用于旋转蚀刻平面化的组合物与方法技术

本发明专利技术描述了用于表面，特别是铜和钽表面的旋转蚀刻平面化的方法与组合物。蚀刻溶液通过喷嘴，优选地通过摆动喷嘴与旋转晶片的上面接触。蚀刻溶液具有氧化旋转表面，在其表面上形成钝化层的组成。蚀刻溶液还含有除去钝化层，让下面层表面暴露以达到所要求的表面蚀刻的反应剂。调节蚀刻溶液的特性，以致到表面较低部位的反应剂扩散限制其蚀刻速率。处在蚀刻溶液移动较快的表面的较高部位的反应进行较快，从而导致所要求的平面化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于表面平面化的化学蚀刻方法与特别适合该方法的化学组合物。更具体地，本专利技术涉及在制造集成电路时典型地遇到的用于表面的旋转蚀刻平面化的组合物和方法。现有技术的描述现代的集成电路(“IC”)设计典型地由其上蚀刻成图案的多层材料组成。通常地，这些层由导电的、绝缘的和半导体材料组成，这些材料采用光刻技术(作为说明给出的，从而不打算排除其它的材料配置或其它的成图或蚀刻方法)蚀刻。制造集成电路中几乎普遍的趋势是在给定的晶片面积上提高所生产元件的密度、提高IC的性能和可靠性、以及生产出较低成本的IC，并且因生产过程造成废的和有缺陷的产品少。这些目标导致生产过程中更严格的几何与尺寸的要求。特别地，在蚀刻开始阶段，使用具有尽可能几乎平表面的材料层有利于将精确的图案蚀刻到材料层上。对于采用光刻技术的一般成图情况，将入射光聚焦到待蚀刻表面上时，平的表面允许比较精确的定位和定尺寸，而使用具有与平面性有偏差的表面则可能差些。类似的结论适用于电子束或其它蚀刻方法。也就是说，与待蚀刻表面的平面性的偏差降低了承载精确定位和精确确定尺寸的图案的载体的表面能力。在本专利技术的下面说明书中，我们集中于IC生产实践时的典型蚀刻、平面化和成图方法。但是，也就是作为说明并非限制，作为本
的技术人员会意识到，本专利技术生产平面表面的技术在用除光刻技术之外的方法来提高蚀刻精度方面应具有适用性。另外，本专利技术不限于IC生产领域，在其它要求平表面的工艺领域中也会找到适用性。化学蚀刻的一种方式涉及往旋转表面涂布蚀刻试剂，即旋转蚀刻平面化(“SEP”)。进行蚀刻的基材旋转运动对蚀刻试剂产生了离心力，因此蚀刻剂散开并流满表面。SEP是IC生产中半导体晶片平面化所采用的一般技术，并将成为我们说明书的主要要点，但本专利技术并不特定限于IC。根据一般以在IC生产中的典型地在薄膜(特别是铜)上实现SEP的应用来描述本专利技术。但是，本专利技术的组合物和方法并不是固有地限于这些特别的情况。本文描述的技术和化学组合物在生产利用与生产IC所使用的类似材料和方法的器件中也找到应用。有源矩阵型显示器，微电机械系统(“MEMS”)是两个这样类似器件的实例。其它的将对该
的普通技术人员来说是显而易见的。具体的说，本说明书主要地针对铜薄膜平面化，因为期望这种特殊情况是本专利技术的主要应用领域。但是，本专利技术并不固有地受到如此制约。本文描述的化学配方可以用于在许多材料上完成SEP，其中包括(但不限于)在生产多层IC中使用的材料。这样的材料应当包括铝、硅、钽、钨及其合金。按照本专利技术描述的化学配方和方法，采用SEP也可以使绝缘材料和耐火材料平面化。采用本专利技术描述的化学配方和方法，也可以使特定材料平面化，其中包括(但不限于)有机聚合物、陶瓷、陶瓷-有机复合材料、砷化镓以及对该
的普通技术人员来说是显而易见的类似材料。在生产过程中用于集成电路表面平面化的一般方法(即制成平而光滑的)是附图说明图1示意性描述的化学机械抛光(“CMP”)。CMP典型地涉及待平面化的晶片1、使用基本上与被抛光晶片表面垂直的力6将晶片1紧紧地压向抛光衬垫2。典型地，如图1中通过3所描述的那样，晶片1将被带动旋转，而抛光衬垫自身旋转(图1之4)。图1描述了抛光衬垫和晶片以相同方向旋转(例如从图1上看到的逆时针方向地旋转)。但是，这仅仅在于说明的目的，晶片与抛光衬垫也可进行反向旋转。除了图1中用3描述的晶片旋转外，也可以使晶片1在与施加力6的平面基本垂直的被抛光平面中振荡(这种振荡运动在图中未表示)。典型地，用定位环将晶片1牢牢地固定到通常由万向架固定的旋转晶片架上。CMP过程典型地使用磨料浆5，在整个平面化过程中磨料浆5被连续引入(滴加)到抛光衬垫2上。磨料浆5还可以含有能够与从晶片1表面除去的物质反应的化学试剂，该反应产物离开晶片表面。因此，CMP典型地利用了机械摩擦和化学反应从晶片1表面上除去物质，以便达到平的表面。抛光衬垫3典型地用聚氨酯或浸渍聚氨酯的纤维制造，尽管也可以使用其它的材料。抛光衬垫典型地附着到硬的可控温的台板上，并如图1中图示描述的那样旋转。在实施CMP时出现几个严重缺陷，其中许多缺陷与使用抛光衬垫3相关。抛光衬垫积聚磨料浆和过量的化学反应剂以及通过摩擦和化学反应两者从晶片上除去的物质。因此，抛光衬垫需要通常称之“衬垫精整”的附加过程，该过程典型地与图1中描述的晶片平面化过程同时进行。衬垫精整涉及从抛光衬垫除去污染物的过程，为的是避免从一个晶片到下一个晶片，在某些情况下，在单晶片加工期间的性能降低。无衬垫精整，从晶片到晶片之间的除去速率、晶片材料的均匀性和平面性都是不稳定的，因此使得不可能使用CMP于实际的IC生产过程。典型地，使用压向旋转抛光衬垫的包含有金刚石的环形或盘形工具完成衬垫精整。这个过程从抛光衬垫除去了从晶片表面除去的材料，其中包括CMP反应产物、磨掉的材料和未消耗的磨料反应浆5。因此，衬垫精整对于防止材料在衬垫上积累以及随之性能变坏是必不可少的。但是，金刚石可能偶然地从衬垫精整盘落到抛光衬垫上，因此造成晶片1表面擦伤。典型的CMP之后，抛光衬垫2典型地需要清洁操作，以便尽可能除去平面化过程产生的许多污染物。典型地，使用涂专用清洁化学试剂机械刷擦洗进行这种CMP后的清洁。这种CMP后的清洁抛光衬垫会增加整个CMP过程的复杂性，需要附加的加工工具、处理时间和附加的消耗项目如清洁化学试剂。因此，虽然CMP在平面化表面中一般是成功的，但它是价格高的复杂的过程，有许多在典型生产环境中难以精确控制的加工参数。Cibulsky等人(US 5 759 427)的工作中，与在加工过程中机械头接触和摩擦基材表面结合，将化学蚀刻用于平面化。在这项工作中，化学蚀刻溶液和旋转平面化头都与待平面化表面接触。在Cibulsky专利技术的一种实施方案中使用了磨料添加剂，从而将固体带入另外所有的液体蚀刻液中。虽然CMP曾成功地用于许多平面化方法中，但也有几个本专利技术试图减少或消除的缺陷，。如上所述，CMP相当复杂，是价格高的多步骤方法，该方法的许多加工参数在实际生产环境下一般是难以控制的。此外，CMP是使晶片(典型地多层IC)受到切应力的机械方法。一些IC层可能由低介电常数的薄膜组成，它们相对于绝缘体在机械上是弱的，在CMP切应力下易于分层。对这种层的施加切应力禁忌的，并可能造成损害。让晶片1与抛光衬垫2之间接触的向下的力6，将足以引起抛光衬垫2表面少量偏移。使用偏移的衬垫抛光会典型地造成部分从不易与平的抛光衬垫接近的表面较低部位的被抛光的表面除去物质。因此，与使用无偏移的平的抛光衬垫相比，使用偏移的衬垫抛光需要时间更长，除去更多的材料才达到平面度。来自浆5的磨料或其它微粒可能污染晶片表面1或造成该表面许多划痕。这两种情况都是不期望的。浆5中存在固体物质使得回收或循环该浆体变得不实际，还使来自CMP平面化的废物处理变得更复杂。本专利技术打算减少或消除某些或所有这些在一般CMP平面化中的缺点，从而导致改进的平面化。本专利技术涉及旋转蚀刻平面化(“SEP”)以作为除去物质和形成高度平表面的方法。SEP提供了比CMP好的几个潜在优点。其中有可能回收再使用SEP加工中未消耗的化学试剂，从而减少了试剂废物，还降低了加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于表面平面化的蚀刻溶液，该溶液含有：ａ）具有氧化所述表面和在其表面上形成钝化层性质的氧化反应剂；以及ｂ）具有与所述钝化层反应并结束所述钝化层钝化性质的去钝化共－反应剂，以及ｃ）一种反应剂，它用于调节所述氧化反应剂和所述去钝 化共－反应剂的扩散，以致在所述表面低凹部位进行反应的速率是受扩散限制的，并且该反应速率低于在所述表面高凸部位进行的反应速率。

【技术特征摘要】
US 1999-7-19 09/3564871.一种用于表面平面化的蚀刻溶液，该溶液含有a)具有氧化所述表面和在其表面上形成钝化层性质的氧化反应剂；以及b)具有与所述钝化层反应并结束所述钝化层钝化性质的去钝化共-反应剂，以及c)一种反应剂，它用于调节所述氧化反应剂和所述去钝化共-反应剂的扩散，以致在所述表面低凹部位进行反应的速率是受扩散限制的，并且该反应速率低于在所述表面高凸部位进行的反应速率。2.根据权利要求1所述的蚀刻溶液，其中所述表面是铜；以及所述氧化反应剂选自H2O2、HNO3和它们的混合物；以及所述钝化共-反应剂选自H3PO4、H2SO4、HNO3、草酸、醋酸、有机酸及其混合物；以及所述用于调节扩散的反应剂包括选自HCl、脂族醇、丁基化羟基甲苯、2，6-二-叔丁基4[(二甲基氨基)甲基]苯酚、2，6-二-叔-4N，N-二甲基氨基甲酚、硼砂、乙二醇、ZnSO4、甲醇、丙醇、聚(氧乙烯)月桂醚、马来酸、HOOC(CX2)nCOOH，式中X＝OH，胺，H和n＝1-4，3％酒石酸、1％乙二醇、1，2，4-三唑、1，2，3-三唑、四唑、非离子表面活性剂、乙醇、三氟乙醇、SiF6、有机盐表面活性剂、聚乙烯醇、二苯基氨基磺酸、草酸钠、苯并三唑、木质磺酸钠、乙二醇、明胶、羧甲基纤维素、胺、重金属盐、Cu和Ta盐、丙二醇、2-乙基己胺、碳酸铜、低分子量醇类、二醇类、酚类、脂族醇、聚乙烯醇类、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、氟碳基表面活性剂、具有优选与某些物质粘附从而改变被粘附物质的化学反应性的非离子表面活性剂、聚乙烯醇溶液稳定剂和抑制氧化剂自发分解的物质、润湿剂及其混合物。3.根据权利要求2所述的蚀刻溶液，其中还含有选自CuCl、FeCl、KCl及其混合物的物质。4.根据权利要求2所述的蚀刻溶液，其中所述的氧化反应剂是NaClO3，所述的钝化共反应剂是NH4F和CuSO4的混合物，所述的添加剂是润湿剂的EDTA钠盐。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：J莱维尔特，DL托维里，
申请(专利权)人：联合讯号公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]