[发明专利]钛酸钡化学机械抛光水性组合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及钛酸钡化学机械抛光水性组合物及其应用。具体地，本发明涉及钛酸钡化学机械抛光水性组合物和钛酸钡基片化学机械抛光工艺方法。

背景技术

钛酸钡（BaTiO₃，简写BTO）是最早发现的一种具有ABO₃型钙钛矿晶体结构的典型铁电体，分为单晶和多晶结构，具有高介电常数及铁电、压电和正温度系数效应等优异的电学性能，现阶段被广泛应用于功能陶瓷的研究领域如铁电材料的电畴微观结构分析和研究中，以及超大规模集成电路（Ultra Large Scale Integration,ULSI）的开发制造领域如特征尺寸小于0.25微米的IC工艺研发中。然而，器件特征尺寸的纳米化要求表面的高度平坦化和纳米级表面粗糙度，而化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）是被广泛采用、几乎唯一的全局平坦化技术。因此，结合钛酸钡在下一代电子器件中的发展需求及纳米尺度制造工艺对晶片表面的高度平坦化要求，有关钛酸钡的化学机械抛光研究显得日益重要。

然而，目前的钛酸钡化学机械抛光水性组合物以及钛酸钡基片化学机械抛光工艺方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种在低抛光压力条件下能够快速有效地抛光高k材料钛酸钡，并能够获得高平整度、低表面粗糙度的抛光表面的钛酸钡基片化学机械抛光工艺方法以及用于此工艺方法的钛酸钡化学机械抛光水性组合物。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种钛酸钡化学机械抛光水性组合物。根据本发明的实施例，该钛酸钡化学机械抛光水性组合物包含：1-20重量%，优选8-15重量%的磨料；0.5-10重量%，优选1-3重量%的络合剂；以及0.01-5重量%，优选0.1-1重量%的表面吸附剂，其中，该钛酸钡化学机械抛光水性组合物的pH值为8.0-12.0，优选10.0-11.5。根据本发明的实施例，该钛酸钡化学机械抛光水性组合物能够有效地应用于钛酸钡基片化学机械抛光工艺，从而能够有效地获得高抛光速率、高表面质量的抛光钛酸钡层。

根据本发明的实施例，在本发明的钛酸钡化学机械抛光水性组合物中，磨料的种类不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，磨料可以为选自二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、钛酸钡、氧化铝、氧化锆和氧化锗的至少一种，优选胶体二氧化硅。其中，胶体二氧化硅的性状和粒度不受特别限制，根据本发明的一些实施例，选择硬度粒度适中、颗粒圆润均匀的纳米二氧化硅颗粒作为磨料，从而能够在保证抛光速率的同时避免划痕、凹坑、橘皮等表面缺陷。根据本发明的一个具体示例，胶体二氧化硅的平均粒度可以为10-200纳米，优选50-80纳米。

根据本发明的实施例，在本发明的钛酸钡化学机械抛光水性组合物中，络合剂的作用为：能够与抛光表面的金属离子及抛光组合物中少量的金属离子（如Ba²⁺、Ti⁴⁺）形成水溶性络合物，进而能够降低抛光表面产物金属离子的浓度以及减少金属离子的微溶性氢氧化物（如Ba(OH)₂、Ti(OH)₄）在抛光表面的吸附和沉积，从而能够保证抛光过程的稳定性，提高抛光去除速率，降低表面缺陷和颗粒吸附，并且抛光后表面易清洗。因此，络合剂的种类并不受特别限制，只要其能够发挥前述作用即可。根据本发明的一些具体示例，络合剂可以为选自包括氨、磷酸三钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸铵、羟乙基乙二胺四乙酸、羟乙基乙二胺四乙酸铵、乙酰丙酮、氨基乙酸、二羟基甘氨酸、柠檬酸、柠檬酸铵、酒石酸、乳酸、草酸、葡萄糖酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、羟谷氨酸、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、草酰胺、氯化钠、氟化钠、氯化钾、氟化钾、氯化铵和氟化铵的至少一种，优选为选自柠檬酸和氟化铵的至少一种。其中，需要说明的是，当络合剂为上述可选物质中的两种及以上的组合时，组合物中各物质的比例并不受特别限制，只要能够使组合物发挥其作为络合剂的上述作用即可。