[发明专利]一种固结磨料化学机械抛光钽的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能材料钽（Ta）或钽膜的加工方法，尤其是集成电路中含有钽材料的化学机械抛光加工方法，具体地说是一种固结磨料化学机械抛光钽的加工方法。

背景技术

随着网络、通讯等高科技产业的发展，对集成电路的要求越来越高，集成电路里面整片的平坦化成为核心所在。在现代集成电路中，特征尺寸不断减小，在铜的多层布线中，主要以钽作为阻挡层，而每层的刻蚀都要保证整片平坦化，平坦化效果直接影响整个集成电路的性能；同时，加工过程中，要求抛光液具有选择性，使得铜和钽具有相当的去除速率，保证全局平坦化。化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）可以降低表面粗糙度，提高表面质量，实现全局平坦化。Ta是一种硬金属材料，莫氏硬度在6~6.5，并且是惰性材料，熔点为2996℃，具有极高的抗腐蚀性，精密加工难。

目前钽的加工基本都是游离磨料化学机械抛光。中国专利102093817公开了一种用于钽阻挡抛光的化学机械抛光液。该抛光液包含研磨颗粒、有机酸、聚丙烯酸类、金属缓蚀剂、季胺碱、氧化剂和水，此抛光液针对提高阻挡层（Ta或TaN）的去除速率，防止金属抛光过程中产生的局部和整体腐蚀，该抛光液为酸性抛光液，对设备具有腐蚀性。中国专利102010660公开了一种钽化学机械抛光液的制备方法。该抛光液的制备需要超净处理，需要用采用18M?超纯去离子水，并且采用负压涡流进行搅拌，操作过程繁琐，要求条件苛刻。中国专利102782066公开了一种含铜、钌和钽层的基材的化学机械平坦化方法。该方法主要针对含有铜、钌和钽的基材，兼顾三者的抛光，没有针对于钽进行化学机械抛光。中国专利1312843和101535442分别公开了游离磨料抛光液，均是针对化学机械抛光含有铜、钌和钽的基材，对于钽的化学机械抛光不具有针对性。以上多为游离磨料化学机械抛光，工艺复杂，加工成本高、加工效率低，且在研磨液中含有硬质研磨颗粒，加工后的表面划伤严重，清洗成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的游离磨料化学机械抛光钽时表面材料去除率不可控，全局平坦化效果差，同时游离磨料抛光钽片工艺复杂，大量使用抛光液，加工成本高；后清洗困难，抛光废液及清洗过程中大量有害化学物品污染环境等一系列问题，发明一种加工效率高，工艺简单，表面质量好的抛光方法；抛光液不含磨料，后清洗简单，加工成本低的固结磨料化学机械抛光钽的加工方法。并且在抛光过程中，碱性抛光液对设备损伤小，抛光液中的磷酸根能有效抑制Ta₂O₅的产生，氧化铈固结磨料抛光垫在碱性抛光液的环境下会发生化学反应，提高抛光速率。

本发明的技术方案是：

一种固结磨料化学机械抛光钽的加工方法，其特征是：采用固结磨料抛光垫对钽进行抛光加工，加工过程中控制抛光压力在10~100 kpa之间，抛光垫的转速控制在50~150rpm之间，抛光液的pH值调节在8~11之间，抛光液的温度控制在20~30℃范围内，抛光液流速在80~150 ml/min之间，直至表面质量满足设定要求。

所述的固结抛光垫为氧化铈固结磨料抛光垫，固结磨料的粒度不大于5微米。

所述的抛光液为不含磨料的去离子水、表面活性剂、络合剂和pH调节剂组成，表面活性剂的体积分数为0.1%-1.0%，络合剂的质量分数为0.5%-5.0%，余量为去离子水和pH调节剂。

所述的抛光液的表面活性剂是烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或一种以上的组合。

所述的抛光液的络合剂为乙二胺四甲叉磷酸钠、酒石酸或三乙醇胺中的一种或一种以上的组合。

所述的抛光液的pH值调节剂为磷酸、乙酸、柠檬酸、氨水、羟基胺、四甲基氢氧化铵或乙二胺中的一种或一种以上的组合。

本发明的有益效果是：

本发明的固结磨料化学机械抛光技术结合无磨料抛光液和固结磨料抛光垫，抛光液中不含硬质磨料，不会对表面造成划伤，提高了抛光速率和工件表面质量，设备和工件的清洗也较为简单。有效的解决了抛光钽表面平坦化的难题，提高了抛光速率的同时，有效的保证表面质量。同时，固结磨料CMP钽，抛光液中没有磨料，抛光液的化学作用起到主要作用，辅以机械磨削，加工效率高，表面去除率高，反应容易控制。

同时，本发明的固结磨料化学机械抛光技术可广泛应用于半导体、硬金属、极易氧化的金属材料等材料的抛光加工，加工后的表面损伤小、表面质量高，平坦化效果好。