[發明專利]拋光墊及其制造方法

無效

• 申請號: 200580012008.9
• 申請日: 2005-03-22
• 公開（公告）號: CN101106905A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 思朋斯·普雷斯頓;道·哈欽斯;史蒂夫·海曼斯
• 申請（專利權）人: 瑞派技術有限公司
• 主分類號: A22B3/06
• 分類號: A22B3/06;A22C11/08
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司
• 代理人: 周艷玲;朱登河

技術領域

本發明總的來說涉及用于在多種物品上，如玻璃、半導體、塑料及聚合物、金屬、電介體和磁性材料上，產生光滑、平整表面的拋光墊。更具體而言，本發明涉及這種拋光墊的整體結構以及制造和使用的方法。本發明還涉及尤其適用于拋光或平坦化如在制造集成電路和MEM設備中使用的表面的制品。另外，本發明對于拋光或平坦化金屬及電介質材料特別有用，如用于集成電路設備的互連結構(如含有銅鑲嵌和雙重鑲嵌功能部件的半導體晶片)中的材料。

背景技術

在制造光盤、磁盤、微電機，特別是半導體集成電路器件時，需要進行化學機械平坦化(CMP)操作。具體地說，集成電路是在半導體晶片基底上以多層結構的形式制造的。在基底層上，形成具有擴散區的晶體管器件。在后繼的各層中，圖案化互連的金屬化線，并與晶體管器件電連接以限定所需的功能器件。眾所周知，圖案化的導電層通過諸如二氧化硅之類的電介質材料與其他導電層絕緣。傳統地，合適的金屬薄膜包括鋁及其合金以及鎢，以及用于每個薄膜的阻擋層和襯膜。近來，已經出現銅金屬化以及與其相關的阻擋層，襯及鈍化薄膜，而且正快速地成為用于先進器件制造的導體選擇。類似地，絕緣材料也有所進步，傳統的二氧化硅已經讓位于具有更低介電常數的、更先進的材料。這種技術進步帶來的極有優勢的趨勢是，越來越小的晶體管功能部件，以及需要更大量的多層金屬化層堆疊與更密集堆積的晶體管平面相連接。

由于器件尺寸的縮小，光刻技術要求以及其他工藝步驟的要求也變得更為嚴格。要具有能夠產生更多金屬化層及相關介電層的能力，就愈加需要更平整的表面。沒有平坦化，由于表面形貌的變化，進一步的金屬化層制造就會明顯變得更加困難。CMP已發展為一種用于先進微電子領域的極有優勢的平坦化工藝，并且用于金屬和介電層的平坦化。此外，金屬波紋鑲嵌方法在很大程度上由于CMP工藝而得以實現，并且已成為形成互連結構所采用的主要方法，而且這種方法能改善電路性能、裝配線制造能力和生產流水線和設備產率。

CMP具有能在多種數量級的長度級范圍內實現顯著平坦化效果的能力。大多數的先進晶片級技術中，將直徑為300mm的晶片拋光。實現這種長度級的平坦化通常稱為“晶片內不均勻”或“整個晶片不均勻”。在光譜的另一端，CMP必須具有原子級或埃米長度級的平坦化能力，且通常稱為“表面粗糙度”。也需要能中間長度級的性能。由此，必須能在多個數量級的長度級下能夠實現平坦化，并且在這方面CMP已經發展為極有優勢的技術。

化學機械平坦化(CMP)系統典型地用于拋光如上所述的晶片。CMP系統典型地包括用于處理和拋光晶片表面的系統組件。更先進的系統還包括對CMP后的晶片表面進行清潔的模塊。在CMP工藝中，典型地將晶片壓在有拋光液穩定供給的拋光表面上(拋光墊)，并且拋光表面相對于晶片表面的橫向運動可傳遞機械能，其與拋光液的化學性質相結合，用于達到表面清除。CMP設備結構將轉動、軌道運動以及線性系統運動相結合。實現其他運動的機器構造也是可行的。一個很好地設計的CMP工藝控制在一個特定平臺上的消耗品(拋光墊，拋光劑等)及工藝配方，以實現全部的CMP工藝。這種工藝的應用能優先去除突出的表面形貌，以及優先保留凹陷形貌，且以這種方式可以實現表面平滑和平坦化。去除突出和凹陷形貌的相對程度決定了平坦化的效率。

上面提到的拋光液典型地裝有研磨劑，且在這種情況下稱為拋光劑。如果沒有任何研磨劑，拋光液可簡單地稱為反應液或無研磨劑的拋光劑。通常，拋光劑可以看作是裝有大量研磨劑的化學混合物的拋光液。該化學混合物可以包括許多化學組分，包括但不限于，化學配位體、螯合劑及絡合劑、腐蝕抑制劑、pH調整酸和堿、pH緩沖劑和表面活性劑。研磨劑可用多種材料制造，用各種工藝過程形成，并含有多種添加物，包括但不限于，有機物顆粒和無機物顆粒，比如通過蒸發或溶液生長而形成的SiO₂、TiO₂和Al₂O₃，，重量百分比從剛好低于0.1％到高于40％。通常，需要將研磨劑保持為一種膠體懸浮狀態，以改善缺陷率并使拋光劑用量最少。