使用臭氧的化学-机械平面化方法技术

本发明专利技术涉及在化学机械平面化中，作为反应物的臭氧（Ｏ↓［３］）的用途，其以水溶液或气体形式直接作用于待平面化的表面。含臭氧的水溶液选择性地含有研磨颗粒和／或与臭氧共溶的其它ＣＭＰ试剂，包括碳酸盐和碳酸氢盐阴离子，以及有机酸，例如甲酸、草酸、乙酸和乙二醇酸。可以加入的研磨剂包括氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、尖晶石和氧化锆。水溶液中的常规臭氧浓度在约每百万分之１份（“ｐｐｍ”）－饱和的范围内。铵盐，特别是碳酸铵与含臭氧水溶液结合使用有助于平面化。根据本发明专利技术，使用臭氧反应物可以将有机和无机低ｋ介电材料，以及难以氧化的金属平面化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术
技术介绍
领域本专利技术涉及在集成电路的制造中用于将表面化学机械平面化的组合物和方法，以及更具体地涉及臭氧在化学机械平面化(planarization)中作为氧化剂的用途。相关技术的描述化学机械平面化(CMP)是一种用于在集成电路的生产过程中从晶片表面除去各种物质，因此制造出基本上平的表面以促进精确构图以及后续层沉积的方法。常规的CMP方法使用抛光垫(polishing pad)与待平面化的晶片旋转接触，同时在晶片和抛光垫之间引入合适的CMP试剂，以促进物质除去和平面化。CMP试剂通常包括研磨淤浆，所述研磨淤浆除其它组分之外，含有研磨颗粒和各种氧化剂。用于CMP的研磨颗粒包括氧化铝、二氧化硅、尖晶石、二氧化铈和氧化锆等。CMP方法的应用范围已经扩展到覆盖大量物质，包括金属。这种应用的扩展引发了对于能够使金属的CMP方法更加有效的新氧化剂的持续研究。从这种持续研究中获得了诸如过氧化氢、铁氰化钾、高碘酸、羟胺及其盐的氧化剂，和其它氧化剂，并且目前已经用于金属的CMP方法。但是，这些氧化剂具有若干缺点，包括，尤其是，产生了必须加以处理并且从CMP操作区域除去的废物流，诸如离子废物流。另外，这些废物流还可以包括来自晶片表面本身的金属氧化物。所述废物流相当复杂并且很难有效处理和除去。出于上述原因，尤其需要一种氧化剂，可以使金属的CMP方法更加有效，并降低了与处理常规CMP的离子型和复杂废物流及其关联的环境危害问题的有关要求。本专利技术提供化学组合物和方法，通过使用含水和/或气体形式的臭氧，以对环境友好的方式增加CMP方法(通常是金属的CMP)的有效性和/或改进现存的离子型和复杂废物流的处理和除去问题。例如，根据本专利技术的化学组合物和方法特别有利于钨、铜、银、金、铂、铱、钌和铝金属的CMP方法以及具有低介电常数(“低k”)的有机物质的CMP方法。臭氧已经作为用于CMP方法的污染控制和清洗分离的清洗溶液的组分使用。例如，参见Stanley Wolf和Richard N.Tauber，SILICON PROCESSING FOR THE VLSIERA，Volume 1ProcessTechnology，2ndEd.(Lattice Press，2000)，131-133页。在例如，E.K.Greiger等，U.S.专利6,100,198中描述了CMP之后，用臭氧清洗晶片表面。臭氧在形成集成电路的完整结构中也已作为氧化剂使用。例如，在Thakur等人(U.S.专利5,672,539和6,072,226)的研究中，臭氧-增强的二氧化硅局部氧化用于形成场分离(fieldisolation)结构。在Chen和Tu(U.S.专利5,869,394)以及Jang等人(U.S.专利6,143,673)的研究中，富含臭氧的TEOS层(四乙氧硅烷层)用于形成集成电路上的介电层。但是，与现有技术相反的是，本专利技术在CMP的实践中使用臭氧作为试剂。臭氧以气体形式使用，直接传送到待平面化的表面，和/或以含臭氧的水溶液形式使用，选择性地与研磨颗粒结合、与其它CMP试剂结合使用，或用于此处描述的和/或对本领域技术人员显而易见的其它实施方案。概述本专利技术涉及在化学机械平面化中作为反应物的臭氧(O3)的用途。臭氧可以以若干种形式直接传送到待平面化的表面，包括以水溶液或气体形式。含臭氧的水溶液可以选择性地含有研磨颗粒和/或与臭氧共溶的其它CMP试剂。用于在CMP中与臭氧协同的共用试剂包括碳酸盐和碳酸氢盐阴离子，以及有机酸，例如甲酸、草酸、乙酸和乙二醇酸(glycol acid)。臭氧可以以气体形式直接传送到待平面化的表面。在本专利技术范围内，上述含臭氧试剂也可以结合用于CMP，选择性地与其它不含臭氧CMP试剂共用。臭氧(O3)通常是通过将氧气通过能量场(一般是等离子或离子场)，就地形成臭氧的方法在臭氧发生器中形成的。在本专利技术的一些实施方案中，在需要和最接近CMP装置(其中含臭氧试剂将被耗费)的位置就地产生臭氧和/或含臭氧试剂是方便的。本专利技术的一些实施方案将臭氧溶于水中(优选DI水)，形成水溶液。DI水中的臭氧浓度通常在约每百万分之1份(“ppm”)-饱和的范围内，可能超过20ppm。这种水溶液可以直接用于CMP，在晶片表面和抛光垫之间分配溶液，以将表面平面化。本专利技术的其它实施方案使用溶于水中的臭氧以及其它研磨剂和/或反应性化学物质。可以加入的研磨剂包括氧化铝、二氧化硅、尖晶石、二氧化铈和氧化锆。可以加入的其它试剂包括碳酸盐和碳酸氢盐阴离子、草酸、甲酸、乙酸和乙二醇酸。根据本专利技术的其它实施方案，臭氧气体可以直接作用于待平面化的表面。本专利技术的组合物可同于铂以及难以用常规氧化剂平面化的其它材料。其它金属包括钌、铱、金和铝。本专利技术的组合物也可以与硅共同使用，这样可以抛光得到更好的表面抛光结果。根据本专利技术，可以通过铵盐，包括氯化铵、硝酸铵以及尤其是碳酸铵促进物质的除去。根据本专利技术，臭氧组合物将通常的有机聚合体、橡胶或其它低k物质分解，因此直接抛光有机低k介电薄膜。本专利技术的组合物可用于抛光硬盘和微电机械结构(MEMS)，包括含NiP、Cr、Al、SiO2、Si或Al金属的膜。附图的简要叙述附图说明图1根据本专利技术的一些实施方案产生臭氧的方框图和流程。图2典型化学机械平面化的横截面的示意性描述。图3用于化学机械平面化的透过压板试剂(through-platenreagent)传送的横截面的示意性描述。图4根据本专利技术的一些实施方案，试剂透过压板传送的过程流程图。详细描述本专利技术涉及臭氧在集成电路制造中进行的化学机械平面化(“CMP”)中作为反应物的用途。根据本专利技术，用于CMP的臭氧可以以若干种形式使用。臭氧可以溶于水(优选去离子-“DI”-水)以形成水溶液。含臭氧的水溶液可选择性地含有与臭氧共溶的研磨颗粒和/或其它CMP试剂。与臭氧协同用于CMP的共用试剂包括碳酸盐和碳酸氢盐阴离子，以及有机酸，例如甲酸、草酸、乙酸和乙二醇酸。臭氧可以以气体形式直接传送到待平面化的表面。在本专利技术的范畴内，上述含臭氧试剂可结合用于CMP，选择性地协同其它不含臭氧的CMP试剂。臭氧(O3)可以以若干种方式形成或产生，包括通过将氧通过能量场(通常是等离子或离子区)，由结合三个氧原子就地形成臭氧的臭氧发生器。例如，可以通过在含氧气体中的无声放电产生臭氧。与火花放电相反，无声放电涉及稳定的等离子放电或冠状放电。进行放电的部分分子氧分离为原子氧。反应性氧原子随后在放热反应中附着在分子氧上，形成三原子的氧分子，即臭氧。臭氧收率取决于电场强度和其它因素中的操作温度。收率对操作温度的依赖涉及这一实事-高温使等式1的平衡向远离臭氧的方向移动，降低其收率。臭氧发生器是现有技术已知并且可以购买的。因此，在本专利技术的一些实施方案中，按照需要并且在最接近CMP装置的位置(含臭氧试剂将在其中被耗费)就地产生臭氧和/或含臭氧试剂是方便的。这些实施方案克服了现存的由以下事实带来的困难-臭氧的反应性非常高并且相对于分子氧O2是热不稳定性的，难以将臭氧保留相当长的一段时间。但是，可以将臭氧分解和/或反应的速率变慢，尽管将臭氧或含臭氧试剂贮存待用很困难，但并非不可能。为了在说明书中具体化，我们详细描述了本专利技术的就地产生臭氧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学机械平面化的组合物，包括臭氧水溶液和研磨剂颗粒。

【技术特征摘要】
US 2001-2-13 09/783,0691.一种用于化学机械平面化的组合物，包括臭氧水溶液和研磨剂颗粒。2.权利要求1的组合物，其中所述研磨剂颗粒选自氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、尖晶石、氧化锆及其混合物。3.权利要求1的组合物，还包括至少一种选自碳酸盐、碳酸氢盐、草酸、甲酸、乙酸、乙二醇酸及其混合物的添加剂。4.权利要求1的组合物，其中所述水溶液中臭氧的浓度小于臭氧发生相互作用的浓度。5.权利要求4的组合物，其中所述臭氧浓度是小于约百万分之20份。6.权利要求1的组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ斯莫尔，尚小蔚，
申请(专利权)人：EKC科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]