研磨无机氧化物颗粒的浆液以及含铜表面的抛光方法技术

将氧化剂添加至已加热例如高压处理的无机氧化物浆液中，从而生产研磨浆液，对于用来制备半导体晶片的导电金属层和绝缘层而言，所述浆液将赋予相对平等的抛光速率。另外，通过所述浆液还提供了就其研磨性而言相对灵活的研磨浆液，借此，当将新绝缘材料用来制备晶片时，能够对铜抛光浆液的研磨性加以改进。当利用该方法时，该浆液颗粒研磨性的增加相应于通过Ｎ＃－［２］吸附（ＢＥＴ法）测量的颗粒表面积的下降，并且研磨性可通过对浆液的加热而增加（或下降），从而生产出具有所希望研磨性而确定的表面积的颗粒。该方法特别适于制备二氧化硅基研磨浆液，并且所制得的浆液特别适用于对由铜导电电路和二氧化硅基绝缘层制得的晶片进行抛光。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请是申请号US09/422,384(1999年10月21日申请)的部分继续，后者又是临时申请US60/105,141(1998年10月21日申请)的部分继续，在此将其内容引入作为参考。采用这些研摩浆液的方法称为化学/机械平面化(或抛光)方法，也称之为“CMP”。机械抛光是由浆液中无机氧化物颗粒的研磨性赋予，并且包括在浆液中的化学添加剂赋予促进被抛光表面的溶解和除去的附加作用。由于在形成晶片最终电路所需的一系列步骤中施加了过量的导电层和/或绝缘层，因此要对电子晶片进行抛光或平面化处理。用于制备电子晶片的金属镶嵌法是使用所述抛光时的一个例子。简单地说，金属镶嵌法将过量的铜施加至包含与希望电路相关的通道的绝缘层上。铜填充这些通道，并复盖所述绝缘层。在绝缘层上的过量物质或所谓的“装载过多”必须通过抛光除去。希望以这样的方式对沉积的铜层进行抛光在下一层材料施加之前，装载过多的材料被完全除去。另外的层通常通过照相平印法施加，并且在下面的各层需要进行充分平面化，以便在随后的照相平印步骤中使焦点的清晰度最大。另外，所述浆液还必须在不使抛光基材有过度擦伤或凹痕的情况下提供在晶片上均匀的抛光。为满足该要求，另外还希望最大的抛光速率，以便使高成本抛光设备的生产率最大化。另外，在具有最小“表面凹陷”的金属镶嵌过程中，也必须除去导电层(参见附图说明图1A、1B和1C)。所述表面凹陷可在层沉积过程中发生(图1A)，或者当抛光过程达到绝缘层时发生，并且由于以比邻近绝缘层更快的速率被除去的导电层而引起(图1B)。例如，在CMP方法中使用的浆液通常包含细小尺寸、即亚微米的无机研磨颗粒。特别是，业已证明，微粉化的两性二氧化硅颗粒可用于CMP浆液中，这是基于其良好的胶体稳定性和在最小擦伤下均匀的抛光性。然而，当在酸性氧化浆液中用于对含铜晶片进行抛光时，这些研磨剂通常不能产生相等的抛光速率。具体地说，由这些研磨剂制得的浆液对于含二氧化硅绝缘层而言，当与含铜导电层相比时，将赋予明显更低的抛光速率。因此，铜将被更为迅速地除去，并且，除非在恰好所述抛光过程暴露绝缘层时停止所述抛光过程，否则将形成明显(和不希望的)表面凹陷。相反，甚至当在介电层暴露之后还进行简短抛光时，对于铜和绝缘层具有相等抛光速率的浆液将导致平表面(图1C)。图1A，1B和1C还阐明了使用阻挡层。阻挡层是施加至导电层表面上的保护层，以便在晶片处理期间限制金属如铜扩散入介电层中。如果阻挡层以明显低于铜的速率抛光的话，阻挡层的存在还可以影响表面凹陷。阻挡层甚至可以单独对表面凹陷起一定作用。由于上述材料不同的除去速率，因此，使用已知研磨浆液的CMP法通常不能对晶片赋予均匀的抛光。因此，例如在金属镶嵌法中，通常希望采用第一研磨浆液以除去绝大多数的铜过载。由于所述第一研磨浆液包含侵蚀性的化学添加剂，例如甘氨酸和过氧化氢的混合物，它们将加速铜的去除，因此，所述第一研磨浆液将起主要作用。至于什么时间利用该第一浆液的抛光应当停止，存在着一些问题。如下而言就足够了，即当阻挡层首次暴露时，许多操作者就停止该方法。在利用侵蚀性浆液进行抛光之后，采用不含甘氨酸的第二浆液以更细的程度完成抛光，以便保证在导线以外的晶片上的所有位置完全除去铜。然而，上述两种浆液的每一种往往会产生上述的表面凹陷效果。在到达阻挡层之前，当利用第一浆液进行抛光时，至少将产生一些表面凹陷，并且在第二抛光步骤之后表面凹陷将保留、甚至会放大。此外，一直在频繁地开发新的绝缘和阻挡材料。这些新材料通常具有不同的性能，因此将显示出不同的抛光速率。因此，当引入这些材料时，该方法的操作者需要调节已有抛光浆液的研磨性，或者用具有适当研磨性的另一研磨浆液彻底替代已有浆液体系。与找到替代浆液相比，调节已有浆液将是更为希望的。然而，业已发现，对用于导电表面如铜抛光的常规浆液的改性，得不到所希望的选择性。过去，氧化铝浆液和煅制氧化硅浆液已用来对铜表面的抛光。U.S.5,527,423(Neville等人)披露了所述浆液的例子。′423号专利(Neville等人)披露了包含分散于稳定水介质中的煅制氧化硅或煅制氧化铝颗粒的CMP浆液。Neville还提到，沉淀的氧化铝能够使用。Neville等人披露了颗粒的表面积为约40m2/g至约430m2/g，聚集体的尺寸分布小于约1.0微米且平均聚集体的直径小于约0.4微米。该专利还讨论了一些参考文献，所述文献教导了将各种制剂，如过氧化氢、或碱性材料添加至CMP浆液中。披露包含过氧化氢和/或其它酸性或碱性添加剂的CMP浆液的其它专利文献包括U.S.5,700,838(Feller等人)，U.S.5,769,689(Cossaboon等人)，U.S.5,800,577(Kidd)和U.S.3,527,028(Oswald)。通常，如所述的这些浆液均基于这样的概念，即，对无机氧化物颗粒进行选择，并且或者依靠用于抛光的颗粒的固有研磨性能，或者将辅助的添加剂引入浆液中，以便调节所述浆液所赋予的研磨和/或抛光作用。U.S.4,304,575(Payne)披露了对机械抛光半导体晶片中用作研磨材料的二氧化硅水溶胶的制备。用于制备所述溶胶的Payne的方法包括对包含相对较小颗粒和相对较大颗粒混合物的起始碱性二氧化硅水溶胶进行加热。Payne指出较小的颗粒溶解并再次沉积至较大颗粒上，由此产生了二氧化硅水溶胶，其中绝大多数二氧化硅颗粒的尺寸明显大于原料混合溶胶中较大的二氧化硅颗粒。Payne的材料由平均粒径小于100微米的溶胶制得，并且优选的是，最终粒径约180微米。类似的内容列于也是授予Payne的U.S.4,356,107中。另外还希望找到这样的研磨浆液，其在铜和用来制备电子晶片的其它不同层中能够提供相对平等的选择性。另外还希望以如下方式设计研磨浆液的制备方法所述颗粒的研磨性能够容易地调节，以满足即将到来的抛光需求，而不必经常去调节用于研磨颗粒的浆液或新原料的化学组成。如上所述，高压处理上述多孔颗粒的浆液将赋予所述颗粒以增加的研磨性。这将通过在标准抛光条件下二氧化硅基材增加的除去速率来反映。颗粒研磨性的这种增加与通过N2吸附法(BET法)测量的颗粒表面积的降低有着很大的关系。这样的关系能够用来提供简单地对浆液的研磨性进行改性的方法。一般认为，颗粒研磨性的增加和颗粒表面积的相应下降归因于在高压处理中二氧化硅的转移，借此，二氧化硅优先从多孔颗粒的锐利凸面溶解，并在组成多孔颗粒的子单元(最终颗粒)的连接处再次沉积在锐利凹面上。因此，这种再沉积将使多孔二氧化硅颗粒变坚固并增加其研磨性。伴随高压处理的高温有助于通过增加二氧化硅的溶解度而起加速所述溶解-再沉积过程的作用。在保持在室温或高达环境压力沸点(~100℃)温度的二氧化硅颗粒的碱性水悬浮液中，将发生类似的过程，但需要长得多的时间。因此，在本专利技术中，在颗粒的孔结构内，通过改善用来复位无机氧化物的加热条件，能够在宽范围的性能范围内改善颗粒的研磨性。因此，能够如新绝缘材料与铜导电层结合那样，来调节颗粒的研磨性。图2是阐明根据本专利技术加热条件激烈程度的增加将降低浆化颗粒的表面积以及增加所述颗粒的研磨性的图表。A1至A3的结果是根据本专利技术制得的浆液的结果。这些浆液的抛光速率与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浆液，包含：（ａ）分散介质，（ｂ）无机氧化物颗粒，其中这些颗粒的浆液具有这样的研磨性能，以致使利用带ＳＵＢＡ ５００垫的Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ ６ＣＡ抛光机，在２００ｐｓｉ－ｒｐｍ下，在两分钟抛光时间时，由水和无机颗粒组成、固含量 １２．６％重量且ｐＨ值约为１０．８的浆液，以至少１２０纳米／分的速率除去二氧化硅，和（ｃ）氧化剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JN普赖尔，
申请(专利权)人：格雷斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]