專利名稱：化學(xué)機(jī)械平面化的方法、設(shè)備和漿液的制作方法
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發(fā)明范圍本發(fā)明涉及用于制品例如半導(dǎo)體晶片化學(xué)機(jī)械平面化的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
集成線路(IC)工業(yè)的目前趨勢(shì)包括制備有更高芯片密度的更小的器件。降低芯片的尺寸可使芯片的制造費(fèi)用下降。此外，有更小尺寸的器件可能是有利的，因?yàn)槠骷难舆t也可下降，從而使性能提高。
此外，通過加入多層(multiple level)金屬化可使器件的性能提高。多層金屬互連的應(yīng)用為有較短互連長(zhǎng)度的較寬互連層尺寸作好準(zhǔn)備。因?yàn)檫@樣的過去僅單層器件才有可能，所以互連延遲中相應(yīng)的下降得以實(shí)現(xiàn)。然而，隨著加入許多互連層，用每一層構(gòu)造而形成的表面形貌變得惡劣。如果不加解決，這些表面形貌可對(duì)器件的可靠性產(chǎn)生不好的影響。
隨著線路尺寸下降，互連層必需完全平面化，以便制備可靠的高密度器件?；瘜W(xué)機(jī)械平面化(CMP)迅速變成使層間(interlevel)介電(ILD)層表面平面化以及在集成線路中繪制金屬圖案的技術(shù)選擇。例如，參見Muraka等的US5637185。
通常，CMP法涉及在受控的向下壓力下相對(duì)旋轉(zhuǎn)的潤(rùn)濕的拋光表面固定或旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片。含有拋光劑例如氧化鋁或氧化硅的化學(xué)漿液通常用作研磨介質(zhì)。此外，化學(xué)漿液還可含有用于刻蝕晶片的不同表面的化學(xué)刻蝕劑。在典型的器件制備中，CMP首先用于僅含有介電層的ILD層表面的完全平面化。隨后形成溝槽和道路，然后按已知的沉積技術(shù)用金屬填滿。然后通常CMP通過從ILD除去過量的金屬用于繪制金屬圖案。參見Murakara的論文。
CMP的一個(gè)問題是產(chǎn)生大量需要處理和廢液管理的流體流。例如，可能有如下問題漿液的毒性，含金屬的漿液流出物的潛在毒性，以及用于后拋光或后平面化的被污染的清洗溶液的毒性。在CMP過程中水耗量估計(jì)為10至20加侖/加工晶片。CMP廢液由高度毒性的化學(xué)品組成，然而尋找將CMP廢液轉(zhuǎn)化成更好處理形式的方法的進(jìn)展很小。通常參見“Chemical Mechanical Planarization Tries to KeepUp”，Gorham Advanced Materials，(March 2,2000)。不含水的CMP拋光漿液在Zhou等的US5863307中公開，但這種漿液優(yōu)選使用四氯化碳。因此，人們需要實(shí)施化學(xué)機(jī)械平面化的新途徑和用于CMP拋光漿液的新配方。
另一問題是通過使用水可能造成襯底的污染。這樣的污染可包括不希望的/不要求的氧化或微量離子或殘留水，影響介電層特別是CVD層、自旋層和多孔層。
發(fā)明概述本發(fā)明基于含有二氧化碳作為溶劑的CMP拋光漿液的研制，拋光漿液?jiǎn)为?dú)含有親二氧化碳的組合物或含有它與一種或多種另外的共溶劑的組合物，以及基于使用這樣的漿液的方法，在某些實(shí)施方案中還包括二氧化碳溶劑清洗。含二氧化碳可提供一種很容易從漿液的其他組分或清洗溶劑中分離的溶劑介質(zhì)，從而減少了用于隨后的廢液處理的漿液或清洗溶劑的體積。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法，用于制品例如半導(dǎo)體晶片表面化學(xué)機(jī)械平面化的方法包括提供含二氧化碳的拋光漿液；提供拋光墊；以及拋光墊和拋光漿液對(duì)制品(例如晶片)的表面接觸，從而使制品表面平面化。接觸步驟可在含二氧化碳的氣氛中在高于常壓下進(jìn)行。
所述的方法可包括在接觸步驟后用二氧化碳溶劑清洗制品(例如晶片)表面的步驟。
所述的方法可包括使墊和制品中至少一個(gè)相對(duì)另一個(gè)旋轉(zhuǎn)。制品可沿第一方向旋轉(zhuǎn)，而墊沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。也可將制品固定在靜止位置。墊可包括相對(duì)于制品線性移動(dòng)的連續(xù)線性帶狀墊。
在提供拋光漿液、提供拋光墊和拋光墊和拋光漿液對(duì)制品表面接觸的每一步驟過程中，可將制品(例如晶片)放是在壓力容器中。所述的方法還可包括在高于常壓的壓力下蒸餾至少一部分拋光漿液，以便從拋光漿液的其余部分中分離二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的另一些優(yōu)選的方法，用于制品例如半導(dǎo)體晶片表面化學(xué)機(jī)械平面化的方法包括提供親二氧化碳的拋光漿液；提供拋光墊；以及拋光墊和拋光漿液對(duì)制品的表面接觸，從而使制品表面平面化；以及用含二氧化碳的溶劑清洗制品的表面。
接觸步驟可在所含二氧化碳不超過常用大氣條件下的數(shù)量的氣氛中進(jìn)行。接觸步驟和清洗步驟可在共用的壓力容器中進(jìn)行。拋光漿液可包含可溶于二氧化碳的聚合物。
根據(jù)本發(fā)明的另一些優(yōu)選的方法，用于制品例如半導(dǎo)體晶片表面化學(xué)機(jī)械平面化的方法包括提供親二氧化碳的拋光漿液；提供拋光墊；以及拋光墊和拋光漿液對(duì)制品的表面接觸，從而使制品表面平面化。接觸步驟可在含有二氧化碳的氣氛中在高于常壓的壓力下進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，用于制品例如半導(dǎo)體晶片表面化學(xué)機(jī)械平面化的設(shè)備包括拋光墊；含有二氧化碳的拋光漿液；以及用來固定制品的制品固定部件，以致制品的表面可與拋光墊和拋光漿液接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一些優(yōu)選實(shí)施方案，用于制品例如半導(dǎo)體晶片表面化學(xué)機(jī)械平面化的設(shè)備包括拋光墊；親二氧化碳的拋光漿液；以及用來固定制品的制品固定部件，以致制品的表面可與拋光墊和拋光漿液接觸。
本發(fā)明的另一方面是CMP拋光漿液，它含有(a)研磨顆粒物(例如1至20％(重量))；和(b)任選的但優(yōu)選的刻蝕劑(例如0或0.1至50或70％(重量))；以及(c)二氧化碳溶劑(優(yōu)選密相(dense)二氧化碳、更優(yōu)選液體二氧化碳)(例如至少20或30％(重量))。
本發(fā)明的另一方面是親二氧化碳的CMP拋光漿液，它含有 (a)研磨顆粒物(例如1至20％(重量))；(b)刻蝕劑(例如0.1至50％(重量))；(c)溶劑(例如至少30％(重量))；以及(d)二氧化碳可溶的聚合物(例如1至20或30％(重量))。
熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員通過閱讀附圖和隨后的優(yōu)選實(shí)施方案的詳述將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的各項(xiàng)目的，這樣的描述僅是對(duì)本發(fā)明的說明。
附圖簡(jiǎn)介

圖1為本發(fā)明設(shè)備的圖示說明，平面化步驟在壓力容器中通過旋轉(zhuǎn)墊進(jìn)行；圖2為本發(fā)明設(shè)備的供選擇實(shí)施方案的圖示說明，平面化步驟在壓力容器中通過線性連續(xù)帶進(jìn)行；圖3為本發(fā)明CMP體系的圖示說明；圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方案的CMP體系的圖示說明；圖5為本發(fā)明另一實(shí)施方案的CMP體系的圖示說明；圖6為本發(fā)明另一實(shí)施方案的CMP體系的圖示說明。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述現(xiàn)參考附圖更全面地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案。但是，本發(fā)明可包含許多不同的形式，不應(yīng)將本發(fā)明限制到這里所述的實(shí)施方案；相反，提供這些實(shí)施方案以便對(duì)于熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員來說，使這一公開內(nèi)容更詳盡和完全，并全面說明本發(fā)明的范圍。相同的數(shù)字指相同的部件。
通常，本發(fā)明可用于制備各種制品，例如集成電路(ICs)，包括例如包括存儲(chǔ)器IC例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAMs)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAMs)或同步DRAMs(SDRAMs)。所述IC還可包括其他類型電路例如特殊應(yīng)用IC(ASICs)、合并DRAM-邏輯電路(預(yù)埋的DRAMs)、其他邏輯電路等。
本發(fā)明可用于提供特別是用于深溝槽電容器制造、淺溝槽絕緣、多晶硅膜、光刻劑和超導(dǎo)電路的CMP。本發(fā)明的CMP可用于鋁、鋁合金、聚合物、鑲嵌金屬、擴(kuò)散阻擋層和粘附促進(jìn)層的平面化。本發(fā)明還可在鑲嵌法或雙鑲嵌法中用于介電層和金屬層/接頭/線的平面化。特別是，本發(fā)明的CMP可用于鑲嵌法或雙鑲嵌法來制備有銅相連的IC。
本發(fā)明使用的“二氧化碳”優(yōu)選為密相(dense)二氧化碳(它可為任何適合的形式例如下文描述的)。在二氧化碳用于漿液組合物的情況下，二氧化碳更優(yōu)選為液體二氧化碳。在二氧化碳用于清洗的情況下，二氧化碳更優(yōu)選為壓縮的液體或超臨界二氧化碳(包括近臨界二氧化碳)。二氧化碳可任選與共溶劑和/或其他成分混合，正如下面更詳細(xì)地描述的。
“密相(dense)二氧化碳”為在一定溫度和壓力條件下的含二氧化碳的流體，以致密度大于臨界密度(通常最大壓力小于1000巴和最高溫度小于250℃)。
“液體二氧化碳”在這里指在蒸汽-液平衡(VLE)(即有氣-液界面)條件下的密相二氧化碳，包括通常稱為冷凍條件的約-20至0°F和250至300psig的條件。
“壓縮的液體二氧化碳”指加壓超過純二氧化碳(在純二氧化碳的情況下，氣-液界面消失。但是，可用其他流體壓縮液體二氧化碳，例如氮?dú)?、氦氣、液體水等)的VLE條件的密相二氧化碳(可含其它組分)。
“臨界二氧化碳”指在超過臨界溫度和臨界壓力的條件下的密相二氧化碳。
“近臨界二氧化碳”指在大約85％絕對(duì)臨界溫度和臨界壓力內(nèi)的密相二氧化碳。
這里所用的“化學(xué)機(jī)械平面化”(CMP)指借助化學(xué)和機(jī)械力使襯底表面平滑和/或改進(jìn)平面性的方法。因此，本文中，CMP包括拋光步驟，其中使表面光滑，雖然不一定使表面平面化；以及包括使表面光滑和平面化的步驟。
這里所用的用來描述CMP墊與要平面化的制品例如半導(dǎo)體晶片接觸的“接觸”包括直接接觸(即墊與制品之間的負(fù)荷幾乎完全由墊-晶片接觸來支承)、半直接接觸(即負(fù)荷部分由墊-晶片接觸來支承和部分由墊與晶片之間流體對(duì)漿液的動(dòng)壓支承)和流體整平(即負(fù)荷完全由墊和晶片之間的漿液連續(xù)流體層支承)。
這里所述的“漿液”包含用于化學(xué)機(jī)械平面化的各種成分在溶劑中的組合物。漿液可為任何適合的形式(例如可有兩個(gè)或三個(gè)單獨(dú)的相，包括多液相、多固相或其混合物，或與液體和/或固體混合的氣體，特別是壓縮的氣體或液化的氣體)，例如懸浮液、分散液、乳液、微乳液、反乳液、反微乳液以及它們的組合物等。在一實(shí)施方案中，漿液可為在二氧化碳乳液或微乳液中的水(二氧化碳任選含有共溶劑或其他成分)。這樣的乳液或微乳液還可含有作為單獨(dú)的第三相懸浮在其中的研磨顆粒。
正如熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員從這里的描述中所理解的，在這里所述的設(shè)備、漿液和方法可利用以下機(jī)理中的一個(gè)或多個(gè)(優(yōu)選全部)來影響制品(例如半導(dǎo)體晶片)的拋光和平面化。固體顆粒物可用作研磨劑，它們移動(dòng)通過制品的表面，通過力的作用從制品的表面除去研磨掉的材料。研磨顆粒物可通過所選的流體/漿液輸送或可被提供到墊上(不論作為墊的添加物或作為所選墊基材的固有特性)?？赏ㄟ^墊和/或制品相對(duì)移動(dòng)、提供流體/漿液流或其組合，給研磨顆粒物施加脫除力。也可通過化學(xué)作用來達(dá)到拋光和平面化，也就是在CMP法中使用的所選活性化學(xué)組分在化學(xué)上侵蝕部分或全部制品表面?；钚曰瘜W(xué)組分可為液體、固體和/或氣體形式，可提供在漿液、氣氛和/或墊中。
在這里，本申請(qǐng)人特別想將這里所引的全部專利參考文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容作為參考并入。
1.用于CMP的制品任何適合的制品都可用本發(fā)明的方法平面化，例如半導(dǎo)體器件或晶片(例如在生產(chǎn)集成電路中)。通常，半導(dǎo)體襯底為隨后的半導(dǎo)體器件或晶片層提供支承?？芍瞥墒炀毤夹g(shù)人員已知的任何適合材料的襯底，包括硅、氧化硅、砷化鎵等。介電層例如二氧化硅(SiO2)層通常在襯底上形成，其內(nèi)通常包含刻蝕的溝槽。可根據(jù)已知的技術(shù)，將導(dǎo)電金屬層例如銅層沉積在介電層表面的溝槽中。
通常，在晶片上平行制成許多IC。在加工(包括這里所述的CMP)完成以后，將晶片切割使集成電路分成單個(gè)芯片。然后將芯片包裝，得到例如用于計(jì)算機(jī)體系、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)和其他電子產(chǎn)品的成品。
許多特殊材料中任何一種都可暴露在平面化的制品或襯底的表面。例如，可用本發(fā)明的方法拋光或平面化的適合材料包括但不限于金屬(例如Al、Cu、Ta、Ti、TiN、TiNxCy、W、Cu合金、Al合金、多晶硅等)，介電質(zhì)(例如SiO2、BPSG、PSG、聚合物、Si3N4、SiOxNy、泡沫體、氣凝膠等)，氧化銦錫，高K介電質(zhì)，高Tc超導(dǎo)體，光電材料，光學(xué)鏡，光開關(guān)，塑料，陶瓷，絕緣體上的硅(SOI)等。例如參見J.Steigerwald et al.，Chemical Mechanical Planarization ofMicroelectronic Materials，pg.6(1997)(ISBN 0-471-13827-4)。
例如，在本發(fā)明的一些特定的實(shí)施方案中，要平面化的表面包含第III至VIII族金屬，例如V、Ni、Cu、W、Ta、Al、Au、Ag、Pt、Pd等。
在本發(fā)明的特定實(shí)施方案中，要平面化的襯底或制品的表面包含銅，例如在鑲嵌或雙鑲嵌銅器件中。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，制品的表面包含例如已用等離子體氧化的層或?qū)拥娜舾刹糠帧?br> 2.二氧化碳CMP拋光漿液(CO2基漿液)對(duì)于這里所述的本發(fā)明的一些方法來說，使用二氧化碳基CMP拋光漿液(下文為“CO2基漿液”)。CO2基漿液可為在CO2、共溶劑改性的CO2或表面活性劑改性的CO2中的分散液或漿液。優(yōu)選的是，CO2基漿液為在密相CO2中的分散液或漿液；更優(yōu)選的是，為在液體CO2中的分散液或漿液。CO2基漿液通常包含各種其他能CMP或促進(jìn)CMP的組分。正如上述，CMP拋光漿液通常包含研磨顆粒物、溶劑和(任選但優(yōu)選的)刻蝕劑。這些成分中的每一種與其他通用的成分一起將在下面更詳細(xì)地討論。
研磨顆粒物。在這里所用的術(shù)語(yǔ)“顆粒物”包括顆粒物的集聚物和其他熔合的顆粒物組合物，以及顆粒物的團(tuán)聚物和其他僅機(jī)械交織的組合物。為了在半導(dǎo)體晶片沒有損傷的條件下達(dá)到足夠迅速的拋光，研磨顆粒物的平均粒度優(yōu)選為約10至約800納米，更優(yōu)選平均粒度為約10至約300納米。研磨劑通常在漿液中，其數(shù)量為約1或3至約7或20％(重量)。研磨顆粒物可用下面討論的表面活性劑和/或流變改進(jìn)劑分散在漿液中。
研磨顆粒物可由任何適合的材料制成，包括但不限于氧化硅(包括汽相法氧化硅和膠體氧化硅)、金屬、金屬氧化物及其組合物。氧化硅和氧化鋁研磨劑是常用的，可單獨(dú)使用或組合使用。有化學(xué)粗糙性的氧化鈰研磨劑可用于某些希望的應(yīng)用場(chǎng)合。在一實(shí)施方案中，制成選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯及其混合物中至少一種金屬氧化物研磨劑的研磨顆粒物。在一些實(shí)施方案中，研磨顆粒物可含有冰顆粒物(例如當(dāng)漿液為二氧化碳包水乳液或微乳液時(shí))或干冰顆粒物(例如由液體二氧化碳或超臨界溶劑迅速膨脹產(chǎn)生的，或“RESS”)。
刻蝕劑·CMP拋光漿液任選但優(yōu)選包含至少一種通常稱為刻蝕劑的活性化學(xué)品或刻蝕劑組合物?！翱涛g劑”為任何一種在化學(xué)上可從半導(dǎo)體晶片除去物質(zhì)或通過物理手段(即用研磨顆粒物拋光)在化學(xué)上促進(jìn)從半導(dǎo)體晶片除去物質(zhì)的材料。在一些實(shí)施方案中，刻蝕劑為氧化劑。
現(xiàn)在，刻蝕劑通常為漿液組合物的0.01、0.1或1至10、20、50或70％(重量)，取決于要平面化的特定工件和取決于特定刻蝕劑的腐蝕性。
刻蝕劑可以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)形式包含在漿液中。當(dāng)以固態(tài)形式包含在漿液中時(shí)，刻蝕劑優(yōu)選為平均粒度為10至300或800納米的顆粒。漿液可從墊和/或通過墊輸送。刻蝕劑也可存在于墊中。當(dāng)以液態(tài)或氣態(tài)形式包含在漿液中時(shí)，刻蝕劑可混溶或不可混溶在二氧化碳溶劑(如下所述它可包含或可不包含共溶劑)中。
適合的刻蝕劑的例子包括但不限于以下刻蝕劑(A)酸類，包括有機(jī)酸和無機(jī)酸，例如乙酸、硝酸、高氯酸，羧酸化合物例如乳酸和乳酸鹽、蘋果酸和蘋果酸鹽、酒石酸和酒石酸鹽、葡糖酸和葡糖酸鹽、檸檬酸和檸檬酸鹽、鄰位二羥基和多羥基苯甲酸及其鹽、鄰苯二甲酸及其鹽、焦兒茶酚(pyrocatecol)、焦棓酚、棓酸和棓酸鹽、單寧酸和單寧酸鹽等。
(B)堿類，通常為氫氧化物例如氫氧化銨、氫氧化鉀和氫氧化鈉(當(dāng)二氧化碳是漿液中主要的成分時(shí)，由于酸-堿相互作用和反應(yīng)，堿不是優(yōu)選的)。
(C)氟化物，例如氟化鉀、氟化氫等。
(D)無機(jī)或有機(jī)過氧化合物，即含有至少一個(gè)過氧基(-O-O-)的化合物或含有一種最高氧化態(tài)的元素的化合物，例如過氧化氫(H2O2)及其加合物例如脲過氧化氫和過碳酸鹽、有機(jī)過氧化物例如過氧化苯甲酰、過乙酸、二叔丁基過氧化合物、單過硫酸鹽、二過硫酸鹽和過氧化鈉。含有一種最高氧化態(tài)的元素的化合物的例子包括但不限于高碘酸、高碘酸鹽、高溴酸、高溴酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、高硼酸、高硼酸鹽和高錳酸鹽。滿足電化學(xué)勢(shì)要求的非過氧化化合物的例子包括但不限于溴酸鹽、氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、碘酸以及含鈰(IV)化合物例如硝酸銨鈰。參見Grumbine等的US6068787。
(E)氧化劑，例如過硫酸氫鉀制劑、NO3-、Fe(CN)63-等。
刻蝕劑的其他例子包括但不限于氯化銨、硝酸銨、硝酸銅(II)、鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、苯并三唑等。
羧酸鹽·CMP拋光漿液當(dāng)用于某些材料例如銅的平面化時(shí)，可任選含有羧酸鹽。例如參見Watts等的US5897375。羧酸鹽包括檸檬酸鹽，例如檸檬酸銨和檸檬酸鉀中的一種或多種。也可將任選的三唑化合物例如1，2，4-三唑加到漿液中(例如數(shù)量為0.01至5％(重量))，以便改進(jìn)材料例如銅的平面性。
共溶劑。CMP拋光漿液可任選含有一種或多種共溶劑?？膳c二氧化碳溶劑一起使用的共溶劑包括極性的和非極性的、質(zhì)子的和非質(zhì)子傳遞的溶劑，例如水和有機(jī)共溶劑。通常，有機(jī)共溶劑為烴類共溶劑。通常共溶劑為烷烴、醇或醚共溶劑，現(xiàn)優(yōu)選C10-C20直鏈，支鏈，和環(huán)狀烷烴、醇或醚及其混合物(優(yōu)選飽和的)。有機(jī)共溶劑可為化合物的混合物，例如上述的烷烴混合物或一種或多種烷烴的混合物。與有機(jī)共溶劑不同的其他化合物例如一種或多種醇(例如0或0.1至5％C1-C15醇例如異丙醇(包括二元醇、三元醇等))可與有機(jī)共溶劑混合。
適合的共溶劑的例子包括但不限于脂族和芳族烴類及其酯和醚，特別是單酯和醚以及二酯和醚(例如EXXON ISOPAR L、ISOPAR M、ISOPAR V、EXXON EXXSOL、EXXON DF2000、CONDEA VISTALPA-170N、CONDEA VISTA LPA-210、環(huán)己酮和琥珀酸二甲酯)；碳酸烷基酯和碳酸二烷基酯(例如碳酸二甲酯、碳酸二丁酯、碳酸二叔丁酯、碳酸亞乙基酯和碳酸亞丙基酯)；亞烷基二醇和聚亞烷基二醇及其醚和酯(例如乙二醇正丁基醚、二乙二醇正丁基醚、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚、三丙二醇甲基醚和二丙二醇甲基醚乙酸酯)；內(nèi)酯(例如γ-丁內(nèi)酯、ε-己內(nèi)酯和δ-十二碳內(nèi)酯)；醇和二元醇(例如2-丙醇、2-甲基-2-丙醇、2-甲氧基-2-丙醇、1-辛醇、2-乙基己醇、環(huán)戊醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、2-甲基-2，4-戊二醇)和聚二甲基硅氧烷(例如十甲基四硅氧烷、十甲基五硅氧烷和六甲基二硅氧烷)等。
另外的共溶劑包括DMSO、礦物油、萜烯例如苧烯、植物油例如大豆油或玉米油、植物油的衍生物例如大豆酸甲酯、NMP、鹵代烷烴(例如氟氯碳烴、全氟化碳、溴代烷烴和氟氯化碳)和鏈烯烴、醇、酮和醚。共溶劑可為可生物降解的共溶劑，例如ARIVASOLTM載體流體(由Uniqema，Wilmington，Delaware USA，一家ICI的子公司提供)。也可使用上述共溶劑的混合物。
在這里使用的漿液可為含水的或不含水的(不含水)。主要為CO2漿液(含或不含其他共溶劑)的漿液可含有一些水，以便參與到CMP的化學(xué)組分中，例如氧化物表面的軟化。例如，漿液可含有0、0.01、0.1或1至2、5、10或20％(重量)或更多的水，取決于漿液的具體應(yīng)用。
螯合劑。漿液可含有螯合劑(或相反離子)，以便促進(jìn)除去離子例如金屬離子。螯合劑可以任何適合的數(shù)量存在于漿液中(例如0.001、0.01或0.1至1、5、10或20％(重量)或更多)，取決于要平面化的具體材料和平面化制品的用途。通常，螯合劑和相反離子為含有一個(gè)或多個(gè)氧、氮、磷和/或硫配位原子的單配位或多配位的化合物。在某些實(shí)施方案中，螯合劑本身可為溶劑或共溶劑。就本發(fā)明的實(shí)施方案來說，螯合劑本身可溶于二氧化碳。適合的螯合劑或相反離子的例子包括但不限于冠醚、卟啉和卟啉大環(huán)化合物、四氫呋喃、二甲基亞砜、EDTA、含硼化合物例如BARF等。在Wai等的US5770085中給出一些例子。
螯合劑可含有與親CO2基團(tuán)連接(例如共價(jià)連接)的螯合基團(tuán)。適合的親CO2基團(tuán)包括這里所述的CO2可溶的聚合物。在Beckman等的US5641887和DeSimone等的US6176895(PCT WO 00/26421)中給出一些適合的例子。例如，在一優(yōu)選的實(shí)施方案中，螯合劑含有有連接配體的聚合物(例如含氟聚合物或硅氧烷聚合物)，所述的配體連接金屬(或準(zhǔn)金屬)，配體優(yōu)選沿聚合物鏈長(zhǎng)在多處連接到所述的聚合物上。適合的配體包括但不限于β-二酮、磷酸酯、膦酸酯、次膦酸、烷基和芳基氧化膦、硫代次膦酸、二硫代氨基甲酸酯、氨基、銨、羥肟、異羥肟酸、calix(4)arene、大環(huán)化物、8-羥基喹啉、吡啶甲基胺、硫醇、羧酸配體等。
通常，金屬顆粒物(與金屬離子相反)不被螯合。象大多數(shù)顆粒物一樣，它們?cè)诳臻g上可能是穩(wěn)定的并被表面活性劑分散，例如這里描述的表面活性劑。螯合物為用通過配位鍵聯(lián)到相同分子的兩個(gè)或兩個(gè)以上非金屬原子而連接到有機(jī)配體的單一金屬原子(通常為離子)表示的配位化合物。最小顆粒物可表示數(shù)十億個(gè)不可螯合的金屬原子，一直到每個(gè)原子氧化為止，然后被溶解和配位。螯合通常在動(dòng)力學(xué)上可支持氧化和溶解過程的環(huán)境中進(jìn)行。例如，當(dāng)螯合進(jìn)行時(shí)，溶劑、載體或洗滌流體通常含有促進(jìn)螯合的組分(例如水、極性質(zhì)子共溶劑、氧化劑等)。借助例如親CO2表面活性劑與金屬顆粒物的相互作用，可加快金屬顆粒物的除去，由于金屬顆粒物/簇團(tuán)和部分表面活性劑之間有利的靜態(tài)吸引。這一相互作用有助于顆粒物在流體介質(zhì)中分散和懸浮。
例如通過將NH4OH和/或NH4NO3加到漿液中，銅CMP漿液配方可含有溶解的NH3，以便與銅離子配位并提高銅的溶解度。
表面活性劑。可用于本發(fā)明的表面活性劑包括那些含有親CO2基團(tuán)的表面活性劑(特別是含CO2的載體或洗滌液)和/或那些不含親CO2基團(tuán)的表面活性劑(例如當(dāng)載體或洗滌液含共溶劑或不含CO2時(shí))。在Romack等的US5858022中給出一些例子。含有親CO2基團(tuán)的表面活性劑可含共價(jià)連接到親水基團(tuán)、親脂基團(tuán)或同時(shí)親水基團(tuán)和親酯基團(tuán)的基團(tuán)。表面活性劑可單獨(dú)使用或組合使用。通常，在組合物中(平面化的或洗滌的)表面活性劑的數(shù)量為約0.01、0.1或1至約5、10或20％(重量)。
含有連接到親水或親脂基團(tuán)的親CO2基團(tuán)的表面活性劑是已知的。可用于本發(fā)明的這樣的表面活性劑的其他例子包括但不限于那些在DeSimone等的US5866005、Wilkinson等的US5789505、Jureller等的US5683473、Jureller等的US5683977、Jureller等的US5676705中公開的。適合的親CO2基團(tuán)的例子包括含氟的聚合物或片段、含硅氧烷的聚合物或片段、含聚(醚-碳酸酯)的聚合物或片段、乙酸酯聚合物或含乙酸酯的片段例如含乙酸乙烯酯的聚合物或片段、聚(醚-酮)的聚合物或片段及其混合物。這樣的聚合物或片段的例子包括但不限于那些在DeSimone的US5922833、McClain等的US6030663和T.Sarbuet al.，Nature 405，165-168(11 May 2000)中描述的。親水的基團(tuán)的例子包括但不限于乙二醇、丙二醇、醇類、鏈烷醇酰胺類、鏈烷醇胺類、烷基芳基磺酸鹽類、烷基芳基磺酸類、烷基芳基磷酸酯類、烷基酚乙氧基化物、甜菜堿類、季胺類、硫酸酯類、碳酸酯類、碳酸類等。親脂基團(tuán)的例子包括但不限于直鏈的、支鏈的和環(huán)狀的烷烴、單環(huán)和多環(huán)芳烴化合物、烷基取代的芳烴化合物、聚丙二醇、聚亞丙基脂族和芳族醚、脂肪酸酯、羊毛脂、卵磷脂、木素衍生物等。
也可單獨(dú)使用傳統(tǒng)的表面活性劑或與上述表面活性劑一起使用。例如參見McCutcheon’s Volume 1Emulsifiers & Detergents(1995North American Edition)(MC Publishing Co.，175 Rock Road，GlenRock，NJ 07452)?？捎糜诒景l(fā)明的主要表面活性劑類型包括醇類、鏈烷醇酰胺類、鏈烷醇胺類、烷基芳基磺酸鹽類、烷基芳基磺酸類、烷基苯類、胺乙酸酯類、氧化胺類、胺類、磺化的胺類和酰胺類、甜菜堿衍生物、嵌段聚合物、羧酸化的醇或烷基酚乙氧基化物、羧酸和脂肪酸、聯(lián)苯磺酸鹽衍生物、乙氧基化醇類、乙氧基化烷基酚類、乙氧基化胺和/或酰胺類、乙氧基化脂肪酸類、乙氧基化脂肪酸酯和油類、脂肪酸酯類、氟碳基表面活性劑、甘油酯類、乙二醇酯類、雜環(huán)型產(chǎn)品、咪唑啉類和咪唑啉衍生物、羥乙磺酸類、羊毛酯基衍生物、卵磷脂和卵磷脂衍生物、木素和木素衍生物、馬來酸酐或琥珀酸酐、甲基酯類、單甘油酯類和衍生物、烯烴磺酸鹽、磷酸酯類、有機(jī)磷衍生物、聚乙二醇類、聚(多糖化物、丙烯酸和丙烯酰胺)表面活性劑、丙氧基化和乙氧基化的脂肪酸、醇或烷基酚、蛋白質(zhì)基表面活性劑、季鹽表面活性劑、肌氨酸衍生物、硅氧烷基表面活性劑、皂類、脫水山梨糖醇衍生物、蔗糖和葡糖酯及衍生物、油和脂肪酸的硫酸鹽和磺酸鹽、乙氧基化烷基酚的硫酸鹽和磺酸鹽、醇的硫酸鹽、乙氧基化醇的硫酸鹽、脂肪酸酯的硫酸鹽、苯、異丙苯、甲苯和二甲苯的磺酸鹽、縮合萘的磺酸鹽、十二烷基苯和十三烷基苯的磺酸鹽、萘和烷基萘的磺酸鹽、石油磺酸鹽、磺基琥珀酰胺酸、磺基琥珀酸和衍生物、?；撬?、硫基和巰基衍生物、十三烷基和十二烷基苯磺酸等。
流變改進(jìn)劑。在一些實(shí)施方案中，漿液可含有一種或多種能改變其流變性的成分，特別是提高其粘度的成分。顆粒物例如上述的研磨劑可單獨(dú)作為流變改進(jìn)劑或可與其他流變改進(jìn)劑例如聚合物(包括下述的CO2可溶的聚合物)和表面活性劑一起起作用。通常，液體二氧化碳的粘度為約0.1厘泊(cP)。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，漿液的粘度為1、10、20或50至約1000、10000或甚至100000cP。
其他漿液成分。可將其他已知的拋光漿液添加劑單獨(dú)或一起加到這里所述的的拋光漿液中。一個(gè)非限制性的清單是腐蝕抑制劑、分散劑和穩(wěn)定劑?？墒褂脤㈦娮訌囊趸慕饘俎D(zhuǎn)移到氧化劑的催化劑(當(dāng)氧化劑用作除去金屬的刻蝕劑時(shí))或類似將電化學(xué)電流從氧化劑轉(zhuǎn)移到金屬的催化劑(正如在Grumbine等的US6068787中公開的)。螯合劑包括乙二胺四乙酸(EDTA)、N-羥乙基乙二胺三乙酸(NHEDTA)、硝基三乙酸(NTA)、二亞乙基三胺五乙酸(DPTA)、乙醇二甘氨酸等。腐蝕抑制劑包括苯并三唑(BTA)和甲苯基三唑(TTA)。對(duì)于熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員來說，其他許多漿液成分和添加劑是很顯然的。
3.親二氧化碳的CMP拋光漿液(親CO2漿液)對(duì)于這里所述的本發(fā)明的一些方法來說，使用親二氧化碳漿液(下文為“親CO2漿液”)。對(duì)于這樣的漿液來說，通常將一種或多種不同于CO2的溶劑用作溶劑體系。適合的溶劑包括上述作為CO2基漿液的共溶劑的那些相同溶劑。漿液可為不含水的，可含有少量水作為共溶劑(例如含0.1至0.2％(重量)水)，或可為含水的(例如含2或5至30或90％(重量)水)。
二氧化碳可溶的聚合物。對(duì)于這里所述的本發(fā)明的某些方法來說，使用含有二氧化碳可溶的聚合物的親CO2漿液(下文稱“可溶聚合物漿液”)?？扇芫酆衔餄{液含有一種或多種可溶于二氧化碳的聚合物，并用親CO2流體(溶劑)運(yùn)載。通常，二氧化碳可溶的聚合物或親CO2聚合物為在密相二氧化碳中有顯著溶解性的聚合物(例如[c]＞0.1w/v％)。這樣的聚合物可包括但不限于含氟的聚合物、含硅氧烷的聚合物、含聚(醚-酮)的聚合物、乙酸酯聚合物例如含乙酸乙烯酯的聚合物、含聚(醚-酮)的聚合物及其混合物。其例子包括但不限于DeSimone的US5922833、McClain等的US6030663和T.Sarbu etal.，Nature 405，165-168(11 May 2000)中描述的那些聚合物。
其他成分。就在親CO2流體中所載CO2基漿液來說，親CO2漿液可包含上述各種其他成分中的每一種。其數(shù)量可與上述的相同。例如，親CO2漿液可含有研磨顆粒物、刻蝕劑、羧酸鹽、共溶劑、螯合劑、表面活性劑、流變改進(jìn)劑和/或上述的其他漿液成分。
4.平面化設(shè)備這里所述的每一方法中的平面化步驟可用任何適合的CMP設(shè)備進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施方案，用下述設(shè)備來實(shí)施CMP步驟。從方法的描述中可認(rèn)識(shí)到，如下所述，可省去或改變?cè)O(shè)備的某些特性或方面。
根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施方案，可使用圖1所示的設(shè)備10。設(shè)備10使用旋轉(zhuǎn)的CMP墊32，正如下面更詳細(xì)討論的。
設(shè)備10包含有門和孔口21B和限定了內(nèi)部的壓力容器21，其中封閉有室21A。可裝有真空泵或壓縮機(jī)，以便從壓力容器21中除去空氣。為了調(diào)節(jié)加壓氣氛和防止或減少CO2等的逸出，壓力容器21可裝有適合的密封件、可密封門和孔口以及其他設(shè)備。壓力容器21可裝有空氣鎖系統(tǒng)和/或CO2循環(huán)和控制設(shè)備。CO2可從空氣鎖收集并用泵、壓縮機(jī)、熱等循環(huán)。如果希望相對(duì)高的晶片生產(chǎn)率和晶片的插入和移走，這樣的措施可能是特別有利的。
在容器21中維持二氧化碳?xì)夥铡O2輸送設(shè)備22在流體上與CO2的供應(yīng)設(shè)備20相連。輸送設(shè)備22可為壓力泵、壓縮機(jī)、換熱器或其他適合的設(shè)備。輸送設(shè)備22可通過壓差強(qiáng)制CO2通過管線24送入容器21。管線24可通過閥23選擇性關(guān)閉。任選地，容器21中的氣氛也可含有一種或多種另外的氣體，它們可包括惰性氣體例如氦、氮、氬和氧。在CO2供應(yīng)設(shè)備20中可有共溶劑或可作為其他氣體以相同的方式加入。任選地，容器21可裝有明顯不溶于CO2基流體([c]＜0.1w/v％)的另外的流體，例如水。如果需要，可有多個(gè)泵或其他輸送設(shè)備和氣體供應(yīng)設(shè)備。
正如所述，將要平面化的襯底或晶片25(例如半導(dǎo)體晶片)固定在載體26上，使晶片25可用載體26移動(dòng)。載體在操作上與馬達(dá)27連接，后者可使載體26和晶片25沿方向A旋轉(zhuǎn)。
拋光臺(tái)板31載有拋光墊32，兩者都可通過馬達(dá)33沿相反方向B旋轉(zhuǎn)。拋光墊32的晶片連接表面優(yōu)選基本上是平面。拋光墊32可由發(fā)泡的聚合物(例如聚氨基甲酸乙酯)或氈制成。拋光墊32可由CO2基漿液的CO2可發(fā)泡或溶脹的聚合物膜或卡盤制成。用這一方法，在每一使用周期中CO2可改進(jìn)墊的性能和/或復(fù)原墊。
漿液供應(yīng)設(shè)備35通過管線37在流體上與容器21內(nèi)部相連，后者通過閥36選擇性關(guān)閉。設(shè)置管線37的末端，使?jié){液35A沉積在拋光墊32上。
壓力傳感器41通過管線42連接到容器21上。壓力傳感41在操作上與壓力控制器43相連，以便控制閥44。閥44繼而可控制容器21內(nèi)的壓力，通過管線45從容器21選擇性排放蒸汽，使容器的壓力維持在所需的水平。壓力控制設(shè)備可以許多方式中的任一種來實(shí)施，并可結(jié)合本專業(yè)已知的各種特性，包括但不限于Karlsrud等的US5329732、Pant等的US5916012或Wise等的US6020262中公開的那些特性，在這里其公開內(nèi)容作為參考并入。
任選的是，設(shè)備10包含蒸餾塔(still)51。蒸餾塔51通過管線52在流體上與容器21相連，用閥53可關(guān)閉。蒸餾塔51可用來從容器21中收集用過的漿液。如果需要，另外的廢液儲(chǔ)存容器可裝在蒸餾塔51的上游，蒸餾過程可以間歇或連續(xù)方式進(jìn)行。如下所述，通過蒸餾用過的漿液，可從二氧化碳55中分出濃縮的廢液54，并循環(huán)或用任何適合的方法處理。由蒸餾過程收集的二氧化碳可廢棄或循環(huán)，以制備新的漿液批料。
設(shè)備10可用以下的方式使晶片25的表面25A平面化。將晶片25通過門和孔口21B插入室28A中。例如用壓差引導(dǎo)(lead)、栓、鉗、粘合劑等將晶片25固定在載體26上。操作馬達(dá)27以便驅(qū)動(dòng)載體26和晶片25沿方向A旋轉(zhuǎn)，以及操作馬達(dá)33以便同時(shí)驅(qū)動(dòng)臺(tái)板31和拋光墊32沿方向B旋轉(zhuǎn)。在下述其中提供CO2氣氛的方法的情況下，通過CO2輸送設(shè)備22從CO2供應(yīng)設(shè)備20將常壓CO2供給容器21。
操作閥36，使一定數(shù)量漿液35A在靠晶片25一邊選擇性沉積在墊32上。優(yōu)選的是，在墊32和晶片25旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將漿液35A沉積在墊32上。漿液可連續(xù)地、周期地或僅按需要地沉積在墊32上。臺(tái)板的旋轉(zhuǎn)使?jié){液35A進(jìn)入晶片25和墊32之間的界面，從而促進(jìn)晶片25的化學(xué)機(jī)械平面化。
可用任何適合的方法確定平面化過程的終點(diǎn)， 包括但不限于Murakara等的US5637185(電化學(xué)勢(shì)測(cè)量)、Datta等的US5217586(庫(kù)侖滴定或tailoring bath chemistry)、Sandhu等的US5196353(表面溫度測(cè)量)、Yu等的US5245522(反射聲波)和Leach等的US5242524(阻抗測(cè)定)中公開的那些。
在晶片25A充分拋光或平面化以后，將晶片25從載體26和壓力容器21取出，以便進(jìn)一步加工。通過管線52收集用過的漿液并送至蒸餾塔51。
選擇或調(diào)整載體26和墊32的相對(duì)位置，以便在晶片表面25A和墊32的接合(engaging)表面(包括流體平面化)之間提供規(guī)定的接洽壓力(或預(yù)定范圍內(nèi)的接合壓力)。在上述的方法中，規(guī)定的壓力應(yīng)足以使墊32和漿液35A使表面25A拋光。優(yōu)選的接合壓力與墊32、表面25A和漿液35A的特性有關(guān)。同樣，臺(tái)板31和載體26的旋轉(zhuǎn)速度將隨墊32、表面25A和漿液35A的特性變化。
優(yōu)選的是，在CMP步驟過程中，在下述使用二氧化碳?xì)夥盏姆椒ê驮O(shè)備中，輸送設(shè)備22和壓力控制器43使容器的壓力維持在常壓以上。更優(yōu)選的是，輸送設(shè)備22和壓力控制器43使容器的壓力維持在約10至10000psig。優(yōu)選的是，容器的內(nèi)部維持在約-53℃至30℃之間。
參考圖2，在這里示出本發(fā)明另一實(shí)施方案的設(shè)備60。設(shè)備60包含部件70、71、71A、71B、72、73、74、75、76、77、85、85A、86、87、91、92、93、94、95、101、102、103、104和105，它們分別對(duì)應(yīng)于設(shè)備10的部件20、21、21A、21B、22、23、24、25、26、27、35、35A、36、37、41、42、43、44、45、51、52、53、54和55。設(shè)備60使用連續(xù)的環(huán)形帶拋光墊83，安裝在輥81、82上。輥81可用馬達(dá)81A驅(qū)動(dòng)，以便使帶狀墊83旋轉(zhuǎn)，使帶狀墊83的上區(qū)沿方向D直線運(yùn)動(dòng)，而帶狀墊83的下區(qū)沿相反方向E直線運(yùn)動(dòng)。也可使用其他適合的驅(qū)動(dòng)設(shè)備來驅(qū)動(dòng)帶狀墊83。
設(shè)備60可按以下的方式用于晶片75的表面75A平面化。將要平面化的襯底或晶片75固定在載體76上，以便晶片25可用載體76移動(dòng)。馬達(dá)77使載體76和晶片75沿方向C旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)81A驅(qū)動(dòng)帶狀墊83沿方向D和E直線運(yùn)動(dòng)。靠晶片75一邊，來自漿液供應(yīng)設(shè)備85的漿液85A從管線87沉積到墊83上。隨著帶狀墊83移動(dòng)，將漿液85A加到帶狀墊83和晶片75的最接近表面之間。臺(tái)板88拉緊帶狀墊83，在帶狀墊83和晶片75的表面75A之間提供所需的壓力。使用設(shè)備60的方法可按另外樣子按上述使用設(shè)備10的方法的方式進(jìn)行、改進(jìn)和/或增補(bǔ)。
可改進(jìn)上述的設(shè)備10、60，以便通過臺(tái)板31和墊32或通過臺(tái)板88和墊83送入漿液35A、85A。優(yōu)選的是，墊32、83基本上是均勻多孔的。漿液35A、85A可對(duì)墊32、83提供向下的壓力，將墊32、83推向晶片25、75。
可選擇馬達(dá)27、33、77、81A，并以各種方法安裝。例如，可使用密封馬達(dá)或液壓(流體驅(qū)動(dòng)的)馬達(dá)，并安裝在壓力容器21、71內(nèi)?；蛘撸墒褂么篷詈系幕蛎芊廨S驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，并安裝在壓力容器21、71外。
正如下述，在某些優(yōu)選的方法中，用二氧化碳溶劑清洗晶片25、75。如果使用的漿液35A、85A為親CO2漿液，這樣的清洗步驟是特別希望的。用于CO2清洗步驟的設(shè)備(下文稱為“CO2溶劑清洗設(shè)備在圖3-6中用參考數(shù)112表示)可為DeSimone和Carbonell的US6001418中公開的設(shè)備，因此在這里其公開的內(nèi)容作為參考并入?？蓪⒕?5、75從載體26、76手工或自動(dòng)轉(zhuǎn)移到清洗設(shè)備。清洗步驟可在容器21、71或其他壓力容器中進(jìn)行。優(yōu)選的是，適合容器中的氣氛維持在常壓以上。更優(yōu)選的是，清洗容器中的氣氛維持在約10至10000psig。優(yōu)選的是，清洗容器的內(nèi)部維持在約-53至30℃或約35至100℃。優(yōu)選的是，在清洗操作中提供密相CO2的CO2溶劑；更優(yōu)選的是，為壓縮的液體CO2或超臨界CO2。
設(shè)備10、60可包含適合用于從壓力容器21、71中回收CO2的連接設(shè)備，以便在平面化過程以后排空容器。適合的設(shè)備包括壓縮機(jī)、冷凝器、另外的壓力容器等。
上述設(shè)備10、60中每一個(gè)或其他適合的設(shè)備可用于依次的多步驟。例如，設(shè)備10、60可使用第一組所選的參數(shù)和材料，用于晶片25、75的平面化。然后可在不從臺(tái)板上取出晶片的條件下，用相同的設(shè)備10、60拋光晶片。另一方面，對(duì)于每一平面化和拋光步驟來說，可用不同設(shè)備進(jìn)行依次的平面化和拋光步驟。拋光步驟所選的參數(shù)可與平面化步驟所選的參數(shù)不同。例如，可使用不同的漿液、墊材料、墊壓力、旋轉(zhuǎn)速度或帶速和/或漿液流速。可用既不是CO2基的又不是親CO2的漿液，例如水基漿液進(jìn)行平面化步驟或拋光步驟。
當(dāng)不同的漿液用于每一步驟時(shí)，可用CO2基漿液進(jìn)行一個(gè)或兩個(gè)步驟。可用墊的發(fā)泡性或溶脹性來控制墊和晶片之間的接觸力。在使用可發(fā)泡或可溶脹的墊的場(chǎng)合下，拋光步驟可使用有較高濃度CO2的漿液，以便使墊比平面化步驟中的狀態(tài)更軟。平面化步驟可用不明顯發(fā)泡或溶脹的墊進(jìn)行。墊可為可溶脹體和在與晶片接觸表面上有研磨顆粒物層的復(fù)合材料。在平面化步驟中，較硬的墊體為研磨顆粒物提供相對(duì)剛性的回彈，以致研磨顆粒物與晶片表面接觸。在拋光步驟中，當(dāng)墊體較軟時(shí)，較軟的(即柔韌性更好)墊體允許研磨顆粒物壓回墊體，以致研磨顆粒物不與晶片表面接觸或在較小的壓力下與晶片表面接觸?？扇苊浀膲|體可溶脹圍繞研磨顆粒物的部分或基本上全部，以致被包圍的研磨顆粒物不與晶片直接接觸。
可改變?cè)O(shè)備10、60，以致當(dāng)操作墊32、83時(shí)，晶片25、75不旋轉(zhuǎn)而保持其靜止位置。除了或代替墊32、83和/或晶片25、75的旋轉(zhuǎn)外，可將漿液35A、85A按完成平面化的方式輸送。更具體地說，漿液以所選的壓力和/或流速送至晶片表面，以便使?jié){液直接研磨晶片表面。為此，漿液可為CO2基的、親CO2的或水基的?？商峁┻@樣的設(shè)備和方法，其中沒有移動(dòng)的部件(即不使用墊，晶片保持靜止)，或其中在不接觸任何墊的情況下只有晶片旋轉(zhuǎn)。正如上述，晶片可用不同的漿液、不同的漿液壓力和/或不同的漿液流速來依次平面化和拋光。例如，有相對(duì)高濃度研磨顆粒物的第一種漿液可用于平面化步驟，隨后含有相對(duì)較低濃度研磨顆粒物的第二種漿液用于拋光步驟。
為了捕獲或引導(dǎo)離開晶片的金屬顆粒物(例如通過平面化步驟從晶片上除去的帶電的銅顆粒物)，可在容器21、71中施加電場(chǎng)。例如，可通過墊施加電壓使帶負(fù)電荷離子顆粒物偏置離開晶片表面。
5.在沒有CO2的條件下使用親CO2漿液的CMP的方法參考圖3，其中示出本發(fā)明實(shí)施方案的CMP體系110A。體系110A包含對(duì)應(yīng)于上述CMP設(shè)備10、60或下述改進(jìn)設(shè)備的CMP設(shè)備10A、60A。體系110A還包含上述的CO2溶劑清洗設(shè)備112。壓力容器114A容納清洗設(shè)備112。
CMP設(shè)備10A、60A與CMP設(shè)備10、60的不同在于，沒有CO2供應(yīng)/加壓部件(即部件20、22-24和41-45或部件70、72-74和91-95)或蒸餾塔部件(即部件51-55或101-105)。壓力容器21、71可包含在設(shè)備10A、60A中，可被非壓力容器代替，或可省去。
在CMP體系110A中，由漿液供應(yīng)設(shè)備35提供的漿液35A、85A為上述的親CO2漿液。優(yōu)選的是，親CO2漿液為上述的二氧化碳可溶的聚合物漿液。
體系110A可使用如下。在周圍環(huán)境沒有高CO2含量下，使用親CO2漿液，利用設(shè)備10A、60A使晶片25、75平面化。更具體的是，在周圍環(huán)境中存在的CO2比例或數(shù)量不超過環(huán)境空氣中或常用的大氣條件反映的CO2的比例或數(shù)量。然后將平面化的晶片25、75轉(zhuǎn)移到CO2溶劑清洗設(shè)備112中，在那里在CO2氣氛中用CO2清洗溶劑(優(yōu)選密相CO2溶劑)清洗它。
參考圖4，其中示出本發(fā)明另一實(shí)施方案的CMP體系110B。CMP體系110B包含對(duì)應(yīng)于設(shè)備10A、60A的CMP設(shè)備10B、60B。體系110B與體系110A的不同在于CMP設(shè)備10B、60B在有清洗設(shè)備112的共用壓力容器114B中。
6.在CO2存在下使用親CO2漿液的CMP的方法參考圖5，其中示出本發(fā)明另一實(shí)施方案的CMP體系110C。體系110C包含對(duì)應(yīng)于上述CMP設(shè)備10、60的CMP設(shè)備10C、60C，其中漿液35A、85A為親CO2漿液(優(yōu)選聚合物可溶的親CO2漿液)。體系110C還包含CO2溶劑清洗設(shè)備112。優(yōu)選的是，CMP設(shè)備10C、60C和清洗設(shè)備112在所示的共用的壓力容器114C中。壓力容器114C可代替CMP設(shè)備10C、60C中的壓力容器21、71。另一方面，代替共用的壓力容器114C或除了壓力容器114C外，CMP設(shè)備10C、60C可包含壓力容器21、71，而清洗設(shè)備112可在單獨(dú)的壓力容器中。
CMP體系110C可使用如下。在上述的CO2氣氛中使用親CO2漿液通過CMP設(shè)備10C、60C使晶片25、75平面化，CO2用輸送設(shè)備22由CO2供應(yīng)設(shè)備20提供。然后將平面化的晶片25、75轉(zhuǎn)移到CO2溶劑清洗設(shè)備112中，在那里在CO2氣氛中用CO2清洗溶劑清洗它。任選的是，CO2溶劑清洗步驟和清洗設(shè)備112可從上述方法和體系110C中去掉。
7.使用CO2基漿液的CMP的方法參考圖6，其中示出本發(fā)明另一實(shí)施方案的CMP體系110D。體系110D包含對(duì)應(yīng)于上述CMP設(shè)備10、60和其中漿液35A、85A為上述CO2基漿液的CMP設(shè)備10D、60D。體系110D還包含CO2溶劑清洗設(shè)備112。優(yōu)選的是，CMP設(shè)備10D、60D和CO2清洗設(shè)備112在所示的共用的壓力容器114D中。壓力容器114D可代替CMP設(shè)備10D、60D中的壓力容器21、71。另一方面，代替共用的壓力容器114D或除了壓力容器114D外，CMP設(shè)備10D、60D可包含壓力容器21、71，而清洗設(shè)備112可在單獨(dú)的壓力容器中。
CMP體系110D可使用如下。在上述的CO2氣氛中使用CO2基漿液通過CMP設(shè)備10D、60D使晶片25、75平面化。然后將平面化的晶片25、75轉(zhuǎn)移到CO2溶劑清洗設(shè)備112中，在那里在CO2氣氛中用CO2清洗溶劑(優(yōu)選液體CO2溶劑)清洗它。任選的是，CO2溶劑清洗步驟和清洗設(shè)備112可從上述方法和體系110D中省掉。
8.后CMP清洗不管是否用含二氧化碳、水和/或其他材料的溶劑清洗，都進(jìn)行在上述方法中的清洗步驟，以便對(duì)要平面化的制品的特定應(yīng)用是足夠的。而且，應(yīng)該除去顆粒物例如在CMP法中產(chǎn)生的那些顆粒物以及在CMP法中使用的研磨劑，以便防止或減少可能由這樣的顆粒物引起的損害?？捎萌魏芜m合的技術(shù)進(jìn)行清洗，包括但不限于刷洗、水力噴射或其他流體噴射、超聲波和巨音速能(megasonic energy)。例如，清洗可按DeSimone等的US5866005中公開的進(jìn)行。當(dāng)需要時(shí)，還可清洗制品或晶片的反面。對(duì)于金屬的平面化來說，通常在平面化和清洗以后，仍留在表面上的微量金屬離子優(yōu)選不大于約1010(或1012)個(gè)原子/厘米2；對(duì)于銅的平面化(例如雙鑲嵌銅制品)來說，在平面化和清洗以后，在現(xiàn)場(chǎng)氧化物上的殘留銅數(shù)量?jī)?yōu)選不大于約1(或2或4)×1013個(gè)原子/厘米2?？砂ㄔ谇逑慈軇┲械奶砑觿┌ǖ幌抻诒砻婊钚詣?包括含親CO2基團(tuán)的表面活性劑)、螯合劑等。
9.分離步驟本發(fā)明的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)是在平面化過程以后(以及可應(yīng)用的清洗過程)，可從污染液和廢液(它們可含有有毒的成份和難處理的細(xì)顆粒污染物)分離親CO2基漿液、在親CO2基漿液中收集的CO2和CO2溶劑的CO2。例如，如果二氧化碳溶劑或流出物的蒸餾在壓力(即大于常壓的壓力)下進(jìn)行，二氧化碳可很容易從其他成分中分餾或分離。當(dāng)液體漿液的蒸餾在室溫下進(jìn)行時(shí)，700至850psig的壓力是適合的。當(dāng)液體漿液的蒸餾在冷凍條件(例如約-10至0°F的溫度)下進(jìn)行時(shí)，約200至300psig的壓力是適合的。也可使用過濾或沖量為基礎(chǔ)的技術(shù)和設(shè)備例如離心設(shè)備或旋風(fēng)分離器從污染液和廢液中分離CO2。
上面的描述是本發(fā)明的說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。雖然已描述了本發(fā)明幾個(gè)例證性實(shí)施方案，但熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員很容易理解，在實(shí)質(zhì)上不違背本發(fā)明的新穎內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)的條件下對(duì)例證性實(shí)施方案作許多修改是可能的。因此，打算將所有這樣的修改都包括在權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。所以應(yīng)當(dāng)理解，上面的描述是本發(fā)明的說明，而不是對(duì)所述的特定實(shí)施方案的限制；還應(yīng)理解，對(duì)公開實(shí)施方案的修改以及其他實(shí)施方案都包括在附后的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。本發(fā)明由以下權(quán)利要求書規(guī)定，權(quán)利要求書的同等內(nèi)容包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種用于制品表面化學(xué)機(jī)械平面化的方法，所述的方法包括以下步驟提供含二氧化碳的拋光漿液；提供拋光墊；以及拋光墊和拋光漿液對(duì)制品的表面接觸，從而使制品表面平面化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的拋光漿液包含密相二氧化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的拋光漿液包含液體二氧化碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在所述的接觸步驟以后用二氧化碳溶劑清洗制品表面的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的接觸步驟在含二氧化碳的氣氛中在大于常壓的壓力下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的接觸步驟在約10至10000psig的壓力下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的接觸步驟在約-53至約30℃的溫度下進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括使墊和制品中至少一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括使制品沿第一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)和使墊沿相反方向旋轉(zhuǎn)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中墊包括連續(xù)的線性帶狀墊以及包括帶狀墊相對(duì)于制品線性運(yùn)動(dòng)的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制品為半導(dǎo)體晶片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制品表面包括介電質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制品表面包括導(dǎo)體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制品表面包括金屬或金屬氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在提供拋光漿液、提供拋光墊和拋光漿液和拋光墊與制品表面接觸的所述各步驟的每一步驟中將制品放置在壓力容器中。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括以下步驟在大于常壓的壓力下蒸餾至少一部分拋光漿液，以便從殘留的拋光漿液中分離出二氧化碳。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述的蒸餾步驟在室溫下進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述的蒸餾步驟在冷凍的條件下進(jìn)行。
19.一種用于制品表面化學(xué)機(jī)械平面化的方法，所述的方法包括以下步驟提供親二氧化碳的拋光漿液；提供拋光墊；使拋光墊和拋光漿液對(duì)制品的表面接觸，從而使制品表面平面化；以及用含二氧化碳的溶劑清洗制品表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的溶劑包含密相二氧化碳。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的接觸步驟在二氧化碳的含量不超過普通大氣條件的氣氛中進(jìn)行。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的接觸步驟和所述的清洗步驟在共用的壓力容器中進(jìn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中拋光漿液包含可溶于二氧化碳的聚合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中聚合物選自含氟聚合物、硅氧烷聚合物、乙酸乙烯酯聚合物和聚(醚-酮)聚合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的清洗步驟在含有二氧化碳的氣氛中在大于常壓的壓力下進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的清洗步驟在約10至10000psig的壓力下進(jìn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的清洗步驟在約-53至約30℃的溫度下進(jìn)行。
28.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中制品為半導(dǎo)體晶片。
29.一種用于制品表面化學(xué)機(jī)械平面化的方法，所述的方法包括以下步驟提供親二氧化碳的拋光漿液；提供拋光墊；以及使拋光墊和拋光漿液對(duì)制品的表面接觸，從而使制品表面平面化；其中所述的接觸步驟在含二氧化碳的氣氛中在大于常壓的壓力下進(jìn)行。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中拋光漿液包含可溶于二氧化碳的聚合物。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中聚合物選自含氟聚合物、硅氧烷聚合物、乙酸乙烯酯聚合物和聚(醚-酮)聚合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，還包括用含二氧化碳溶劑清洗制品的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述的接觸步驟和所述的清洗步驟在共用的壓力容器中進(jìn)行。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述的清洗步驟在含二氧化碳的氣氛中在大于常壓的壓力下進(jìn)行。
35.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述的清洗步驟在約10至10000psig的壓力下進(jìn)行。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述的清洗步驟在約-53至約30℃的溫度下進(jìn)行。
37.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中制品為半導(dǎo)體晶片。
38.一種用于制品表面化學(xué)機(jī)械平面化的設(shè)備，所述的設(shè)備包含a)拋光墊；b)含二氧化碳的拋光漿液；以及c)使制品固定的制品固定部件，以致制品的表面可與所述的拋光墊和所述的拋光漿液接觸。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中所述的拋光漿液包含密相二氧化碳。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中所述的拋光漿液包含液體二氧化碳。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，還包括將所述的拋光漿液供給晶片表面的供應(yīng)管線。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，還包括在制品和所述的墊之間提供相對(duì)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的設(shè)備，其中所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備操作可使制品和所述的墊中每一個(gè)旋轉(zhuǎn)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的設(shè)備，其中所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備操作可使制品沿第一方向旋轉(zhuǎn)和使所述的墊沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中所述的墊為連續(xù)的帶狀墊以及所述的設(shè)備還包括驅(qū)動(dòng)所述的墊相對(duì)于制品線性運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
46.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，還包括壓力容器，其中所述的制品固定部件和所述的墊放置在所述的壓力容器中。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的設(shè)備，還包括與所述的壓力容器流體相連的蒸餾塔，以便在大于常壓的壓力下蒸餾所述的拋光漿液。
48.一種用于制品表面化學(xué)機(jī)械平面化的設(shè)備，所述的設(shè)備包含a)拋光墊；b)親二氧化碳的拋光漿液；以及c)使制品固定的制品固定部件，以致制品的表面可與所述的拋光墊和所述的拋光漿液接觸。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的設(shè)備，其中拋光漿液包含可溶于二氧化碳的聚合物。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的設(shè)備，其中聚合物選自含氟聚合物、硅氧烷聚合物、乙酸乙烯酯聚合物和聚(醚-酮)聚合物。
51.根據(jù)權(quán)利要求48的設(shè)備，還包括有二氧化碳溶劑的清洗設(shè)備，該設(shè)備操作可使所述的二氧化碳溶劑與制品表面接觸。
52.一種含有以下成分的化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)的拋光漿液(a)1至20％(重量)研磨顆粒物；(b)0.1至50％(重量)刻蝕劑；以及(c)至少30％(重量)二氧化碳溶劑。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的二氧化碳溶劑包括密相二氧化碳。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的二氧化碳溶劑包括液體二氧化碳。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的研磨顆粒物的平均粒徑為約10至約800納米。
56.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的研磨顆粒物由選自氧化硅、金屬、金屬氧化物及其組合物的材料制成。
57.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的研磨顆粒物由選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯及其組合物中的至少一種金屬氧化物研磨劑制成。
58.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的刻蝕劑選自氟化鉀、氟化氫、氫氧化物和酸類。
59.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，還含有0.1至30％(重量)水。
60.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，其中所述的漿液為不含水的。
61.根據(jù)權(quán)利要求52的CMP拋光漿液，還含有1至20％(重量)有機(jī)共溶劑。
62.一種含有以下成分的化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)的拋光漿液(a)1至20％(重量)研磨顆粒物；(b)0.1至50％(重量)刻蝕劑；(c)至少30％(重量)溶劑；以及(d)1至20％(重量)二氧化碳可溶的聚合物。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中聚合物選自含氟聚合物、硅氧烷聚合物、乙酸乙烯酯聚合物和聚(醚-酮)聚合物。
64.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的研磨顆粒物的平均粒徑為約10至約800納米。
65.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的研磨顆粒物由選自氧化硅、金屬、金屬氧化物及其組合物的材料制成。
66.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的研磨顆粒物由選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯及其組合物中的至少一種金屬氧化物研磨劑制成。
67.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的刻蝕劑選自氟化鉀、氟化氫、氫氧化物和酸類。
68.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的溶劑為含水溶劑。
69.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的溶劑為不含水的溶劑。
70.根據(jù)權(quán)利要求62的CMP拋光漿液，其中所述的溶劑為有機(jī)溶劑。
全文摘要
用于制品(25)例如半導(dǎo)體晶片化學(xué)機(jī)械平面化的方法和設(shè)備(10)使用含有二氧化碳溶劑或親二氧化碳組合物的拋光漿液．還可使用二氧化碳溶劑清洗步驟和設(shè)備(10)。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1469794SQ01817702
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月7日
發(fā)明者J·B·麥克萊恩, J·M·德希蒙尼, J B 麥克萊恩, 德希蒙尼 申請(qǐng)人:膠囊技術(shù)公司