修整半导体制造用的结构晶片的加工液体和方法技术

本发明专利技术提供了一类用于修整半导体制造用晶片外露表面的加工液体以及利用该类加工液体来修整半导体制造用晶片的外露表面的方法，以及用前述方法制得的半导体晶片。本发明专利技术的加工液体是是含下列初始组分的溶液，这些组分是：氧化剂；离子缓冲剂；钝化剂；选自亚氨基二乙酸及其盐的螯合剂；水。本发明专利技术的方法包括下列步骤：ａ）提供一晶片，它上面有表面经蚀刻形成一定图案的第一种材料和展开在第一种材料表面上的第二种材料；ｂ）在上述加工液体存在条件下，使晶片的第二种材料与磨料接触；ｃ）在第二种材料与磨料接触情况下相对地移动晶片，直至晶片外露表面平坦并包括至少一个第一种材料外露区和第二种材料外露区。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
背景本专利技术涉及一类用于对制造半导体用结构晶片(指晶片表面有一定结构)外露的中间阶段表面进行修整的加工液体，用该类加工液体来修整制造半导体用结构晶片外露中间阶段表面的方法，以及根据上述方法制得的半导体晶片。在制造集成电路时，用于制造半导体的半导体晶片通常经历许多加工步骤，包括沉积、形成布线图案和蚀刻步骤。关于半导体晶片的这些制造步骤的详情在Tonshoff等人的“硅的研磨性机械加工”(Annals of the International Insitution for ProductionResearch，卷39/2/1990，621-635页)中有所报道。在每个制造步骤中，时常需要或希望对晶片的外露面外露表面加以修整即精加工，以为的是制得用于随后的制作或制造步骤的晶片。在常规的半导体器件制造过程中，对平的硅基晶片进行一系列的加工步骤，这些加工步骤将两种或多种材料沉积出均匀但分开在各处的一些层，这一些层一起形成将成为多层结构的单层。在该方法中，通常是利用本领域所用的任何方法将第一种材料均匀层施加到晶片本身或中间结构已有的层上，在该层中或通过该层蚀刻出凹坑，然后用第二种材料填充这些凹坑。或者，可将厚度大致均匀的第一种材料图案沉积(通常通过掩模)到晶片上或晶片上预先制得的层上，然后用第二种材料填充毗邻这些图案的区域，就完成了该层的形成。在沉积步骤之后、另外的沉积或随后的加工进行之前，对晶片表面上沉积的材料或层通常需要作进一步的加工。这个加工完成后，外表面整体上基本是平整的，与硅基晶片面平行。这种加工的一个具体例子是金属镶嵌方法。在镶嵌方法中，在氧化物电介质(如二氧化硅)层内蚀刻出图案。蚀刻后，在整个表面上还可以沉积上粘附/隔离层。典型的这种隔离层例如可是钽、氮化钽、氮化钛或钛。然后，在粘附/隔离层上沉积一层金属(如铜)。然后，对沉积的金属层进行修整、精加工或抛光，即除去沉积的金属以及电介质表面上的粘附/隔离层区域，通常，除去足够的表面金属，从而使晶片外露表面既有金属区域，又有氧化物电介质材料区域。从外露的晶片表面上方看，平的表面上有对应于蚀刻图案的金属以及毗邻金属的电介质材料。晶片修整表面上的金属和氧化物电介质材料固有地具有不同的物理性质，如不同的硬度值。用来对经镶嵌方法加工的晶片进行修整的研磨处理，必须能同时修整金属和电介质材料，而且不得划伤这两种材料的表面。研磨处理后，在晶片上应形成平整的外露表面，该外露表面必须具有一个金属外露区域和一个电介质材料外露区域。这种对沉积的金属层加以修整直至氧化物电介质材料显露在晶片外表面上的过程只允许有极小的误差，因为晶片表面上的是亚微米大小的金属图案。沉积金属的磨削速率又应相当快，以便最大程度地降低生产成本，而且金属必须从未蚀刻的区域完全除去。保留在蚀刻区域中的金属必须局限于那些不连续的区域，同时在那些区域中连续，以确保合适的导电性。简言之，金属修整方法必须在亚微米规模上是均匀的、受控的和能再现的。对有这种结构的晶片外露表面进行修整即精加工的一种常规方法是用淤浆处理晶片表面，该淤浆含有许多散开的研磨颗粒分散在液体中。通常是将该淤浆施加到抛光垫上，然后使晶片表面在该垫上研磨或移动，除去晶片表面的材料。通常，淤浆还可含有与晶片表面发生反应的化学试剂。此类方法通常称为化学-机械平整(CMP)加工方法。该CMP淤浆加工方法一种最近的替换方法是用磨具来修整即精加工半导体表面，无需使用前述淤浆。这种CMP加工方法报道在1997年3月27日出版的国际出版物No.WO97/11484中。所报道的磨具具有一个有纹理结构的研磨表面，即表面是分散在粘合剂中的磨粒。在使用时，磨具通常在加工液体存在条件下与半导体晶片表面接触并进行运动，该运动适合修整晶片材料上的单层，提供平整面均匀的晶片表面。加工液体施加在晶片表面上是起化学修整作用，或是有助于使材料在研磨制品磨具作用下从晶片表面上除去。用于上述方法中或与上述淤浆使用或与研磨制品磨具使用的加工液体通常是含各种添加剂的水性溶液，这些添加剂包括络合剂、氧化剂、钝化剂、表面活性剂、润湿剂、缓冲剂、防锈剂、润滑剂、皂类、或这些添加剂的组合。添加剂还可包括与第二种材料(例如晶片表面上的金属或金属合金导体)反应的试剂，如氧化剂、还原剂、钝化剂或络合剂。这些加工液体的例子，例如可在1998年6月24日提交的美国专利申请09/091,932中找到。在上述CMP加工方法中，凹陷程度和磨削速率是抛光性能的指标。这些性能指标可能取决于前述加工液体的使用。凹陷是从粘合垫或晶片中间阶段表面平面以下的线迹除去多少金属(如铜)的衡量，它定义为在除去覆盖的铜层或铜与隔离层以后铜与隔离层或电介质层顶部之间的高度差。磨削速率指单位时间内除去的材料量。磨削速率大于至少约1000埃/分钟是较佳的。较低的磨削速率，如数百埃/分钟(/分钟)或更低，是不希望的，因为它们有使晶片总生产成本增加的趋势。希望的是通过提供用于修整半导体制造用的结构晶片的外露中间阶段表面的加工液体来改善化学机械平整加工，并且提供用前述类型的加工液体来修整半导体制造用晶片的外露中间阶段表面的方法，该方法较佳的是其金属磨削速率能够持续，并且有所改善。尤其希望提供用于上述方法的加工液体，从而能制造其凹陷性质方面有改进的含金属的结构晶片。专利技术概述本专利技术提供一类用于对适合制造半导体的结构晶片的中间阶段表面进行修整即精加工的加工液体。本专利技术还提供利用该加工液体来修整这些晶片中间阶段表面的方法。本文所说的结构晶片的中间阶段表面，通常包括其表面经蚀刻形成一定图案的第一材料和展开在第一材料表面上的第二材料。本专利技术一方面提供一种用于对适合制造半导体器件的晶片的表面进行修整的加工液体，所述液体是下列初始组分的溶液，这些组分是氧化剂；离子缓冲剂；钝化剂；选自亚氨基二乙酸及其盐的螯合剂；水。加工液体中的钝化剂可以是吡咯衍生物，宜选自苯并三唑、甲苯基三唑或其组合。较佳的，加工液体包含过氧化氢作为氧化剂、磷酸氢铵作为离子缓冲剂、以及甲苯基三唑作为钝化剂。参照本专利技术，某些术语将被理解成具有以下意义“凹陷”是一个特征的中心对于该特征边缘所限定的平面的偏差。在CMP加工方法中，在从第一种材料(如电介质材料)上除去覆盖的第二种材料(如铜)使第二种材料区域仅在确定的分散区域(如第一电介质材料中被蚀刻的区域)内后，测定凹陷通常用100或120微米的正方形粘合垫。除非另外指明，凹陷测定指第二材料区域(通常是铜的区域)上的凹陷。而用于本文中，凹陷报道为“TIR”，即“Total Indicted Runout(总指示偏差)”，它是结构晶片一特定区域平整度的衡量。TIR值通常使用诸如购自TENCOR of Mountain View，Calif的TENCOR P-22长扫描轮廓测定仪等仪器沿半导体晶片一特定区域中的一条线来测定。该测定值表示两个平行的虚平面之间的距离，一个虚平面与半导体晶片表面的最高点相交即接触，另一个虚平面与所考虑的区域中半导体晶片表面的最低点相交即接触。“均匀度”是整个晶片表面铜除去速度均匀性的量度。“磨削速率”是金属膜从晶片上除去的速度，即单位时间内除去的厚度。磨削速率是通过将最初的铜厚度减去不同时刻的最终铜厚度来测得的。上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对适合制造半导体器件的晶片表面进行修整的加工液体，该液体是含下列初始组分的溶液，所述这些组分包含： 氧化剂； 离子缓冲剂； 钝化剂； 选自亚氨基二乙酸及其盐的螯合剂；和 水。

【技术特征摘要】
US 1999-3-10 09/266,2081.一种用于对适合制造半导体器件的晶片表面进行修整的加工液体，该液体是含下列初始组分的溶液，所述这些组分包含氧化剂；离子缓冲剂；钝化剂；选自亚氨基二乙酸及其盐的螯合剂；和水。2.根据权利要求1所述的加工液体，其中钝化剂选自苯并三唑、甲苯基三唑及其组合。3.根据权利要求1所述的加工液体，其中氧化剂是过氧化氢；离子缓冲剂是磷酸氢铵；钝化剂选自苯并三唑、甲苯基三唑及其组合。4.根据权利要求3所述的加工液体，其中过氧化氢在液体中的浓度在0.5-12.5重量百分数之间；磷酸氢铵在液体中的浓度在1.0-8.0重量百分数之间；钝化剂在液体中的浓度在0.025-0.20重量百分数之间；螯合剂在液体中的浓度在0.5-5.0重量百分数之间；余量是水。5.一种对适合制造半导体器件的晶片表面进行修整的方法，该方法包括下列步骤a)提供一晶片，它上面有表面经蚀刻形成一定图案的第一种材料和展开在第一材料表面上的第二种材料；b)在权利要求1所述的加工液体的存在条件下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：LC哈迪，JL特赖斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]