抛光液和抛光有色金属材料的方法技术

一种抛光液，包括铜离子和氯离子，Ｃｕ／Ｃｌ摩尔比为１０↑［－１］到１０↑［３］，ｐＨ为０．５到１０，适合于抛光由比如铜或铜合金的有色金属材料构成的表面。可以以高去除速率抛光更厚的金属膜，以便膜厚度分布变得均匀。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抛光液和一种抛光有色金属材料的方法，该有色金属材料包括铜或铜合金(例如黄铜)的块体(bulk)金属衬底、层叠有铜或铜合金箔的衬底和通过电镀技术等在其上沉积铜或铜合金的衬底。
技术介绍
在抛光有色金属材料的厚衬底时，抛光的技术要求是在短时间内可赋予被抛光的表面均匀的膜厚度分布(在粗糙表面的情况下，需要整个表面具有相似的粗糙度)。通常，在有色金属衬底上，已经使用车床或平面机器(plane machine)进行机械抛光。尽管在满足了短时间内获得抛光面的需要，但这样的抛光技术导致表面粗糙和膜厚度的分布不均匀。另一方面，在比如超大规模集成电路等的半导体制造中，其中表面平面化更重要，而且高抛光精度也是需要的，关键技术是化学机械抛光(CMP)。将化学腐蚀与机械抛光结合的CMP技术在半导体上形成小到几十纳米的布线。即，在半导体制造中，CMP被认为是在半导体表面形成电路结构的基础。在用于半导体制造的CMP技术中，通过物理汽相淀积(PVD)，化学汽相淀积(CVD)或电镀，在硅衬底的表面上形成薄膜，可以对薄膜完成全面平面化以除去对于电路形成是不必要的多余的一部分薄膜。该技术的目的在于将薄膜全面平面化，由此去除速率最大大约为100纳米/分钟。在很多情况下，例如胶态二氧化硅或氧化铝等的磨料混合在抛光液中以获得磨料的抛光效果，然后利用在机械抛光和化学腐蚀之间的相互作用进行CMP工艺，正如在JP-A2001-68437中所公开的。因而，在水漂洗工艺中除去粘附的研磨颗粒而导致复杂的操作。另一方面，对于具有高耐腐蚀性的材料，例如，不锈钢，CMP技术被用于镜面处理(mirror-processed)平面化以防止光被漫反射用作路上的安全确认的凸镜，用作建筑件的镜面抛光板。然而，在半导体制造中，例如超大规模集成电路，大约100纳米厚的沉积金属膜必须全部平面化以具有100纳米或更小的表面粗糙度(对于半导体最大粗糙度为50纳米)，因此低于500纳米/分钟的去除速率使得可以控制CMP。因为高去除速率促进抛光的进程以致于膜可能从表面消失，所以事实上对于大约100纳米厚的金属膜难以控制CMP。另一方面，就用于钨膜的抛光而言，也适用CMP技术。如JP-A2000-119638所述，需要大约500纳米/分钟的去除速率，但是不能实现本专利技术的
中所需要的去除速率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术的技术实现了在抛光铜或铜合金期间以0.5到10微米/分钟的更高速度抛光具有更大厚度的膜的衬底，并且在抛光表面上的厚度分布是均匀的。为了实现上述目的，从本专利技术中获得的抛光液是一种用于有色金属材料的机械抛光液，其中含有二价和/或一价的铜离子和氯离子。当铜或铜合金在抛光液中化学抛光时，氯化铜薄膜在氯离子存在下以高电位在它们的表面上形成。因此，促进了铜的氧化，即进行溶解。在这种情况下，如果Cu/Cl摩尔比在10-1到103的范围内，在金属/抛光液界面的残余电位从活化区电位到钝化区电位延伸。因此，促进了金属衬底的化学上稳定的溶解。使用装有垫的抛光机进行机械抛光，在化学促进溶解和机械抛光作用之间的相互作用提高了抛光液的去除速率。可以抛光金属衬底而具有最小化的膜厚度分布偏差。因此，提供如下的一种。本专利技术的第一方案提供一种抛光液，其中抛光由如铜或铜合金的有色金属构成的衬底表面，并且其中含有一价和/或二价的铜离子和氯离子，Cu/Cl摩尔比在10-1到103范围内，pH为0.5到10。此外，本专利技术的第二方案提供其中可以分散自由磨料的抛光液。另外，本专利技术的第三方案提供其中可以加入缓蚀剂的抛光液。本专利技术的第四方案提供抛光压在抛光垫上的衬底表面以抛光该表面的方法中使用的抛光液。本专利技术的第五方案提供用于以下方法的抛光液设置在抛光机上的抛光垫可以转动或往复运动，将抛光液提供给抛光垫和衬底表面并将衬底压在垫上。本专利技术的第六方案提供一种抛光有色金属材料的方法一种抛光液，其中含有一价和/或二价的铜离子和氯离子，Cu/Cl摩尔比在10-1到103的范围内，并且使用抛光垫，通过将衬底材料压在垫上，因为垫的机械抛光和抛光液的化学溶解之间的相互作用而将衬底表面抛光。本专利技术的第七方案提供抛光有色金属材料的方法抛光垫设置在能够转动或往复运动的抛光机上，将抛光液提供给抛光垫和衬底表面，从而通过将所述材料压在具有转动或往复运动的垫上抛光所述表面。本专利技术的第八方案提供有色金属材料的抛光方法抛光垫具有5到100g/cm2的杨氏模量和10kg/cm2或更小的拉伸强度。本专利技术的第九方案提供有色金属材料的抛光方法抛光垫具有多孔表面或相互垂直的表面沟道。本专利技术的第十方案提供有色金属材料的抛光方法以1到5,000rpm的速度旋转抛光垫。本专利技术的第十一方案提供有色金属材料的抛光方法在10到1,000g/cm2的压力下将抛光垫压在衬底表面上。本专利技术的第十二方案提供有色金属材料的抛光方法抛光垫支持的研磨颗粒可用于抛光表面。本专利技术的第十三方案提供有色金属材料的抛光方法将磨料分散在抛光液中作为浆液。这里，因为垫可以跟随形成在表面的凹凸，具有5到100g/cm2的杨氏模量或10kg/cm2或更小的拉伸强度的软材料抛光垫使在抛光表面上的膜厚度分布变得均匀。而且，形成在抛光垫上的多孔表面或相互垂直的表面沟道有助于在整个表面上均匀地提供抛光液，并且避免浆液聚积在材料表面上。通过搅动溶液，1到5,000rpm的转速促进了衬底材料的氧化，从而因此进行了化学溶解。另外，就浆液(包含磨料)而言，磨料有助于表面抛光。由于在10到1,000g/cm2的抛光压力下产生热，抛光液的温度升高，然后进行化学溶解。另外，该压力范围通常防止衬底变形。当使用抛光垫支持的磨料或浆液(包含在抛光液中的磨料)时，抛光速率显著地增加。溶液的供给方法如下直接将抛光液提供给垫的方法、直接将抛光液提供给衬底的方法、为了用垫抛光表面而将衬底设置在装满抛光液的容器中的方法，以及其它方法。本专利技术提供一种金属衬底的加工方法在衬底的厚度方向提高了加工精度。该衬底的加工方法几乎没有从传统的金属加工观点提出过。另一方面，在常规的化学机械抛光(CMP)技术中，金属(或膜)的去除速率在10到20nm/min的范围。这样低的去除速率延长了抛光几微米的金属(或膜)的去除时间，这在经济上是不利的。本专利技术提供了在CMP期间的高去除速率，至少500到10,000nm/min(0.5到10微米/分钟)，并且将具有平面化表面的金属(或膜)的厚度分布控制在微米的数量级。即通过使用从本专利技术获得的抛光液进行CMP。因此，在本专利技术所示的抛光条件下，金属材料的衬底表面可以使膜减少一定厚度并具有平面化表面。因此，在衬底厚度方向的尺寸精度可以控制在微米的数量级。将本专利技术分类为通过CMP技术处理衬底厚度的机械加工技术，并且由本专利技术提供的CMP的目的与在半导体制造中的CMP不同。根据本专利技术所示的有色金属材料的抛光方法，可以以高去除速率抛光大厚度的衬底，而且厚度分布变得均匀。附图说明图1示出使用本专利技术一个实施例的抛光方法。图2示出使用本专利技术另一个实施例的抛光方法。图3给出铜离子浓度与残余电位的相关性。图4提出旋转数与去除厚度的相关性。图5显示膜厚的测量位置。具体实施例方式通过本专利技术抛光的可能的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由例如铜或铜合金的有色金属材料构成的衬底表面的抛光液，包括一价和／或二价的铜离子和氯离子，Ｃｕ／Ｃｌ摩尔比在１０↑［－１］到１０↑［３］范围内，ｐＨ为０．５到１０。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木祥一郎，有田了，福井洋一，土家和代，
申请(专利权)人：上村工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]