用于集成电路电子工业的新型磨料组合物制造技术

用于集成电路电子工业的磨料组合物，包含一种相互间不以硅氧烷键连接的、各自独立的胶态二氧化硅粒子的含水酸性悬浮体以及一种磨料表面活性剂。该磨料用于集成电路工业中的机械化学抛光，本发明专利技术还包括一个浸渍有这种组合物的载体，以及一种进行机械化学抛光的方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新的磨料组合物，所述组合物尤其可以用在对半导体微电子工业中所使用的氧化硅层、氮化硅层和具有低介电常数的聚合物基的薄层进行机械化学抛光的过程中，而且，更具体而言，是用在集成电路的生产过程中。碱性的胶态氧化硅基的磨料组合物和表面活性剂用于对初级硅进行抛光。在这一初始的工序之后，再实施某些其它工序，以便进行集成电路的生产。在集成电路的生产过程中，有用的是使用这样的进行机械化学抛光的磨料组合物，即所述组合物在对氧化硅和氮化硅进行抛光的速度上具有很高的选择性，所述选择性指的是每种衬底的磨削速度之比值。氧化硅可以通过高温下氧在硅晶片上的扩散(热氧化物或SiO2)或者在硅晶片上加以沉积(例如，四乙氧基硅烷的氧化物或TEOS)来获得。在生产集成电路时，首要的步骤之一是确定构成电路的不同晶体管的有源区。这些有源区应该借助氧化硅区，即一种电绝缘材料来使之相互隔离，到目前为止，最常用的是采用局部的硅氧化技术(LOCOS)来形成这些氧化硅的图案。现在，器件尺寸的减小阻碍了这种技术的应用，该技术的主要不足是其会产生一个不希望的位于所述氧化区边界的，称为鸟嘴的区域。因此，如今，LOCOS氧化技术主要已被STI技术(浅沟隔离)替代，所述STI技术包括通过反应性离子刻划在硅中产生陡的沟槽，然后，再用一种TEOS型氧化沉积物填充这些沟槽。然后，这一氧化硅层应该通过一机械化学抛光步骤来加以整平。在该步骤中，提高平整程度很重要。一种改善所述平整质量的方法是在介于所述沟槽间的脊上沉积一个氮化硅层(实际上，氮化硅通常被沉积在所述硅晶片的整个表面上，然后，在整个表面上刻划凹槽，从而形成所述沟槽，因此，所述氮化硅就保留在沟槽间的脊上)，然后，沉积一层氧化硅，以将所述沟槽填充。这一过量氧化物充满所述沟槽并将所述氮化硅覆盖。然后，使用磨料组合物对所述氧化硅层进行平整处理，直至触及所述氮化硅层为止，因此，如果氧化硅和氮化硅间的抛光速度的选择性很高，则所述氮化硅层起了一个抗磨削层的作用。在文献US5759917中，G.G.Lisle等介绍了一种进行机械化学抛光的含水悬浮液，其含有0.1-4wt.％的硝酸铵高铈和0.1-3wt.％的乙酸。这种pH值为3.8-5.5的抛光悬浮液具有的硅PETEOS/氮化物的抛光选择性小于或等于35，即氧化硅的磨削速度为氮化硅的35倍。一部分硝酸铵高铈可用热解二氧化硅替代。此外，S.D.Hosali等人在US5738800中提到用一种抛光组合物对包含二氧化硅和氮化硅的复合材料进行抛光，所述组合物包含0.2-5wt.％的氧化铈，0.5-3.5％的作为螯合剂的邻苯二甲酸氢钾，以及0.1-0.5％的氟化表面活性剂，所述组合物通过添加有碱而具有中性pH值。二氧化硅可以添加至所述组合物中，就所述的最佳组合物而言，可以达到约300的抛光选择性。同样地，在集成电路的生产期间，在硅晶片上形成的电子器件应通过金属互连线来加以相互连接，以构成所要求的电子线路。每个金属互连层(level)应加以电隔离，为此，每层用一介电层进行封装。集成电路的金属互连线大多数根据以下步骤，通过金属的反应性离子刻划形成通过电子束或离子束沉积一厚约10-12μm的铝或铝合金膜(溅射)，通过光刻法，然后再通过反应离子刻蚀(RIE)法，将互连线路的设计图案转移至所述膜上。然后，用一介电层将如此形成的互连线重新覆盖，所述介电层通常为氧化硅基的介电层，多数情况下通过气相的正硅酸乙酯(TEOS)分解来获得。然后，通过机械化学抛光对这一介电层进行整平。为了减小该介电层所产生的电容，一种方法是使用具有低介电常数的材料。最佳的可选择的材料由N.H.Hendricks(见1997年第443卷，第3-14页的Mat.Res.Soc.Symp.Proc.)和L.Peters(见1998年9月的Semi conductor International中的第64-74页)列出。主要种类有-氟化的聚(芳基醚)如Flare，-聚(芳基醚)如PAE-2，-氟化聚酰胺，-氢化硅倍半氧烷(hydridosilsesquioxanes)和烷基硅倍半氧烷(alkylsilsesquioxnes)，-二苯并环丁烯如，Cyclotene，-聚(对-苯二亚甲基)如ParyleneN和聚(α，α，α′，α′-四氟-对-苯二亚甲基)如ParyleneF，-全氟环丁烷的芳香醚聚合物，-芳香烃如SiLK。为了能够在微电子互连过程中加以集成，这些具有低介电常数的聚合物原则上必须满足下述指标-填充宽度小于0.35μm的沟槽，-玻璃态转化温度高于400℃，-低吸湿性(＜1％)，-热稳定性较高(450℃时为＜1％/h)，-与所述金属层及其它介电层的粘附性较强。而且，所沉积的聚合物层必须随后能够通过机械化学抛光来加以整平。Y.L.Wang等〔见Thin Solid Films，(1997)，308-309，P.550-554〕采用一种磨料溶液对烷基硅氧烷层进行了抛光，所述溶液包括存在于碱性介质(pH＝10.2)中的汽相法二氧化硅粒子或者存在于酸性介质(pH＝3.3-4.6)的氧化锆粒子。G.R.Yang等(见J.of Electronic Materials，Vol.26，no8，1997，P.935-940)研究了在用包含存在于酸性或碱性介质中的铝粒子的不同磨料溶液抛光后，所获得的ParyleneN层的表面质量。无论使用何种磨料溶液，所获得的抛光速度均很低。J.M.Neirynck等(见Mater.Res.Soc.Symp.Proc.，1995，Vol.381，P.229-235)尝试用包含存在于碱性或酸性介质中的铝粒子的磨料溶液，对具有低介电常数的三种类型的聚合物，Parylene，苯并环丁烯(BCB)以及氟化聚酰亚胺进行了抛光。目前，在微电子互连过程中对具有低介电常数的聚合物层进行集成遇到一些困难，主要是在采用机械化学抛光进行整平的步骤中所获得的这种材料的性能不足。这一步骤，特别是对于抛光速度以及抛光后表面的表面状态，尚不能完全控制。令人惊奇且出人意料的是，现已确定，使用一种阳离子化的胶态二氧化硅的含水酸性悬浮体，其中含有互相之间不以硅氧烷键连接的胶态二氧化硅粒子，能够对具有低介电常数的聚合物基的绝缘材料层，特别是SiLK型的薄层进行抛光，并且能够对抛光速度、抛光均匀性以及抛光后表面的表面状况性能做到很好地兼顾。因此，本申请的主题是一种用于由具有低介电常数的聚合物基的绝缘材料制成的薄层的机械化学抛光组合物，其特征在于所述抛光组合物包括一种阳离子化的胶态二氧化硅含水酸性悬浮体，所述悬浮体含有相互之间不以硅氧烷键相互连接的，各自独立的胶态二氧化硅粒子以及作为悬浮介质的水。所谓“阳离子化的胶态二氧化硅的含水酸性悬浮体”指的是采用例如铝、铬、镓、钛或锆的三价或四价金属氧化物进行表面改性的胶态二氧化硅的含水酸性悬浮体，所述金属氧化物在“The chemistry ofSilica(二氧化硅化学)-R.K.ller-Wiley Interscience(1979)”一书的第410-411页中专门做了介绍。在使用本专利技术的优选条件下，所述含有相互之间不以硅氧烷键连接的胶态二氧化硅粒子的阳离子化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于集成电路电子工业的磨料组合物，其特征在于所述组合物含有一种相互间不以硅氧烷键连接的、各自独立的胶态二氧化硅粒子的含水酸性悬浮体以及一种表面活性剂。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：E扎奎诺特，P莱托尔尼奥，M瑞沃里，
申请(专利权)人：科莱恩金融BVI有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]