[发明专利]抛光混合物和减少硅晶片中的铜混入的方法

说明书

发明背景

本发明一般涉及抛光混合物和减少硅晶片中的铜混入的方法，更特别地，涉及这种抛光混合物和减少在抛光过程中铜进入硅晶片中的方法而不会对抛光性能产生不利影响。

传统的抛光混合物含有无机碱和胶体二氧化硅。这种混合物和该混合物中存在的其它化学物质含有痕量金属杂质。其中，铜存在特别的问题，因为它在抛光过程中混入晶片内。减少这种铜污染是重要的，因为大部分随机半导体器件和栅氧化物失效可以追溯到硅化铜沉淀物。另外，高浓度的铜污染导致不希望出现的电阻增大，并促使晶片表面的退化，称为化学雾度。由于这些原因，集成电路制造商一般要求硅晶片表面的铜浓度不大于1×10¹⁰个原子/平方厘米-1×10¹¹个原子/平方厘米，用现有技术中的标准方法测定。可以预见的是，该要求将会降低到1×10⁹个原子/平方厘米-5×10⁹个原子/平方厘米，或更小。

降低表面抛光过程中由于铜产生的晶片污染的一种方法是使用更高纯度的抛光混合物和其它化学试剂。然而，对于晶片上痕量金属的技术要求越来越严格，使得简单地使用更纯的化学试剂来满足这些技术要求越来越昂贵且效率低。

德国专利DE 39393661和Prigge等人在“Journal of theElectrochemical Society，138卷，(1991)，1385-1389页”的文章描述了解决这一问题而不除去抛光混合物中的痕量铜杂质的尝试。根据该德国专利的内容，通过向抛光混合物中加入某些以特定配位排列或几何结构形成铜配合物的化学试剂，可以减少在表面抛光过程中铜在硅晶片中的混入。一种有利的几何结构是与方形平面排列充分不同的任何几何结构，四面体几何形状或排列是优选的。与铜形成这种有利的配合物的配体确定为醇和羟基羧酸，例如，分别为乙二醇和酒石酸。与此相反，在抛光过程中促进铜混入硅中的化合物确定为作为路易斯酸的任何含氮化合物，如氨水和胺。通常在抛光时，为了增大抛光中硅的去除速度，向抛光混合物中加入胺和/或氨水。结果，不管是否考虑铜的污染，在抛光混合物中都存在胺和氨水。因此，虽然上述现有技术说明胺和氨水促进铜污染，它还说明了使用形成有利的铜配合物的添加剂可以控制铜污染，而根本没有说明这些添加剂是否足够有效地抵消胺或氨水的有害作用。而且，上述现有技术说明了通过加入比抛光混合物中存在的铜大6-7个数量级的配合配体化合物来控制铜污染。这种添加不仅是效率低的，而且可能使抛光混合物的pH值和其它条件漂移偏离抛光过程要求的最佳值。    

所以，仍需要对于在氨水或胺的存在下有效的并且不会对抛光速度或过程产生不利影响的改进的抛光混合物和减少抛光过程中铜在晶片中的混入的方法。

本发明概述

可以注意到，本发明的几个目的是提供减少抛光过程中铜在硅晶片中的混入的抛光方法和抛光混合物；提供在氨水或胺存在下有效的这种方法和抛光混合物；提供使用不会在本质上影响抛光速度和性能的浓度的添加剂的这种方法和抛光混合物。其它目的和特征部分是显而易见的，部分在下文中指出。

简单地，本发明涉及一种降低在抛光过程中铜在半导体单晶硅晶片中的混入的方法，包括下列步骤：

a)向含铜的抛光混合物中加入控制铜的添加剂，控制铜的添加剂

  与抛光混合物中的铜反应，形成溶度积(K_sp)小于约10^-20的铜

  化合物；和

b)然后使晶片表面与抛光材料和抛光混合物接触，随着晶片相对

  于抛光材料运动，抛光晶片的表面。 

此外，本发明涉及一种抛光混合物，用于抛光单晶硅晶片，并减少抛光过程中铜在晶片中的混入，该抛光混合物包含无机碱、胶体二氧化硅、和使加入到抛光混合物中的控制铜的添加剂与抛光混合物中存在的铜反应形成的溶度积(K_sp)小于约10^-20的铜化合物。

附图简述

图1是表示向抛光混合物中加入磷酸一氢钾在减少铜在半导体单晶硅晶片中的混入方面的作用的图；和

图2是表示向抛光混合物中加入硫化氢在减少铜在半导体单晶硅晶片中的混入方面的作用的图。

优选的实施方案的描述