆料抛光后的空白Ta晶片表面的显微镜图)，从中可以看出，抛光前空白Ta晶片表面存在点蚀、抛光后白Ta晶片表面无点蚀。
效果实施例2对已溅射Ta/电镀铜的二氧化硅测试晶片经抛光铜后，分别用上述实施例20、1、3的化学机械抛光浆料进行抛光，抛光条件相同，抛光参数如下Logitech抛光垫，向下压力2psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光浆料流速100mL/min。抛光结果见表3。
表3测试晶片表面情况
结果表明与对比实施例20中不含有2种尺寸的研磨颗粒的化学机械抛光浆料相比，本发明的化学机械抛光浆料可以显著地减小测试晶片表面的凹陷大小，从650减少到484，测试晶片表面无污染。图3和4为实施例1的化学机械抛光浆料抛光后测试晶片表面的有关情况，图5为抛光前测试晶片剖面图，图6为实施例3的化学机械抛光浆料抛光后测试晶片的剖面图，从中可以看出抛光后测试晶片表面无明显缺陷、凹陷，铜线比较平整。
结论本发明的化学机械抛光浆料通过使用不同尺寸的研磨颗粒来调节阻挡层和氧化物层的抛光选择比，即使在研磨颗粒的相对含量较低的情况下，也可以解决两种底物的去除速率不易各自调整的难题，从而使得缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降；而且本发明的化学机械抛光浆料可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，提高产品良率。
上述实施例涉及到的原料均为市售。
权利要求
1.一种用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料，其包括研磨颗粒A、比研磨颗粒A的尺寸大的研磨颗粒B、三唑类化合物、有机酸和载体。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒A的尺寸为15～50nm，该研磨颗粒B的尺寸为60～100nm。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒A的尺寸为30～50nm，该研磨颗粒B的尺寸为60～80nm。
4.根据权利要求1、2或3所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒A的浓度为0.1～5％，该研磨颗粒B的浓度为0.1～5％，该三唑类化合物的浓度为0.01～1％，该有机酸的浓度为0.01～0.5％，该载体为余量。
5.根据权利要求4所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒A的浓度为0.2～1％，该研磨颗粒B的浓度为1～5％。
6.根据权利要求4所述的化学机械抛光浆料，其特征在于其还包括0.001～5％的氧化剂。
7.根据权利要求6所述的化学机械抛光浆料，其特征在于所述的氧化剂为过氧化氢、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过硫酸钾和/或过硫酸铵。
8.根据权利要求1、2或3所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该研磨颗粒A为氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒，该研磨颗粒B为氧化硅、氧化铝、氧化铈和/或聚合物颗粒。
9.根据权利要求1、2或3所述的化学机械抛光浆料，其特征在于所述的有机酸为草酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、苹果酸、氨基酸和/或有机膦酸。
10.根据权利要求9所述的化学机械抛光浆料，其特征在于所述的有机膦酸为2-膦酸丁烷基-1，2，4-三羧酸。
11.根据权利要求1、2或3所述的化学机械抛光浆料，其特征在于所述的三唑类化合物为苯并三氮唑和/或甲基苯并三氮唑。
12.根据权利要求1、2或3所述的化学机械抛光浆料，其特征在于该化学机械抛光浆料的pH值为2.0～4.0。
全文摘要
本发明公开了一种用于钽阻挡层的化学机械抛光浆料，其包括研磨颗粒A、比研磨颗粒A的尺寸大的研磨颗粒B、三唑类化合物、有机酸和载体。本发明的化学机械抛光浆料可以使缺陷、划伤、粘污和其它残留明显下降，且通过使用不同尺寸颗粒来调节阻挡层和氧化物层的抛光选择比，以解决两种底物的去除速率不易于各自调整的难题，而且还可以防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，从而提高产品良率。
文档编号C09K3/14GK1955249SQ200510030869
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者宋伟红, 陈国栋, 顾元, 徐春, 宋鹰 申请人:安集微电子(上海)有限公司