[发明专利]用于金属表面的包含水合氧化铝研磨剂的平整化组合物

说明书

发明背景

本发明涉及一种用于化学机械平整化(CMP)的新型浆料。本发明用于 以高生产能力制造具有亚微设计部件和高导电互连结构的高速集成电路。

在集成电路和其它电子设备的制造中，将多层导电、半导电和介电材 料沉积在基底表面上或从基底表面去除。可以通过很多沉积技术沉积导电、 半导电和介电材料薄层。现代工艺中的普通沉积技术包括物理气相沉积 (PVD)(也称为喷镀)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)和现在的电化学镀(ECP)。

由于各层材料相继沉积和去除，所以基底最上表面的整个表面可能会 变得不平坦并且需要平整化。将表面平整化是其中将材料从基底表面去除 以形成通常平坦表面的方法。平整化用于去除不需要的表面起伏和表面缺 陷如粗糙表面、结块材料、晶格损坏、刮痕和污染层或材料。平整化还用 于通过去除过量的用于填充部件并为随后的金属化和加工阶段提供平坦表 面的沉积材料而在基底上形成部件。

化学机械平整化(CMP)是用于使基底平整化的普通技术。CMP将化学 组合物，通常浆料或其它流体介质用于从基底上选择性去除材料。在Rajiv K.Singh等人，“Fundamentals of Slurry Design for CMP of Metal and Dielectrics Materials”，MRS Bulletin，第752-760页(2002年10月)中讨 论了CMP中浆料设计构想。在常规CMP技术中，基底载体或平整化头 安装在载体组件上并位于与CMP设备中平整化垫接触的位置。载体组件 向基底提供可控压力以向平整化垫推动基底。该垫通过外部驱动力相对基 底移动。因此，在分散平整化组合物或浆料的同时使CMP设备在基底表 面和平整化垫之间进行平整化运动或摩擦运动以既进行化学作用又进行机 械作用。

用于CMP方法的常规浆料在反应性溶液中含有研磨剂颗粒。或者， 研磨剂制品可以是固定研磨剂制品如固定研磨剂平整化垫，其可以与CMP 组合物或不含研磨颗粒的浆料一起使用。固定研磨制品通常包括具有多个 附在其上的几何研磨剂复合元件的背板。

在半导体CMP方法中最广泛使用的研磨剂为硅石(SiO₂)、矾土 (Al₂O₃)、铈土(CeO₂)、氧化锆(ZrO₂)和二氧化钛(TiO₂)，其可以通过发烟 或溶胶-凝胶法生产，如在美国专利4,959,113；5,354,490和5,516,346及 WO 97/40,030中所述。目前报道了含有氧化锰(Mn₂O₃)(欧洲专利816,457) 或氮化硅(SiN)(欧洲专利786,504)的组合物或浆料。

U.S.6,508,952公开了含有任何可市购的颗粒形式的研磨剂如SiO₂、 Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂、SiC、Fe₂O₃、TiO₂、Si₃N₄或其混合物的CMP浆料。 这些研磨剂颗粒通常具有高纯度、高表面积和窄粒度分度，因此适合用在 研磨剂组合物中作为研磨剂。

U.S.4,549,374公开了具有通过将蒙脱土分散在去离子水中而制备的 研磨剂浆料的平整化半导体晶片。通过加入碱如NaOH和KOH调节该浆 料的pH。

对电加工速度的要求持续增加，要求越来越高的电路密度和性能。现 在希望的是制造具有8层或更多层电路图案的芯片。原则上要求更多层而 不改变平整化性质，但是要求平整化方法的更严格规格。缺陷如刮痕和凹 坑必须减少或消除。技术要求进一步增加的问题移向300mm的晶片。与 8″或200mm晶片相比，晶片越长，越难在整个较长长度上维持均匀。

除了添加层，还可以通过减小各通路之间的空间而实现电路密度增加。 通路不能太近，因为可能会穿过SiO₂电介体(晶片氧化物)发生漏电，有效 地中止连接。目前科技进步允许在集成电路上制造非常小的高密度电路图 案，对隔离结构具有更高的要求。