抛光剂和生产平面层的方法技术

采用包含ＳｉＯ＃－［２］的浆状物作为二氧化硅层平面化用的抛光剂。已发现，该浆状物在ＳｉＯ＃－［２］层抛光期间若所用硅溶胶具有双峰粒度分布则具有较高磨蚀速率。（*该技术在2021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基于二氧化硅的抛光剂以及生产平面层的方法。集成电路(IC)包含带图案的半导电、不导电和导电薄膜。这些带图案的层一般是通过施加层状材料，例如，通过蒸汽沉积，并采用微平印方法形成图案生产的。IC电子线路元件，例如晶体管、电容、电阻和连接器，是通过各种各样半导电、不导电和导电层状材料的组合而制成的。IC及其功能的质量高度依赖于各种各样层状材料的施加和图案的成形所能达到的精度。然而，随着层数的增加，这些层的平面度大大下降。超过一定层数之后，这将导致IC的一种或多种功能元件的失效，从而导致整个IC的失效。如果必须将新层施加到已做好图案的层上的话，这些层的平面度的下降是新层不断叠加产生的后果。由于图案的成形而出现高度上的差异，有时可达每层0.6μm。这些高度的差异一层层地积累，这意味着下一层不再是施加到平面上，而是施加到不平的表面上了。这种现象的直接后果是，施加上去的下一层具有不均一的厚度。在极端情况下，这将导致瑕疵和缺陷在电子功能元件中的形成以及接触不良。不平的表面还会给图案成形带来问题。要能够生产足够小的图案，在微平印加工步骤中要求极高聚焦深度(DOF)。然而，这样的构造只能清晰地聚焦在一个平面上；某些点与该平面偏离越大，此处的聚焦清晰度就越差。为解决这一问题，人们实施所谓化学机械抛光(CMP)。CMP通过将高出的层部分磨蚀到获得一个平面层来达到带图案表面的全面平面化。结果，下一层便可加在没有高度差的平面表面上了，同时图案的精度和IC元件正常工作的能力也得以保持。CMP步骤借助特殊抛光机、抛光垫和抛光剂(抛光浆)实施。抛光浆是一种组合物，它与抛光机上的垫配合起来打磨待抛光材料。有关CMP技术的综述发表在，例如，B.M.Mueller，J.S.Steckenrider，《Chemtech》(1998)第38～46页。CMP浆对抛光过程中的抛光性能有决定性影响。迄今，一直认为，化学和机械操作都具有影响。正因为如此，各种各样的抛光步骤要求特定的抛光浆。原则上，划分为诸如二氧化硅之类非导电层的抛光与导电层，主要指金属如钨、铝和铜的抛光这两大类抛光。二氧化硅的抛光被称作氧化物CMP。此外，在氧化物CMP中，存在着一系列不同的抛光步骤，其差别来源于各个层结构中使用的二氧化硅，以及层结构中所涉及的层材料的数目和类型。氧化物CMP加工中的一个重要步骤是所谓的ILD抛光步骤(层间电介质)，其中被抛光的是为两个互连平面之间提供绝缘的二氧化硅。然而，另一些氧化物CMP步骤的重要性却正在与日俱增，例如，所谓的STI步骤(浅沟道绝缘)，其中抛光的是半导体元件的隔离层。特别是，在涉及半导体层中的抛光步骤中，对抛光步骤的精度以及因而对抛光浆的要求，都特别高。一系列表征抛光浆作用的参数代表着用于评估抛光浆效力的尺度。这些参数包括磨蚀速率，即，待抛光材料被磨掉的速率，选择性，即，需要抛光的材料与存在的其他材料之间的磨蚀速率之比，以及代表平面化均一性的参数。用于代表平面化均一性的参数通常是晶片内不均匀性(WIWNU)和晶片与晶片间的不均一性(TWNU)，以及单位面积缺陷数目。晶片是用于在其上构造集成电路的抛光硅切片。诸如氧化铝、二氧化硅和氧化铈之类磨料颗粒的强碱性组合物被用作氧化物CMP的抛光浆，而二氧化硅基抛光浆则尤其得到日益广泛的应用。生产抛光浆用的原料一般是热解法二氧化硅，它包含较小的一次颗粒组成的大聚集体，即，小的、通常为球形的一次颗粒在热解法二氧化硅中牢固地结合形成较大、形状不规则的颗粒。因此，要生产抛光浆必须使这些聚集体解体为尽可能小的颗粒。这是通过引入剪切能实现的，例如，通过剧烈搅拌水或碱性介质与热解法二氧化硅的混合物。剪切能导致热解法二氧化硅聚集体解体。然而，鉴于引入剪切能的效率取决于粒度，因此，利用剪切力不可能生产一次颗粒大小和形状的颗粒。因此，按此法生产的抛光浆存在着聚集体不能完全解体，在淤浆中仍残留一次二氧化硅颗粒的聚集体的缺点。此种粗大的颗粒级分会在被抛光表面造成划痕和形成更多的其他不希望缺陷。EP-A-899 005公开，粗大颗粒级分可通过过滤来排除，但这样做既复杂，而且仅能部分地解决问题，因为小于过滤极限的聚集体仍存在，并且由于它们是非球形的，故可能继续损坏被抛光表面。WO 96/027 2096、US-A-5 376222和EP-A-520 109公开pH值介于9～12.5的碱性硅溶胶的应用。该pH值是通过加入碱金属氢氧化物或胺类达到的。此类抛光浆的优点在于，它们实际上仅包含不连续的球形颗粒，它们仅在待抛光表面上造成低程度的划痕和其他缺陷。此类抛光浆的缺点是它们的磨蚀速率比较低。增加碱性抛光加速剂，即，碱金属氢氧化物和胺类加入量的目的正是为了补偿这一缺陷。然而，涉及二氧化硅的化学平衡，在采用基于二氧化硅抛光浆时给碱性抛光加速剂的加入施加了某些限制。氢氧根离子超过一定量，这些离子将与二氧化硅颗粒起反应，并导致硅酸盐的生成(胶溶)。因此，pH值超过12的抛光浆不稳定，在工业规模上即便使用也非常困难。在EP-A-874 036和US-A-5 876 490中，试图通过提供带有聚合物或二氧化铈涂层的二氧化硅颗粒来解决这类问题。JP 09/324174提出用于此种目的的有机聚合物和聚硅氧烷。氧化铝涂层描述在US-A-3922 393中；用于减少表面上硅醇基团的表面改性描述在US-A-4 664679中。结果，基于二氧化硅颗粒抛光浆的稳定性得到提高。然而，根据目前掌握的知识，要达到足够的磨蚀速率，需要一定量可自由接近的二氧化硅表面。尽管迄今有关在表面上所发生的化学过程知之甚少，但有一种想法是，要使已经从被抛光表面上除掉的材料沉积下来，要求有这些球的表面。综上所述，这样的抛光浆，尽管含有大量抛光加速剂，却依然表现出不令人满意的抛光速率。况且，抛光剂颗粒的表面处理使得抛光浆并因而使整个IC制造过程变得更加昂贵。《Research Disclosure(RD)》419 020描述道，视平均粒度而定，最佳抛光效果是在硅溶胶平均粒度等于35nm时获得的。然而，目前依然需要一种性能改进的抛光浆。具体地说，STI步骤希望有一种磨蚀速率足够高、选择性，特别是二氧化硅与四氮化三硅之间的选择性高，平面化作用好且缺陷密度低的抛光浆。令人惊奇的是，这一目的通过提供一种具有双峰粒度分布的基于硅溶胶的抛光剂便可实现。这一点之所以令本领域技术人员吃惊是因为，从RD 419 020得知，平均粒度35nm的二氧化硅颗粒据称具有最佳抛光性能。然而，情况并非如此。所发现的抛光剂，与现有技术抛光剂相比，具有改进的磨蚀速率和提高的选择性。因此，本专利技术涉及一种包含未通过键彼此连接的球形、不连续二氧化硅颗粒的抛光剂，其特征在于，该抛光剂包含，a)5～95重量％，优选20～80重量％粒度介于5～50nm的二氧化硅颗粒，以及b)95～5重量％，优选80～20重量％粒度介于50～200nm的二氧化硅颗粒，条件是，所有颗粒的总体具有双峰粒度分布。再有，本专利技术还涉及借助此种抛光剂生产平面层的方法。本专利技术抛光剂不含有通过键彼此连接的二氧化硅颗粒。它们的固体含量介于1～60重量％，优选1～30重量％，尤其优选5～20重量％，其中可通过加水调整到所要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含未通过键彼此连接的球形、不连续的二氧化硅颗粒的抛光剂，其特征在于，该抛光剂包含， ａ）５～９５重量％粒度介于５～５０ｎｍ的二氧化硅颗粒，和 ｂ）９５～５重量％粒度介于５０～２００ｎｍ的二氧化硅颗粒， 条件是，所有颗粒的总体具有双峰粒度分布。

【技术特征摘要】
DE 2000-3-31 10016020.4;DE 2000-12-21 10063870.81.一种包含未通过键彼此连接的球形、不连续的二氧化硅颗粒的抛光剂，其特征在于，该抛光剂包含，a)5～95重量％粒度介于5～50nm的二氧化硅颗粒，和b)95～5重量％粒度介于50～200nm的二氧化硅颗粒，条件是，所有颗粒的总体具有双峰粒度分布。2.权利要求1的抛光剂，其特征在于，该抛光剂包含，a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：K沃格特，D潘特克，L普佩，S基尔希梅耶，
申请(专利权)人：拜尔公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]