改进的CMP制品.pdf

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摘要
申请专利号:

CN00814323.4

申请日:

2000.08.30

公开号:

CN1379803A

公开日:

2002.11.13

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回|||公开|||实质审查的生效

IPC分类号:

C09K3/14

主分类号:

C09K3/14

申请人:

圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司;

发明人:

A·K·加格; B·V·塔尼克拉; W·R·德莱尼

地址:

美国马萨诸塞州

优先权:

1999.10.15 US 09/419,477

专利代理机构:

上海专利商标事务所

代理人:

朱黎明

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内容摘要

本发明涉及一种磨料,它含有具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝颗粒,该颗粒的平均粒径小于50nm,BET表面积至少为50m2/gm,它以浆料或固定的磨料形式用于CMP方法中。

权利要求书

1: 一种用于化学机械平整制品的磨料,它含有过渡态氧化铝颗粒,所述颗 粒有二氧化硅覆层,平均粒径小于50nm,BET表面积大于50m 2 /gm。
2: 如权利要求1所述的磨料,其中粒度超过100nm的过渡态氧化铝颗粒少 于10体积%。
3: 如权利要求1所述的磨料,其中所述二氧化硅覆层的重量占过渡态氧化 铝颗粒的重量的8重量%以下。
4: 如权利要求1所述的磨料,它还含有勃姆石,其中勃姆石的含量为磨料 总量的1-80重量%。
5: 如权利要求1所述的磨料,它是浆料状的,该浆料中除了有具有二氧化 硅覆层的过渡态氧化铝外,还含有分散介质和选自氧化剂、分散剂、络合剂、腐 蚀抑制剂、清洁剂及其混合物的添加剂。
6: 如权利要求4所述的磨料,它是浆料状的,该浆料中除了有具有二氧化 硅覆层的过渡态氧化铝和勃姆石外,还含有分散介质和选自氧化剂、分散剂、络 合剂、腐蚀抑制剂、清洁剂及其混合物的添加剂。
7: 一种含固定的磨料的磨具,它含有权利要求1所述的磨料,该磨料分散 在固化的粘合剂树脂中。
8: 如权利要求5所述的磨具,所述磨具为涂覆磨具。
9: 如权利要求6所述的磨具,所述涂覆磨具具有有形状和轮廓的表面。
10: 一种化学机械平整方法,其中可变形的抛光垫在与要抛光的表面接触情 况下进行移动,同时与浆料接触,该浆料含有过渡态氧化铝粉末,该粉末的氧化 铝颗粒具有二氧化硅覆层,该粉末的BET表面积至少为50m 2 /gm,氧化铝含量至 少为90重量%,其中至少90%是过渡态氧化铝,其中至少95%颗粒的最终颗粒 宽度为10-50nm,最终粒度大于100nm的颗粒少于5%。

说明书


改进的CMP制品

    发明的背景

    本发明涉及CMP(化学机械平整)材料,具体地说,涉及含有用作磨料的α氧化铝粉的CMP用的材料。

    CMP是用来制备在广泛电子用途中很重要的半导体产品的方法。半导体装置一般是通过在非导电结构之间的空间内沉积金属例如铜,然后去除金属层,直至露出非导电结构,其余空间被金属占据而制成。对磨料的要求在许多方面是互相抵触的。磨料必须能去除金属,但是应不得去除非导电材料。它的支队效率必须高,但去除又不能太快,以致当达到所要求的去除量时却来不及终止去除过程。

    CMP方法能采用磨料在液体介质中的浆料的形式实施,并且在浆料中除了磨料外,一般还包括其他具有“化学”作用的添加剂,包括络合剂、氧化剂(例如过氧化氢,硝酸铁,碘酸钾等);缓蚀剂例如苯并三唑;清洁剂;和表面活性剂。但是,它也能够采用固定的磨料来实施,其中磨料颗粒分散在并固定在固化的树脂基材内,所述树脂材料能够任选具有有外形的表面。这些固定磨料能够进行使用,而不用含磨料的浆料,所述浆料在再次使用前需要循环使用,而且常常需要纯化。因此,与这样的固定磨料一同使用的溶液就仅含有先前用于同样用途的CMP浆料地化学添加剂。

    CMP方法能用于任何含有金属层和绝缘体层的层状装置,所述金属层和绝缘体层各自依次以一定量沉积到基材上,然后需要将其量减少至均匀厚度和非常均匀的表面粗糙度(Ra)。CMP是将沉积层减少至所要求厚度和平整度的过程。问题是去除材料用的最好磨料会留下不合格的相当粗糙的表面,或者材料去除得太快,常常超过所要求的终止点。而以中等的速率去除材料的那些磨料又缺乏选择性或留下质量差的表面。

    过去,这些相互抵触的要求通过使用较软磨料例如γ-氧化铝和二氧化硅可以进行妥协。这就降低了去除速率,但是不能分辨金属和非导电材料之间的区别。有人建议采用平均粒径约为100nm的α-氧化铝,发现它可有区别地相对于非导电材料优先去除金属。然而不幸地,它的去除作用又太强,很容易形成“凹进”,它是在位于相邻非导电材料结构之间的金属层内形成凹陷的现象。凹进对半导体的性能有不利影响,因此认为是很不好的。此α-氧化铝配制物的去除作用太强的性能够通过减小粒度而改进,然而,对于某些用途,需要较适中的研磨速率。

    因此,需求这样的磨料,它能用于有选择地去除金属,并且相对较慢使凹进能减到最小的CMP用途。

    发明的叙述

    本发明提供一种尤其适用于CMP制品的磨料,它包含过渡态氧化铝颗粒,所述颗粒具有二氧化硅覆层,平均粒径小于50nm,BET表面积大于50m2/gm。

    “过渡态氧化铝”术语指具有经验式Al2O3的氧化铝,但是其中的α相不高于90重量%的氧化铝。因此,该术语就包括两种或多种用希腊字母α、γ、χ、δ、η、κ、θ和ρ表示的氧化铝各相的混合物。

    在有些情形下,向含有有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝的CMP配制物中加入高达50重量%勃姆石有很大好处,此百分数以具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝的重量为基准。

    本发明也包括制造具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝的方法,它包括向勃姆石溶胶加入二氧化硅,加入量低于5重量%氧化铝,以溶胶内的AlOOH计;在1100-1400℃温度干燥并煅烧混合物,长达数天,直至勃姆石转化成具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝;对具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝进行研磨形成粉末,所述粉末的BET表面积至少为50m2/gm,平均粒径小于50nm。

    本发明还包括一种浆料,它是含有具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝(或可含有高达50重量%的勃姆石)和选自氧化剂、分散剂、络合剂、腐蚀抑制剂、清洁剂及其混合物的添加剂的分散液。

    根据本发明,本发明也提供含有具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝的固定的磨料。

    本发明提供一种优选的CMP方法,它包括用一种磨料抛光含有金属和非导电材料的基材,所述磨料含有具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝粉,其氧化铝含量至少为90重量%,该氧化铝粉的BET表面积至少为50m2/gm,至少90%颗粒的最终颗粒宽度不大于50nm,例如20-50nm,最终粒度大于100nm的颗粒不超过10%。为简便起见,有时将具有该粒度范围和表面积的过渡态氧化铝粉称为“纳米级氧化铝”粉末或颗粒。

    过渡态氧化铝粉的颗粒具有二氧化硅覆层,但是要明白,本文中使用的术语“二氧化硅”除二氧化硅以外,还包括二氧化硅与金属氧化物的复合氧化,例如多铝红柱石、碱金属的硅铝酸盐和硼硅酸盐、碱土金属的硅酸盐等。这样,所指出的“二氧化硅”百分率实际上也含有二氧化硅以外的其他成分。

    纳米级氧化铝粉的氧化铝含量是过渡态氧化铝的至少90%,优选至少为95%。其余是二氧化硅和少量其他含氧化物的相。煅烧过程,如果进行到结束,会形成100%α-氧化铝,它是氧化铝最稳定的形态。这里的目的是形成过渡态氧化铝,它是煅烧过程中有限转化的结果,煅烧过程是受控制的,以保证制成至少10%,优选至少40%,最优选10-70%非α相。这里的目的也在于过渡态氧化铝颗粒不是显著团聚的,因此容易分离。

    在此后讨论所述纳米级氧化铝颗粒的“宽度”时,要明白,除了上下文清楚地说明是其他的意思外,它是指与颗粒最长尺寸垂直的最大尺寸的数均值,在实践中,发现纳米级氧化铝颗粒的外观多少呈块状,使颗粒看起来是等轴尺寸的。测试方法以使用、JEOL 2000SX仪器之类的扫描或透射电子显微镜为基础。

    溶胶凝胶尤其是施加晶种溶胶凝胶方法的进展,使得能够制成微晶结构的氧化铝,其最终晶粒(经常称为微晶粒)的尺寸,约为0.1微米即100nm。

    在授予鲍尔等人的美国专利4,657,754中,揭示了将经干燥的离加晶种的溶胶凝胶氧化铝进行煅烧,使至少一部分转化成α-相,小心不要在煅烧期间引起过度烧结或颗粒生长,然后将干燥制品粉碎成α颗粒的粉末。这就可保证发生很的少烧结。这样粉碎时就仅需破碎少量烧结粘合物,而不是破碎最终颗粒。因此就能够以产物已是烩形式的情况进行煅烧以完成转化。这仍然是困难并且昂贵的操作,并且实际上受到产品内α-氧化铝最终粒度(100nm)的限制。但是,这样的颗粒比本发明的纳米级氧化铝颗粒大得多。

    在专利申请EP554908中,揭示了通过形成具有二氧化硅覆层的氧化铝,然后煅烧,来制成至少95%α氧化铝在纳米级氧化铝尺寸范围内。但是,这样的α氧化铝颗粒对于本发明制品所用的CMP来说,其去除材料的作用太强。

    USP5693239描述了一种平整金属工件表面的方法,其中磨料组分是α氧化铝与许过渡态氧化铝中的任何一种、氢氧化铝、无定形氧化铝或无定形二氧化硅的混合物。

    美国专利№4956015揭示了含有α氧化铝与勃姆石的抛光组合物。

    但是,上述文献都没有揭示本发明独特的具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝磨料的配制物,也没有揭示使用它们的CMP方法。

    具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝磨料粉末能以浆料形式使用,当抛光垫在要抛光的表面上移动的同时,将该浆料施加到该表面上。这样根据一个实施方式,本发明包括一种CMP方法,其中一个可变形的抛光垫在与要抛光的表面接触情况下运行,同时施加浆料,该浆料含有过渡态氧化铝粉末,其氧化铝颗粒具有二氧化硅覆层,所述氧化铝粉末的BET表面积至少为50m2/gm,过渡态氧化铝含量至少为90重量%,至少90%颗粒的最终颗粒宽度为10-50nm,最终粒度大于100nm的颗粒少于10%。

    根据另一个实施方式,使用固定的磨料来平整要进行CMP处理的表面,所述固定的磨料是分散于固化的粘合剂材料内的过渡态氧化铝粉末,所述过渡态氧化铝颗粒具有二氧化硅覆层,所述粉末的BET表面积至少为50m2/gm,过渡态氧化铝含量至少为90重量%,其中至少90%颗粒的最终颗粒宽度小于50nm,优选10-50nm,最终粒度大于100nm的颗粒少于10%。粘合剂/磨料可是磨轮表面,例如轮缘或优选是其主表面上的覆层。另外它也可以是分散于可固化粘合剂中的磨料颗粒的配制物,以覆层形式沉积在柔软片材例如盖、盘或带的平面表面上,然后将粘合剂固化形成磨具。粘合剂固化之前,粘合剂/磨料层的表面可以是光滑的,或者可以形成这样的表面结构,该结构含有许多任意的形体或重复性的顺序。这样的表面被说成是“定制加工的”,因为它们能够是预定的即成形为具有用途和它要施涂上去的基材表面所需要的任意形貌。

    过渡态氧化铝的制备

    能够制成过渡态氧化铝颗粒的合适方法包括,在低于勃姆石转化成α-氧化铝的温度下,将一种在勃姆石颗粒周围形成阻挡物的物料具体是二氧化硅分散于勃姆石凝胶内,所述物料的加入量要足以抑制粒度的长大,然后,在使至少大部分氧化铝转化成过渡态氧化铝的温度下干燥并煅烧凝胶,所得过渡态氧化铝的形式为松散的团粒,其中最终颗粒的粒度约为10-50nm。这样制品的BET表面积一般为30-60m2/gm。

    这些团粒被描述为“松散”,是指他们能相对容易地粉碎,并恢复成平均宽度小于约50nm、BET表面积超过50m2/gm的基本颗粒。

    煅烧不应该在使颗粒长大很多或过度烧结的温度下进行,否则,这必然会造成它们分离成基本粒子极其困难,如果不是不可能的话。事实上阻挡物覆层使这种产品的烧结仅发生于约1450℃或更高的温度,而通常采用的煅烧温度优选在1400℃以下。

    具有二氧化硅覆层的勃姆石进行煅烧的时间与实际的煅烧温度一同决定着向氧化铝的更高过渡相的转化程。在勃姆石向氧化铝过渡相的转化过程中,较低温度形成的相例如χ、γ、η和ρ相有可能与较高温度形成的相例如α、κ、δ和θ相氧化铝共存,高温下的时间延长时,α、δ和尤其是θ相氧化铝的比率会增大。但是,优选主相是α(但是低于90%,)、γ、δ和θ相氧化铝。

    认为阻挡材料在凝胶内的勃姆石颗粒附近形成很薄的覆层,它能抑制氧化铝迁移通过颗粒边界,由此在颗粒转化成过渡氧化铝相时,阻止或至少很大程度地抑制颗粒的生长。因此,结果就形成了过渡态氧化铝颗粒,其粒径约为初始勃姆石凝胶内的粒度。

    优选的阻挡材料最方便地是二氧化硅,但是,能够以上述方式起作用的其他玻璃形成性的物料也在本发明的范围内。这些能够包括含硼物料,例如硼硅酸盐等。为了实现本发明所述的目的,着重点是讨论基于二氧化硅的最容易获得而且易于使用的物料。

    当二氧化硅用作阻挡材料时,加入量优选约为0.5-10重量%,以凝胶内氧化铝的重量为基准。通常优选将二氧化硅分散于勃姆石的溶胶或凝胶内,使各组分之间的分散最充分。

    勃姆石可以用目前可买到的其分散粒度约为数十nm或以下的任意勃姆石。很明显,优选采用微细粒度最恒定的勃姆石,因为它们没有有些其他产品通常含有的难于分散的团粒。

    看来二氧化硅可能与勃姆石颗粒的表面相互作用,大概是形成硅铝酸盐,而这会减慢向较高温度稳定相例如α氧化铝的转化以及随后这些颗粒的生长。由于颗粒生长受到抑制机理,就没有什么理由将煅烧保持在低温度。这样就容许采用较高的煅烧温度而能够获得更快的转化率,同时不会对α晶体的粒径产生不利的影响。

    将二氧化硅加入到勃姆石溶胶和溶胶混合物的凝胶化,是本发明的一个重要的优选特征,因为这能够实现完全和均匀的分散。另外二氧化硅得以附着于基本呈胶态尺寸的勃姆石颗粒上,所以勃姆石的进一步生长受到很大的抑制。

    当向过渡态氧化铝相的转化达到所要求的程度时,颗粒是基本粒子的松散团粒形式,基本粒子的宽度约为50nm或以下,在扫描电子显微镜下呈现一系列棒状或簇状团粒的形式,或有时是含有基本粒子的单元的粗网络。这些松散团粒或聚结体例如用湿磨或干磨就比较容易破碎成单个颗粒。由于在晶粒边界形成含二氧化硅的阻挡相,所以它们相对容易破碎。结果就形成了数均颗粒宽度小于约50nm的过渡态氧化铝产品。在湿磨过程中通过氧化铝的表面水解,经常会形成少量水合氧化铝,例如三水合氧化铝。这样的水合物在煅烧过程中也会转化成氧化铝,对于实现本发明的目的,这种表面改性过的氧化铝与未改性的α-氧化铝不加区别。

    本发明方法可形成新的细的粒度均匀的过渡态氧化铝颗粒。因此该方法也能提供这样的氧化铝细粉,它的BET表面积至少为50m2/gm,优选至少为100m2/gm,其中至少90%粉末的总重量由过渡态氧化铝提供,并且其中至少90%颗粒的宽度不大于50nm,优选10~50nm,最终颗粒宽度大于100nm的颗粒少于10%。这些大颗粒的百分率由电子(扫描或透射)显微镜用超薄样品进行测量,具体是得出最终颗粒宽度大于100nm的颗粒所占据的总视野的百分率。

    氧化铝粉的其余物质含量主要由阻挡物提供,该阻挡物包含含二氧化硅的物质例如多铝红柱石或硅酸铝盐,它可以占总重量的10%之多,但是优选低于约8重量%。但是通常,用上述优选的少量二氧化硅溶胶操作时,过渡态氧化铝约占粉末的95重量%。

    应当小心控制二氧化硅的含量,因为如果加入过多,它会与氧化铝本体反应。而加入太少,就不能有效地限制α-颗粒生长。发现在实际上,凝胶的固体含量的约0.5-10重量%,优选约1-8重量%应当是二氧化硅。因此最后产品中二氧化硅的含量应该小于约10重量%,优选应该小于约8重量%,最优选小于约5重量%。在多数操作中,发现加入2-8%二氧化硅是有效的,这里的百分数以SiO2计,并以氧化铝总重量(以Al2O3计)为基准。

    二氧化硅的加入形式可以是胶态二氧化硅,即二氧化硅溶胶或者在反应条件下会释放这样的胶体即溶胶的化合物,以后二氧化硅溶胶在氧化铝颗粒周围形成覆层。这样的化合物能够包括有机硅烷例如正硅酸四乙酯和某些金属硅酸盐。碱金属硅酸盐通常不合适。二氧化硅的溶胶形式的粒度应该优选至少与勃姆石的相似,或优选小于勃姆石,即至多约数个nm。

    向勃姆石溶胶中加入溶胶形式的二氧化硅可保证二氧化硅最均匀和最有效的分布,这样就能够使用最少量。

    在凝胶煅烧以前,它可以在较低温度下干燥,煅烧通常在约800-1300℃温度进行长达两天或数天,但是通常为12-24小时。煅烧赶走凝胶内的水,促进二氧化硅表面阻挡物的形成,并且开始勃姆石向过渡态氧化铝相的转化。在本发明中,优选的煅烧温度约为1100-1400℃,由于存在二氧化硅,在该温度所需的时间比通常这样的氧化铝略长。在该温度范围的下限煅烧,会使颗粒形成聚集物的趋势最小。

    煅烧时,在煅烧温度的保温时间很重要。缓慢升温到煅烧温度,就可以在煅烧温度下采用更短的保温时间,所述缓慢升温常常是所使用设备的一种功能。通常旋转炉只需要很短的时间就可到达所要求的温度,箱式炉花的升温时间长得多。因此,为了控制和可重复生产,常常优选使用旋转炉。另外大样品比小样品需要更长的时间达到均匀的本体温度。考虑了上述因素,实际上使用的温度/时间程序由具体情况决定。

    粉碎能采用常规技术例如湿或干的球磨机法完成。另外,也可以利用团粒内颗粒边界处存在的多铝红柱石或其他铝硅酸盐相,使粉碎更容易。这样的相通常具有与氧化铝不同的热膨胀性质,在产品经过高和低温循环后会形成膨胀应力,常常就可以使这样的边界层破裂。有时,这样的应力自身就足以引起破碎。也可以通过热水处理或用碱或酸处理产品,使这些含二氧化硅的边界产生化学应力。但是,更通常的是,这样的热或化学粉碎仍然需要后续的某种机械磨碎,以便完全破碎成数均颗粒宽度小于50nm的粉末。

    认为由上述方法获得的很细粒度的粉末的独特特征在于,既具有50m2/gm以上,更经常是120m2/gm的高表面积,又具有很窄的粒度分布,即10重量%以下颗粒的最终粒度大于100nm。由于研磨一般采用低纯α氧化铝磨介进行,认为大部分观察到的大于100nm的颗粒很可能是由磨介的摩擦形成,而不是由勃姆石转化获得的过渡态氧化铝形成的。而研磨较大α氧化铝颗粒得到的产品一般具有宽得多的粒度分布,且有大量粒径大于100nm的颗粒。因此,即使可以将由现有技术方法制成的α氧化铝颗粒研磨成平均粒径为50nm,而围绕该平均粒径的分布,也一定是有10%以上的粒度超过100nm。

    用来获得纳米级氧化铝颗粒的最终研磨优选使用低纯α氧化铝(约88%α氧化铝)或氧化锆磨介。“氧化锆”磨介是指包括用氧化锆制成的磨介,所述氧化锆是用例如氧化钇、稀土元素金属氧化物、氧化镁、氧化钙等添加剂稳定的。上述优选的磨介是经验性的,但其原因被认为是由于这些磨介在研磨过程中的破碎行为。高纯氧化铝磨介在研磨过程中破碎形成大碎块,不同的是,低纯氧化铝磨介一般形成微米级的颗粒,而氧化锆磨介物很韧,它们几乎根本不形成碎块。

    CMP适用性的测试

    在半导体部件的制造过程中,常规是在硅片基材上沉积许多不同的导电和非导电材料层。沉积的层经常是不平的,需要“平整化”,形成Ra(表面粗糙度的度量)尽可能低的表面。

    在典型的CMP操作中,任务是在高效地去除材料的同时,留下尽可能无瑕疵的表面。虽然效率重要,但控制就更重要,因为沉积层的厚度是以埃测量的,去除速率太大时,就会在已达到所要求的层厚度时,难于精确地停止。因此,稳定而受控的去除就是一个目标了。

    当沉积的材料覆盖在其上面已经蚀刻出图案例如电路的预先沉积的层上时,所述去除的稳定性也很重要。当覆盖层被去除到预先沉积的蚀刻层的程度时,进一步磨蚀(即去除)就不应继续,使预先层的其余蚀刻结构之间的填充部分不再进一步磨蚀,该进一步磨蚀过程称为“凹进”。如果原有层与覆盖层之间的去除选择性明显,而且覆盖层的去除速率高,凹进的可能性就大,这当然会导致非常不平整的表面,该表面上随后还要沉积其他层的。

    在评价一特定磨料能用于CMP的可能性时,我们建立了2类测试方法。第一种旨在评价去除的选择性,第二种旨在评价凹进的可能性。

    选择性试验在具有要平整的由铜层或二氧化硅绝缘层(下面称为“氧化物”层)制成的表面的样品上进行。后一种样品通过在彻底清洁过的半导体级硅片上沉积10000埃(10×10-7m)氧化物层而制成。这就为评估去除速率提供了氧化物样品。将这种氧化物层样品在平整化后施加上400埃(4×10-8m)钛粘附层,随后是10000埃(10×10-7m)的铜层。该铜表面用来评估铜的去除速率。

    凹进试验在给出了上述氧化物层的硅片样品上进行,但该氧化物层为16,000埃(16×10-7m)厚。该氧化物层经过平整化,然后蚀刻,形成2,200埃(2.2×10-7m)深的图案。在这蚀刻层上沉积10000埃(10×10-7m)的铜层。然后该铜表面被平整化,直至露出氧化物表面,评价形成的凹进深度。

    实施例1-选择性评价

    两种买来的氧化铝浆料对照,评价了本发明含有95%过渡态氧化铝(其中α氧化铝约占2%)和5%二氧化硅的CMP浆料去除采用上述步骤在样品上制成的铜和氧化物的性能。

    向勃姆石溶胶内加入二氧化硅溶胶制成本发明的浆料,加入量要足以形成二氧化硅与氧化铝的重量比为5∶95,将溶胶干燥,形成粉末,然后将粉末在1170℃煅烧10小时,再在1195℃煅烧10小时。煅烧过的材料的BET表面积为45-50m2/gm。接着,将粉末在Drais研磨机内用0.8mm氧化锆磨介进行湿磨,直至表面积达到约90m2/gm。形成的浆料沉淀浓缩至10%固体,用硝酸将pH值调节至约3.5。该浆料通过一系列鲍尔10微米和5微米的过滤器进行过滤。

    将上述固体含量为10重量%的浆料(1000gm)与250ml 30%过氧化氢溶液和4gm苯并三唑和去离子水混合,制成4000gm本发明的CMP浆料。

    第一种对照样品(对照物-1)是买来的α氧化铝,平均粒径约为100nm。它以产品号SL 9245购自Saint-Gobain工业陶艺公司,是由美国专利№4657754所述方法制成的。第二种对照样品(对照物-2)  是以商品号“Product CodeMasterprep”购自Buehler有限公司。它被认为主要是γ-氧化铝。

    每种浆料都这样形成:将2000gm固体含量为10%氧化铝浆料与250ml 30%过氧化氢溶液和4gm苯并三唑混合,然后加入去离子水,制成总重量达到4000gm的浆料。

    然后在实验室抛光机上,使用购自Rodel Inc.的IC1400叠层的穿孔抛光垫试验了这三种浆料。将抛光压力34.5KPa(5psi)施加到相对于基材移动的抛光垫上,基材的表面速度约为1.2m/秒,浆料在表面上的流量为100ml/分钟。

    对每种浆料都是抛光铜和二氧化硅这两种基材,分别测量对这两种物料的去除速率。结果如下表所示。    氧化铝    铜的去除速率    SiO2的去除速率    选择性    对照物1    640埃/分钟    90埃/分钟    7    对照物2    590埃/分钟    340埃/分钟    1.7    本发明-1    212埃/分钟    38埃/分钟    6

    从上面可以看出,α氧化铝产品有很大的选择性,但是去除速率也很大。γ氧化铝产品的去除速率不太大,但是选择性也不大。本发明的氧化铝浆料去除速率更小,同时可保持大的选择性。

    采用同样技术,评价了同样的CMP浆料对于钨和二氧化硅的选择性。钨和二氧化硅的去除速率分别是402和38埃/分钟,相应地,钨相对于二氧化硅的选择性约为10。

    实施例2-凹进的评价

    在实施例1中试验过的3种同样的氧化铝,接着以上述方式试验凹进的情况。试验设备就是实施例1中所述的,不同的是试验的材料是上面沉积有铜的经过蚀刻和平整化的二氧化硅基材。结束点是铜和二氧化硅基材都看到的最初时刻。使用购自Tencor公司的轮廓仪测试“凹进”。测试了相邻特征之间的凹进深度,该特征的高度是不同的,为5-45微米。

    在CMP处理中试验了两种相同的“特征”。一个使用在实施例1中标为“对照物-1”的配制物处理,另一个使用在实施例1中标为“本发明-1”的配制物处理。试验结果如图1和2所示。在每套图中,“a”图是一个说明经平整化的二氧化硅基质的“特征”的俯视图(颜色较淡的线),其中有块正方形的铜在去除掉上层铜沉积物之后仍保留。使用CMP配制物将铜磨蚀至二氧化硅基质。在每个图中的“a”图中,一根线穿过所述特征,通过凹进特征的最深部分和周围基质的最高部分。在“b”图中,沿着“a”图中的线,形成特征的外形。“a”和“b”两图上的箭头指示最大垂直距离的位置。在图1系列中(对比),箭头之间的垂直距离为65.5nm,而图2系列中的相应距离为37.7nm。用本发明的CMP配制物,不仅凹进量大大降低,而且使用本发明的CMP配制物时,“b”图中所示特征的外形也非常清晰。这从“a”图中也可以明显地看出。

    由此可清楚地看到,用本发明制品得到的凹进程度远比用现有技术配制物轻。

    实施例3混合物

    在本实施例中,现有技术氧化铝以含有的同样混合物作为对照。试验了本发明是有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝与勃姆石的混合物,该这种试验的一些配制物是在实施例1中试验过的配制物,试验以同样的方式进行。在每种情形下,浆料含有1.5重量%勃姆石和1重量%本发明具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝,其配方和制备方式与实施例1中所述相同(这里称为本发明-1);和1重量%用于对照物-1配制物中的现有技术α氧化铝(在此实施例中也称为对照物-1);和1重量%用于对照物-2配制物中的γ氧化铝(在此实施例中也称为对照物-2)。试验了所述这些配制物对于钨金属与二氧化硅的选择性。得到的结果如下表所示。    氧化铝  钨的去除速率二氧化硅的去除速率    选择性    对照物-1  545埃/分钟     72埃/分钟    7.6    对照物-2  540埃/分钟     71埃/分钟    7.6    本发明-1  640埃/分钟     24埃/分钟    27

    从这些数据可以明白,有勃姆石的混合物的选择性和去除速率,甚至比仅含二氧化硅改性的过渡态氧化铝作为唯一磨料组分的配制物更好。

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本发明涉及一种磨料,它含有具有二氧化硅覆层的过渡态氧化铝颗粒,该颗粒的平均粒径小于50nm,BET表面积至少为50m2/gm,它以浆料或固定的磨料形式用于CMP方法中。。

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