[发明专利]硬质材料的无硬质研磨粒子抛光

说明书

本发明提供一种CMP方法，其包含提供浆料溶液，所述浆料溶液包含≥1种浓度在0.01M与2M之间的过化合物氧化剂；以及1到5或8到11的pH值；和≥1种缓冲剂，其提供≥1.5的缓冲比，所述缓冲比是将pH值从9.0降低到3.0所需的强酸量与在无缓冲剂的情况下将pH值从9.0改变成3.0的强酸量的比较。所述浆料溶液不包含任何硬质浆料粒子或仅具有软质浆料粒子，所述软质浆料粒子的整体维氏硬度300Kg/mm²或莫氏硬度4。将所述浆料溶液施配于维氏硬度1,000kg/mm²的硬质表面上，用抛光垫按压，其中所述浆料溶液位于中间，同时相对于所述硬质表面旋转所述抛光垫。

技术领域

所揭示的实施例涉及用于抛光半导体的或半导体上的硬质材料表面的化学机械抛光(CMP)。

背景技术

用于半导体晶片制造的硬质金属层(如钨、铱和钌)具有超过1,000Kg/mm²的维氏硬度(Vickers Hardness)且典型地不易于与用于CMP的化学物质(如氧化剂)反应，使得CMP去除速率较低。具有超过1,000Kg/mm²的维氏硬度的硬质非金属层典型地也不具有反应性，同样使得CMP去除速率较低。硬质非金属的实例包含钻石和周期表的第III族中的元素的一些氮化物(例如，GaN、AlN或其混合物)、一些碳化物(例如，SiC)、一些氧化物，以及周期表的第3行、第4行、第5行、第6行中的金属的碳化物、氧化物和氮化物或其混合物。由于其硬度，具有大于1,000Kg/mm²的维氏硬度的材料典型地全部需要硬质研磨粒子，如二氧化硅、氧化铝或钻石，以实现具有合理抛光速率的抛光。

发明内容

此发明内容简单地指示本发明的性质和内容。应理解，发明内容将不会用于解释或限制权利要求书的范围或含义。

所揭示实施例认识到CMP的问题，所述问题在使用具有用于抛光如SiC、GaN和如钌和钨的金属的硬质材料的典型硬质研磨粒子的浆料，以得到合理地高的抛光速率时产生，其中由于抛光产生对硬质材料晶体的显著表面和表面下损坏。此外，具有比所述硬质表面更软的中度硬质粒子的浆料典型地提供较低抛光速率，以能够提供显著较小的晶体损坏。然而，由于中度硬质粒子仍具有显著研磨力(莫氏硬度(Mohs hardness)为约6到10)，因此在CMP工艺期间产生显著水平的晶体损坏。此外，由于所述硬质材料一般是化学惰性的，CMP工艺典型地极慢，且因此需要长循环时间，因为浆料化学物质不与硬质表面反应。因此，需要开发用于抛光硬质表面的新颖CMP浆料和/或方法，其相比于常规的基于硬质研磨粒子的浆料，晶体损坏减少且抛光速率增加。

所揭示实施例通过提供一种CMP方法来解决此问题，所述方法包含提供包含至少一种过化合物氧化剂(per-compound oxidizer)以及1到5或8到11的pH水平，和至少一种缓冲剂的浆料溶液。缓冲剂提供至少1.5的缓冲比，所述缓冲比是在有缓冲剂的情况下将浆料溶液的pH值从9.0降低到3.0所需的强酸的量与在无缓冲剂的情况下将浆料溶液的pH值从9.0改变成3.0的强酸的量的比较。浆料溶液还不包含任何硬质浆料粒子，仅具有软质浆料粒子，所述软质浆料粒子整体维氏硬度小于300Kg/mm²或莫氏硬度小于4，或浆料溶液不包含任何粒子。硬质表面在本文中定义为具有1,000kg/mm²维氏硬度的材料，其用抛光垫按压，浆料溶液位于中间，同时相对于硬质表面旋转抛光垫。所揭示方法使晶体损坏最小化，并且提供相比于由常规基于硬质研磨粒子的浆料提供的抛光速率更高的抛光速率。

附图说明

图1为根据示例实施例，展示硬质材料的无硬质研磨粒子抛光的示例方法的步骤的流程图。

图2为展示对应于实例1的实验无硬质研磨粒子抛光数据结果的表。

具体实施方式

参考附图描述本发明的实施例，其中贯穿各图使用相同参考数字来指代类似或等效要素。各图未按比例绘制，且仅提供各图来说明某些特征。下文参考用于说明的实例应用来描述本发明的若干方面。